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#CAN #CAN XL

導(dǎo)讀

本文將全面剖析CAN（Controller Area Network）技術(shù)的發(fā)展歷程，從其起源到經(jīng)典CAN（CAN CC）技術(shù)的廣泛應(yīng)用，再到其后續(xù)的重要迭代——CAN FD（靈活數(shù)據(jù)速率）技術(shù)的突破性進(jìn)展，直至最新技術(shù)CAN XL的驚艷亮相，深入探討CAN技術(shù)如何在汽車(chē)和工業(yè)通信領(lǐng)域中持續(xù)演進(jìn)與革新。

01CAN技術(shù)起源 經(jīng)典CAN（CAN CC）

CAN技術(shù)的出現(xiàn)，源于對(duì)實(shí)時(shí)控制和可靠數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的深切需求。CAN技術(shù)于1986年的汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)（SAE）會(huì)議上正式發(fā)布。隨后，博世公司在1991年發(fā)布了首個(gè)CAN協(xié)議規(guī)范，標(biāo)志著CAN技術(shù)正式步入規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的軌道。

技術(shù)規(guī)格與性能

經(jīng)典CAN（CAN CC）的最大有效負(fù)載為8字節(jié)，支持高達(dá)1Mbit/s的比特率，滿(mǎn)足了當(dāng)時(shí)汽車(chē)和工業(yè)控制領(lǐng)域的實(shí)時(shí)通信需求。CAN CC采用了一種非破壞性仲裁的載波偵聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)/沖突避免（CSMA/CA）串行通信協(xié)議，確保了數(shù)據(jù)/遠(yuǎn)程幀沖突的避免，同時(shí)不會(huì)造成任何時(shí)間損失。此外，CAN CC還具備強(qiáng)大的錯(cuò)誤檢測(cè)和處理機(jī)制，對(duì)電磁干擾具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能夠自動(dòng)重傳失敗幀，確保系統(tǒng)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)一致性。

幀結(jié)構(gòu)與通信協(xié)議

CAN CC的幀結(jié)構(gòu)也是其成功的重要因素之一。它支持兩種數(shù)據(jù)幀格式：基本幀格式（CBFF）和擴(kuò)展幀格式（CEFF）。這兩種格式的主要區(qū)別在于CAN標(biāo)識(shí)符的長(zhǎng)度，CBFF支持11位的CAN標(biāo)識(shí)符，而CEFF則支持29位的CAN標(biāo)識(shí)符。這種設(shè)計(jì)使得CAN CC能夠靈活地應(yīng)用于不同的網(wǎng)絡(luò)和通信場(chǎng)景。

AUI狀態(tài)與仲裁機(jī)制

在物理層方面，CAN CC的附加單元接口（AUI）提供了“顯性”和“隱性”兩種可能的狀態(tài)，這些狀態(tài)通常對(duì)應(yīng)于邏輯上的“0”和“1”。網(wǎng)絡(luò)邏輯采用了一種“線(xiàn)與”機(jī)制，其中顯性位（0）能夠覆蓋隱性位（1），這一機(jī)制在仲裁過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

CAN CC數(shù)據(jù)幀由幀起始（SOF）、仲裁段、控制字段、數(shù)據(jù)字段、CRC字段、ACK字段和幀結(jié)束（EOF）等部分組成。其中，仲裁段包含標(biāo)識(shí)符和RTR（遠(yuǎn)程傳輸請(qǐng)求）位；控制字段包含DLC（數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼），它決定了幀中發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)；數(shù)據(jù)字段是幀的實(shí)際數(shù)據(jù)有效負(fù)載；CRC字段包括CRC序列和CRC定界符，用于確保數(shù)據(jù)完整性；ACK字段由ACK時(shí)隙和分隔符組成，用于確認(rèn)幀的正確接收。

錯(cuò)誤處理與同步

在錯(cuò)誤處理與同步方面，CAN CC使用活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志和被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志來(lái)處理錯(cuò)誤。這些錯(cuò)誤標(biāo)志會(huì)增加內(nèi)部錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器，可能導(dǎo)致有缺陷的節(jié)點(diǎn)進(jìn)入錯(cuò)誤被動(dòng)狀態(tài)，最終進(jìn)入總線(xiàn)關(guān)閉狀態(tài)。為了保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性，CAN CC還采用了位填充機(jī)制，在五個(gè)相同值的連續(xù)位之后，發(fā)送器會(huì)插入一個(gè)相反值的位。

