CANFD解决方案

CANFD解决方案随着总线技术在汽车电子领域越来越广泛和深入的应用，汽车电子对总线宽度和数据传输速率的要求也越来也高，传统CAN（1MBit/s，8BytesPayload）已难以满足日益增加的需求。因此在2011年，Bosch发布了CAN的替代总线CANFD（CANwithFlexibleData-Rate）。CANFD继承了CAN总线的绝大多数的特性，如同样的物理层，双线串行通讯协议，基于非破坏性仲裁技术，分布式实时控制，可靠的错误处理和检测机制等，但是CANFD弥补了CAN总线在总线带宽和数据长度的不足。2015年6月30日，国际标准化组织（ISO）已经正式认可CANFD，并无反对票通过ISO11898-1作为国际标准草案。CAN和CANFD对比以标准帧为例，传统CAN和CANFD的帧结构对比如下图：图1传统CAN与CANFD对比在帧结构的对比中，CANFD和传统CAN的主要区别包括：新增了3个控制位EDL，用于区分是否为CANFD帧；BRS，位速率转换开关，决定Data-Phase是否采用Highbit-Rate；ESI，错误状态指示位。最大64Bytes的数据场和新的DLC编码规则。不支持远程帧（无RTR位）。根据数据场的长度，采用不同的CRC，如CRC_17（0-16Bytes），CRC21（17-64Bytes）。除帧结构的区别之外，CANFD还具备如下新特性：Data-Phase的传速率可大于1MBit/s在一些应用中，可达5MBit/s、8MBit/s甚至更高；IDEEOFCRCr11BusIdle帧起始SOF1ID11仲裁场1BusIdleEDLr0BRSESIDLCDataFieldITMDELACKDEL控制场数据场ACK场帧结束CRC场11140-64bytes2111137CANFDArbitration-PhaseCANFDData-PhaseCANFDArbitration-Phase较传统CAN在提高通信速率和降低总线负载方面很显著，如图2和图3。新的CRC计算方法（需计算填充位）和新的CRC域填充规则可提高数据漏检率。收发器延迟补偿。图2CANFD提升通信速率图3CANFD降低总线负载率CANFD典型应用CANFD有效的改善了传统CAN在带宽和数据场长度上的缺陷，因此，在一些数据传输量较大的场景，CANFD将有更良好的表现，典型的应用场景包括：快速软件下载（FastSWDownload）；避免拆分长数据，例如加速度传感器x,y,z-轴数据；标定应用（XCPonCANFD）（最新released的XCP1.2规范已支持CANFD）。通过下表对比，直观地表达了CANFD在传输速率方面的优势。表1CANFD在传输速率方面的优势对比传统CANCANFDBitrate500Kbps500Kbpsand2MbpsinData-PhasePayload4standardCANmessagewith8byte(15%stuffbits)1CANFDmessagewith32byte(15%stuffbits)Timetotransmit1021μs229μs如何从传统CAN升级到CANFD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。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。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，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，原因是帧格式不一致，会导致传统CAN节点发送错误帧。基于以上应用场景，为了解决传统CAN和CANFD的兼容性问题，芯片厂商提出了一种可能的解决方案，在传统CAN节点上采用具有CANFDShield模式的收发器（如图4和图5），当收到CANFD帧时，收发器会过滤掉CANFD帧，防止传统CAN节点发出错误帧，以此达到原有网络拓扑不变，实现网络兼容。图4CANFD收发器实现网络兼容图5CANFD收发器结构示意CANFD软件解决方案在AUTOSARV4.2.1规范中已经支持CANFD总线，作为AUTOSAR会员，一直致力于AUTOSAR解决方案的研发和推广，现已对旗下嵌入式软件产品HiQuanten工具链进行全线升级，实现兼容CANFD总线，其支持CANFD的软件架构如图6（黄色是CANFD涉及的模块）。图6支持CANFD的软件架构图关于CANFD的支持，HiQuanten有如下新特性：CanDriver模块支持特率配置和收发器延迟参数的配置；CANID的最高两个Bit用于区分帧类型和FD帧。CanInterface模块支持波特率设置接口；支持定义CANFDPDU类型；支持传统的CANPDU和CANFDPDU单独分配Handler，便于上层模块进行区分。CANTP模块支持大于8字节的CANFD帧的解析。PDUR模块支持CANFD的路由。COM模块支持CANFD报文的处理。XCP模块支持基于CANFD的标定。BootLoader软件支持基于CANFD的刷新。