CANXL標準發(fā)布 | (1)一文讀懂CANXL數據鏈路層總線(xiàn)，通信再進(jìn)化！

        2024年3月22日，期待已久的ISO 11898-2：2024版本橫空出世，標志著(zhù)新一代CAN總線(xiàn)的時(shí)代即將到來(lái)（ISO/FDIS 11898-1：2023也處于最終投票階段）。搭載著(zhù)2048Byte的CANXL列車(chē)已蓄勢待發(fā)，決心突破10M的高速通道。Autosar、英飛凌、ST、Vector和NXP等行業(yè)風(fēng)向標早已準備迎接CANXL高速通道給整車(chē)SoA架構帶來(lái)新的變革。

1、第三代CAN總線(xiàn)（CANXL）

      CAN XL（Controller Area Network eXtended Length）作為CAN通信技術(shù)的最新進(jìn)展，展現了顯著(zhù)的優(yōu)勢和廣闊的應用前景。它旨在填補CAN FD與以太網(wǎng)之間的空白，成為車(chē)載網(wǎng)絡(luò )通信的重要補充。

    CAN XL目前的發(fā)展狀態(tài)和優(yōu)勢

• 高數據傳輸速率：CAN XL支持高達20 Mbit/s的數據傳輸速率，顯著(zhù)高于CAN FD的8 Mbps上限，滿(mǎn)足了現代汽車(chē)和其他應用中對高速數據傳輸的需求  。

• 更大的數據字段長(cháng)度：CAN XL允許的數據字段長(cháng)度最大可達2048字節，遠超過(guò)CAN FD的64字節限制，適用于需要傳輸大量數據的應用 。

• 兼容性和靈活性：CAN XL與現有CAN和CAN FD技術(shù)兼容，允許在同一網(wǎng)絡(luò )上共存，形成混合網(wǎng)絡(luò )。這為現有的CAN系統向CAN XL的升級提供了便利  。

• 標準化和生態(tài)支持：CAN XL的標準化工作正在積極推進(jìn)，CiA牽頭的610-1和CiA610-3規范已發(fā)布。ISO目前也已發(fā)布CAN XL的ISO_DIS11898-1 和 ISO 11898-2標準。此外，AUTOSAR的CAN XL標準已發(fā)布。同時(shí)CAN XL得到了汽車(chē)Tier1和芯片廠(chǎng)商的廣泛支持。例如，博世、英飛凌、恩智浦等知名廠(chǎng)商已推出基于CAN XL的MCU產(chǎn)品，且多數處于樣品階段。此外，是德科技等工具供應商也推出了適用于CAN XL協(xié)議的測試設備 。

• 應用前景：CAN XL適用于多種應用場(chǎng)景，包括需要更高帶寬的應用、支持面向服務(wù)的架構（SOA）的應用以及安全應用。其成本效益高，能夠在結合CAN和以太網(wǎng)功能的同時(shí)，保持CAN的低價(jià)格優(yōu)勢。

    CANXL & OSI 模型

      由于CANXL數據段支持2048Byte數據量的傳輸，所有在OSI協(xié)議棧上CANXL技術(shù)理論上可以適配以太網(wǎng)的高層協(xié)議，比如SOME/IP和TCP/IP等以太網(wǎng)協(xié)議。但是，具體的以太網(wǎng)協(xié)議兼容還需要更進(jìn)一步的驗證。

      除此之外，CANXL也在PCS和PMA子層之間增加了PWM編解碼機制，用以切換PMA子層的兩種總線(xiàn)驅動(dòng)方式（顯性/隱性 && level0/level1）以達到20Mbit/s的傳輸速率。

2、CANXL幀結構

    仲裁場(chǎng)

• SOF、ID、IDE（CANXL無(wú)擴展幀）、RRS（禁用遠程幀）、FDF字段與CANFD一致

• XLF字段：用以區分是否為CANXL幀

    控制場(chǎng)

