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#CAN #CAN XL
導(dǎo)讀
本文將全面剖析CAN(Controller Area Network)技術(shù)的發(fā)展歷程,從其起源到經(jīng)典CAN(CAN CC)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,再到其后續(xù)的重要迭代——CAN FD(靈活數(shù)據(jù)速率)技術(shù)的突破性進(jìn)展,直至最新技術(shù)CAN XL的驚艷亮相,深入探討CAN技術(shù)如何在汽車和工業(yè)通信領(lǐng)域中持續(xù)演進(jìn)與革新。
01****CAN技術(shù)起源 經(jīng)典CAN(CAN CC)
CAN技術(shù)的出現(xiàn),源于對(duì)實(shí)時(shí)控制和可靠數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的深切需求。CAN技術(shù)于1986年的汽車工程師協(xié)會(huì)(SAE)會(huì)議上正式發(fā)布。隨后,博世公司在1991年發(fā)布了首個(gè)CAN協(xié)議規(guī)范,標(biāo)志著CAN技術(shù)正式步入規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的軌道。
技術(shù)規(guī)格與性能
經(jīng)典CAN(CAN CC)的最大有效負(fù)載為8字節(jié),支持高達(dá)1Mbit/s的比特率,滿足了當(dāng)時(shí)汽車和工業(yè)控制領(lǐng)域的實(shí)時(shí)通信需求。CAN CC采用了一種非破壞性仲裁的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突避免(CSMA/CA)串行通信協(xié)議,確保了數(shù)據(jù)/遠(yuǎn)程幀沖突的避免,同時(shí)不會(huì)造成任何時(shí)間損失。此外,CAN CC還具備強(qiáng)大的錯(cuò)誤檢測(cè)和處理機(jī)制,對(duì)電磁干擾具有較強(qiáng)的抗干擾能力,能夠自動(dòng)重傳失敗幀,確保系統(tǒng)范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)一致性。
幀結(jié)構(gòu)與通信協(xié)議
CAN CC的幀結(jié)構(gòu)也是其成功的重要因素之一。它支持兩種數(shù)據(jù)幀格式:基本幀格式(CBFF)和擴(kuò)展幀格式(CEFF)。這兩種格式的主要區(qū)別在于CAN標(biāo)識(shí)符的長(zhǎng)度,CBFF支持11位的CAN標(biāo)識(shí)符,而CEFF則支持29位的CAN標(biāo)識(shí)符。這種設(shè)計(jì)使得CAN CC能夠靈活地應(yīng)用于不同的網(wǎng)絡(luò)和通信場(chǎng)景。
AUI狀態(tài)與仲裁機(jī)制
在物理層方面,CAN CC的附加單元接口(AUI)提供了“顯性”和“隱性”兩種可能的狀態(tài),這些狀態(tài)通常對(duì)應(yīng)于邏輯上的“0”和“1”。網(wǎng)絡(luò)邏輯采用了一種“線與”機(jī)制,其中顯性位(0)能夠覆蓋隱性位(1),這一機(jī)制在仲裁過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
CAN CC數(shù)據(jù)幀由幀起始(SOF)、仲裁段、控制字段、數(shù)據(jù)字段、CRC字段、ACK字段和幀結(jié)束(EOF)等部分組成。其中,仲裁段包含標(biāo)識(shí)符和RTR(遠(yuǎn)程傳輸請(qǐng)求)位;控制字段包含DLC(數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼),它決定了幀中發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù);數(shù)據(jù)字段是幀的實(shí)際數(shù)據(jù)有效負(fù)載;CRC字段包括CRC序列和CRC定界符,用于確保數(shù)據(jù)完整性;ACK字段由ACK時(shí)隙和分隔符組成,用于確認(rèn)幀的正確接收。
錯(cuò)誤處理與同步
