CAN-FD 總線協議及其車載網絡應用簡介

1 所示）。

圖1 CAN 通信方案的發展歷程

CAN 總線通信的一些關鍵特性使其非常適合車載網絡應用：
　　（1）差分信號可靠性高，抗干擾能力強，且通信介質選擇靈活（雙絞線、同軸電纜
　　或光纖）；
　　（2）通信速率最高可達1 Mbit/s（此時距離最長40 m）；
　?。?）采用多主通信模式，當總線空閑時，任意節點均可以主動向網絡其他節點發送
　　信息；
　?。?）支持節點優先級設定，并采用非破壞性逐位仲裁規則解決潛在數據發送沖突；

（5）信息以廣播式發送，所有節點都能接收到信息，保證網絡內的數據一致性；
　　（6）支持完善的錯誤界定和處理機制，出錯節點具有自動關閉退出總線的功能。
　　隨著人們對汽車的智能化要求越來越高，汽車上裝配的電子控制單元也越來越多，
　　CAN 總線通信也漸漸顯現出來一些不足：
　?。?）最高數據傳輸速率限制為1 Mbit/s，車載領域實際使用速率最高為500 Kbit/s，無
　　法滿足越來越高的數據吞吐量需求；
　?。?）每幀報文有效數據場為8 字節，僅占整幀報文信息不足50%；
　?。?）性能上難以應對Flexray、Ethernet 等新型車載總線的威脅。
　　市場對提升CAN 總線性能的強烈需求使CAN-FD（Flexible Data rate）應運而生，CANFD
　　發揚了CAN 的優點，并彌補了CAN 的不足，其主要特性如下：
　?。?）采用與CAN 通信相同的事件觸發模式，軟件容易開發和移植；
　　（2）最高數據傳輸速率達5Mbit/s，更好地滿足要求高實時性、高數據傳輸速率的應
　　用；
　?。?）每幀報文有效數據場為64 字節，占整幀報文信息超過70%；
　　（4）相比Flexray、Ethernet 等新興總線成本更低。
　　CAN-FD 的技術特點及應用領域
　　CAN-FD 通過改變幀結構和提高位速率等方法成功的把數據傳輸速率提高到了5Mbit/s，
　　其基本原理如圖2 所示。CAN-FD 協議的幀結構如圖3 所示。

圖2 CAN-FD 傳輸的基本原理

圖3 CAN-FD 協議的幀結構

　　詩訊半導體（Spansion）近期發布的Cortex-R5 系列汽車級MCU 產品全系列支持CANFD
　　總線通信。2014 年7 月，詩訊半導體正式發布了集成CAN-FD 控制器的ARM Cortex-R5
　　S6J3310系列產品。該產品的關鍵特性包括：ARM Cortex-R5 高性能32 位內核，主頻高達
　　144 MHz；最高集成2 路CAN-FD 通信，每路數據傳輸速率達5 Mbit/s；支持SHE（Secure
　　Hardware Extension）加密功能；支持更新的低功耗功能，如部分喚醒等；支持AutoSAR。
　　圖4 展示了S6J3110 評估板的CAN-FD 的技術特點和幀結構的實測波形。

圖4 S6J3110 評估板的CAN-FD 的技術特點和幀結構的實測波形

CAN-FD 的主要應用領域包括：
　?。?）EOL（End-Of-Line）程序燒寫：CAN 數據傳輸速率為500 Kbit/s；CAN-FD 數據傳
　　輸速率為5 Mbit/s，約10 倍于CAN 傳輸速率。
　　（2）動力、底盤和安全系統，以及身份認證：數據場支持長達64 字節，避免數據非
　　必要的拆分。
　?。?）網關：提高網絡數據傳輸速率達5 Mbit/s，提高了有效數據負載率。
　　CAN-FD 的設備、工具廠商
　　在車載應用領域，目前已有多家設備、工具廠商支持CAN-FD 總線協議，如維克多
　?。╒ector）、羅德與施瓦茨（R&S）和周立功（ZLG）等。
　　國外廠商以維克多為代表，其在工具體系的完整性方面更為領先。Vector 的工具體系
　　完整的支持CAN-FD 的開發、測試、網絡分析等全部功能。另外，其GL 系列總線記錄儀也
　　將在不遠的將來支持CAN-FD 協議。
　　國內廠商以周立功為代表，其最新推出的四通道ZDS2024 示波器可以很好的支持
　　CAN-FD 協議，其關鍵特性包括：支持4 通道、模擬帶寬高達200MHz、采樣率每通道均為
　　1GSa/s、21 種協議觸發及解碼、51 種參數測量及24 種參數同時測量統計。