CAN FD(控制器局域網靈活數據速率)是CAN(控制器局域網)的升級版。它們之間的顯著差異在于所能提供的數據速率。
傳統的CAN提供11位(標準)和29位(擴展)的數據速率,而CAN FD則提供靈活的數據速率,每幀可達0-64字節。博世(BOSCH)開發了這兩種技術,以支持汽車行業對數據和技術日益增長的需求。
博世最初開發了控制區域網絡總線(CAN總線),這是一種用于汽車應用的通信協議。隨著車輛創新和多個電子控制單元(ECU)的出現,需要一種能夠應對日益增長的復雜性、速度和大量數據的通信方法。CAN總線發揮了至關重要的作用,避免了不同模塊之間通信需要使用數英里長的線束。
另一方面,當原始CAN所提供的功能開始無法滿足其需要支持的技術時,CAN FD作為原始CAN總線協議的升級版應運而生。CAN靈活數據速率(在ISO 11898-1:2015中)實際上是一種功能更強大的CAN。這種靈活的信號傳輸為汽車電子通信提供了更高的帶寬,并且所有所需功能都具有成本效益。此外,它幾乎可以對CAN所具備的所有功能進行升級,是滿足更高級數據和帶寬需求的更好選擇。
原始的CAN 2.0總線具有許多特性,使其成為ECU數量較多且帶寬利用率較低的應用中的理想選擇。CAN總線支持每幀大8字節的消息有效載荷,大數據速率為1Mbps。CAN FD支持靈活的消息有效載荷,每幀可達0、8、12、16、20、24、32、48、64字節,數據速率分別為2Mbps、5Mbps和8Mbps。CAN FD協議還為仲裁階段和數據階段提供了兩個獨立的比特率。仲裁階段使用與原始CAN相同的比特定時,但數據比特率與仲裁比特率相同或更高。
下表列出了原始CAN和CAN FD之間的一些基本區別:
通過詳細了解這兩種技術,可以理解更多的差異。了解幀格式、錯誤處理技術和其他功能可以更清楚地了解它們之間的區別。
標準CAN總線的幀格式(11位)
SOF:幀的開始。標記數據幀的開始。(優勢0)
ADDRESS FIELD:此字段決定數據的優先級。地址越低,優先級越高。具有大主導數“0”的地址將具有高優先級。沒有兩個節點可以同時傳輸相同的消息地址
RTR:遠程傳輸請求用于向不需要連續發送數據的節點請求數據。如果任何節點希望與另一個特定節點通信,則使用此選項。這直接減少了總線上的擁塞,因為節點之間發生了直接通信
ARBITRATION FIELD:仲裁過程有助于決定哪個節點在給定時間點扮演主節點。當另一個節點發送邏輯0時,發送邏輯“1”的任何節點“退出”或失去仲裁。這意味著發送一個“1”的節點失去仲裁;占主導地位的“0”總是獲勝。仲裁失敗的節點將其消息重新排隊以進行重新傳輸,CAN幀比特流將繼續無誤傳輸,直到只剩下一個節點在傳輸
IDE:標識符擴展位供將來使用/擴展。隱性IDE將導致地址的另外18位
RSRV:保留位。顧名思義,它是為將來的升級而保留的DLC:數據長度代碼(0-8字節)
DATA:用戶定義的數據(0-64位)
CRC:用于錯誤/數據損壞檢測的循環冗余校驗
ACK:接收端確認
EOF:幀結束(7s位隱性“1”s)
CAN FD總線的幀格式
原始CAN和CAN FD的幀格式可能看起來沒有太大不同。但是CAN FD幀格式中的一些添加字段在CAN總線中不存在。
RRS:遠程請求替換(始終為主導0)。CAN FD不支持遠程幀。(在原始CAN中,有RTR(遠程傳輸請求)用于識別數據幀和遠程幀)
EDL:擴展數據長度(始終為隱性1),用于管理CAN FD中更大的有效載荷和更快的比特率
FDF:靈活數據速率格式(始終為隱性1),用于表示靈活數據幀格式的使用
BRS:比特率開關有助于確定數據幀的比特率
主導0表示CAN FD數據幀的仲裁速率高達1Mbit/sec
隱性1表示CAN FD數據幀的仲裁速率更高/更快,范圍高達5Mbit/sec
ESI:錯誤狀態指示器
主0表示錯誤活動模式
隱性1表示錯誤被動模式
DLC:數據長度碼是CAN FD中的4位碼,表示幀中的數據字節數。(范圍從1001到1111的DLC值用于12、16、20、24、32、48和64字節的數據長度)
CRC:循環冗余校驗的長度為17位,適用于最多16個字節的數據,或21位,適用于20-64個字節。它的長度取決于EDL和DLC比特的長度。CAN FD始終使用4個固定填充位,以提高通信可靠性
CAN和CAN FD的特點
原始CAN:
CAN采用一對雙絞電纜
它提供了簡便易行的操作方式
多個ECU(電子控制單元)可以連接到同一CAN總線上
CAN是為支持和實現汽車中的高速高效通信而開發的
它減輕了重量并降低了線纜成本
減少了錯誤
數據交換迅速。采用仲裁過程,因此優先級的數據可以獲得總線訪問權限
具有升級空間
標準CAN 2.0A允許11位數據傳輸(意味著總共可以引入2048個不同的消息)
擴展CAN 2.0B允許29位數據傳輸(總計可達5億3600萬條以上消息)
除了原始CAN提供的所有功能外,CAN FD還具有以下特點:
能夠在更快和更慢的數據速率之間靈活切換 提高了協議效率 減少了協議開銷 允許更多數據容納在單個報文中 提高了可靠性 改進了網絡帶寬 多個ECU之間的通信效率提高了多達30倍,且速度更快 采用CRC(循環冗余校驗),減少了未檢測到的錯誤數量
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