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一、CAN与CAN FD的概想

1、CAN是什么

节造器局域网总线（CAN
，Controller Area Network）是一种用于实时利用的串行通讯和谈总线
，它能够使用双绞线来传输信号
，是世界上利用最宽泛的现场总线之一。CAN和谈用于汽车中各类分歧元件之间的通讯
，以此取代昂贵而笨沉的配电线束。该和谈的壮实性使其用处延长到其他自动化和工业利用。CAN和谈的个性蕴含齐全性的串行数据通讯、提供实时支持、传输快率高达1Mb/s、同时拥有11位的寻址以及检错能力。

2、CAN FD是什么

CAN FD 是CAN with Flexible Data rate的缩写
，翻译为【可变快率的 CAN】。也能够单一的以为是传统CAN的升级版
，其中要注明的是
，只升级了和谈
，物理层没有扭转。

3、为什么必要CAN FD？

原因重要是汽车职能越来越多
，越来越复杂
，传统的CAN总线（CAN2.0）的负载率越来越高
，甚至负载率高达95%
，以及传统CAN总线还存在一些局限性。

传统CAN总线的局限性蕴含：

· 传输率最大为1Mbiy/s（典型的<= 500kbit/s）

；

· 传统CAN数据帧超过50%的额表开销（overhead > 50%）。

对比其他和谈
，额表开销比例要幼得多
，如UDP （1500 bytes/datagram, 64 bytes overhead）
，FlexRay（254 bytes/frame, 8 bytes overhead）。

还有就是汗青原因
，汽车不成能直接烧毁目前的传统CAN总线技术
，沉头来过。那么为相识决CAN总线负载率问题
，而又能兼容CAN总线
，并且研发成本不能太高的问题
，因而在2015年最新的订正版ISO 11898-1（classic CAN和CAN FD）颁布。

目前的好多利用对于通讯的数据量要求越来越高
，对于通讯的快率要求也越来越高
，尤其是当快率高于1MBit/s的时辰
，传统的CAN通讯是无法满足的
，所以基于这种利用的需要
，CAN FD就应运而生了。既然是出于这样的主张
，CANFD的出现注定是必要解决传输快率和传输字节的问题
，带着这样的思路我们就能够更容易地理解CANFD和谈
，以及为什么会出现它了。

二、CAN与CANFD的比力

CAN与CAN-FD重要区别：传输快率分歧、数据域长度分歧、帧体式分歧、ID长度分歧。

1、传输快率分歧

CAN的传输快率

通常的工程中比力常用的为500K每秒的通讯快率。这个快率在现实测试的时辰也长短？康米〉。CAN总线上肆意两个节点的最大传输距离与其位快率有关。最大通讯距离指的是统一条总线上两个节点之间的距离。从下面图中
，能够看到快率越低通讯距离就越远
，也就是说CAN总线的通讯距离和波特率成反比。CAN最大传输快率为1Mbps

CANFD的传输快率

CAN-FD 选取了两种位快率：从节造场中的 BRS 位到 ACK 场之前（含 CRC 分界符）为可变快率
，其余部门为原 CAN 总线用的快率。两种快率各有一套位功夫界说寄放器
，它们除了选取分歧的位功夫单元 TQ 表
，位功夫各段的分配比例也可分歧。

因而
，对于 CAN FD而言
，是在 CAN 的基础上增长了一个数据域的传输快率
，数据传输快率要大于蹬宗原 CAN 总线用的快率。也就是说 CAN FD 支持两种传输快率
，两种快率能够维持一致
，也能够不维持一致。快率可变
，仲裁比特率最高1Mbps
，数据比特率最高8Mbps。

