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三分钟了解最新CAN FD协议

2017-02-23
ZLG致远电子

  对于中国制造2025与汽车产业发展方向,新能源和智能化一直是人们讨论的两个主题。在汽车智能化的过程中,CAN FD协议由于其优越的性能受到了大家广泛的关注,本文将和大家一起来了解CAN FD协议。

  当今社会,汽车已经成为了我们生活中不可缺少的一部分,人们希望汽车不仅仅是一种代步工具,更希望在汽车是生活及工作范围的一种延伸。在汽车上就像呆在自己的办公室和家里一样,可以打电话、上网、娱乐、工作。

  因此,汽车制造商为了提高产品竞争力,将越来越多功能集成到了汽车上。ECU(电子控制单元)大量地增加使总线负载率急剧增大,传统的CAN总线越来越显得力不从心。因此,CAN FD(CAN with Flexible Data-Rate)协议诞生了。

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  它继承了CAN总线的主要特性,提高了CAN总线的网络通信带宽,改善了错误帧漏检率,同时可以保持网络系统大部分软硬件特别是物理层不变。这种相似性使ECU供应商不需要对ECU的软件部分做大规模修改即可升级汽车通信网络。

  一、CAN FD做出的改进

  CAN FD采用了两种方式来提高通信的效率:一种方式为缩短位时间提高位速率;另一种方式为加长数据场长度减少报文数量降低总线负载率。在CRC校验段采用了三种多项式来保证高速通讯下的数据可靠性。

  (1)可变速率(CAN with Flexible Data-Rate)

  从控制场中的BRS位到ACK场之前(含CRC分界符)为可变速率,其余部分为原CAN总线用的速率。两种速率各有一套位时间定义寄存器,它们除了采用不同的位时间单位TQ外,位时间各段的分配比例也可不同。

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  (2)新的数据场长度

  CAN FD对数据场的长度作了很大的扩充,DLC最大支持64个字节,在DLC小于等于8时与原CAN总线是一样的,大于8时则有一个非线性的增长,最大的数据场长度可达64字节。如下所示为DLC数值与字节数的非线性对应关系。

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  (3)CRC校验场

  在CANFD 协议标准化的过程中,通信的可靠性也得到了提高。由于DLCs的长度不同,在DLC大于8个字节时,CAN FD选择了两种新的BCH型CRC多项式。

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  二、CAN FD 帧结构分析

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  (1)CAN FD 数据帧在帧起始(SOF)和仲裁段(Arbitration Field)

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  与传统CAN相比,CAN FD取消了对远程帧的支持,用RRS位替换了RTR位,为常显性。IDE位仍为标准帧和扩展帧标志位,若标准帧与扩展帧具有相同的前 11 位 ID,那么标准帧将会由于 IDE 位为 0,优先获得总线。

  RRS(remote request substitution)远程请求替换位:即传统CAN中的RTR位;

  SRR (substitute remote request)代替远程帧请求位:SRR位为保留位,无影响;

  IDE(Identifier Extension) 扩展帧标志:显性(0)=11位ID,隐性(1)=29位 ID。

  (2)CAN FD在控制段中新添加了三个位FDF位、BRS位、ESI位

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  FDF位(Flexible Data Rate Format):原CAN数据帧中的保留位r。FDF位常为隐性(1),表示CAN FD 报文;

  BRS位( Bit Rate Switch):位速率转换开关,当BRS为显性位(0)时数据段的位速率与仲裁段的位速率一致,当BRS为隐性位(1)时数据段的位速率高于仲裁段的位速率;

  ESI位(Error State Indicator):,错误状态指示,主动错误时发送显性位(0),被动错误时发送隐性位(1)。

  (3)DLCs的值与数据场和CRC校验场有关,在上文中已经说明。

  (4)CAN FD的确认场,帧结尾及间歇场与传统CAN一样,就不再赘述。

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  三、如何从传统的CAN升级到 CAN FD

  尽管 CANFD 继承了绝大部分传统 CAN 的特性,但是从传统 CAN 到 CANFD 的升级, 我们仍需要做很多的工作。

  (1)在硬件和工具方面,要使用 CANFD,首先要选取支持 CANFD 的 CAN 控制器和收发器,还要选取新的网络调试和监测工具。

  (2)在网络兼容性方面,对于传统 CAN 网段的部分节点需要升级到 CANFD 的情况要特别注意,由于帧格式不一致的原因,CANFD 节点可以正常收发传统 CAN 节点报文,但是传统 CAN 节点不能正常收发 CANFD 节点的报文。

  CAN FD协议是CAN-BUS协议的最新升级,将CAN的每帧8字节数据提高到64字节,波特率从最高的1Mbps提高到8-15Mbps,使得通讯效率提高8倍以上,大大提升了车辆的通讯效率。此项技术一直被欧美企业垄断,直至2016年,中国CAN-BUS领导者—广州致远电子股份有限公司,基于拥有完全知识产权的CAN FD IP核代码,研制出中国第一款CAN FD 接口卡,使中国的总线技术水平与世界最高水平同步。

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