CAN-FD：CAN總線網(wǎng)絡(luò)第二章

2024-08-28 |Will Siffer

一些背景！

也許您剛剛讀完Maker.io 工作人員提供的關(guān)于 CAN 總線的[精彩教程]，并且想知道接下來會發(fā)生什么。或者您可能正在準(zhǔn)備在一家在日常工作中使用 CAN FD 的公司實習(xí)。無論哪種方式，本指南都會向您展示 CAN FD：具有靈活數(shù)據(jù)的 CAN 的相似點、差異和用例。

CAN FD到底是什么？

由于您可能已經(jīng)了解 CAN 總線是什么，因此我將直接進(jìn)入 CAN FD 的核心內(nèi)容（[如果沒有，請從此處的鏈接閱讀文章！]）

CAN總線和CAN FD之間有很多相似之處。 CAN FD 仍然是一個控制器局域網(wǎng)，了解它們的相似之處將有助于為本博客的后續(xù)部分打下堅實的基礎(chǔ)。主要相似之處之一是它們都使用“仲裁”來確定哪個控制器可以在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送數(shù)據(jù)。正如您在前面的 CAN 簡介中了解到的那樣，每個控制器都有一個唯一的 ID，該 ID 在任何數(shù)據(jù)發(fā)生之前引導(dǎo)到總線上。這允許更關(guān)鍵的消息在總線上比不太重要的消息具有優(yōu)先級。一個很好的例子就是您駕駛的汽車；您希望在 HVAC 系統(tǒng)告訴計算機(jī)外部環(huán)境溫度為 65 度之前，將來自安全氣囊控制器的任何消息傳輸?shù)狡渌囉嬎銠C(jī)。

[正如您在NXP 社區(qū)]的上圖中看到的那樣，設(shè)備 B 的信號變高，而 A 的信號保持低電平。這表示在總線上設(shè)備 A 具有更高的優(yōu)先級。實際上，由于 A 將總線拉低，B 無法拉高。設(shè)備 B 將認(rèn)識到總線未處于其嘗試的狀態(tài)并終止其傳輸。

CAN 和 CAN FD 之間的另一個相似之處是它們的物理層基本相同。只要控制器的 CAN 收發(fā)器能夠達(dá)到 CAN FD 速度，它們就使用相同的硬件。這包括用于 CAN 高線和 CAN 低線的單對雙絞線、總線上的終端電阻器以形成 60 歐姆的電阻，并且所有模塊（大部分）都連接在同一總線上*。

告訴我我來這里的目的是什么！ CAN FD有何不同？

問題是，如果您只是將 CAN 總線加速到與 CAN FD 一樣快，您可能會失去保持一切正常運(yùn)行所需的關(guān)鍵仲裁。 CAN FD 的速度有多快？有時，數(shù)據(jù)速率高達(dá) 5 倍！典型的 CAN 運(yùn)行速度約為 1MBit/s 或更小，最快的 CAN FD 數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá) 5MBit/s！ CAN 和 CAN FD 之間最大的關(guān)鍵區(qū)別是數(shù)據(jù)比特率選項與消息引入不同。有時，控制器可能不需要將額外的數(shù)據(jù)打包到消息中，因此將其配置為不加速數(shù)據(jù)傳輸。這里的關(guān)鍵在于效率，允許較長的消息花費(fèi)較短的時間，從而減少可能對安全至關(guān)重要的下一條消息的延遲。

正如您在上圖中看到的，CAN FD 并不總是更快。然而，由于它可以傳輸更多數(shù)據(jù)，因此隨著越來越多的設(shè)備變得更加智能并且需要在控制器之間發(fā)送更多數(shù)據(jù)，它越來越受到關(guān)注和普及。經(jīng)典 CAN 可以工作，但速度太慢，甚至在某些應(yīng)用中無法使用！消息中的更多數(shù)據(jù)意味著新車客戶可以擁有更多功能，并且這些功能可以在車輛系統(tǒng)之間更加集成。

與 CAN FD 的另一個主要區(qū)別是修改了循環(huán)冗余校驗 (CRC) 以提高通信可靠性。對于 CAN FD，CRC 和數(shù)據(jù)之間始終有 4 個填充位，這可以提高 CRC 和數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊恢滦圆⑻岣呖煽啃浴?/p>

為什么要實施這項新技術(shù)？改變架構(gòu)不是很昂貴嗎？

希望您在閱讀完上面的段落后能夠回答第一個問題，但簡單地說，普通的 CAN FD 總線可以提高網(wǎng)絡(luò)帶寬并提高效率。如果您對使用 CAN FD 數(shù)據(jù)感興趣，可以使用CSS Electronics 提供的[此]計算器。它是一個很好的插圖，可以幫助您了解 CAN FD 的效率有多高。

昂貴的？不！這就是它在汽車和工業(yè)應(yīng)用中具有如此高采用率的原因。由于物理層非常相似，因此它實際上可以共存于具有經(jīng)典 CAN 的車輛或設(shè)備中。這意味著舊設(shè)備仍然可以與 FD 設(shè)備通信，并且較新的 FD 設(shè)備可以配置為將 FD 消息轉(zhuǎn)換為經(jīng)典 CAN 總線。

關(guān)于 CAN 和 CAN FD 還有很多東西需要了解，但本指南只是我了解有關(guān)該主題的更多信息并以更易于理解的格式與您分享我學(xué)到的知識的好方法。如果您學(xué)到了一些東西，請閱讀我的其他一些博客。我發(fā)布了從 3D 打印到電機(jī)控制甚至 LoRa 無線電通信的所有內(nèi)容，所以我相信您會發(fā)現(xiàn)其他有趣的東西！直到下一次，我希望你每天都挑戰(zhàn)自己，學(xué)習(xí)新的東西。

*到 2024 年，截至撰寫本指南時，一些 OEM 會更多地使用“菊花鏈”方法。這意味著每個模塊僅連接到其他兩個模塊，從而創(chuàng)建一長串計算機(jī)，在它們之間傳遞信息。這允許僅將相關(guān)消息發(fā)送到實際需要它們的控制器。

審核編輯 黃宇