尺度帧对比

扩大帧对比

2、数据域长度分歧

CAN的数据域长度
，一帧数据最长8字节。CAN FD数据域长度
，一帧数据最长64字节。

传统CAN报文与CANFD报文的DLC长度区别如下所示：

传统CAN报文与CANFD报文的最大区别有2点
，

1、CANFD能够传输更多的数据
，

2、CANFD报文在传输中由2种传输快率实现传输
，一种是标称的CAN总线快率（用于传输非数据域的字段）
，另一种是数据域传输快率（用于传输数据域的字段）。

3、帧体式分歧

在CAN总线上传输的信息称为报文
，当总线空闲时任何衔接的单元都能够起头发送新的报文。CAN通讯是通过以下5种类型的帧进行的：数据帧 、？刂 、谬误帧 、过载帧 、帧距离。

CAN总线数据帧体式

CAN？刂

3.1.CAN Framing 帧体式

●尺度帧

尺度。11 ID + 0~8 bytes data）

尺度远程。11 ID + 0 byte data）

●扩大帧

扩大。29 ID + 0~8 bytes data）

扩大远程。29 ID + 0 byte data）

●SOF：0（显性电位为 0
，隐性电位为 1
，总线空闲默以为 1）
，帧肇始
，接管节点收到帧肇始会和总线时钟进行同步（硬同步、沉同步
，这里是硬同步）。

仲裁字段

ID：高位在前

RTR：远程帧要求
，远程帧为 0
，暗示是数据帧
，不然是远程帧。远程帧批注接受该帧的节点即不自动发送数据
，当他收到远程帧时
，才起头发送数据
，削减占用 CAN 的通讯。

节造字段

IDE：暗示是否是扩大帧
，IDE 为 1 是扩大帧

r：保留位

DLC：数据长度
，合理领域是 0 - 8
，超过则暗示 8 字节

数据字段

校验字段

CRC：15位校验位

DEL（delimter）：分隔符
，无意思
，为 1

确认字段

ACK：发送节点
，该位都为 1
，接受节点 CRC 正确则在 ACK 位时
，该地位置为 0
，不然还是 1。若是发送节点回读 ACK 是 0
，持续发送
，不然终场发送
，下一次发送一个谬误帧。（下一次发送谬误帧不太理解）

DEL

●EOF + ITM：实现字段 + 帧距离

扩大帧结构

位填充：

出现了五个一样的位（蕴含填充位）
，就鄙人一个地位填充一个相反的位。

领域从 SOF 起头一向到 CRC。

帧谬误检测机造

●位监控：回读发送出去的位的数据

●ACK 位：发送数据的节点回读 ACK 是 0
，持续发送
，不然意味着产生谬误终场发送

●Stuff Check：填充检测

●CRC 检测

●Form 检测：一些分隔符 del 等

●发先帧谬误后：某一个节点查抄到发送或者接受的帧出现谬误
，会以发送谬误帧的方式奉告其他参加通讯的节点
，当前在发送或者接受的帧是有问题的。

帧谬误检测机造

3.2.CAN FD结构

硬件、和谈轻微扭转。CAN FD 数据段最多 64 字节。CAN FD 最高支持 8MB/s 的传输快率。CAN FD 选取可变快率
，数据字段传输快。

CAN FD 没有远程帧
，只分为两种：尺度。ū晔斗 11 位）和扩大。ū晔斗 29 位）

CAN FD尺度帧中的数据帧

CAN FD尺度帧和扩大帧结构

●SOF：帧肇始

●标识符ID

●RRS 包办原来的 CAN 帧的 RTR

●IDE：暗示是否是扩大帧

●FDF：暗示是否是 CAN 帧还是 CAN FD 帧

●r：保留位

●BRS（Bit Rate Switch）：之后数据段传输是否变换快率
，BRS 之前属于仲裁段
，会以低快传输

；BRS 起头到 CRC 分隔符为止
，属于数据段
，能够高快传输。CRC 宰割符之后
，由于必要 ACK 应答
，因而又变为低快传输。

●ESI：用来奉告其余节点
，发送方的谬误状态。

●DLC：0-8 线性暗示数据长度
，9-15离散的暗示数据长度。

●CRC：凭据分歧的数据长度使用分歧长度的 CRC 校验。CAN 使用 15 位的 CRC 校验
，且不蕴含填充位。CAN FD CRC 蕴含数据填充位。CAN FD 在 CRC 字段的前四位增长了对前面填充位的计数校验
，前面的填充同样是 5 个一样位跟一个相反的位。CRC 字段不合用之前的填充
，而是使用固定位填充
，从 CRC 字段起头地位起头填充
，每隔四个位填充一位
，每次填充的位都取前一个的相反值。

