虹科CiA演講回顧 | CAN(FD)總線協(xié)議轉(zhuǎn)換原理及其在汽車行業(yè)的應(yīng)用

2023年9月14日，CiA中國(guó)技術(shù)日直播活動(dòng)在線上舉行，該活動(dòng)致力于開展與CAN總線相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)工作，演講者都是CAN領(lǐng)域的專家。虹科首席工程師陳皓受邀參與活動(dòng)，并帶來(lái)以“CAN和CAN FD總線協(xié)議轉(zhuǎn)換”為主題的演講。

本次演講內(nèi)容主要分為三個(gè)部分：首先介紹了CAN和CAN FD總線的區(qū)別，并以此為切入點(diǎn)講解了兩種總線協(xié)議轉(zhuǎn)化的基本原理與做法，在此基礎(chǔ)上對(duì)總線協(xié)議轉(zhuǎn)換在汽車行業(yè)的具體應(yīng)用進(jìn)行了延申介紹與未來(lái)展望。本文將帶您回顧本次演講，并對(duì)精彩內(nèi)容“劃重點(diǎn)”。

一、CAN和CAN FD總線的對(duì)比

CAN總線和CAN FD總線主要在四個(gè)方面存在差異：

1. 波特率不同：CAN總線最高支持1Mbit/s波特率，CAN FD總線最高支持5Mbit/s波特率。在實(shí)際應(yīng)用中，我們通常會(huì)選取500k的CAN總線波特率和500K 2Mbit/s的CAN FD總線波特率作為標(biāo)準(zhǔn)的車載通訊波特率。

2. 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不同：一幀CAN總線報(bào)文最多支持8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，而一幀CAN FD總線報(bào)文可最多支持64個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)

3. 報(bào)文幀格式不同：CAN FD總線的報(bào)文新增了RS、FDF、BRS、ESI這幾個(gè)特定的信號(hào)位，以此擴(kuò)充成一套全新的數(shù)據(jù)幀的格式

4. 遠(yuǎn)程幀使用不同：CAN FD總線協(xié)議取消了遠(yuǎn)程幀

對(duì)比CAN和CAN FD報(bào)文，CAN FD報(bào)文具有更高的通訊速率和更多的字節(jié)的數(shù)據(jù)。因此，CAN FD總線協(xié)議的通訊帶寬得以提高，可以達(dá)到CAN總線的6倍甚至更高。

與此同時(shí)，CAN和CAN FD報(bào)文也在具體幀結(jié)構(gòu)上存在區(qū)別：

1. 仲裁域?qū)Ρ龋篊AN FD的報(bào)文取消了RTR的設(shè)定，以RRS作為取代

2. 控制域?qū)Ρ龋篊AN報(bào)文結(jié)構(gòu)中主要有 IDE 和DLC，還有一個(gè)保留位，以此來(lái)規(guī)定這個(gè)幀的類型和數(shù)據(jù)域的內(nèi)容。CAN FD報(bào)文結(jié)構(gòu)則明顯增多，除IDE 和DLC外，還有FDF、BRS、ESI三個(gè)位。FDF用于標(biāo)識(shí)幀類型是CAN還是CAN FD報(bào)文，BRS用于CAN FD的數(shù)據(jù)端，決定了是否采用更高的波特率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，ESI用于確定當(dāng)前傳輸節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤狀態(tài)是主動(dòng)錯(cuò)誤還是不動(dòng)錯(cuò)誤。在總線協(xié)議轉(zhuǎn)換過程中，F(xiàn)DF和BRS用于修改報(bào)文幀格式，這也是CAN FD報(bào)文能夠兼容CAN報(bào)文通信的原因之一。

3. 數(shù)據(jù)域?qū)Ρ龋篊AN報(bào)文最高支持8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，而CAN FD報(bào)文最高支持64個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

4. CRC域?qū)Ρ龋篊AN報(bào)文的CRC占15位，而CAN FD報(bào)文最高占21位，可見CAN FD報(bào)文的CRC采用了更復(fù)雜、更安全的算法。

總結(jié)而言，CAN FD報(bào)文將仲裁域的RTR設(shè)定改為RRS，并新增控制域FDF、BRS、ESI相關(guān)內(nèi)容。這四個(gè)區(qū)別便是實(shí)現(xiàn)CAN和CAN FD總線協(xié)議轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵發(fā)力點(diǎn)。

二、總線協(xié)議轉(zhuǎn)換的基本原理

當(dāng)將CAN FD節(jié)點(diǎn)加入到CAN網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，CAN FD需要向后兼容CAN組，此時(shí)，CAN FD節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)需要通過CAN消息與其他CAN節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊，而CAN網(wǎng)絡(luò)無(wú)法識(shí)別CAN FD通訊消息，就會(huì)造成通訊錯(cuò)誤。

