三分钟了解最新CAN FD协议

当今社会，汽车已经成为了我们生活中不可缺少的一部分，人们希望汽车不仅仅是一种代步工具，更希望在汽车是生活及工作范围的一种延伸。在汽车上就像呆在自己的办公室和家里一样，可以打电话、上网、娱乐、工作。

因此，汽车制造商为了提高产品竞争力，将越来越多功能集成到了汽车上。ECU（电子控制单元）大量地增加使总线负载率急剧增大，传统的CAN总线越来越显得力不从心。因此，CAN FD(CAN with Flexible Data-Rate)协议诞生了。

 

它继承了CAN总线的主要特性，提高了CAN总线的网络通信带宽，改善了错误帧漏检率，同时可以保持网络系统大部分软硬件特别是物理层不变。这种相似性使ECU供应商不需要对ECU的软件部分做大规模修改即可升级汽车通信网络。

一、CAN FD做出的改进

CAN FD采用了两种方式来提高通信的效率：一种方式为缩短位时间提高位速率；另一种方式为加长数据场长度减少报文数量降低总线负载率。在CRC校验段采用了三种多项式来保证高速通讯下的数据可靠性。

1、可变速率(CAN with Flexible Data-Rate)

从控制场中的BRS位到ACK场之前（含CRC分界符）为可变速率，其余部分为原CAN总线用的速率。两种速率各有一套位时间定义寄存器，它们除了采用不同的位时间单位TQ外，位时间各段的分配比例也可不同。

 

2、新的数据场长度

CAN FD对数据场的长度作了很大的扩充，DLC最大支持64个字节，在DLC小于等于8时与原CAN总线是一样的，大于8时则有一个非线性的增长，最大的数据场长度可达64字节。如下所示为DLC数值与字节数的非线性对应关系。

 

3、CRC校验场

在CAN FD协议标准化的过程中，通信的可靠性也得到了提高。由于DLCs的长度不同，在DLC大于8个字节时，CAN FD选择了两种新的BCH型CRC多项式。

 

二、CAN FD帧结构分析

1、CAN FD数据帧在帧起始（SOF）和仲裁段（Arbitration Field）

 

与传统CAN相比，CAN FD取消了对远程帧的支持，用RRS位替换了RTR位，为常显性。IDE位仍为标准帧和扩展帧标志位，若标准帧与扩展帧具有相同的前 11位ID，那么标准帧将会由于IDE位为0，优先获得总线。

• RRS(remote request substitution)远程请求替换位：即传统CAN中的RTR位；

• SRR (substitute remote request)代替远程帧请求位：SRR位为保留位，无影响；

• IDE(Identifier Extension)扩展帧标志：显性(0)=11位ID，隐性(1)=29位ID。

2、CAN FD在控制段中新添加了三个位FDF位、BRS位、ESI位

 

• FDF位（Flexible Data Rate Format）：原CAN数据帧中的保留位r。FDF位常为隐性（1），表示CAN FD报文；

• BRS位（ Bit Rate Switch）：位速率转换开关，当BRS为显性位（0）时数据段的位速率与仲裁段的位速率一致，当BRS为隐性位（1）时数据段的位速率高于仲裁段的位速率；

• ESI位（Error State Indicator）：，错误状态指示，主动错误时发送显性位（0），被动错误时发送隐性位（1）。

3、DLCs的值与数据场和CRC校验场有关，在上文中已经说明。

4、CAN FD的确认场，帧结尾及间歇场与传统CAN一样，就不再赘述。

 

三、如何从传统的CAN升级到CAN FD

尽管CAN FD继承了绝大部分传统CAN的特性，但是从传统CAN到CAN FD的升级，我们仍需要做很多的工作。

1、在硬件和工具方面，要使用CAN FD，首先要选取支持CAN FD的CAN控制器和收发器，还要选取新的网络调试和监测工具。

2、在网络兼容性方面，对于传统CAN网段的部分节点需要升级到CAN FD的情况要特别注意，由于帧格式不一致的原因，CAN FD节点可以正常收发传统CAN节点报文，但是传统CAN节点不能正常收发CAN FD节点的报文。

总结

CAN FD协议是CAN-BUS协议的最新升级，将CAN的每帧8字节数据提高到64字节，波特率从最高的1Mbps提高到8-15Mbps，使得通讯效率提高8倍以上，大大提升了车辆的通讯效率。此项技术一直被欧美企业垄断，直至2016年，中国CAN-BUS领导者—广州致远电子股份有限公司，基于拥有完全知识产权的CAN FD IP核代码，研制出中国第一款CAN FD接口卡，使中国的总线技术水平与世界最高水平同步。

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