先统计 SOF 起头到 CRC 字段之前填充位的个数对 8 取模
，将数值以格林编码的大局存放在高三位
，最后一位偶校验位
，校验前三位。

当数据段大于 16 字节
，使用 21 位 CRC

当数据段幼于蹬宗 16 字节
，使用 17 位 CRC

3.3.CAN FD新增了FDF、BRS、ESI位

FDF：暗示CAN报文还是CAN-FD报文。

BRS：暗示位快率转换
，该位隐性时
，快率可变（即BSR到CRC使用转换快率传输）
，该位为显性时
，以正常的CAN-FD总线快率传输（恒定快率）

；

ESI:暗示发送节点状态。

4、ID长度分歧

CAN尺度帧ID长度最长11bit
，CANFD尺度帧ID长度可扩大到12bit。

三、CAN与CANFD的曲直势

1、CAN优势

●拥有实时性强、传输距离较远、抗电磁滋扰能力强、成本低蹬着点;

●选取双线串行通讯方式
，检错能力强
，可在高噪声滋扰环境中工作;

●拥有优先权和仲裁职能
，多个节造？橥ü鼵AN 节造器挂到CAN-bus 上
，形成多主机部门网络;

●可凭据报文的ID决定接管或屏蔽该报文;

●靠得住的谬误处置和检错机造;

●发送的信息遭到粉碎后
，可自动沉发;

●节点在谬误严沉的情况下拥有自动退出总线的职能;

●报文不蕴含源地址或指标地址
，仅用标志符来批示职能信息、优先级信息。

2、CAN弊端

不一致性

CAN总线各节点质量的不一致会引发系统瘫痪、谬误、死机等问题
，所以CAN一致性测试成为保障CAN网络安全运行的沉要伎俩。

不成预测性

CAN总线将节点状态分为ErrorAcTIve、Error Passive 和Bus Off 三种
，这三种状态在肯定前提下能够相互转换
，分歧状态中节点的发送有分歧的延长。另表
，由于CAN 的原子广播特点
，其它节点的发送谬误或接管谬误会开启一个谬误帧
，从而影响到该节点的接管谬误计数器的值
，进而影响节点状态。

信路犯错梗塞

节点有可能受滋扰或其它原因临时或永远失效
，犯错的主机遇号令CAN 收发器不休发送新闻
，即所谓的Babbling ldiot 谬误。由于该信息的体式等均合法
，因而CAN 没有相应的机造来处置这种情况。

3、CAN FD的优势

CAN FD提高位快率的同时提供更短的CAN帧

●延长功夫更短.

●更好的及机遇能

●更高的带宽

CAN FD能够在CAN帧中包容从8到64字节更多的数据

●相对更少的系统开销 = 更好的数据吞吐量

●发送较大数据对象时
，软件更单一高效

CAN FD拥有更高机能的CRC算法

●降低未检测到谬误的风险

●但是由于受造于产品的不变性考验
，刷新成本等问题
，还没法子急剧全面遍及CAN FD。

四、幼结

总的来看
，由于此刻车辆上必要的通讯数据越来越多
，而原有的CAN负载率逐年升高
，思考到传统的CAN通讯的架构已经极度的重大了
，若是将传统的全数颠覆更换一个全新的通讯方式所要支出的价值切实太大
，所以必要一个既能兼容原有的CAN通讯
，又不至于增长太高的成本
，CAN FD就是一个折中规划
，同时还能够提高数据的传输量。