1、CAN FD發(fā)展的背景介紹

　　隨著總線技術(shù)在汽車電子領(lǐng)域越來越廣泛和深入的應(yīng)用，特別是自動駕駛技術(shù)的迅速發(fā)展，汽車電子對總線寬度和數(shù)據(jù)傳輸速率的要求也越來也高，傳統(tǒng)CAN（1MBit/s，8Bytes?Payload）已難以滿足日益增加的需求。

　　因此在2012年，Bosch發(fā)布了新的CAN FD標(biāo)準(zhǔn) (CAN with Flexible Data Rate) ，CAN FD繼承了CAN的絕大多數(shù)特性，如同樣的物理層，雙線串行通信協(xié)議，基于非破壞性仲裁技術(shù)，分布式實時控制，可靠的錯誤處理和檢測機制等；同時CAN FD彌補了CAN在總線帶寬和數(shù)據(jù)長度方面的不足。

　　2015年6月30日，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）已經(jīng)正式認可CAN?FD，并無反對票通過ISO?11898-1作為國際標(biāo)準(zhǔn)草案。

2CAN FD簡介
　　1.1CAN FD的報文結(jié)構(gòu)

　　CAN FD在控制場中新引入了三個位：

　　●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 報文 （采用新的 DLC 編碼和 CRC 算法）
　　 顯性： 表示 CAN 報文

　　●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

　　●ESI位（Error State Indicator）：該位的功能為：
　　 隱性：表示發(fā)送節(jié)點處于被動錯誤狀態(tài)（Error Passive）
　　 顯性：表示發(fā)送節(jié)點處于主動錯誤狀態(tài)（Error Active

圖1：CAN FD的報文結(jié)構(gòu)

　　另外，CAN FD采用新的DLC編碼方式，控制場有四個位組成了數(shù)據(jù)長度碼（DLC），DLC包含了擴展的有效數(shù)據(jù)長度；有效數(shù)據(jù)長度可能為12，16，20，24，32，48和64個字節(jié)，如圖2所示。

　　
圖2：CAN FD的DLC編碼方式

1.2CAN FD提高通信速率的方法

　　CAN FD提高通信速率主要是兩種方法：一是提高波特率；二是提高有效載荷。

　　
圖3：CAN FD提高通信速率的方法

1.3CAN FD的優(yōu)勢

　　基于背景所述以及如上關(guān)于報文結(jié)構(gòu)和提高通信速率的方法的說明，我們可以總結(jié)出一些CAN FD的優(yōu)勢：
　　 ●該協(xié)議能夠支持更高的速率，可以更快的刷寫ECU；
　　  ●在單個數(shù)據(jù)幀內(nèi)傳送率可達64字節(jié)，避免了經(jīng)常發(fā)生的數(shù)據(jù)分拆傳輸?shù)臓顩r；
　　  ●對汽車行業(yè)而言，CAN-FD協(xié)議顯得非常重要，CAN線束和其它物理層面元件可重新再利用；
　　  ●更高的帶寬，在電動車以及今后的動力CAN上應(yīng)用更有優(yōu)勢
　　  ●上層應(yīng)用層架構(gòu)不需要改變，在原來基礎(chǔ)上擴展即可。

3、CAN與CAN FD通信的問題

　　因為受制于產(chǎn)品的穩(wěn)定性考驗，改造成本等問題，沒法快速全面普及CAN FD。另外，在2012年底提出CAN FD到2015年中成為ISO CAN FD。也就是說目前市場上大部分都還是在用傳統(tǒng)的CAN2.0，有一小部分用非ISO標(biāo)準(zhǔn)的CAN FD，一部分用ISO標(biāo)準(zhǔn)的CAN FD。

