自1986 年博世(Bosch)首次在SAE 國際大會上展示CAN(Controller Area Network,,控制器域網(wǎng)絡(luò))通信方案以來,,這種高速,、可靠,、易用的通信總線就一直被汽車產(chǎn)業(yè)所關(guān)注,,并得到了絕大多數(shù)整車廠和零部件廠的支持,。經(jīng)過了20 多年的發(fā)展與沉淀,,CAN 通信目前已經(jīng)成為車載網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域最成熟,、應(yīng)用最廣泛的通信總線之一(CAN 的發(fā)展歷程如圖
1 所示),。
圖1 CAN 通信方案的發(fā)展歷程
CAN 總線通信的一些關(guān)鍵特性使其非常適合車載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用:
(1)差分信號可靠性高,,抗干擾能力強(qiáng),,且通信介質(zhì)選擇靈活(雙絞線、同軸電纜
或光纖),;
?。?)通信速率最高可達(dá)1 Mbit/s(此時距離最長40 m);
?。?)采用多主通信模式,,當(dāng)總線空閑時,任意節(jié)點均可以主動向網(wǎng)絡(luò)其他節(jié)點發(fā)送
信息,;
?。?)支持節(jié)點優(yōu)先級設(shè)定,,并采用非破壞性逐位仲裁規(guī)則解決潛在數(shù)據(jù)發(fā)送沖突;
(5)信息以廣播式發(fā)送,,所有節(jié)點都能接收到信息,,保證網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)一致性;
?。?)支持完善的錯誤界定和處理機(jī)制,,出錯節(jié)點具有自動關(guān)閉退出總線的功能。
隨著人們對汽車的智能化要求越來越高,,汽車上裝配的電子控制單元也越來越多,,
CAN 總線通信也漸漸顯現(xiàn)出來一些不足:
(1)最高數(shù)據(jù)傳輸速率限制為1 Mbit/s,,車載領(lǐng)域?qū)嶋H使用速率最高為500 Kbit/s,,無
法滿足越來越高的數(shù)據(jù)吞吐量需求;
?。?)每幀報文有效數(shù)據(jù)場為8 字節(jié),,僅占整幀報文信息不足50%;
?。?)性能上難以應(yīng)對Flexray,、Ethernet 等新型車載總線的威脅。
市場對提升CAN 總線性能的強(qiáng)烈需求使CAN-FD (Flexible Data rate)應(yīng)運而生,,CANFD
發(fā)揚(yáng)了CAN 的優(yōu)點,,并彌補(bǔ)了CAN 的不足,其主要特性如下:
?。?)采用與CAN 通信相同的事件觸發(fā)模式,,軟件容易開發(fā)和移植;
?。?)最高數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)5Mbit/s,,更好地滿足要求高實時性、高數(shù)據(jù)傳輸速率的應(yīng)
用,;
?。?)每幀報文有效數(shù)據(jù)場為64 字節(jié),占整幀報文信息超過70%,;
?。?)相比Flexray、Ethernet 等新興總線成本更低,。
CAN-FD 的技術(shù)特點及應(yīng)用領(lǐng)域
CAN-FD 通過改變幀結(jié)構(gòu)和提高位速率等方法成功的把數(shù)據(jù)傳輸速率提高到了5Mbit/s,,
其基本原理如圖2 所示。CAN-FD 協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)如圖3 所示,。
圖2 CAN-FD 傳輸?shù)幕驹?/p>
圖3 CAN-FD 協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)
詩訊半導(dǎo)體(Spansion)近期發(fā)布的Cortex-R5 系列汽車級MCU 產(chǎn)品全系列支持CANFD
總線通信,。2014 年7 月,,詩訊半導(dǎo)體正式發(fā)布了集成CAN-FD 控制器的ARM Cortex-R5
S6J3310 系列產(chǎn)品。該產(chǎn)品的關(guān)鍵特性包括:ARM Cortex-R5 高性能32 位內(nèi)核,,主頻高達(dá)
144 MHz,;最高集成2 路CAN-FD 通信,每路數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)5 Mbit/s,;支持SHE(Secure
Hardware Extension)加密功能;支持更新的低功耗功能,,如部分喚醒等,;支持AutoSAR。
圖4 展示了S6J3110 評估板的CAN-FD 的技術(shù)特點和幀結(jié)構(gòu)的實測波形,。
圖4 S6J3110 評估板的CAN-FD 的技術(shù)特點和幀結(jié)構(gòu)的實測波形
CAN-FD 的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括:
?。?)EOL(End-Of-Line)程序燒寫:CAN 數(shù)據(jù)傳輸速率為500 Kbit/s;CAN-FD 數(shù)據(jù)傳
輸速率為5 Mbit/s,,約10 倍于CAN 傳輸速率,。
(2)動力,、底盤和安全系統(tǒng),,以及身份認(rèn)證:數(shù)據(jù)場支持長達(dá)64 字節(jié),避免數(shù)據(jù)非
必要的拆分,。
?。?)網(wǎng)關(guān):提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)5 Mbit/s,提高了有效數(shù)據(jù)負(fù)載率,。
CAN-FD 的設(shè)備,、工具廠商
在車載應(yīng)用領(lǐng)域,目前已有多家設(shè)備,、工具廠商支持CAN-FD 總線協(xié)議,,如維克多
(Vector),、羅德與施瓦茨(R&S)和周立功(ZLG)等,。
國外廠商以維克多為代表,其在工具體系的完整性方面更為領(lǐng)先,。Vector 的工具體系
完整的支持CAN-FD 的開發(fā),、測試、網(wǎng)絡(luò)分析等全部功能,。另外,,其GL 系列總線記錄儀也
將在不遠(yuǎn)的將來支持CAN-FD 協(xié)議。
國內(nèi)廠商以周立功為代表,,其最新推出的四通道ZDS2024 示波器可以很好的支持
CAN-FD 協(xié)議,,其關(guān)鍵特性包括:支持4 通道,、模擬帶寬高達(dá)200MHz、采樣率每通道均為
1GSa/s,、21 種協(xié)議觸發(fā)及解碼,、51 種參數(shù)測量及24 種參數(shù)同時測量統(tǒng)計。