CANFD每秒最多可以發(fā)送多少幀報(bào)文？

我們知道CANFD比CAN擁有更長(zhǎng)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（最長(zhǎng)64字節(jié)），更高的波特率（8Mbps甚至更高）。那么波特率更高，數(shù)據(jù)更長(zhǎng)的CANFD，一秒鐘最高可以發(fā)送多少幀CANFD報(bào)文呢？

要想知道問(wèn)題的答案，那么我們就要知道一幀CANFD報(bào)文由多少個(gè)位組成，再由具體波特率算出報(bào)文時(shí)間，最后就可以得出每秒能發(fā)送的幀數(shù)了。接下來(lái)，我們就一步步來(lái)算出答案。 要想知道CANFD報(bào)文由多少個(gè)位組成，那么我們就要了解CANFD幀結(jié)構(gòu)，知道每個(gè)段占用位數(shù)從而得出CANFD報(bào)文位數(shù)。

??幀結(jié)構(gòu)

如上圖所示，分別為CANFD標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀，其組成如下：

1. 幀起始：起始信號(hào)，由1個(gè)顯性位組成。

2. 仲裁段：

標(biāo)準(zhǔn)幀仲裁段由11位ID和r1位（顯性）、IDE（顯性）組成，總共13位；

擴(kuò)展幀仲裁段由29位ID和SRR（隱性）、IDE（隱性）、r1位（顯性）組成，總共32位。

○SRR：替代CAN標(biāo)準(zhǔn)幀中的RTR位；

○IDE：擴(kuò)展幀標(biāo)志位；

○r1：保留位，為顯性；

3. 控制段：由EDL、r0、BRS、ESI、DLC總共8個(gè)位組成。

EDL：CANFD幀標(biāo)識(shí)，為隱性；

r0：保留位，為顯性；

BRS：位速率切換，該位顯性則仍采用仲裁域波特率；該位為隱性，則該位發(fā)送到采樣點(diǎn)后，采用數(shù)據(jù)域波特率；

ESI：錯(cuò)誤狀態(tài)指示位，指示發(fā)送節(jié)點(diǎn)為主動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)（顯性），還是被動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)（隱性）；

DLC：數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度指示，4個(gè)位組成。

4. 數(shù)據(jù)段：0~64字節(jié)，也就是0~512個(gè)位。

5. CRC段：由固定填充位FSB（6/7位）、填充位計(jì)數(shù)（4位）、CRC（17/21位）CRC界定符（1位）組成，總共28或33位組成。



6. 固定填充位（FSB)：CRC段中每4個(gè)位固定填充一個(gè)與上位相反的位。

采用CRC17時(shí)，F(xiàn)SB為6個(gè)位；

采用CRC21時(shí)，F(xiàn)SB為7個(gè)位；

7. 填充位計(jì)數(shù)：由填充位計(jì)數(shù)（3位）和奇偶校驗(yàn)位（1位）組成。

8. CRC：

報(bào)文長(zhǎng)度小于16時(shí)，采用CRC17，17位組成；

報(bào)文長(zhǎng)度大于16時(shí)，采用CRC21，21位組成。

9. CRC界定符：固定為隱性位；從該位采樣后，切換為仲裁域波特率。

10. ACK段：由ACK位和ACK界定符位組成，總共2位。

ACK：接收節(jié)點(diǎn)應(yīng)答位，接收節(jié)點(diǎn)應(yīng)應(yīng)答顯性位；

ACK界定符，固定為隱性；

11. 幀結(jié)束：固定為7個(gè)隱性位。

12. 幀間隔：每次發(fā)送一幀報(bào)文后，需留3位時(shí)間作為幀間隔。

??一幀CANFD報(bào)文位數(shù)

知道CANFD幀結(jié)構(gòu)組成后，我們可以算出： CANFD報(bào)文位數(shù)=幀起始（1位）+仲裁段（13/32位）+控制段（8位）+數(shù)據(jù)段（0~512位）+CRC段（28/33位）+ACK段（2位）+幀結(jié)束（7位） 從上述公式中可以看出，影響報(bào)文位數(shù)主要為仲裁段（幀ID長(zhǎng)度）和數(shù)據(jù)段（CRC段受數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度影響）。那么我們通過(guò)幀類(lèi)型、幀長(zhǎng)度組合出不同情況報(bào)文位數(shù)：

標(biāo)準(zhǔn)幀，數(shù)據(jù)0字節(jié)：

幀起始（1位）+仲裁段（13位）+控制段（8位）+數(shù)據(jù)段（0位）+CRC段（28位）+ACK段（2位）+幀結(jié)束（7位）=59位

標(biāo)準(zhǔn)幀，數(shù)據(jù)64字節(jié)：

幀起始（1位）+仲裁段（13位）+控制段（8位）+數(shù)據(jù)段（512位）+CRC段（33位）+ACK段（2位）+幀結(jié)束（7位）=576位

擴(kuò)展幀，數(shù)據(jù)0字節(jié)：

幀起始（1位）+仲裁段（32位）+控制段（8位）+數(shù)據(jù)段（0位）+CRC段（28位）+ACK段（2位）+幀結(jié)束（7位）=78位

擴(kuò)展幀，數(shù)據(jù)64字節(jié)：

幀起始（1位）+仲裁段（13位）+控制段（8位）+數(shù)據(jù)段（512位）+CRC段（33位）+ACK段（2位）+幀結(jié)束（7位）=590位

??仲裁域和數(shù)據(jù)域所占報(bào)文位數(shù)

