從CAN到CAN FD，汽車通信升級只隔著一顆集成型芯片

CAN 是控制器局域網(wǎng)絡（ControllerAreaNetwork，CAN）的簡稱，是由德國 BOSCH 公司開發(fā)的，并最終成為國際標準（ISO11898），在國際上應用最廣泛。但是隨著汽車應用的發(fā)展，汽車中總線通訊的數(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)和人機交互系統(tǒng)，傳統(tǒng)的 CAN 總線在傳輸速率和帶寬方面顯得越來越力不從心，CAN-FD 技術(shù)隨之出現(xiàn)。

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CAN FD 和 CAN 主要的區(qū)別有兩點：第一，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間定義寄存器，它們除了采用不同的位時間單位 TQ 外，位時間各段的分配比例也可不同；第二，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充，DLC 最大支持 64 個字節(jié)，在 DLC 小于等于 8 時與原 CAN 總線是一樣的，大于 8 時有一個非線性的增長，所以最大的數(shù)據(jù)場長度可達 64 字節(jié)。

德州儀器（TI）接口產(chǎn)品部門產(chǎn)品線經(jīng)理 Charles (Chuck) Sanna

基于 CAN FD 的技術(shù)優(yōu)勢，越來越多汽車開始采用這項技術(shù)，但是由于原來的車用 MCU 都支持 CAN，從 CAN 升級到 CAN FD 比較復雜。TI 的新款汽車系統(tǒng)基礎芯片（SBC）TCAN4550-Q1 有望簡化升級的難度。據(jù)德州儀器（TI）接口產(chǎn)品部門產(chǎn)品線經(jīng)理 Charles (Chuck) Sanna 介紹，“該芯片集成了使用靈活數(shù)據(jù)速率控制器局域網(wǎng)（CAN FD）的控制器和收發(fā)器，旨在滿足車載網(wǎng)絡對高帶寬和數(shù)據(jù)速率靈活性的需求。它采用了幾乎所有微控制器的串行外圍接口（SPI）總線來部署 CAN FD 接口或提高系統(tǒng)中 CAN FD 總線端口的數(shù)量，同時最少量地對硬件進行改動?！?/p>

升級 CAN FD 的兩大優(yōu)勢

傳統(tǒng)的 MCU 不支持 CAN FD，有的內(nèi)置 CAN，有的沒有，如果廠商要從 CAN 升級到 CAN FD 只能自行搭建外圍電路，設計流程比較復雜。而 TCAN4550-Q1 集成了 CAN FD 控制器和收發(fā)器額系統(tǒng)基礎芯片（SBC），外圍設計比較簡單。

當然，站在 MCU 廠商的角度也可以考慮將 CAN 升級為 CAN FD，但是這個過程比較復雜。Charles (Chuck) Sanna 認為，“這設計到芯片的 IP，MCU 廠商首先面對的是 IP，不是只把 CAN 升級到 CAN FD，MCU 需要做很多事情，還要做認證，因此需要幾年時間，周期很長。采用我們的芯片，在不增加 MCU 資源的情況下，通過 SPI 接口加入系統(tǒng)中，從系統(tǒng)成本角度來講是非常低，從時間上講只需要增加接口，不需要動原來的接口?！?/p>

傳統(tǒng)的汽車中一般需要 20 個 CAN，而新能源汽車是傳統(tǒng)汽車的兩倍，由于 CAN FD 的性能更高，這就意味著從 CAN 到 CAN FD 的升級需求潛力巨大，因此汽車廠商需要擴展 CAN FD 的數(shù)量。從上圖可以看出，在擴展的過程中，TCAN4550-Q1 由于集成了 CAN FD，只需要通過 SPI 就可以實現(xiàn)從 CAN 到 CAN FD 的升級，如果 MCU 帶有 CAN，只需要通過 TCAN 104x 就可以完成升級。

Charles (Chuck) Sanna 解釋，“這兩條線速度不產(chǎn)生干擾，軟件和架構(gòu)也不受到影響，唯一要做的是通過我們的芯片將 CAN 升級功能 CAN FD，也不需要工程師增加軟件資源?！?/p>

CAN FD 向下兼容 CAN
在汽車通訊中，涉及很多網(wǎng)絡節(jié)點，不是所有客戶都需要從 CAN 升級到 CAN FD，也不是一輛車中所有 CAN 都需要升級到 CAN FD，那么就可能出現(xiàn)兩者共存的情況，這時候會出現(xiàn)什么問題？

Charles (Chuck) Sanna 表示，“從模組角度看，CAN FD 可以兼容 CAN，但是 CAN 無法兼容 CAN FD，從汽車的角度分析，CAN 和 CAN FD 也可以協(xié)同工作，當然用戶選擇哪種技術(shù)還要看具體需求?！?/p>

從技術(shù)角度分析，Charles (Chuck) Sanna 表示，“這一方案具有更小的電源設計占用空間，憑借集成式 125 mA 低壓差（LDO）線性穩(wěn)壓器，TCAN4550-Q1 可以為自己供電，此外，還能夠為傳感器或其它組件供應 70 mA 的外部輸出。由于減少了對外部電源組件的需要，電源設計所占的空間也因此變小。另外，降低功耗，TCAN4550-Q1 可幫助設計師藉由喚醒和休眠功能降低待機時的系統(tǒng)功耗。提高最大數(shù)據(jù)傳輸率：全新 SBC 支持汽車在組裝期間能夠基于 8 Mbps 最高數(shù)據(jù)傳輸率來更快速地編寫汽車軟件程序，超越了 CAN FD 協(xié)議的 5 Mbps 最高數(shù)據(jù)傳輸率。?”

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