CAN/CAN FD/CAN XL三大總線協(xié)議解讀，是逐步替代關系嗎？

電子發(fā)燒友網報道（文/吳子鵬）在軟件定義汽車逐漸成為主流的當下，數據傳輸的速度和效率成為打造智能汽車的瓶頸，在這種大背景下，傳統(tǒng)CAN總線應對一些需求已經相當吃力，因此CAN FD和CAN XL逐漸進入核心市場。

不過，從市場表現來看，目前CAN/CAN FD/CAN XL各有各的市場，并非逐步取代的關系，背后的原因是什么呢？

CAN/CAN FD/CAN XL協(xié)議解讀

CAN（Controller Area Network，控制器局域網總線）是一種用于實時應用的串行通訊協(xié)議總線，最初由博世公司開發(fā)，是汽車領域中最廣泛應用的網絡協(xié)議之一。與I2C、SPI等具有時鐘信號的同步通訊方式不同，CAN通訊并不是以時鐘信號來進行同步的，它可以使用雙絞線來傳輸信號，CAN_High和CAN_Low兩條信號線共同構成一組差分信號線，以差分信號的形式進行通信。

在物理層，CAN協(xié)議有兩種形式，一種是遵循ISO11898標準的高速、短距離的“閉環(huán)網絡”總線最大長度為40m，通信速度最高為1Mbps；一種是遵循ISO11519-2標準的低速、遠距離“開環(huán)網絡”，最大傳輸距離為1km，最高通訊速率為125kbps。

CAN FD是一種能夠與CAN 2.0 A/B兼容，但通信速率更高、有效載荷更高的總線協(xié)議。CAN FD（CAN with Flexible Data-Rate）是“可變速率的CAN”，是對傳統(tǒng)CAN協(xié)議的增強。CAN FD繼承了CAN的絕大多數特性，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，分布式實時控制，可靠的錯誤處理和檢測機制等。同時，CAN FD也有很多創(chuàng)新，比如CANFD允許單幀數據長度從8字節(jié)增加到64字節(jié)，并且數據段的傳輸速率最高可達8 Mbps，從而顯著提高了數據傳輸的效率和靈活性。由于CAN FD是向后兼容的，因此現有設備和系統(tǒng)可以逐步從CAN升級到CAN FD。

CAN XL（Controller Area Network eXtended Length）是CAN FD的進一步擴展，旨在進一步增加數據傳輸速率和靈活性。CAN XL是汽車總線技術演化分支之一，即通過技術升級來提升速率和帶寬。2024年3月22日，ISO推出11898-2：2024版本，使得CAN總線的最高速率由CANFD行業(yè)認可的8Mbps提速到最高20Mbps，數據最多2048byte，填補了CAN和以太網之間的性能差距。

從技術實現來看，CAN XL作為CAN通信技術的最新進展，在PCS和PMA子層中增加了PWM編/解碼機制，用以在高速數據傳輸時切換PMA子層的總線驅動方式由顯性/隱性變?yōu)閘evel_0/level_1以達到20Mbit/s的傳輸速率。

傳統(tǒng)CAN總線依然擁有巨大的市場空間

隨著20Mbps CAN XL協(xié)議的發(fā)布，高速CAN和低速CAN之間的分別更加明顯，很多過往基于傳統(tǒng)CAN協(xié)議實現高速傳輸的應用，將逐步過渡到CAN FD和CAN XL，例如高級驅動輔助系統(tǒng)（ADAS）和無人駕駛系統(tǒng)（AV）等，當然這些應用也有很多會選擇更高傳輸速率的以太網，以太網的傳輸速率可以達到100Mbps。

不過，在低速CAN應用領域，傳統(tǒng)CAN的地位是非常穩(wěn)固的，并且協(xié)議依然會繼續(xù)迭代，主要為了進一步提升故障容忍能力和安全性能，以應對更加復雜的車身控制需求。傳統(tǒng)CAN應用將逐步聚焦于控制應用。

比如，在車身電子系統(tǒng)里，CAN FD和CAN XL這么高的速率和數據量是冗余過度的，如果采用了就會帶來巨大的成本壓力，因此傳統(tǒng)CAN依然是主要選擇之一。在車身電子系統(tǒng)里，傳統(tǒng)CAN協(xié)議可用于車窗控制、電動門鎖、空調控制、燈光管理等，這些應用使用CAN總線進行內部和外部設備的數據交換，最終實現和駕乘人員的交互。

再比如發(fā)動機控制單元和變速器控制，這些單元從傳統(tǒng)汽車時代到智能車時代，控制邏輯和數據量的變化非常微小，也不需要CAN FD和CAN XL進行大幅度的速率升級。具體到發(fā)動機控制單元，要實現的功能是監(jiān)控和控制發(fā)動機的各種參數，例如轉速、溫度、氣壓和油耗等，這些功能傳統(tǒng)CAN協(xié)議可以很好地應對。

那么，既然高速CAN和低速CAN是一種并存的狀態(tài)，兩者之間在系統(tǒng)中如何兼容呢，這就要求CANFD和CAN XL在仲裁段需要和傳統(tǒng)CAN保持一樣的速率，進而完成數據的切換。

結語

從傳統(tǒng)CAN到CANFD和CAN XL，CAN協(xié)議的性能在顯著提升，和以太網之間的差距也越來越小。不過，CAN總線協(xié)議之間并不是一種替代的關系，而是要兼容共存，更高速率CAN協(xié)議的演化是為了滿足更多新的功能，而傳統(tǒng)功能只需要CAN協(xié)議就夠了，如果全部換成CANFD和CAN XL，甚至是以太網，那么造車的成本壓力會非常大，且沒有必要。