CAN-FD：CAN总线网络第二章

2024-08-28 |Will Siffer

一些背景！

也许您刚刚读完Maker.io 工作人员提供的关于 CAN 总线的[精彩教程]，并且想知道接下来会发生什么。或者您可能正在准备在一家在日常工作中使用 CAN FD 的公司实习。无论哪种方式，本指南都会向您展示 CAN FD：具有灵活数据的 CAN 的相似点、差异和用例。

CAN FD到底是什么？

由于您可能已经了解 CAN 总线是什么，因此我将直接进入 CAN FD 的核心内容（[如果没有，请从此处的链接阅读文章！]）

CAN总线和CAN FD之间有很多相似之处。 CAN FD 仍然是一个控制器局域网，了解它们的相似之处将有助于为本博客的后续部分打下坚实的基础。主要相似之处之一是它们都使用“仲裁”来确定哪个控制器可以在网络上发送数据。正如您在前面的 CAN 简介中了解到的那样，每个控制器都有一个唯一的 ID，该 ID 在任何数据发生之前引导到总线上。这允许更关键的消息在总线上比不太重要的消息具有优先级。一个很好的例子就是您驾驶的汽车；您希望在 HVAC 系统告诉计算机外部环境温度为 65 度之前，将来自安全气囊控制器的任何消息传输到其他汽车计算机。

[正如您在NXP 社区]的上图中看到的那样，设备 B 的信号变高，而 A 的信号保持低电平。这表示在总线上设备 A 具有更高的优先级。实际上，由于 A 将总线拉低，B 无法拉高。设备 B 将认识到总线未处于其尝试的状态并终止其传输。

CAN 和 CAN FD 之间的另一个相似之处是它们的物理层基本相同。只要控制器的 CAN 收发器能够达到 CAN FD 速度，它们就使用相同的硬件。这包括用于 CAN 高线和 CAN 低线的单对双绞线、总线上的终端电阻器以形成 60 欧姆的电阻，并且所有模块（大部分）都连接在同一总线上*。

告诉我我来这里的目的是什么！ CAN FD有何不同？

问题是，如果您只是将 CAN 总线加速到与 CAN FD 一样快，您可能会失去保持一切正常运行所需的关键仲裁。 CAN FD 的速度有多快？有时，数据速率高达 5 倍！典型的 CAN 运行速度约为 1MBit/s 或更小，最快的 CAN FD 数据传输速度可达 5MBit/s！ CAN 和 CAN FD 之间最大的关键区别是数据比特率选项与消息引入不同。有时，控制器可能不需要将额外的数据打包到消息中，因此将其配置为不加速数据传输。这里的关键在于效率，允许较长的消息花费较短的时间，从而减少可能对安全至关重要的下一条消息的延迟。

正如您在上图中看到的，CAN FD 并不总是更快。然而，由于它可以传输更多数据，因此随着越来越多的设备变得更加智能并且需要在控制器之间发送更多数据，它越来越受到关注和普及。经典 CAN 可以工作，但速度太慢，甚至在某些应用中无法使用！消息中的更多数据意味着新车客户可以拥有更多功能，并且这些功能可以在车辆系统之间更加集成。

与 CAN FD 的另一个主要区别是修改了循环冗余校验 (CRC) 以提高通信可靠性。对于 CAN FD，CRC 和数据之间始终有 4 个填充位，这可以提高 CRC 和数据传输的一致性并提高可靠性。

为什么要实施这项新技术？改变架构不是很昂贵吗？

希望您在阅读完上面的段落后能够回答第一个问题，但简单地说，普通的 CAN FD 总线可以提高网络带宽并提高效率。如果您对使用 CAN FD 数据感兴趣，可以使用CSS Electronics 提供的[此]计算器。它是一个很好的插图，可以帮助您了解 CAN FD 的效率有多高。

昂贵的？不！这就是它在汽车和工业应用中具有如此高采用率的原因。由于物理层非常相似，因此它实际上可以共存于具有经典 CAN 的车辆或设备中。这意味着旧设备仍然可以与 FD 设备通信，并且较新的 FD 设备可以配置为将 FD 消息转换为经典 CAN 总线。

关于 CAN 和 CAN FD 还有很多东西需要了解，但本指南只是我了解有关该主题的更多信息并以更易于理解的格式与您分享我学到的知识的好方法。如果您学到了一些东西，请阅读我的其他一些博客。我发布了从 3D 打印到电机控制甚至 LoRa 无线电通信的所有内容，所以我相信您会发现其他有趣的东西！直到下一次，我希望你每天都挑战自己，学习新的东西。

*到 2024 年，截至撰写本指南时，一些 OEM 会更多地使用“菊花链”方法。这意味着每个模块仅连接到其他两个模块，从而创建一长串计算机，在它们之间传递信息。这允许仅将相关消息发送到实际需要它们的控制器。

审核编辑 黄宇