一文搞懂CAN FD总线

上一篇对CAN总线(一文搞懂CAN总线)进行了整理,今天我们来看看它的升级版-CAN FD。

有了CAN，为什么还要CAN FD呢？

随着汽车功能越来越多，CAN总线的局限性也逐渐暴露：

1、CAN总线最高速率为1Mbit/s，通常使用的是500k，随着功能的逐渐增多，各ECU之间的信息交互也越多，导致总线负载持续走高；

2、CAN报文中只有约40~50%的带宽用于实际数据传输；

3、响应机制受车内布线的物理特性限制，例如CAN控制器中的ACK生成延迟；收发器传播延迟；导线延迟等。

为了解决上诉CAN总线的局限性，对其进行升级时必不可少的，从而有了CAN FD，其全称为CAN with Flexible Data rate。

2011年，开始CAN FD协议的开发，2015年ISO11898-1进行了修订，将CAN FD加入其中。

相对于CAN，CAN FD有什么不同呢？

1、传输速率不同。CAN FD的速率可变，从控制场中的BRS位到ACK场之前（含CRC分界符）为可变速率，最高速率可达到8Mbps(下图的蓝色部分)。其他部分与CAN相同。

2、数据长度不同。CAN FD支持的最大数据长度为64byte。

3、帧格式不同。CanFD新增了FDF、BRS、ESI位：
    FDF：表示CAN报文还是CAN-FD报文；

BRS：表示位速率转换，该位隐性时，速率可变（即BSR到CRC使用转换速率传        输），该位为显性时，以正常的CAN-FD总线速率传输（恒定速率）；
    ESI:表示发送节点状态。

4、ID长度不同。CAN FD标准帧ID长度可扩展至12bit，CAN的标准帧ID为11bit。

CAN FD与CAN的兼容性咋样？

CAN FD节点可以正常收发CAN报文，但CAN节点不能正确收发CAN FD报文，因为其帧格式不一致。

CAN FD的帧结构是什么呢？

与CAN一样，CAN FD一共具有，帧起始SOF，仲裁段，控制段，数据域，CRC域，ACK域，帧结束，共七个部分组成。

帧起始

CAN与CANFD使用相同的SOF标志位来标志报文的起始。帧起始由1个显性位构成，标志着报文的开始，并在总线上起着同步作用。

仲裁域

与CAN不同，CAN FD取消了对远程帧的支持，用RRS位替换了RTR位，为常显性。IDE用于区分标准帧和扩展帧。

控制域

CANFD与CAN有着相同的IDE，res，DLC位。同时增加了FDF、BRS、ESI三个bit位。FDF为隐性时，表示为CAN FD报文；

BRS为为速率转换开发，当其隐性时，速率可变，当其显性时，以正常的CAN-FD总线速率传输（恒定速率);

ESI用于表示错误状态，主动错误发送显性位，被动错误发送隐性位。

数据域

CAN FD兼容CAN的数据格式，同时最大还能支持12, 16, 20, 24, 32, 48, 64byte。

CRC

CAN FD对CRC算法进行了改进，CRC对填充位也加入了计算。在校验和部分为避免有连续位超过6个，就确定在第一位以及以后每4位添加一个填充位加以分割，这个填充位的值是上一位的反码，作为格式检查，如果填充位不是上一位的反码，就作出错处理。CAN FD的CRC场扩展到了21位。

ACK

ACK紧跟着CRC结束标识位。不同的是，CAN FD支持2bits的ACK的识别。

帧结尾

与CAN一样，CAN FD的帧结尾也为连续7位的隐性位。