　　這樣我們就都會遇到這樣一個問題：傳統(tǒng)CAN與CAN FD共存的網(wǎng)絡(luò)中，如何解決彼此通訊？

　　首先，我們先來看下主要會有哪些問題：
　　  ●共存網(wǎng)絡(luò)中，如何解決通訊速率和數(shù)據(jù)長度不同的沖突？
　　   ●如何解決非ISO CAN FD與ISO CAN FD設(shè)備的通訊問題？
　　   ●共存網(wǎng)絡(luò)中，如何解決某幾個設(shè)備之間交叉通訊的問題，多個切換的問題？
　　   ●如何解決一個設(shè)備需要同時與CAN FD節(jié)點和傳統(tǒng)CAN節(jié)點通訊的切換問題？
　　   ●如何解決測試平臺共用的問題？（如針對非通訊狀態(tài)下的：疲勞測試，壽命測試，環(huán)境測試等，共用平臺）
　　   ●如何對CAN FD產(chǎn)品做測試？

4、CAN與CAN FD通信問題的解決方法

4.1解決通訊速率和數(shù)據(jù)長度不同的問題
　　 這個問題里面，又會分成如下幾種情況：
　　1) 傳統(tǒng)CAN節(jié)點以1Mbit/s 傳輸數(shù)據(jù)到 CAN FD：解決方法是可以直接通過，因為CAN FD是向下兼容CAN2.0的。
　　2) CAN FD設(shè)備以8Mbit/s傳輸數(shù)據(jù)到傳統(tǒng)CAN：解決方法是采用可編程CAN FD路由器：先將傳統(tǒng)CAN FD的速率自動降為1Mbit/s再轉(zhuǎn)出去。
　　3) 傳統(tǒng)CAN節(jié)點向 CAN FD節(jié)點傳輸8字節(jié)的數(shù)據(jù)：解決方法是可以直接通過，因為CAN FD是向下兼容CAN2.0的。
　　4) CAN FD節(jié)點向傳統(tǒng)CAN 節(jié)點傳輸64字節(jié)的數(shù)據(jù)：解決方法是采用可編程CAN FD路由器：預(yù)先編程并下載到路由器，CAN FD的數(shù)據(jù)通過路由器后可以按照預(yù)先設(shè)置的程序?qū)?shù)據(jù)做拆包等處理再轉(zhuǎn)成8字節(jié)轉(zhuǎn)發(fā)出去給傳統(tǒng)CAN設(shè)備。

4.2 解決非ISO CAN FD與ISO CAN FD設(shè)備的通訊問題
　　非ISO CAN FD與 ISO CAN FD的共同點在于：傳輸速率一致，數(shù)據(jù)長度一致；區(qū)別在于：后者引入了一個3位的填充位計數(shù)器以及額外的校驗位，另外，CRC計算值也不同。所以兩者是不兼容的。因此CiA建議所有的CAN FD應(yīng)用需注明ISO CAN FD或non-ISO CAN FD。

　　2012年底到2015年中之前有很多廠家已經(jīng)開發(fā)了CAN FD產(chǎn)品，但是那個是非ISO標(biāo)準(zhǔn)的CAN FD產(chǎn)品，并且已經(jīng)有少部分產(chǎn)品已經(jīng)在市場流通。而這些非ISO產(chǎn)品的供應(yīng)商也沒法完全收回或者銷毀原有產(chǎn)品，所以這些供應(yīng)商仍然需要解決這個問題。

　　解決方法是采用可編程CAN FD路由器，實現(xiàn)兩種CAN FD機制的轉(zhuǎn)換。

4.3 解決多設(shè)備切換的通訊問題
　　未來的CAN網(wǎng)絡(luò)，較長時間內(nèi)都會存在著傳統(tǒng)CAN與CAN FD并存的情況。部分亟需解決速率問題的節(jié)點會率先采用CAN FD技術(shù)。其他對實時要求不高的節(jié)點仍然會保存原有技術(shù)并存在著。

　　那么在一個共存網(wǎng)絡(luò)中，就需要解決某幾個設(shè)備之間交叉通訊的問題，多個切換的問題？以及一個設(shè)備需要同時與CAN FD節(jié)點和傳統(tǒng)CAN節(jié)點通訊的切換問題？

