什么是CANFD協(xié)議以及CANFD與傳統(tǒng)CAN協(xié)議對(duì)比

1、CAN協(xié)議演進(jìn):從CAN到CAN FD

CAN FD（FlexibleData-rate）是“可變數(shù)據(jù)速率CAN”的縮寫，可以理解為傳統(tǒng)CAN總線的一次協(xié)議層升級(jí)。需要注意的是，CAN FD只升級(jí)了通信協(xié)議，物理層保持不變。這種設(shè)計(jì)是為了在保證兼容性的前提下，解決傳統(tǒng)CAN的一些瓶頸問題。

隨著汽車電子系統(tǒng)功能日益復(fù)雜，數(shù)據(jù)交互頻繁，傳統(tǒng)的CAN2.0總線面臨著嚴(yán)重的負(fù)載問題，部分場(chǎng)景下負(fù)載率甚至高達(dá)95%。與此同時(shí)，CAN總線還存在以下主要局限性：

· 最大傳輸速率限制在1Mbit/s（實(shí)際常見速率為500kbit/s）；

· 幀開銷過大，傳統(tǒng)CAN一幀中僅有不到50%的帶寬用于有效數(shù)據(jù)傳輸；

· 幀數(shù)據(jù)段僅8字節(jié)，難以滿足現(xiàn)代應(yīng)用對(duì)大數(shù)據(jù)量通信的需求；

· 延遲受限于物理架構(gòu)，如ACK響應(yīng)延遲、收發(fā)器與布線的傳播延遲等。

相較之下，其他通信協(xié)議的開銷明顯更小，例如：

· UDP：1500字節(jié)數(shù)據(jù)包中僅64字節(jié)為開銷；

· FlexRay：254字節(jié)中只有8字節(jié)為控制開銷。

由于汽車行業(yè)不可能完全拋棄現(xiàn)有CAN架構(gòu)重新設(shè)計(jì)，為兼容現(xiàn)有系統(tǒng)、控制升級(jí)成本、并提升總線性能，CAN FD應(yīng)運(yùn)而生。CAN FD的研發(fā)始于2011年，并在2015年正式被納入ISO11898-1標(biāo)準(zhǔn)中，與經(jīng)典CAN協(xié)議并存。

CAN FD相比傳統(tǒng)CAN的核心改進(jìn)有兩個(gè)：

1、數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度擴(kuò)展至64字節(jié)；

2、在數(shù)據(jù)階段支持更高的傳輸速率（最大8Mbit/s）。

這些改進(jìn)大幅提升了通信效率，降低了總線負(fù)載，使其更適應(yīng)當(dāng)今對(duì)高速、大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆Ｒ虼耍?/span>CAN FD不僅是傳統(tǒng)CAN的延續(xù)，更是面向未來車載網(wǎng)絡(luò)的重要演進(jìn)。

CAN與CAN-FD對(duì)比：

CAN與CAN-FD對(duì)比

2、CAN與CAN FD幀結(jié)構(gòu)差異

CAN與CAN FD的幀結(jié)構(gòu)如圖下所示。

CAN與CAN FD幀結(jié)構(gòu)差異

從圖中可以看到，CAN FD幀的整體結(jié)構(gòu)沿用了經(jīng)典CAN幀的基本框架，但為了支持更高的帶寬與更大的數(shù)據(jù)傳輸量，在控制字段及數(shù)據(jù)字段上做了顯著擴(kuò)展。幀起始位OF用于標(biāo)識(shí)一幀數(shù)據(jù)的開始，與傳統(tǒng)CAN相同，緊隨其后的仲裁字段包含11位標(biāo)識(shí)符與一個(gè)保留位r1，用于總線仲裁和幀優(yōu)先級(jí)判定?？刂谱侄尾糠质?/span>CAN FD的關(guān)鍵擴(kuò)展區(qū)域，除了沿用IDE位外，新增的EDL（Extended Data Length）位用于明確區(qū)分CAN FD與傳統(tǒng)CAN報(bào)文，而BRS（Bit Rate Switch）位的引入使得在仲裁階段之后，數(shù)據(jù)段與CRC字段可切換至更高速率進(jìn)行傳輸；ESI（Error State Indicator）則用于表征發(fā)送節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤狀態(tài)，從而輔助系統(tǒng)進(jìn)行容錯(cuò)判斷。數(shù)據(jù)段是CAN FD提升帶寬的核心，其長(zhǎng)度可由DLC字段指定，從傳統(tǒng)CAN的最多8字節(jié)擴(kuò)展至最多64字節(jié)使單幀有效載荷大幅提升；隨之而來的是CRC校驗(yàn)字段也相應(yīng)增強(qiáng)，根據(jù)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度使用17位或21位CRC，提升數(shù)據(jù)完整性保障能力。幀末部分的ACK、EOF以及IFS與傳統(tǒng)CAN保持一致，確保CAN FD具備良好的向后兼容性。

3、標(biāo)準(zhǔn)CAN FD與博世CAN FD的區(qū)別

CAN FD最早由Bosch提出，稱為Bosch CAN FD，作為對(duì)傳統(tǒng)CAN總線的擴(kuò)展，主要引入了更大的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（最多64字節(jié)）以及更高的數(shù)據(jù)段速率（可達(dá)8Mbps），其幀結(jié)構(gòu)中使用的是17位CRC校驗(yàn)碼，無需支持位時(shí)間重同步。然而，隨著實(shí)際應(yīng)用中通信速率和負(fù)載上升，Bosch版本在數(shù)據(jù)可靠性方面存在一定局限，因此在2015年，ISO組織發(fā)布了正式標(biāo)準(zhǔn)ISO 11898-1:2015，即為現(xiàn)在所稱的標(biāo)準(zhǔn)CAN FD，在保留Bosch版本主要特性的基礎(chǔ)上，引入了更強(qiáng)的21位CRC校驗(yàn)機(jī)制，并對(duì)幀格式進(jìn)行了微調(diào)，增強(qiáng)了抗干擾能力。兩者在物理層兼容，但在幀結(jié)構(gòu)、校驗(yàn)算法和協(xié)議容錯(cuò)機(jī)制上存在差異。因此，標(biāo)準(zhǔn)CAN FD節(jié)點(diǎn)更具通用性和可靠性，而Bosch版則是早期的實(shí)驗(yàn)性版本，現(xiàn)階段已逐漸被ISO標(biāo)準(zhǔn)替代。

今天的分享就到這里啦，EBYTE每一天都致力于更好的助力物聯(lián)化、智能化、自動(dòng)化的發(fā)展，提升資源利用率，更多CAN總線模塊和CAN總線網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品的更多資料，感興趣的小伙伴可以登錄我們的億佰特官網(wǎng)進(jìn)行了解，也可以直接撥打400電話咨詢技術(shù)專員！