在轿车职业，轿车电子操控单元 (ECU) 阅历了爆破式
添加。这些 ECU 在遵从职业规范的基础上还选用了一些专 用协议，逐步从独立单元开展成了网络中的智能节点。其结 果是，轿车网络本钱被拉低，一起其可靠性和功用得到了提 高。在曩昔的十年里，咱们看到，数据总线逐步开展成了车 载网络的规范。在接下来的十年里，咱们信任，现有轿车 网络协议必将阅历一系列的扩展，规范网络连接必将进入 轿车。本文对两种新的轿车网络连接协议进行了剖析，即 CAN-FD。
图1 规范 CAN 音讯
图2 位时刻缩短的 CAN-FD
图3 位时刻缩短且负载添加的 CAN-FD
1 为何挑选新式数据总线？
一系列新式轿车功用的开展，例如，先进的驾驭辅佐 体系、泊车辅佐体系、车道违背警示体系、盲区勘探以及信 息文娱体系等，触发了对新数据总线的需求。这些新式总线 有必要可以到达更快的速度，带宽有必要可以扩展，可以完成无 缝晋级，并且还要有助于下降功耗、分量、芯线数和布置成 本。
2 CAN-FD（具有可变数据速率的 CAN）
CAN-FD 改善了轿车职业中主导总线体系（即 CAN 协 议）的带宽利用率（拜见图 1、 2、 3）。带宽利用率的提 高是经过以下办法完成的：
2.1 双位速率： CAN-FD 帧支撑双位时刻功用
a. 正常位时刻
• 这个位时刻与现有 CAN 协议相同。这包括多个器材 可在其间（在裁定开端和应对完毕时）一起进行传输的总线 字段。
• 这些总线字段如下：
– 帧开端 (SOF) 位、裁定场（ 12 位）和 2 个操控位
– 应对位、应对分界符位、帧完毕 (EOF) 位（ 7 位）和 帧间隔（ 3 位）
b. 缩短的位时刻
• 为了完成更高的数据速率， CAN-FD 答应某些特定总 线字段的位时刻短于当时的 CAN 位时刻。
• 对这些总线字段的时序要求比较宽松，因为仅仅为了 确保器材仅一个接一个地进行传输。不需求逐位裁定。
图4 通用 CAN 帧格局
图5 CAN 2.0 规范帧
图6 CAN 2.0 扩展帧
图7 CAN-FD 规范帧
• 这 些 总 线 字 段 包 括 ： 2 个 控 制 位 、 负 载 长 度 （ 4
位）、负载数据以及 CRC（ 17 或 21 位）。
2.2 负载添加
a. 音讯长度为 64 字节，与曾经的 8 字节比较，提高了
CAN协议的功率。
b. 为了充分利用 CAN-FD 的这一改善，您还需求更新系 统软件。
3 CAN 帧格局
CAN-FD 是在当时 CAN 协议的基础上演化而来的，支 持现有的一切 CAN 帧格局。有关通用 CAN 帧格局，请拜见 图 4。
3.1 CAN 2.0 规范帧
下面描绘的两个位元标识了规范帧（ 11 位标识符）：
• 第 13 位 – 标识符扩展 (IDE) 位元 – 显性 (0)• 第 14 位 – 保存位元 (R0) – 显
性 (0)
另一个重要的位是第 12 位，
即长途传输恳求 (RTR) 位元。
• 显性 (0) – 数据帧
• 隐性 (1) – 长途帧
CAN 2.0 扩展帧
C A N 2 . 0 协 议 还 支 持 扩 展 帧（图 6）。
下面描绘的两个位元标识了扩 展帧（ 29 位标识符）：
• 第 13 位 – IDE 磁场 – 隐性 (1)
• 第 12 位 – SRR 磁场 – 隐性 (1)
R T R 位 元 的 新 位 置 是 第 3 2
位。扩 展 帧 包 括 两 个 保 留 位 元 （R0 和R1）。
3.2 CAN-FD 规范帧格局