由于CANFD采用了雙波特率形式：標(biāo)準(zhǔn)波特率（也稱(chēng)仲裁域波特率）和數(shù)據(jù)域波特率，所以幀結(jié)構(gòu)中不同段采用的波特率也不同。

仲裁域波特率所占位數(shù)：

幀起始（1位）+仲裁段（13位）+控制段的EDL、r0、BRS(3位)+ACK段（2位）+幀結(jié)束（7位）

數(shù)據(jù)域波特率所占位數(shù)：

控制段的ESI、DLC(5位)+數(shù)據(jù)段（0~512位）+CRC段（28/33位）

主要說(shuō)明的是，BRS位和CRC界定符位均同時(shí)使用了兩個(gè)波特率：

BRS位：由**仲裁域波特率*仲裁域采樣點(diǎn)+數(shù)據(jù)域波特率*（1 -仲裁域采樣點(diǎn)）**組成；

CRC界定符：由**數(shù)據(jù)域波特率*數(shù)據(jù)域采樣點(diǎn)+仲裁域波特率*（1 -數(shù)據(jù)域采樣點(diǎn)）**組成；

我們此處將BRS認(rèn)定采用仲裁域波特率、CRC界定符采用數(shù)據(jù)域波特率以方便計(jì)算。

??位填充

當(dāng)然，上述報(bào)文位數(shù)中，還未包含填充位個(gè)數(shù)。在CAN/CANFD協(xié)議中規(guī)定：每5個(gè)相同的位就必須填充一個(gè)相反位，該位即為填充位。 我們知道字節(jié)0x55或0xAA，其二進(jìn)制分別為0101 0101或1010 1010，也就是每個(gè)位與上一位均相反，若此時(shí)ID和數(shù)據(jù)均為0x55或0xAA，則可以使填充位個(gè)數(shù)最少。 同理，字節(jié)0xFF或0x00，其二進(jìn)制位1111 1111或00000000，也就是所有位均一致，若此時(shí)ID和數(shù)據(jù)均為0x00或0xFF，此時(shí)報(bào)文的填充位個(gè)數(shù)最多。

??不同類(lèi)型報(bào)文所占位數(shù)

基于以上報(bào)文位數(shù)的計(jì)算，我們可以得出算出不同類(lèi)型報(bào)文所占位數(shù)，如下表所示。



從上表可知： 當(dāng)報(bào)文為CANFD標(biāo)準(zhǔn)幀ID為0x555，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為0時(shí)，報(bào)文位數(shù)最少，為59位。 當(dāng)報(bào)文為CANFD擴(kuò)展幀ID為0x0，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為64字節(jié)，數(shù)據(jù)全為0xFF時(shí)，報(bào)文位數(shù)最多，為703位。

??CANFD報(bào)文時(shí)間計(jì)算

最后，我們就可以根據(jù)波特率算出不同類(lèi)型報(bào)文時(shí)間了，計(jì)算公式如下： 報(bào)文時(shí)間=仲裁域位時(shí)間*仲裁域位數(shù)+數(shù)據(jù)域位時(shí)間*數(shù)據(jù)域位數(shù) 我們以位數(shù)最少的CANFD報(bào)文為例，在仲裁域波特率為1Mbps（位時(shí)間1us），數(shù)據(jù)域波特率為5Mbps（位時(shí)間200ns）時(shí)，其報(bào)文時(shí)間= 1us * 26 + 33 * 200ns = 32.6us。 那么一秒鐘最多可以發(fā)送報(bào)文呢？由于報(bào)文發(fā)送成功后，需經(jīng)過(guò)幀間隔（3個(gè)位）后才能發(fā)送下一幀報(bào)文，也就說(shuō)仲裁段要在原來(lái)基礎(chǔ)上加3個(gè)位，就可以算出每秒發(fā)送多少幀了。那么上述位數(shù)最少報(bào)文的發(fā)送時(shí)間耗時(shí)= 1us *（26 + 3）+ 33 * 200ns = 35.6us，也就是1秒鐘最多可以發(fā)送1000000us / 35.6us = 28089幀報(bào)文。也就是說(shuō)，1M/5M波特率下，發(fā)送CANFD標(biāo)準(zhǔn)加速幀，最多可以發(fā)送28089幀。

下面我們給出一些常用波特率下，不同類(lèi)型報(bào)文每秒最多可以發(fā)送的CANFD報(bào)文幀數(shù)（下表中報(bào)文BRS位為1，ESI位為0），供大家參考。

500K/2M波特率

1M/5M波特率

1M/8M波特率

??高性能CANFD接口卡

既然CANFD每秒最多可以發(fā)送28000幀報(bào)文（1M/5Mbps），那么什么樣的設(shè)備可以能擁有如此高性能的收發(fā)能力呢？答案就是，致遠(yuǎn)電子最新發(fā)布八通道CANFD卡——USBCANFD-800U。 USBCANFD-800U采用創(chuàng)新型的ARM+FPGA架構(gòu),使得多路CANFD同時(shí)實(shí)現(xiàn)高性能收發(fā)。即使在1M/5M波特率下，也能夠輕松實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)載收發(fā)不丟幀。 此外，其還具有硬件采集CAN總線(xiàn)負(fù)載、微秒級(jí)別的收發(fā)報(bào)文時(shí)間戳、微秒級(jí)別的定時(shí)發(fā)送精度等一系列特性，以滿(mǎn)足用戶(hù)的高階需求。

審核編輯：劉清