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未來CAN FD與以太網(wǎng)會共存嗎

高工智能汽車 ? 來源:未知 ? 2018-11-29 11:35 ? 次閱讀

未來CAN是否仍然存在?

到目前為止,CAN已經(jīng)安裝了數(shù)十億個單元,是一種經(jīng)過驗證的車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù),它對于車內(nèi)設(shè)備的數(shù)據(jù)包通信的可靠性優(yōu)勢,也許在未來和今天一樣重要。

上世紀(jì)80年代由博世為汽車工業(yè)中的安全關(guān)鍵系統(tǒng)而設(shè)計,CAN提供了一些獨特的特性,使其廣泛地應(yīng)用于任何安全可靠的車載控制系統(tǒng)。

可靠性:CAN被認(rèn)為是傳輸實時數(shù)據(jù)的最可靠方法之一。CAN協(xié)議確定每個正在發(fā)送的消息的優(yōu)先級,從而允許簡單、不間斷的通信流,即使同時發(fā)送多個消息。

數(shù)據(jù)一致性:這在CAN系統(tǒng)中得到保證,因為每個節(jié)點接收相同的消息,并且所有節(jié)點在接受消息之前檢查消息是否正確。數(shù)據(jù)一致性是任何安全保障系統(tǒng)的強制要求,CAN提供了滿足這一要求的方式。

保證延遲:在CAN中,高優(yōu)先級消息可以同時傳輸,并且逐位仲裁將以可預(yù)測的方式解決任何消息沖突。具有25個節(jié)點的CAN系統(tǒng)保證高優(yōu)先級消息的延遲小于0.25毫秒。

相比之下,標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)不能保證等待時間。解決辦法包括安裝用于閉環(huán)控制的專用以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò),但最終,這些網(wǎng)絡(luò)可能很昂貴(至少目前看是這樣)。

一種有效的尋址方法:CAN沒有地址,只有消息內(nèi)容的標(biāo)識符,允許非常短的消息,即僅內(nèi)容標(biāo)識符和值。因此,所有連接的CAN模塊都接收每個消息,由接收方選擇要處理的正確消息。發(fā)送節(jié)點不需要知道誰應(yīng)該接收消息,并且接收節(jié)點不需要知道消息源。

同時,CAN確保所有接收器獲得與跨所有單元的同步?jīng)Q策相同的數(shù)據(jù)。這是在控制系統(tǒng)中建立連接的非常有效的方法,使得能夠輕松地創(chuàng)建點對點、多播和廣播消息傳遞方案。

CAN獨特的尋址方法提供了高水平的系統(tǒng)和配置靈活性:添加和減少CAN節(jié)點無需硬件或軟件修改。

網(wǎng)絡(luò)范圍的錯誤檢測:在CAN中,所有節(jié)點都參與錯誤檢測過程。如果任何節(jié)點檢測到錯誤,則所有節(jié)點在消息可用于應(yīng)用程序之前刪除它,從而確保沒有單元處理不同的數(shù)據(jù)。

然后,發(fā)射端重新傳輸消息,導(dǎo)致以CAN較高的比特率進(jìn)行的重傳的最大延遲在毫秒以內(nèi)。

但CAN并非沒有它的局限性。為了提供實時性能,CAN比特率根據(jù)總線的長度進(jìn)行了限制。此外,包長度隨著時間而受到限制,以確保低優(yōu)先級CAN幀不能延遲高優(yōu)先級信息。

現(xiàn)在,比較明確的趨勢是向CAN FD的過渡。

此后,博世公司與幾家汽車制造商和CAN行業(yè)參與者共同開發(fā)了一個更強大的CAN協(xié)議,就是2011年發(fā)布的CAN FD(Flexible Data-Rate),增加了數(shù)據(jù)部分中的比特率,使得在不增加CAN幀的時間長度的情況下增加數(shù)據(jù)部分中的字節(jié)數(shù)成為可能。

性能和帶寬的這種改進(jìn)促進(jìn)了諸如加密、身份驗證和顯示之類的應(yīng)用,這三個關(guān)鍵驅(qū)動因素是對每個CAN幀中更多數(shù)據(jù)的需求。

和傳統(tǒng)的CAN相比,CAN FD具有較短的CAN幀,同時增加比特率,這降低了等待時間,提高了實時性能并增加了帶寬。

CAN FD還可以在CAN幀中保存更多的數(shù)據(jù):每幀從8字節(jié)到64字節(jié)。相對較少的開銷,可以期待更好的數(shù)據(jù)吞吐量。當(dāng)發(fā)送大型數(shù)據(jù)對象時,您可以依賴更簡單、更有效的軟件。

此外,CAN FD具有更高性能的CRC算法,降低了未檢測到錯誤的風(fēng)險。

目前,CAN FD正與幾家大型汽車制造商積極開發(fā),并擁有來自Microchip、NXP、STMicro和TI等公司的大量支持。CAN FD增加的性能和通信帶寬使其成為傳統(tǒng)CAN和未來自動駕駛汽車中正在實現(xiàn)的更復(fù)雜的協(xié)議(如FlexRay和以太網(wǎng))之間的理想中間地帶。

而汽車工業(yè)向CAN FD過渡的最緊迫原因之一是系統(tǒng)內(nèi)所有級別的安全必要性。CAN一般在封閉系統(tǒng)內(nèi)運行,不能從外部訪問,在一個幀中具有多達(dá)64個數(shù)據(jù)字節(jié),CAN FD為安全簽名提供了大量空間。

隨著CAN FD開始出現(xiàn)在中高端微控制器中,內(nèi)置的硬件支持安全算法如高級加密標(biāo)準(zhǔn)(AES)是可能的,軟件解決方案可用于保護(hù)CAN和CAN FD。

那么,未來CAN FD與以太網(wǎng)會共存嗎?

我們知道面向自動駕駛、車聯(lián)網(wǎng)及V2X,帶寬正在成為問題,為什么不簡單地使用以太網(wǎng)而不是CAN FD呢?

當(dāng)需要傳輸大量信息時,以太網(wǎng)有它的優(yōu)勢,但前提是時間延遲不是必要條件,它也適合于專用的點對點通信,其中不需要“爭搶”通信帶寬,例如在攝像頭和正在處理圖像的ECU之間。

然而,CAN是專門為分布式嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計的,其中數(shù)據(jù)一致性和消息沖突解決是以可預(yù)測的方式執(zhí)行的。

如果指定CAN使用相同的物理層技術(shù),則CAN可以與以太網(wǎng)相同的比特率運行(比特率越低,系統(tǒng)越健壯,因此為什么指定CAN為低比特率)。

展望未來,CAN和以太網(wǎng)完全有可能在同一物理層上共存,例如通過將CAN控制器置于靜默模式一段時間,允許網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)或用于交換非控制信息的另一協(xié)議一起操作。

使用高速協(xié)議要求使用更好的線纜和更好的布線布局,這反過來可以使CAN控制系統(tǒng)比今天更加可靠。

顯而易見的是,CAN和以太網(wǎng)一樣,并沒有停止演進(jìn)。CAN也正在計劃進(jìn)一步增加有效負(fù)載,使最大字節(jié)數(shù)從CAN-FD的64個字節(jié)增加到4096個字節(jié)。而CAN被證明的可靠性和使用低成本仍然是其有力競爭武器。

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原文標(biāo)題:博世30多年前開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,未來還會存在嗎?| GGAI視角

文章出處:【微信號:ilove-ev,微信公眾號:高工智能汽車】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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