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(dòng)駕駛技術(shù)的迅速發(fā)展，汽車電子對(duì)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(shí)時(shí)控制，可靠的錯(cuò)誤處理和檢測機(jī)制等；同時(shí)CAN FD彌補(bǔ)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(rèn)可CAN?FD，并無反對(duì)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(bào)文結(jié)構(gòu)
CAN FD在控制場中新引入了三個(gè)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(bào)文 （采用新的 DLC 編碼和 CRC 算法）
顯性： 表示 CAN 報(bào)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(diǎn)處于被動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)（Error Passive）
顯性：表示發(fā)送節(jié)點(diǎn)處于主動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)（Error Active
圖1：CAN FD的報(bào)文結(jié)構(gòu)
另外，CAN FD采用新的DLC編碼方式，控制場有四個(gè)位組成了數(shù)據(jù)長度碼（DLC），DLC包含了擴(kuò)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(gè)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(bào)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(gè)數(shù)據(jù)幀內(nèi)傳送率可達(dá)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(duì)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(dòng)車以及今后的動(dòng)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(kuò)展即可。
3、CAN與CAN FD通信的問題
因?yàn)槭苤朴诋a(chǎn)品的穩(wěn)定性考驗(yàn)，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(huì)遇到這樣一個(gè)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(huì)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(gè)設(shè)備之間交叉通訊的問題，多個(gè)切換的問題？
●如何解決一個(gè)設(shè)備需要同時(shí)與CAN FD節(jié)點(diǎn)和傳統(tǒng)CAN節(jié)點(diǎn)通訊的切換問題？
●如何解決測試平臺(tái)共用的問題？（如針對(duì)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(tái)）
●如何對(duì)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(gè)問題里面，又會(huì)分成如下幾種情況：
1) 傳統(tǒng)CAN節(jié)點(diǎn)以1Mbit/s 傳輸數(shù)據(jù)到 CAN FD：解決方法是可以直接通過，因?yàn)镃AN 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(dòng)降為1Mbit/s再轉(zhuǎn)出去。
3) 傳統(tǒng)CAN節(jié)點(diǎn)向 CAN FD節(jié)點(diǎn)傳輸8字節(jié)的數(shù)據(jù)：解決方法是可以直接通過，因?yàn)镃AN FD是向下兼容CAN2.0的。
4) CAN FD節(jié)點(diǎn)向傳統(tǒng)CAN 節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(gè)3位的填充位計(jì)數(shù)器以及額外的校驗(yàn)位，另外，CRC計(jì)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(gè)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(gè)問題。
解決方法是采用可編程CAN FD路由器，實(shí)現(xiàn)兩種CAN FD機(jī)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(shí)間內(nèi)都會(huì)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(diǎn)會(huì)率先采用CAN FD技術(shù)。其他對(duì)實(shí)時(shí)要求不高的節(jié)點(diǎn)仍然會(huì)保存原有技術(shù)并存在著。
那么在一個(gè)共存網(wǎng)絡(luò)中，就需要解決某幾個(gè)設(shè)備之間交叉通訊的問題，多個(gè)切換的問題？以及一個(gè)設(shè)備需要同時(shí)與CAN FD節(jié)點(diǎn)和傳統(tǒng)CAN節(jié)點(diǎn)通訊的切換問題？
舉例如圖4所示，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中只有EMS與ABS是用CAN FD的，解決方法其實(shí)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(gè)時(shí)候只要對(duì)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(shí)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(tái)共用的問題
CAN FD節(jié)點(diǎn)在進(jìn)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(tái)。而CAN FD通訊性能的測試、兼容性測試等涉及到通訊機(jī)制本身，因此這類測試需要用新的CAN FD測試工具。
一個(gè)完整的測試需要同時(shí)滿足以上所有測試條件。因此存在兩種測試平臺(tái)的交互。
解決方法也是采用Router FD可以將同一個(gè)待測的CAN FD設(shè)備連入不同的測試平臺(tái)中，最終完成各項(xiàng)測試任務(wù)。
4.5 如何測試CAN FD產(chǎn)品？
關(guān)于CAN FD節(jié)點(diǎn)的測試，應(yīng)該主要包括如下測試：
1.CAN FD報(bào)文測試（收發(fā)機(jī)制），這個(gè)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(gè)廠家產(chǎn)品之間的測試，目前大部分這個(gè)測試都是通過CiA實(shí)驗(yàn)室來做的。
3.CAN FD網(wǎng)絡(luò)模擬故障測試，這個(gè)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(shí)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(gè)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(jī)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(bào)文所攜帶的信號(hào)，創(chuàng)建圖形面板，生成信號(hào)的歷史曲線等。
5.3 PCAN-Diag FD
PCAN-Diag FD是一個(gè)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(fù)載，總線電壓等功能，也能做為一個(gè)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(gè)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(shí)間內(nèi)都會(huì)存在。因此，相信我們提出的解決方案，不管是對(duì)主機(jī)廠還是零部件供應(yīng)商，應(yīng)該都很有實(shí)用價(jià)值。
（轉(zhuǎn)載）
