CAN2.0总线的升级版——CAN FD简介

为什么需要CAN FD？

在汽车行业，为什么需要CAN FD？

1. 原因主要是因为汽车功能越来越多，越来越复杂，传统的CAN总线（CAN2.0）的负载率越来越高，甚至负载率高达95%。

2. 因为传统CAN总线的局限性：

· 传输率最大为1Mbiy/s（典型的<= 500kbit/s）；

· 传统CAN数据帧超过50%的额外开销（overhead > 50%）。

3. 对比其他协议，额外开销比例要小得多，如UDP （1500 bytes/datagram, 64 bytes overhead），FlexRay（254 bytes/frame, 8 bytes overhead）。

4. 因为历史原因，汽车不可能直接放弃目前的传统CAN总线技术，一切推到重来。那么为了解决CAN总线负载率问题，而又能兼容CAN总线，并且研发成本不能太高的问题，2015年最新的修订版ISO 11898-1（classic CAN和CAN FD）发布。

什么是CAN FD?

CAN FD 是CAN with Flexible Data rate的缩写。也可以简单的认为是传统CAN的升级版。在上一篇文章汽车的中枢神经系统——CAN总线简介可以看到CAN整个发展历程。

2011年，开始CAN FD协议的开发。

2015年，ISO 11898-1（Classical CAN和CAN FD）修订版发布。

对比传统CAN总线技术，CAN FD有两方面的升级：

1. 支持可变速率—> 最大5Mbit/s；

2. 支持更长数据长度--> 最长64 bytes数据。

CAN FD的开发成本和传统CAN开发成本相差不大，并且可以和传统CAN很好兼容。

CAN FD对比FlexRay的优势在于：

1. CAN FD的开发成本远低于FlexRay；

2. FlexRay对ECU升级刷写不友好。

CAN FD对比以太网的优势在于：

1. CAN FD的开发成本远低于以太网；

2. 以太网优势在于大数据的传输但不能完全适用于当前汽车架构。

CAN FD 数据帧

对比传统CAN的数据帧，CAN FD在控制场新添加EDL位、BRS位、ESI位，采用了新的DLC编码方式、新的CRC算法（CRC场扩展到21位）。

1. 起始位SOF（start of frame）

传统CAN的数据帧起始位SOF和CAN FD的数据帧起始位SOF是一样的，一个bit的显性位‘0’。

2. 仲裁场（Arbitration Field）

对比传统CAN数据帧，CAN FD共享相同的CAN ID，包括扩展数据帧的ID。

CAN FD用RRS bit（始终为显性位‘0’）代替RTR。

FDF（FD format）表示CAN FD还是传统CAN数据帧：

· FDF – ‘0’ --> 传统CAN数据帧

· FDF – ‘1’--> CAN FD数据帧

BRS（Bit Rate Switch）表示时钟频率的切换：

· BRS – ‘1’-->时钟频率切换

ESI（Error State Indicator）表示CAN总线的错误状态。

3. DLC控制域（control Field）

DLC用于表示数据帧的数据长度。并且支持传统CAN 数据帧的编码方式。

4. CRC

CAN总线由于位填充规则对CRC的干扰，造成错帧漏检率未达到设计意图。CAN FD对CRC算法做了改变，即CRC以含填充位的位流进行计算。在校验和部分为避免再有连续位超过6个，就确定在第一位以及以后每4位添加一个填充位加以分割，这个填充位的值是上一位的反码。作为格式检查，如果填充位不是上一位的反码，就作出错处理。CAN FD的CRC场扩展到了21位。

根据不同的数据长度，CRC的长度也不一样：

· CRC 15bits –> 传统CAN；

· CRC 17bits--> 数据长度<= 16bytes；

· CRC 21bits -->数据长度>16bytes。

CRC的结束标识位（CRC Delimiter）一般是1位，但也接收2位。

5. ACK

ACK紧跟着CRC结束标识位。不同的是，CAN FD支持2bits的ACK的识别。

6. 结束标识符（End of Frame）

EOL在传统CAN，CAN FD中都是7个连续隐性位“1”。

性能对比