同樣的，CAN節(jié)點(diǎn)加入到CAN FD網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，CAN節(jié)點(diǎn)也無(wú)法與其他CAN FD節(jié)點(diǎn)正常通訊，便會(huì)出現(xiàn)總線錯(cuò)誤。這個(gè)時(shí)候就需要加入一個(gè)能同時(shí)適配CAN和CAN FD兩種總線協(xié)議的網(wǎng)關(guān)以進(jìn)行報(bào)文轉(zhuǎn)換，確保總線的正常通訊。這種網(wǎng)關(guān)往往帶有多個(gè)CAN接口，且可編程。

首先，我們需要對(duì)網(wǎng)關(guān)的波特率進(jìn)行定義，包括仲裁端的波特率和數(shù)據(jù)端的兩個(gè)波特率。

其次，需要對(duì)具體的幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行一個(gè)修改，以此來(lái)建立一個(gè)完整的數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)體，重點(diǎn)在于修改報(bào)文的幀類型、DLC以及具體的數(shù)據(jù)端的內(nèi)容。

在圖上的轉(zhuǎn)換示意圖中，我們可以看到四個(gè)節(jié)點(diǎn)和兩條網(wǎng)絡(luò)總線同時(shí)存在的情況，其中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)被集成在一個(gè)網(wǎng)關(guān)設(shè)備中，可進(jìn)行編程和處理。

假如CAN節(jié)點(diǎn)主動(dòng)請(qǐng)求和CAN FD節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊，首先，CAN節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)關(guān)的CAN 1端發(fā)出CAN報(bào)文，CAN 1端收到CAN報(bào)文后，迅速的進(jìn)行復(fù)制和處理，將CAN報(bào)文中的關(guān)鍵信息提取出來(lái)，構(gòu)造出一幀完整的、具有相同ID和數(shù)據(jù)的CAN FD報(bào)文。再通過網(wǎng)關(guān)的CAN 2端發(fā)送給另一個(gè)CAN FD節(jié)點(diǎn)，以此來(lái)完成不同協(xié)議報(bào)文之間的轉(zhuǎn)發(fā)。

同樣，如果CAN FD主動(dòng)請(qǐng)求和CAN節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊，也可以使用網(wǎng)關(guān)，以“復(fù)制、重定義和路由轉(zhuǎn)發(fā)”的邏輯完成總線轉(zhuǎn)換。

三、總線協(xié)議轉(zhuǎn)換在汽車行業(yè)的應(yīng)用與展望

虹科已經(jīng)有成熟的CAN和CAN FD總線協(xié)議轉(zhuǎn)換的方案，利用PCAN-Router FD和PCAN-Router Pro FD兩款網(wǎng)關(guān)設(shè)備即可高效完成總線協(xié)議轉(zhuǎn)換。

經(jīng)典應(yīng)用場(chǎng)景：主機(jī)廠優(yōu)化測(cè)試臺(tái)架

在ECU測(cè)試中，專業(yè)的工程師們會(huì)根據(jù)不同的汽車零部件搭建不同的測(cè)試臺(tái)架，以往普遍流行的是搭建支持CAN網(wǎng)絡(luò)通訊的測(cè)試臺(tái)架。但隨著汽車智能化發(fā)展，ECU測(cè)試往CAN FD、CAN XL總線發(fā)展，以CAN網(wǎng)絡(luò)接口為主開發(fā)的測(cè)試系統(tǒng)和平臺(tái)，無(wú)法測(cè)試以CAN FD總線協(xié)議進(jìn)行通訊的新車型，便需要重新改造臺(tái)架。

臺(tái)架改造實(shí)質(zhì)上是為了將臺(tái)架中的CAN采集設(shè)備注入新的CAN FD協(xié)議。虹科提供的網(wǎng)關(guān)就可以高效、便捷地在測(cè)試臺(tái)架和ECU之間建立起一個(gè)全新的CAN-CAN FD通訊，ECU端自發(fā)的CAN FD信號(hào)可以通過網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)高效的傳輸，并以CAN信號(hào)的方式輸出給測(cè)試臺(tái)架這端，便可實(shí)現(xiàn)不同協(xié)議之間的臺(tái)架測(cè)試，有效幫助客戶降低協(xié)議轉(zhuǎn)換的時(shí)間、人力成本和工程復(fù)雜度。

而在未來(lái)，可能會(huì)出現(xiàn)CAN和CAN FD總線轉(zhuǎn)CAN XL總線的應(yīng)用情況，自然也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的能兼容CAN、CAN FD、CAN XL總線協(xié)議并進(jìn)行轉(zhuǎn)換的網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品，讓我們拭目以待。

總結(jié)

以上就是演講涉及的全部?jī)?nèi)容，歡迎聯(lián)系虹科，與我們的工程師進(jìn)行交流、獲取更多網(wǎng)關(guān)相關(guān)信息。

審核編輯黃宇