CAN-FD 總線協(xié)議及其車載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用簡介

1 所示）。

圖1 CAN 通信方案的發(fā)展歷程

CAN 總線通信的一些關(guān)鍵特性使其非常適合車載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：
　?。?）差分信號可靠性高，抗干擾能力強，且通信介質(zhì)選擇靈活（雙絞線、同軸電纜
　　或光纖）；
　?。?）通信速率最高可達(dá)1 Mbit/s（此時距離最長40 m）；
　?。?）采用多主通信模式，當(dāng)總線空閑時，任意節(jié)點均可以主動向網(wǎng)絡(luò)其他節(jié)點發(fā)送
　　信息；
　　（4）支持節(jié)點優(yōu)先級設(shè)定，并采用非破壞性逐位仲裁規(guī)則解決潛在數(shù)據(jù)發(fā)送沖突；

（5）信息以廣播式發(fā)送，所有節(jié)點都能接收到信息，保證網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)一致性；
　?。?）支持完善的錯誤界定和處理機制，出錯節(jié)點具有自動關(guān)閉退出總線的功能。
　　隨著人們對汽車的智能化要求越來越高，汽車上裝配的電子控制單元也越來越多，
　　CAN 總線通信也漸漸顯現(xiàn)出來一些不足：
　?。?）最高數(shù)據(jù)傳輸速率限制為1 Mbit/s，車載領(lǐng)域?qū)嶋H使用速率最高為500 Kbit/s，無
　　法滿足越來越高的數(shù)據(jù)吞吐量需求；
　　（2）每幀報文有效數(shù)據(jù)場為8 字節(jié)，僅占整幀報文信息不足50%；
　　（3）性能上難以應(yīng)對Flexray、Ethernet 等新型車載總線的威脅。
　　市場對提升CAN 總線性能的強烈需求使CAN-FD（Flexible Data rate）應(yīng)運而生，CANFD
　　發(fā)揚了CAN 的優(yōu)點，并彌補了CAN 的不足，其主要特性如下：
　?。?）采用與CAN 通信相同的事件觸發(fā)模式，軟件容易開發(fā)和移植；
　?。?）最高數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)5Mbit/s，更好地滿足要求高實時性、高數(shù)據(jù)傳輸速率的應(yīng)
　　用；
　?。?）每幀報文有效數(shù)據(jù)場為64 字節(jié)，占整幀報文信息超過70%；
　?。?）相比Flexray、Ethernet 等新興總線成本更低。
　　CAN-FD 的技術(shù)特點及應(yīng)用領(lǐng)域
　　CAN-FD 通過改變幀結(jié)構(gòu)和提高位速率等方法成功的把數(shù)據(jù)傳輸速率提高到了5Mbit/s，
　　其基本原理如圖2 所示。CAN-FD 協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖2 CAN-FD 傳輸?shù)幕驹?/p>

圖3 CAN-FD 協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)

　　詩訊半導(dǎo)體（Spansion）近期發(fā)布的Cortex-R5 系列汽車級MCU 產(chǎn)品全系列支持CANFD
　　總線通信。2014 年7 月，詩訊半導(dǎo)體正式發(fā)布了集成CAN-FD 控制器的ARM Cortex-R5
　　S6J3310系列產(chǎn)品。該產(chǎn)品的關(guān)鍵特性包括：ARM Cortex-R5 高性能32 位內(nèi)核，主頻高達(dá)
　　144 MHz；最高集成2 路CAN-FD 通信，每路數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)5 Mbit/s；支持SHE（Secure
　　Hardware Extension）加密功能；支持更新的低功耗功能，如部分喚醒等；支持AutoSAR。
　　圖4 展示了S6J3110 評估板的CAN-FD 的技術(shù)特點和幀結(jié)構(gòu)的實測波形。

圖4 S6J3110 評估板的CAN-FD 的技術(shù)特點和幀結(jié)構(gòu)的實測波形

CAN-FD 的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：
　?。?）EOL（End-Of-Line）程序燒寫：CAN 數(shù)據(jù)傳輸速率為500 Kbit/s；CAN-FD 數(shù)據(jù)傳
　　輸速率為5 Mbit/s，約10 倍于CAN 傳輸速率。
　　（2）動力、底盤和安全系統(tǒng)，以及身份認(rèn)證：數(shù)據(jù)場支持長達(dá)64 字節(jié)，避免數(shù)據(jù)非
　　必要的拆分。
　?。?）網(wǎng)關(guān)：提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)5 Mbit/s，提高了有效數(shù)據(jù)負(fù)載率。
　　CAN-FD 的設(shè)備、工具廠商
　　在車載應(yīng)用領(lǐng)域，目前已有多家設(shè)備、工具廠商支持CAN-FD 總線協(xié)議，如維克多
　?。╒ector）、羅德與施瓦茨（R&S）和周立功（ZLG）等。
　　國外廠商以維克多為代表，其在工具體系的完整性方面更為領(lǐng)先。Vector 的工具體系
　　完整的支持CAN-FD 的開發(fā)、測試、網(wǎng)絡(luò)分析等全部功能。另外，其GL 系列總線記錄儀也
　　將在不遠(yuǎn)的將來支持CAN-FD 協(xié)議。
　　國內(nèi)廠商以周立功為代表，其最新推出的四通道ZDS2024 示波器可以很好的支持
　　CAN-FD 協(xié)議，其關(guān)鍵特性包括：支持4 通道、模擬帶寬高達(dá)200MHz、采樣率每通道均為
　　1GSa/s、21 種協(xié)議觸發(fā)及解碼、51 種參數(shù)測量及24 種參數(shù)同時測量統(tǒng)計。