在錯(cuò)誤處理與同步方面,CAN CC使用活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志和被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志來(lái)處理錯(cuò)誤。這些錯(cuò)誤標(biāo)志會(huì)增加內(nèi)部錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器,可能導(dǎo)致有缺陷的節(jié)點(diǎn)進(jìn)入錯(cuò)誤被動(dòng)狀態(tài),最終進(jìn)入總線關(guān)閉狀態(tài)。為了保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性,CAN CC還采用了位填充機(jī)制,在五個(gè)相同值的連續(xù)位之后,發(fā)送器會(huì)插入一個(gè)相反值的位。
02****CAN技術(shù)迭代 | CAN FD的出現(xiàn)
CAN技術(shù)的進(jìn)步帶來(lái)了CAN FD(CAN with Flexible Data-Rate),這是對(duì)經(jīng)典CAN(CAN CC)的重要擴(kuò)展。CAN FD支持的比特率可達(dá)8 Mbit/s,并且能夠處理高達(dá)64字節(jié)的有效負(fù)載,同時(shí)保持與CAN CC幀的完全向后兼容性。這種新格式通過(guò)FDF(靈活的數(shù)據(jù)格式)位來(lái)區(qū)分,這是在CAN CC中保留的位。
基本幀格式
CAN FD的基本幀格式在順序和數(shù)量上與CAN CC保持一致,但對(duì)某些字段的長(zhǎng)度進(jìn)行了調(diào)整以適應(yīng)新特性和增強(qiáng)。這些改進(jìn)包括:
■ 比特率切換(BRS)位:允許在幀內(nèi)切換到更高的比特率,使CAN FD能夠在同一個(gè)幀內(nèi)傳輸更多數(shù)據(jù),避免網(wǎng)絡(luò)因大數(shù)據(jù)包而超載。
■ 錯(cuò)誤狀態(tài)指示(ESI)位:指示發(fā)送方是處于主動(dòng)錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn)還是被動(dòng)錯(cuò)誤節(jié)點(diǎn),改善錯(cuò)誤管理。
■ 擴(kuò)展數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼(DLC):DLC編碼的值擴(kuò)展,以表示更長(zhǎng)的數(shù)據(jù)有效負(fù)載,提高數(shù)據(jù)傳輸效率。
■ CRC多項(xiàng)式調(diào)整:確保不同有效負(fù)載大小下的數(shù)據(jù)完整性,包括17位CRC和21位CRC的應(yīng)用。
CAN FD幀結(jié)構(gòu)的其余部分與CAN CC相似,允許CAN FD設(shè)備連接到相同的物理網(wǎng)絡(luò),并使用相同的收發(fā)器、連接器和電纜。值得注意的是,CAN FD不支持遠(yuǎn)程幀。
應(yīng)用與優(yōu)勢(shì)
CAN FD的應(yīng)用范圍廣泛,特別是在汽車行業(yè),它已經(jīng)成為許多高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)和車聯(lián)網(wǎng)(V2X)通信的首選技術(shù)。CAN FD的優(yōu)勢(shì)在于其高速率和大數(shù)據(jù)量的傳輸能力,這使得它能夠滿足現(xiàn)代汽車對(duì)于復(fù)雜控制和診斷數(shù)據(jù)的需求。
此外,CAN FD還提供了與現(xiàn)有CAN CC網(wǎng)絡(luò)的兼容性,這使得在升級(jí)和擴(kuò)展現(xiàn)有系統(tǒng)時(shí)更加靈活和方便。
綜上所述,CAN FD作為CAN技術(shù)的一個(gè)重要迭代,其高速率和大數(shù)據(jù)量的傳輸能力為現(xiàn)代汽車和其他需要高效數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用場(chǎng)景提供了有力的支持。
從CAN CC到CAN FD,CAN技術(shù)經(jīng)歷了從誕生到不斷迭代的歷程。每一次技術(shù)的革新,都推動(dòng)了CAN技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。在本文下篇中,我們將繼續(xù)探討CAN技術(shù)的最新進(jìn)展——CAN XL,以及它如何進(jìn)一步拓展CAN技術(shù)的應(yīng)用范圍。敬請(qǐng)期待!
文章來(lái)源:本文內(nèi)容基于Robert Nawrath在《CAN Newsletter 2024》中發(fā)表的文章。由虹科智能互聯(lián)團(tuán)隊(duì)精心翻譯并傳播,旨在與業(yè)界同仁共享這一前沿技術(shù)成果。
審核編輯 黃宇
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