02CAN技術(shù)迭代 | CAN FD的出現(xiàn)

CAN技術(shù)的進(jìn)步帶來(lái)了CAN FD（CAN with Flexible Data-Rate），這是對(duì)經(jīng)典CAN（CAN CC）的重要擴(kuò)展。CAN FD支持的比特率可達(dá)8 Mbit/s，并且能夠處理高達(dá)64字節(jié)的有效負(fù)載，同時(shí)保持與CAN CC幀的完全向后兼容性。這種新格式通過(guò)FDF（靈活的數(shù)據(jù)格式）位來(lái)區(qū)分，這是在CAN CC中保留的位。

基本幀格式

CAN FD的基本幀格式在順序和數(shù)量上與CAN CC保持一致，但對(duì)某些字段的長(zhǎng)度進(jìn)行了調(diào)整以適應(yīng)新特性和增強(qiáng)。這些改進(jìn)包括：

■ 比特率切換（BRS）位：允許在幀內(nèi)切換到更高的比特率，使CAN FD能夠在同一個(gè)幀內(nèi)傳輸更多數(shù)據(jù)，避免網(wǎng)絡(luò)因大數(shù)據(jù)包而超載。

■ 錯(cuò)誤狀態(tài)指示（ESI）位：指示發(fā)送方是處于主動(dòng)錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)還是被動(dòng)錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)，改善錯(cuò)誤管理。

■ 擴(kuò)展數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼（DLC）：DLC編碼的值擴(kuò)展，以表示更長(zhǎng)的數(shù)據(jù)有效負(fù)載，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。

■ CRC多項(xiàng)式調(diào)整：確保不同有效負(fù)載大小下的數(shù)據(jù)完整性，包括17位CRC和21位CRC的應(yīng)用。

CAN FD幀結(jié)構(gòu)的其余部分與CAN CC相似，允許CAN FD設(shè)備連接到相同的物理網(wǎng)絡(luò)，并使用相同的收發(fā)器、連接器和電纜。值得注意的是，CAN FD不支持遠(yuǎn)程幀。

應(yīng)用與優(yōu)勢(shì)

CAN FD的應(yīng)用范圍廣泛，特別是在汽車(chē)行業(yè)，它已經(jīng)成為許多高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和車(chē)聯(lián)網(wǎng)（V2X）通信的首選技術(shù)。CAN FD的優(yōu)勢(shì)在于其高速率和大數(shù)據(jù)量的傳輸能力，這使得它能夠滿(mǎn)足現(xiàn)代汽車(chē)對(duì)于復(fù)雜控制和診斷數(shù)據(jù)的需求。

此外，CAN FD還提供了與現(xiàn)有CAN CC網(wǎng)絡(luò)的兼容性，這使得在升級(jí)和擴(kuò)展現(xiàn)有系統(tǒng)時(shí)更加靈活和方便。

綜上所述，CAN FD作為CAN技術(shù)的一個(gè)重要迭代，其高速率和大數(shù)據(jù)量的傳輸能力為現(xiàn)代汽車(chē)和其他需要高效數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用場(chǎng)景提供了有力的支持。

從CAN CC到CAN FD，CAN技術(shù)經(jīng)歷了從誕生到不斷迭代的歷程。每一次技術(shù)的革新，都推動(dòng)了CAN技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。在本文下篇中，我們將繼續(xù)探討CAN技術(shù)的最新進(jìn)展——CAN XL，以及它如何進(jìn)一步拓展CAN技術(shù)的應(yīng)用范圍。敬請(qǐng)期待！

文章來(lái)源：本文內(nèi)容基于Robert Nawrath在《CAN Newsletter 2024》中發(fā)表的文章。由虹科智能互聯(lián)團(tuán)隊(duì)精心翻譯并傳播，旨在與業(yè)界同仁共享這一前沿技術(shù)成果。

審核編輯 黃宇