CAN-FD 總線(xiàn)協(xié)議及其車(chē)載網(wǎng)絡(luò )應用簡(jiǎn)介

1 所示）。

圖1 CAN 通信方案的發(fā)展歷程

CAN 總線(xiàn)通信的一些關(guān)鍵特性使其非常適合車(chē)載網(wǎng)絡(luò )應用：
　?。?）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(xiàn)、同軸電纜
　　或光纖）；
　?。?）通信速率最高可達1 Mbit/s（此時(shí)距離最長(cháng)40 m）；
　?。?）采用多主通信模式，當總線(xiàn)空閑時(shí)，任意節點(diǎn)均可以主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò )其他節點(diǎn)發(fā)送
　　信息；
　?。?）支持節點(diǎn)優(yōu)先級設定，并采用非破壞性逐位仲裁規則解決潛在數據發(fā)送沖突；

（5）信息以廣播式發(fā)送，所有節點(diǎn)都能接收到信息，保證網(wǎng)絡(luò )內的數據一致性；
　?。?）支持完善的錯誤界定和處理機制，出錯節點(diǎn)具有自動(dòng)關(guān)閉退出總線(xiàn)的功能。
　　隨著(zhù)人們對汽車(chē)的智能化要求越來(lái)越高，汽車(chē)上裝配的電子控制單元也越來(lái)越多，
　　CAN 總線(xiàn)通信也漸漸顯現出來(lái)一些不足：
　?。?）最高數據傳輸速率限制為1 Mbit/s，車(chē)載領(lǐng)域實(shí)際使用速率最高為500 Kbit/s，無(wú)
　　法滿(mǎn)足越來(lái)越高的數據吞吐量需求；
　?。?）每幀報文有效數據場(chǎng)為8 字節，僅占整幀報文信息不足50%；
　?。?）性能上難以應對Flexray、Ethernet 等新型車(chē)載總線(xiàn)的威脅。
　　市場(chǎng)對提升CAN 總線(xiàn)性能的強烈需求使CAN-FD（Flexible Data rate）應運而生，CANFD
　　發(fā)揚了CAN 的優(yōu)點(diǎn)，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(kāi)發(fā)和移植；
　?。?）最高數據傳輸速率達5Mbit/s，更好地滿(mǎn)足要求高實(shí)時(shí)性、高數據傳輸速率的應
　　用；
　?。?）每幀報文有效數據場(chǎng)為64 字節，占整幀報文信息超過(guò)70%；
　?。?）相比Flexray、Ethernet 等新興總線(xiàn)成本更低。
　　CAN-FD 的技術(shù)特點(diǎn)及應用領(lǐng)域
　　CAN-FD 通過(guò)改變幀結構和提高位速率等方法成功的把數據傳輸速率提高到了5Mbit/s，
　　其基本原理如圖2 所示。CAN-FD 協(xié)議的幀結構如圖3 所示。

圖2 CAN-FD 傳輸的基本原理

圖3 CAN-FD 協(xié)議的幀結構

　　詩(shī)訊半導體（Spansion）近期發(fā)布的Cortex-R5 系列汽車(chē)級MCU 產(chǎn)品全系列支持CANFD
　　總線(xiàn)通信。2014 年7 月，詩(shī)訊半導體正式發(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 位內核，主頻高達
　　144 MHz；最高集成2 路CAN-FD 通信，每路數據傳輸速率達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(diǎn)和幀結構的實(shí)測波形。

圖4 S6J3110 評估板的CAN-FD 的技術(shù)特點(diǎn)和幀結構的實(shí)測波形

CAN-FD 的主要應用領(lǐng)域包括：
　?。?）EOL（End-Of-Line）程序燒寫(xiě)：CAN 數據傳輸速率為500 Kbit/s；CAN-FD 數據傳
　　輸速率為5 Mbit/s，約10 倍于CAN 傳輸速率。
　?。?）動(dòng)力、底盤(pán)和安全系統，以及身份認證：數據場(chǎng)支持長(cháng)達64 字節，避免數據非
　　必要的拆分。
　?。?）網(wǎng)關(guān)：提高網(wǎng)絡(luò )數據傳輸速率達5 Mbit/s，提高了有效數據負載率。
　　CAN-FD 的設備、工具廠(chǎng)商
　　在車(chē)載應用領(lǐng)域，目前已有多家設備、工具廠(chǎng)商支持CAN-FD 總線(xiàn)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(chǎng)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(kāi)發(fā)、測試、網(wǎng)絡(luò )分析等全部功能。另外，其GL 系列總線(xiàn)記錄儀也
　　將在不遠的將來(lái)支持CAN-FD 協(xié)議。
　　國內廠(chǎng)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 種參數測量及24 種參數同時(shí)測量統計。