• reXEL：保留位

• ADH、DH1、DH2和DL1（ADS）：模式轉換和速率轉換字段，由SIC mode 切換為FAST mode。CANXL收發(fā)器包含兩種總線(xiàn)驅動(dòng)方式（顯性/隱性 && level0/level1），并在仲裁場(chǎng)采用顯性/隱性驅動(dòng)和數據場(chǎng)采用level0/level1。（PMA模式轉換由PCS子層發(fā)送PWM編碼控制）

• SDT、SEC和DLC字段：指出數據段數據類(lèi)型（類(lèi)似以太網(wǎng)Type字段）；功能保留位；指明數據場(chǎng)長(cháng)度

• SBC字段：指明SOF和仲裁場(chǎng)bit填充數（動(dòng)態(tài)bit填充）

• PCRC字段：前向CRC校驗（仲裁場(chǎng)、reXEL、ADS、SDT、SEC、DLC和SBC）

• VCID：虛擬CAN網(wǎng)絡(luò )ID（類(lèi)似以太網(wǎng)VLAN）

• AF：用于尋址功能，具體內容取決于SDT（e.g. SDT=0x05時(shí)，AF為以太網(wǎng)目的MAC地址）

    數據場(chǎng)

• Data字段：CANXL數據段，可封裝以太網(wǎng)上層協(xié)議（e.g. TCP/IP...）

   CRC場(chǎng)

• FCRC字段：用于整幀CRC校驗

• PCP：格式檢驗字段

    ACK場(chǎng)

• DAH、AH1、AL1和AH2字段（DAS）：模式轉換和速率轉換字段，由FAST mode切換為SIC mode

• ACK字段：用于確認報文被成功接收

3、PCS&PWM編碼

      CAN XL物理編碼子層（PCS）與CAN FD的PCS子層類(lèi)似，負責數據幀的發(fā)送和接收，進(jìn)行信號編碼和解碼，錯誤檢測和處理，信號調制和解調，物理層參數管理（如比特率、位定時(shí)、同步等），以及與PMA子層交互等功能。

      但是，CANXL在PCS子層和PMA子層之間引入PWM編碼機制，以實(shí)現PMA子層兩種總線(xiàn)驅動(dòng)方式的切換。

      PWM編碼是一種采用長(cháng)相和短相來(lái)區分PWM符號的編碼機制。如圖所示，在發(fā)送機上，TXD會(huì )以上升沿開(kāi)始，并先發(fā)送短相在發(fā)送長(cháng)相。在接收機上，RXD會(huì )以下降沿開(kāi)始，并先發(fā)送短相在發(fā)送長(cháng)相。

4、總結

      在應用場(chǎng)景方面，CAN XL可以用于多種網(wǎng)絡(luò )拓撲，包括總線(xiàn)型、點(diǎn)對點(diǎn)、菊花鏈、星形或雙星形網(wǎng)絡(luò )。它還支持與以太網(wǎng)的無(wú)縫銜接，可以通過(guò)更大數據段傳輸高層協(xié)議數據。此外，CAN XL的新增比特位，如SDT（Service Data Unit Type）和VCID（Virtual CAN ID），使其能夠更好地適配SOA架構的發(fā)展趨勢。

      總體而言，CAN XL作為CAN技術(shù)的下一代，以其高數據傳輸速率、大容量、兼容性和經(jīng)濟性等優(yōu)勢，在汽車(chē)電子電氣架構中展現出巨大的應用潛力。

      經(jīng)緯恒潤作為OPEN聯(lián)盟會(huì )員和AUTOSAR聯(lián)盟的高級合作伙伴，長(cháng)期為國內外各大OEM和供應商提供涵蓋TCP/IP、SOME/IP、DoIP、AVB、TSN、DDS等技術(shù)領(lǐng)域的設計和測試咨詢(xún)服務(wù)，積極研發(fā)和探索車(chē)載網(wǎng)絡(luò )前沿技術(shù)的工程應用。通過(guò)多個(gè)項目的實(shí)踐經(jīng)驗，已建立了高質(zhì)量、本土化的設計與測試一體化解決方案，為整車(chē)網(wǎng)絡(luò )架構提供可靠支持。

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