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導(dǎo)讀

隨著工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)總線上的數(shù)據(jù)量越來越多，這使得CAN總線的逐漸達(dá)到負(fù)荷極限，這就需要改進(jìn)原有的總線來提高總線傳輸速率，CAN-FD便在這樣的背景下誕生了。

隨著當(dāng)今工業(yè)的發(fā)展，尤其是在CAN總線運(yùn)用較多的汽車領(lǐng)域，總線通訊的數(shù)據(jù)量越來越大，例如電動汽車上，汽車內(nèi)部出現(xiàn)更多的輔助系統(tǒng)和人機(jī)交互系統(tǒng)，這就使得傳統(tǒng)的CAN總線在傳輸速率和帶寬方面越來越力不從心。因此CAN-FD孕育而生。

根據(jù)CAN規(guī)范ISO11898-2所定義的標(biāo)準(zhǔn)幀結(jié)構(gòu)，一幀報(bào)文最大只能傳輸64位（8個(gè)字節(jié)）的數(shù)據(jù)，在最好的情況下總線負(fù)載達(dá)到70%左右，不過如果報(bào)文數(shù)據(jù)少于8個(gè)字節(jié)的情況下總線負(fù)載可能會更小。我們或者會提出疑問，為什么不可以把CAN標(biāo)準(zhǔn)的通信波特率改高一點(diǎn)呢？其實(shí)是有一個(gè)很重要的因素，CAN采用仲裁機(jī)制來判定不同節(jié)點(diǎn)CAN報(bào)文傳輸?shù)膬?yōu)先級，在仲裁期同一總線上的所有節(jié)點(diǎn)必須在一個(gè)位的時(shí)間內(nèi)到達(dá)。另一方面電信號有一個(gè)有限的傳播速度。從大量經(jīng)驗(yàn)中得出CAN總線以1Mbit/s運(yùn)行的最長距離為40米。通信波特率越高，通信距離則越短。

? CAN-FD與CAN主要區(qū)別

CAN-FD和CAN主要的區(qū)別有兩點(diǎn)：

1. 可變速率

CAN-FD采用了兩種位速率：從控制場中的BRS位到ACK場之前（含CRC分界符）為可變速率，其余部分為原CAN總線用的速率。兩種速率各有一套位時(shí)間定義寄存器，它們除了采用不同的位時(shí)間單位TQ外，位時(shí)間各段的分配比例也可不同。

2. 新的數(shù)據(jù)場長度

CAN-FD對數(shù)據(jù)場的長度作了很大的擴(kuò)充，DLC最大支持64個(gè)字節(jié)，在DLC小于等于8時(shí)與原CAN總線是一樣的，大于8時(shí)有一個(gè)非線性的增長，所以最大的數(shù)據(jù)場長度可達(dá)64字節(jié)。

圖2

? CAN-FD簡介

1. CAN-FD 數(shù)據(jù)幀幀格式

CAN-FD 數(shù)據(jù)幀在控制場新添加EDL位、BRS位、ESI位，采用了新的DLC編碼方式、新的CRC算法（CRC場擴(kuò)展到21位）。CAN-FD數(shù)據(jù)幀格式如圖 3所示。

圖3

2. 新添加位介紹

2.1?EDL位（Extended Data Length），原CAN數(shù)據(jù)幀中的保留位r，該位功能為：

隱性：?表示CAN-FD 報(bào)文（采用新的DLC編碼和CRC算法）；顯性：?表示CAN報(bào)文。

2.2?BRS位（ Bit Rate Switch），該位功能為：

隱性：表示轉(zhuǎn)換可變速率；

顯性：表示不轉(zhuǎn)換速率。

2.3 ESI（Error State Indicator），該位的功能為：

隱性：表示發(fā)送節(jié)點(diǎn)處于被動錯誤狀態(tài)（Error Passive）；

顯性：表示發(fā)送節(jié)點(diǎn)處于主動錯誤狀態(tài)（Error Active）。

EDL位可以表示CAN報(bào)文還是CAN-FD報(bào)文；BRS表示位速率轉(zhuǎn)換，該位為隱性位時(shí)，從BRS位到CRC界定符使用轉(zhuǎn)換速率傳輸，其他位場使用標(biāo)準(zhǔn)位速率，該位為顯性時(shí)，以正常的CAN-FD總線速率傳輸；通過添加ESI位，可以很方便的知道當(dāng)前發(fā)送節(jié)點(diǎn)所處的狀態(tài)。

3. 新的CRC算法

CAN總線由于位填充規(guī)則對CRC的干擾，造成錯幀漏檢率未達(dá)到設(shè)計(jì)意圖。CAN-FD對CRC算法作了改變，即CRC以含填充位的位流進(jìn)行計(jì)算。在校驗(yàn)和部分為避免再有連續(xù)位超過6個(gè)，就確定在第一位以及以后每4位添加一個(gè)填充位加以分割，這個(gè)填充位的值是上一位的反碼，作為格式檢查，如果填充位不是上一位的反碼，就作出錯處理。CAN-FD的CRC場擴(kuò)展到了21位。由于數(shù)據(jù)場長度有很大變化區(qū)間，所以要根據(jù)DLC大小應(yīng)用不同的CRC生成多項(xiàng)式，CRC_17，適合于幀長小于210位的幀，CRC_21，適適合于幀長小于1023位的幀。

4. 新的DLC編碼

CAN-FD 數(shù)據(jù)幀采用了新的新的DLC編碼方式，在數(shù)據(jù)場長度在0-8個(gè)字節(jié)時(shí)，采用線性規(guī)則，數(shù)據(jù)場長度為12-64個(gè)字節(jié)時(shí)，使用非線性編碼。如圖 5所示。