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2021-04-22
王毅山
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对于中国制造2025与汽车产业发展方向，新能源和智能化一直是人们讨论的两个主题。在汽车智能化的过程中，CAN FD协议由于其优越的性能受到了大家广泛的关注，本文将和大家一起来了解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CANFD 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 CANFD 继承了绝大部分传统 CAN 的特性，但是从传统 CAN 到 CANFD 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 CANFD，首先要选取支持 CANFD 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 CANFD 的情况要特别注意，由于帧格式不一致的原因，CANFD 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 CANFD 节点的报文。
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。
(mbbeetchina)
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