CAN到CAN FD快速升级的实现方案

自动驾驶技术迅速发展，车辆中的CAN总线已经无法满足数据吞吐量和传输速度的要求，CAN总线的加速升级版——CAN FD技术正在逐渐替代现有网络，为了进一步了解CAN FD，本文将从产品的实际应用介绍CAN FD的升级及优势。

随着汽车电子、工业自动化的蓬勃发展，CAN总线上的设备数量、数据量都大大增加，这就使得传统的CAN总线在传输速率和带宽方面越来越力不从心，因此CAN FD孕育而生。

那么如何实现CAN到CAN FD的升级呢？

一、CANFDCOM的应用

CANFDCOM-100IE智能协议转换器可以快速将RS-232/485/422通讯设备连接到CAN（FD）-bus现场总线，实物图如图1所示。转换器支持1200-921600bps串口波特率，以及50k-5Mbps的CAN（FD）-bus 通讯速率。

图1 CANFDCOM-100IE实物图

CANFDCOM-100IE应用广泛，例如煤矿远程通讯、PLC设备联网、CAN（FD）工业自动化控制系统、现有RS-232/485/422设备连接 CAN（FD）-bus 网络等。

图2 设备连接电路图

如图2所示，通常变频器带有RS-232/485接口，可通过CANFDCOM-100IE串口转CAN（FD）快速将变频器设备连接至CAN（FD）-bus网络中，从而实现CAN（FD）报文的收发。

转换器支持四种转换模式：透明转换、透明带标识转换、格式转换、Modbus 转换，适应不同用户需求。同时提供配置软件，可以灵活设置CANFDCOM-100IE的运行参数。如图3所示。

图3 CANFDCOM配置界面

CANFDCOM还可以连接到PC端，另一端连接至CAN（FD）网络，进行串行帧与CAN（FD）报文的相互收发。

参数配置完成之后，使用串口助手发送串行帧转CAN（FD）报文，如图4所示。借助ZCANPRO工具可以观察CAN（FD）帧信息，如图5所示。

CANFDCOM-100IE支持ISO标准CAN FD与BoschCANFD标准，每个接口具备独立的2500VDC电气隔离保护电路，使接口卡避免由于地环流的损坏，增强系统在恶劣环境中使用的可靠性。

图4 串行帧收发界面

图5 CAN FD帧信息界面

二、CANFDSM的应用

CANFDSM-100是一款串口转 CAN（FD）模块，内置微处理器，实物图如图6所示。可以很方便地嵌入到具有UART接口的设备中，如图7所示。

在添加CAN（FD）收发器以后，实现UART设备和CAN-bus网络之间的数据通讯。

图6 CANFDSM-100实物图

图7 CANFDSM-100效果图

使用MCU与CANFDSM-100连接，如图8所示，其中LPC54616是NXP发行的LPC54000系列微控制器。CFG引脚闭合时，用于配置模块，配置方式建议使用AT指令。CAN（FD）接口使用的是CTM3MFD隔离模块，可以轻松实现用户的MCU连接至CAN FD网络中。

CANFDSM内部集成了CAN控制器，CAN控制器是CAN-bus设备的核心元件，集成了CAN规范中数据链路层的全部功能，能够自动完成CAN-bus协议的解析。

图8 设备连接图

然而，CAN FD与传统的CAN在实际的应用中并没有太大的差异，线缆的选型、拓扑的选择、总线的布设等均大同小异。CAN收发器就是将CAN控制器的逻辑电平与CAN总线差分电平相互转换的电平转换器。

三、实现CAN收发器的方案有两种

1、采用CAN收发IC；

2、使用CAN隔离收发模块。

在一些干扰较严重的场合，隔离依然必不可少。隔离可以避免潜在的高压危险、消除地电势差及地环路，从而大大提高通信的可靠性。

ZLG致远电子推出的CAN FD隔离CAN收发器CTM5MFD、CTM3MFD，体积小巧，可支持最高5Mbit/s的传输速率，是CAN FD隔离应用的理想解决方案。CAN FD隔离收发器选型如表1所示。

表1 CAN FD隔离收发器选型表

CAN FD的优势

CAN FD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。CAN FD协议是CAN-BUS协议的最新升级，可以满足更高的带宽及数据吞吐量。

CAN FD速率包含两个段的速率，其中仲裁段和ACK段沿用CAN2.0的规范，最高速率为1Mbit/s，中间的数据段是可以加速的，可以达到5Mbit/s，甚至更高；

CAN FD对数据场的长度作了很大的补充，数据长度码（DLC）最大可以传输64字节有效数据。这意味着CAN FD具有更高的有效传输负载；

CAN FD 数据帧在控制场新添加FDF位、BRS位、ESI位（FDF位判断报文类型、BRS位表示位速率转换、ESI位表示错误状态），如图9所示；

CAN FD对CRC算法作了改变，即CRC以含填充位的位流进行计算，改善了错误帧漏检率。

图9 CAN FD标准帧

总结

1、要实现CAN FD的快速升级首先需要使用支持CAN FD协议的MCU或控制器，还要选取新的网络调试和监测工具；

2、需要支持更高的传输速率的收发器，若设计的CAN FD节点的最高速率5Mbit/s，则收发器的传输速率也必须达到此数值。CAN FD隔离CAN收发器CTM5MFD、CTM3MFD，是CAN FD隔离应用的理想解决方案。