　　舉例如圖4所示，一個網(wǎng)絡(luò)中只有EMS與ABS是用CAN FD的，解決方法其實也是用CAN FD的網(wǎng)關(guān)；如果是EMS和ABS通信，PCAN-Router FD網(wǎng)關(guān)這個時候只要對CAN FD之間的數(shù)據(jù)1：1轉(zhuǎn)發(fā)即可；如果是EMS或者ABS與其他ECU通信，那么這時PCAN-Router FD網(wǎng)關(guān)就需要將CAN FD數(shù)據(jù)切換為傳統(tǒng)CAN再轉(zhuǎn)發(fā)。

 
圖4：多設(shè)備切換的通訊問題

4.4 解決測試平臺共用的問題
　　CAN FD節(jié)點在進行環(huán)境測試、疲勞測試、壽命測試等的情況下，只需要測試設(shè)備本身的性能，而與通訊速率/字節(jié)數(shù)無關(guān)，因此，這幾類測試可以沿用傳統(tǒng)CAN設(shè)備的測試平臺。而CAN FD通訊性能的測試、兼容性測試等涉及到通訊機制本身，因此這類測試需要用新的CAN FD測試工具。

　　一個完整的測試需要同時滿足以上所有測試條件。因此存在兩種測試平臺的交互。

　　解決方法也是采用Router FD可以將同一個待測的CAN FD設(shè)備連入不同的測試平臺中，最終完成各項測試任務(wù)。

4.5 如何測試CAN FD產(chǎn)品？
　　關(guān)于CAN FD節(jié)點的測試，應(yīng)該主要包括如下測試：
　　1.CAN FD報文測試（收發(fā)機制），這個可以使用一些工具供應(yīng)商提供的CAN FD總線測試工具，如德國PEAK公司的PCAN-USB FD硬件+PCAN-Explorer6軟件或者其它公司的類似產(chǎn)品。。
　　2.CAN FD互操作性測試，互操作性測試由于涉及到各個廠家產(chǎn)品之間的測試，目前大部分這個測試都是通過CiA實驗室來做的。
　　3.CAN FD網(wǎng)絡(luò)模擬故障測試，這個可以使用一些工具供應(yīng)商提供的CAN FD總線測試工具來測試，如德國PEAK公司的PCAN-Diag FD或者其它公司的類似產(chǎn)品。
　　4.OEM要求的其它測試，根據(jù)實際要求來選擇測試工具，或者委托第三方。

5.CAN FD測試工具簡介

圖5：CAN FD測試工具概覽

5.1 PCAN-Router FD
　　PCAN-Router FD是一個兩路的可編程的CAN FD的網(wǎng)關(guān)，可以完美的解決4.1-4.4的CAN和CAN FD之間的轉(zhuǎn)換問題。

5.2 PCAN-USB FD硬件+PCAN-Explorer6軟件
　　PCAN-USB FD硬件是一路CAN FD轉(zhuǎn)USB接口的CAN FD接口卡，可以將CAN FD和CAN數(shù)據(jù)通過USB傳輸?shù)诫娔X上；結(jié)合軟件PCAN-Explorer6，可以做CAN FD通信機制方面的測試；PCAN-Explorer6軟件也支持DBC文件，后期還將支持XML文件，可以用于分析CAN FD報文所攜帶的信號，創(chuàng)建圖形面板，生成信號的歷史曲線等。

5.3 PCAN-Diag FD
　　PCAN-Diag FD是一個手持式的CAN/CAN FD診斷儀，具有監(jiān)控CAN/CAN FD網(wǎng)絡(luò)通信，測試終端電阻，總線負載，總線電壓等功能，也能做為一個小型的示波器使用，特別適用于現(xiàn)場檢測和排除總線故障。

5.4 PCAN-Router Pro FD
　　PCAN-Rouer Pro FD是1個6路的可編程的CAN FD網(wǎng)關(guān)，可以解決CAN和CAN FD之間的轉(zhuǎn)換問題，也可以作為CAN/CAN FD記錄儀使用。

6、總結(jié)
　　本文總結(jié)的CAN與CAN FD之間通信的問題，在未來很長一段時間內(nèi)都會存在。因此，相信我們提出的解決方案，不管是對主機廠還是零部件供應(yīng)商，應(yīng)該都很有實用價值。

（轉(zhuǎn)載）