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CAN-FD总线协议及其车载网络使用简介

CAN-FD通过改变帧结构和提高位速率等方法成功的把数据传输速率提高到了5Mbits。诗讯半导体(Spansion)近期发布的Cortex-R5系列汽车级MCU

CAN-FD经过改动帧结构和进步位速率等办法成功的把数据传输速率进步到了5Mbit/s。诗讯半导体(Spansion)近期发布的Cortex-R5系列轿车级MCU产品全系列支撑CAN-FD总线通讯。

CAN及CAN-FD布景介绍

自1986年博世(Bosch)初次在SAE世界大会上展现CAN(Controller Area Network,操控器域网络)通讯计划以来,这种高速、牢靠、易用的通讯总线就一向被轿车产业所重视,并得到了绝大多数整车厂和零部件厂的支撑。经过了20多年的开展与沉积,CAN通讯现在现已成为车载网络范畴最老练、使用最广泛的通讯总线之一(CAN的开展进程如图1所示)。

图1 CAN通讯计划的开展进程

CAN总线通讯的一些要害特性使其十分合适车载网络使用:

  • (1)差分信号牢靠性高,抗干扰能力强,且通讯介质挑选灵敏(双绞线、同轴电缆或光纤);

  • (2)通讯速率最高可达1 Mbit/s(此刻间隔最长40 m);

  • (3)选用多主通讯形式,当总线空闲时,恣意节点均能够主意向网络其他节点发送信息;

  • (4)支撑节点优先级设定,并选用非破坏性逐位裁定规矩处理潜在数据发送抵触;

  • (5)信息以播送式发送,一切节点都能接收到信息,确保网络内的数据一致性;

  • (6)支撑完善的过错界定和处理机制,犯错节点具有自动封闭退出总线的功用。

跟着人们对轿车的智能化要求越来越高,轿车上安装的电子操控单元也越来越多,CAN总线通讯也逐渐显现出来一些缺乏:

  • (1)最高数据传输速率限制为1 Mbit/s,车载范畴实践使用速率最高为500 Kbit/s,无法满意越来越高的数据吞吐量需求;

  • (2)每帧报文有用数据场为8字节,仅占整帧报文信息缺乏50%;

  • (3)功用上难以应对Flexray、Ethernet等新式车载总线的要挟。

商场对进步CAN总线功用的激烈需求使CAN-FD (Flexible Data rate)应运而生,CAN-FD发扬了CAN的长处,并弥补了CAN的缺乏,其首要特性如下:

  • (1)选用与CAN通讯相同的事情触发形式,软件简单开发和移植;

  • (2)最高数据传输速率达5Mbit/s,更好地满意要求高实时性、高数据传输速率的使用;

  • (3)每帧报文有用数据场为64字节,占整帧报文信息超越70%;

  • (4)比较Flexray、Ethernet等新式总线本钱更低。

CAN-FD的技能特色

CAN-FD经过改动帧结构和进步位速率等办法成功的把数据传输速率进步到了5Mbit/s,其基本原理如图2所示。CAN-FD协议的帧结构如图3所示。

图2 CAN-FD传输的基本原理

图3 CAN-FD协议的帧结构 (注:图片来历:Vector)

CAN与CAN-FD总线的差异:

CAN与CAN-FD总线报文格局比照:

图4 CAN与CAN-FD总线报文格局比照图 (注:图片来历:Vector)

CAN与CAN-FD总线的差异:

  • (1) CAN-FD整个报文帧包含两种不同的数据传输速率,从SOF到BRS(Bit Rate Switch)选用传统的50Kbps至1Mbps速率传输,从BRS到ACK场选用可变传输速率,一般为5Mbps;

图5 CAN-FD数据传输速率转化 (注:图片来历:http://www.can-cia.org/de/can-knowledge/can/can-fd/ )

  • (2)CAN-FD数据场有用字节数最高可达64字节;

  • (3)报文帧格局改变:

    • a) CAN-FD取消了RTR(Remote Transmission Request)位,代之以RRS(Remote Request Substitution)位,且RRS位一向为显性位;

    • b) CAN-FD在操控场增加了以下操控位。FDF(FD Format)或EDL(Extended Data Length):CAN格局为显性,CAN-FD格局为隐性;BRS(Bit Rate Switch):在CAN-FD报文中分隔裁定场与数据场、转化数据传输速率为隐性、不转化数据传输速率为显性;ESI(Error State Indicator):发送节点处于被迫过错状况(Error Passive)为隐性、发送节点处于自动过错状况(Error Active)为显性。

