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導讀

隨著工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)總線上的數(shù)據(jù)量越來越多，這使得CAN總線的逐漸達到負荷極限，這就需要改進原有的總線來提高總線傳輸速率，CAN-FD便在這樣的背景下誕生了。

隨著當今工業(yè)的發(fā)展，尤其是在CAN總線運用較多的汽車領(lǐng)域，總線通訊的數(shù)據(jù)量越來越大，例如電動汽車上，汽車內(nèi)部出現(xiàn)更多的輔助系統(tǒng)和人機交互系統(tǒng)，這就使得傳統(tǒng)的CAN總線在傳輸速率和帶寬方面越來越力不從心。因此CAN-FD孕育而生。

根據(jù)CAN規(guī)范ISO11898-2所定義的標準幀結(jié)構(gòu)，一幀報文最大只能傳輸64位（8個字節(jié)）的數(shù)據(jù)，在最好的情況下總線負載達到70%左右，不過如果報文數(shù)據(jù)少于8個字節(jié)的情況下總線負載可能會更小。我們或者會提出疑問，為什么不可以把CAN標準的通信波特率改高一點呢？其實是有一個很重要的因素，CAN采用仲裁機制來判定不同節(jié)點CAN報文傳輸?shù)膬?yōu)先級，在仲裁期同一總線上的所有節(jié)點必須在一個位的時間內(nèi)到達。另一方面電信號有一個有限的傳播速度。從大量經(jīng)驗中得出CAN總線以1Mbit/s運行的最長距離為40米。通信波特率越高，通信距離則越短。

? CAN-FD與CAN主要區(qū)別

CAN-FD和CAN主要的區(qū)別有兩點：

1. 可變速率

CAN-FD采用了兩種位速率：從控制場中的BRS位到ACK場之前（含CRC分界符）為可變速率，其余部分為原CAN總線用的速率。兩種速率各有一套位時間定義寄存器，它們除了采用不同的位時間單位TQ外，位時間各段的分配比例也可不同。

2. 新的數(shù)據(jù)場長度

CAN-FD對數(shù)據(jù)場的長度作了很大的擴充，DLC最大支持64個字節(jié)，在DLC小于等于8時與原CAN總線是一樣的，大于8時有一個非線性的增長，所以最大的數(shù)據(jù)場長度可達64字節(jié)。

圖2

? CAN-FD簡介

1. CAN-FD 數(shù)據(jù)幀幀格式

CAN-FD 數(shù)據(jù)幀在控制場新添加EDL位、BRS位、ESI位，采用了新的DLC編碼方式、新的CRC算法（CRC場擴展到21位）。CAN-FD數(shù)據(jù)幀格式如圖 3所示。

圖3

2. 新添加位介紹

2.1?EDL位（Extended Data Length），原CAN數(shù)據(jù)幀中的保留位r，該位功能為：

隱性：?表示CAN-FD 報文（采用新的DLC編碼和CRC算法）；顯性：?表示CAN報文。

2.2?BRS位（ Bit Rate Switch），該位功能為：

隱性：表示轉(zhuǎn)換可變速率；

顯性：表示不轉(zhuǎn)換速率。

2.3 ESI（Error State Indicator），該位的功能為：

隱性：表示發(fā)送節(jié)點處于被動錯誤狀態(tài)（Error Passive）；

顯性：表示發(fā)送節(jié)點處于主動錯誤狀態(tài)（Error Active）。

EDL位可以表示CAN報文還是CAN-FD報文；BRS表示位速率轉(zhuǎn)換，該位為隱性位時，從BRS位到CRC界定符使用轉(zhuǎn)換速率傳輸，其他位場使用標準位速率，該位為顯性時，以正常的CAN-FD總線速率傳輸；通過添加ESI位，可以很方便的知道當前發(fā)送節(jié)點所處的狀態(tài)。

3. 新的CRC算法

CAN總線由于位填充規(guī)則對CRC的干擾，造成錯幀漏檢率未達到設計意圖。CAN-FD對CRC算法作了改變，即CRC以含填充位的位流進行計算。在校驗和部分為避免再有連續(xù)位超過6個，就確定在第一位以及以后每4位添加一個填充位加以分割，這個填充位的值是上一位的反碼，作為格式檢查，如果填充位不是上一位的反碼，就作出錯處理。CAN-FD的CRC場擴展到了21位。由于數(shù)據(jù)場長度有很大變化區(qū)間，所以要根據(jù)DLC大小應用不同的CRC生成多項式，CRC_17，適合于幀長小于210位的幀，CRC_21，適適合于幀長小于1023位的幀。

4. 新的DLC編碼

CAN-FD 數(shù)據(jù)幀采用了新的新的DLC編碼方式，在數(shù)據(jù)場長度在0-8個字節(jié)時，采用線性規(guī)則，數(shù)據(jù)場長度為12-64個字節(jié)時，使用非線性編碼。如圖 5所示。