電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/吳子鵬）作為CAN總線的升級版，CAN FD（CAN with Flexible Data rate）在數(shù)據(jù)長度和帶寬方面做了明顯的拓展和增強，滿足工業(yè)和汽車應(yīng)用對高速通信的需求。在工業(yè)領(lǐng)域，CAN FD被越來越多地應(yīng)用于工業(yè)控制和工業(yè)通信等場景。

CAN FD特征性能和注意事項

相比于傳統(tǒng)CAN協(xié)議，CAN FD最大的兩個特點是采用可變速率和單幀最長64字節(jié)數(shù)據(jù)。通過將每個數(shù)據(jù)幀最多支持64個數(shù)據(jù)字節(jié)，相比傳統(tǒng)CAN的8個數(shù)據(jù)字節(jié)，減少了相同數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議開銷，提升了傳輸效率。

可變速率具體表現(xiàn)為，CAN FD的控制位的首位由傳統(tǒng)CAN的RTR變?yōu)镽RS，該位始終是顯性（0）。第三個控制位在傳統(tǒng)CAN中屬于保留功能，在CAN FD變?yōu)镕DF，為隱性（1）。通過這樣的設(shè)計，CAN FD從控制段中的BRS位到ACK段之前（含CRC分界符）為可變速率（理論最大可達12Mb/s），其余部分為原CAN總線用的速率。

從CAN升級到CAN FD，有一些新增的位字段，比如上面提到的FDF位、BRS位和ESI位。這里的ESI位為Error State Indicator位，用于指示發(fā)送節(jié)點的錯誤狀態(tài)。當ESI位為顯性時，表示發(fā)送節(jié)點處于主動錯誤狀態(tài)；當ESI位為隱性時，表示發(fā)送節(jié)點處于被動錯誤狀態(tài)。

雖然CAN FD是向后兼容傳統(tǒng)CAN的，不過傳統(tǒng)CAN應(yīng)用升級到CAN FD應(yīng)用時，也需要注意一些細節(jié)。比如，采樣點對通信的影響，當傳統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)拓撲升級到CAN FD網(wǎng)絡(luò)拓撲時，節(jié)點的軟/硬件均需要有所改變，收發(fā)機和控制器都需要選擇CAN FD對應(yīng)的。在控制器中，當網(wǎng)絡(luò)拓撲增加了CAN FD節(jié)點之后，需要至少兩個通信CAN FD節(jié)點，增加了CAN FD節(jié)點，需要Classic CAN節(jié)點設(shè)置CAN ID的過濾功能，這樣就會避免出現(xiàn)錯誤幀。

還有一個經(jīng)常遇到的是傳統(tǒng)CAN和CAN FD的共存問題，未來的CAN網(wǎng)絡(luò)，較長時間內(nèi)都會存在著傳統(tǒng)CAN與CAN FD并存的情況。這部分需解決速率切換的問題，對實時性要求高的節(jié)點會率先采用CAN FD，其他對實時要求不高的節(jié)點仍然會使用傳統(tǒng)CAN。在這樣的網(wǎng)絡(luò)拓撲中，通信可以全部選擇由CAN FD路由器進行轉(zhuǎn)發(fā)，因為CAN FD協(xié)議是先后兼容傳統(tǒng)CAN的。

CAN FD的工業(yè)應(yīng)用

在工業(yè)領(lǐng)域，CAN FD通信被用于連接各種工業(yè)設(shè)備和傳感器。通過高速的數(shù)據(jù)傳輸，可以實時監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)，提高生產(chǎn)效率和維護效率。目前，CAN FD在工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)擁有了完備的產(chǎn)品和方案支持。

首先，帶CAN FD接口的MCU選擇是非常豐富的，無論是德州儀器、瑞薩、英飛凌和恩智浦等國際大廠，還是賽元微、靈動微、兆易創(chuàng)新等國內(nèi)廠商，都提供具有CAN FD接口的MCU，滿足工業(yè)領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用。

以靈動微電子MM32F0160系列MCU為例，該系列MCU具有一個 FlexCAN 模塊，該模塊遵循ISO 11898-1標準、CAN FD和CAN 2.0B協(xié)議規(guī)范，不僅兼容傳統(tǒng)CAN，還支持CAN FD模式。在CAN FD模式下，可實現(xiàn)最高8 Mbps的FD模式通信速率，支持標準幀（11位標識符）和擴展幀（29位標識符），支持最大64字節(jié)有效負載，并且具有非常靈活的用于傳輸和接收的郵箱系統(tǒng)。

再比如新唐科技帶CAN FD接口的MCU/MPU產(chǎn)品M253、M463、M467等，最高可支持到4路接口。其中，M467芯片通過4路CAN FD接口與多個電池包進行通信，以獲取電池包數(shù)據(jù)。該應(yīng)用要求實現(xiàn)穩(wěn)定的5Mbps以上傳輸速率，并采用新唐獨有的HyperBus外接HyperRam來存儲臨時數(shù)據(jù)。相對于SRAM，HyperRam具有更低的功耗和成本。隨后，數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)口傳遞給監(jiān)測端進行處理。

為了提升產(chǎn)品的易用性，處理器廠商也會通過自主研發(fā)或者合作研發(fā)來提供開發(fā)板，比如MD9360核心板，搭載芯馳D9-Pro六核Cortex-A55處理器，主頻高達1.6GHz，支持16路串口、4路CAN FD及2路千兆網(wǎng)。這款核心板可用于工業(yè)領(lǐng)域的運動控制、工程機械和顯示終端等場景。

上述提到了CAN FD的收發(fā)，相關(guān)的方案也是非常豐富，比如德州儀器的TCAN3413和TCAN3414就是符合ISO 11898-2:2016高速CAN規(guī)范物理層要求的控制器局域網(wǎng) (CAN) FD收發(fā)器。此類收發(fā)器具有經(jīng)過認證的電磁兼容性 (EMC)，適用于數(shù)據(jù)速率高達5兆位/秒 (Mbps) 的傳統(tǒng)CAN和CAN FD網(wǎng)絡(luò)。這些器件可以在更簡單的網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)高達8Mbps的運行速度。德州儀器的TCAN3413和TCAN3414主要應(yīng)用場景包括工廠自動化、電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)運輸、電機驅(qū)動器等。

結(jié)語

在需要高速數(shù)據(jù)交換的復(fù)雜工業(yè)自動化系統(tǒng)中，如高速機器人控制、實時監(jiān)控系統(tǒng)等，CAN FD的需求還是比較強勁的，填補了傳統(tǒng)CAN和以太網(wǎng)之間的差距，無論MCU，還是收發(fā)器，抑或者是轉(zhuǎn)接口，目前工業(yè)級CAN FD的產(chǎn)品類型是非常豐富的。