    • c) CAN-FD选用了新的DLC编码方法,如下图所示:

图6 CAN-FD DLC编码方法(注:图片来历:http://www.can-cia.org/de/can-knowledge/can/can-fd/)

d) CAN-FD选用了新的CRC算法:规范CAN:CRC码为15位

  • CAN-FD:数据场小于等于16字节,CRC码为17位;数据场大于16字节,CRC码为21位。

CAN与CAN-FD混合网络的施行:

依据CAN与CAN-FD网关特性及网络结构的不同,规范CAN与CAN-FD混合网络的施行具有必定复杂性,需求依据具体情况进行实践证明。一般主张从以下几个方面为根底进行考量:

  • (1)网络中存在单个CAN-FD节点:

CAN-FD节点的数据通讯速率需求与网关的通讯速率兼容,故选用与规范CAN网关相同的通讯速率,一般为500Kbps;

  • (2)网络中存在多个CAN-FD节点:

选用比如部分网络(Partial Network)的分组组网技能,完成在数据通讯时部分网络节点唤醒,即CAN-FD节点间通讯时,规范CAN节点不唤醒;

CAN-FD的相关厂商:

(1)CAN-FD的%&&&&&%厂商

a) MCU/SOC:现在轿车电子范畴的各大半导体厂商现已量产或正在开发集成CAN-FD操控器的产品。

诗讯半导体(Spansion)近期发布的Cortex-R5系列轿车级MCU产品全系列支撑CAN-FD总线通讯。2014年7月,诗讯半导体正式发布了集成CAN-FD操控器的ARM Cortex-R5 S6J3310系列产品。该产品的要害特性包含:ARM Cortex-R5高功用32位内核,主频高达144 MHz;最高集成2路CAN-FD通讯,每路数据传输速率达5 Mbit/s;支撑SHE(Secure Hardware Extension)加密功用;支撑更新的低功耗功用,如部分唤醒等;支撑AutoSAR。图4展现了S6J3110评价板的CAN-FD的技能特色和帧结构的实测波形。

图7 S6J3110评价板的CAN-FD的技能特色和帧结构的实测波形

b) 收发器:现在NXP为代表的收发器厂商现已有多款支撑CAN-FD的产品推出,且部分产品现已支撑部分网络(Partial Network)、休眠状况总线唤醒等功用。

(2)CAN-FD的设备、东西厂商

在车载使用范畴,现在已有多家设备、东西厂商支撑CAN-FD总线协议,如维克多(Vector)、罗德与施瓦茨(R&S)和周建功(ZLG)等。

国外厂商以维克多为代表,其在东西体系的完好性方面更为抢先。Vector的东西体系完好的支撑CAN-FD的开发、测验、网络分析等悉数功用。别的,其GL系列总线记录仪也将在不远的将来支撑CAN-FD协议。

国内厂商以周建功为代表,其最新推出的四通道ZDS2024示波器能够很好的支撑CAN-FD协议,其要害特性包含:支撑4通道、模仿带宽高达200MHz、采样率每通道均为1GSa/s、21种协议触发及解码、51种参数丈量及24种参数一起丈量计算。

CAN-FD的首要使用范畴:

CAN-FD因其承继了CAN总线得低本钱、高牢靠性等特色,又进一步进步了其数据传输功用,未来在以下范畴有着很大的开展空间:

  • (1)EOL(End-Of-Line)程序烧写:CAN数据传输速率为500 Kbit/s;CAN-FD数据传输速率为5 Mbit/s,约10倍于CAN传输速率。

  • (2)动力、底盘和安全体系,以及身份认证:数据场支撑长达64字节,防止数据非必要的拆分。

  • (3)网关:进步网络数据传输速率达5 Mbit/s,进步了有用数据负载率。

车载电子模块数量的不断增加对车载网络通讯技能提出了更高的要求,CAN-FD作为一个新式的车载网络技能具有低本钱、高牢靠性、高传输速率等长处,很有或许会在未来几年的轿车电子范畴大放异彩。

CAN及CAN-FD专业名词:

d = dominant

r = recessive

ACK = acknowledgement

CRC = cyclic redundancy check

DLC = Data length code

EDL = Extended Data Length

EOF = End-Of-Frame

ESI = Error State Indicator

FBFF = FD Base Frame Format

FEFF = FD Extended Frame Format

FDF = flexible data rate format

IDE = identifier extension

IMF = intermission field

r0 = reserved

RTR = Remote transmission request

RRS = remote request substitution

SOF = start-of-frame

SRR = substitute remote request

BRS = Bit Rate Switch

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