在 CAN-FD 协议中，您将留意 到，数据负载更大（图 7）。
下 面 描 述 的 两 个 位 元 标 识 了
CAN-FD 帧：
• 第 13 位 – 标识符扩展 (IDE)
位元 – 显性 (0)
• 第 14 位 – 规范帧中的 R0 位元现在是扩展数据长度
(EDL) 位元 – 隐性 (1)
这 意 味 着 C A N – F D 规 范 应 该 适 用 于 数 据 长 度 代 码
(DLC) 和 CRC 序列。
第 16 位是一个新位元，即位速率挑选开关 (BRS)
请留意，不存在 RTR 位元。
3.3 CAN-FD 中的新功用
• 扩展数据长度 (EDL) 位元：区别 CAN-FD 帧与规范
CAN 帧
• 显性 – 规范 CAN 帧格局
• 隐性 – CAN-FD 帧格局
• 位速率挑选开关 (BRS) 位元：在 BRS 采样点当即开端
CAN-FD 速率
• 显性 – 不切换到新位速率
• 隐性 – 切换到新位速率
图8 规范以太网与专属以太网
图9 IEEE AVB 规范仓库
• 过错情况指示 (ESI) 位元
• 显性 – 过错有源发射器
• 隐性 – 过错无源发射器
• 保存了两个位元以用于进一步的协议修订 – R0（第 15
位）和 R1（第 12 位），但位元的方位与前期版别不同
• 修改了 CRC，以便为更长帧保持与规范 CAN帧相同 的汉明间隔
4 CAN_FD 运用事例
4.1 快速软件下载
CAN-FD 可以加快针对轿车 ECU 的最终编程作业。通 用轿车指出，运用 CAN-FD 后， ECU 编程时刻将缩短至当 前编程时刻的三分之一，乃至是五分之一。同样地，轿车修 理间内的确诊或软件晋级时刻也缩短了。
4.2 过错情况
传输节点犯错可能会导致音讯忽然中止，然后对那些 安全至上的体系形成影响。每个 CAN-FD 音讯的过错情况信 息 (ESI)位元中都包括传输节点的情况。选用这种方法，接 收器就可以监控传输节点，并在实际问题产生之前采纳毛病 预防措施。
4.3 添加的数据载荷
CAN-FD 使得音讯长度扩展到了 64 字节，然后避免了长音讯被拆分。其结果是，在 CAN 仓库中形成了一个十分 简化的传输层。您不用完成杂乱的流操控机制来包容多个消 息。
4.4 ECU 之间的通讯更快
跟着轿车功用的日益丰厚，轿车 ECU 之间交流的数据 量也呈直线上升。 CAN-FD 凭仗更高的带宽，可以轻松处理 更很多的数据，并且可以到达与 FlexRay 比美的速度。
4.5 总线负载下降
因为通讯速度更快， ECU 可以经过 CAN-FD 帧以比使 用规范CAN 帧时更快的速度发送和接纳数据。其直接作用 便是总线负载会下降。示例：一个仪表板担任为驾驭员呈 现轿车的很多参数。它将需求驱动 3 到 7 个计量器，操控
20 到 30 个信号设备，响铃并显现信号警报来指示情况或系 统毛病。该节点需求经过来自多个ECU 的很多 CAN 音讯来 接纳和传输信息。在这样一个体系上，CAN 负载可以占到
75% – 80%。 CAN-FD 经过削减 CAN 总线负载缓解了这一问 题。
4.6 传输线路的长度
在货车或铰接巴士网络中，总线的长度可能会到达 9
至 20 米。整个网络的速度将会遭到裁定场的约束。
J1939-14 规范界说的最大位速率是 500kbps。但是， CAN-FD可以到达更高的速度。裁定场可以仍保持的速度，但数据载荷可以以高得多的速率进行交流。这极大 地提高了网络的吞吐量。（未完待续）
