知識分享 | CAN和CAN FD總線的區別

2024年12月31日 15:39:59人氣：301來源：廣州智維電子科技有限公司

CAN FD（控制器局域網靈活數據速率）是CAN（控制器局域網）的升級版。它們之間的顯著差異在于所能提供的數據速率。

傳統的CAN提供11位（標準）和29位（擴展）的數據速率，而CAN FD則提供靈活的數據速率，每幀可達0-64字節。博世（BOSCH）開發了這兩種技術，以支持汽車行業對數據和技術日益增長的需求。

博世最初開發了控制區域網絡總線（CAN總線），這是一種用于汽車應用的通信協議。隨著車輛創新和多個電子控制單元（ECU）的出現，需要一種能夠應對日益增長的復雜性、速度和大量數據的通信方法。CAN總線發揮了至關重要的作用，避免了不同模塊之間通信需要使用數英里長的線束。

另一方面，當原始CAN所提供的功能開始無法滿足其需要支持的技術時，CAN FD作為原始CAN總線協議的升級版應運而生。CAN靈活數據速率（在ISO 11898-1:2015中）實際上是一種功能更強大的CAN。這種靈活的信號傳輸為汽車電子通信提供了更高的帶寬，并且所有所需功能都具有成本效益。此外，它幾乎可以對CAN所具備的所有功能進行升級，是滿足更高級數據和帶寬需求的更好選擇。

原始的CAN 2.0總線具有許多特性，使其成為ECU數量較多且帶寬利用率較低的應用中的理想選擇。CAN總線支持每幀大8字節的消息有效載荷，大數據速率為1Mbps。CAN FD支持靈活的消息有效載荷，每幀可達0、8、12、16、20、24、32、48、64字節，數據速率分別為2Mbps、5Mbps和8Mbps。CAN FD協議還為仲裁階段和數據階段提供了兩個獨立的比特率。仲裁階段使用與原始CAN相同的比特定時，但數據比特率與仲裁比特率相同或更高。

下表列出了原始CAN和CAN FD之間的一些基本區別：

通過詳細了解這兩種技術，可以理解更多的差異。了解幀格式、錯誤處理技術和其他功能可以更清楚地了解它們之間的區別。

幀格式

標準CAN總線的幀格式（11位）

SOF：幀的開始。標記數據幀的開始。（優勢0）
ADDRESS FIELD：此字段決定數據的優先級。地址越低，優先級越高。具有大主導數“0”的地址將具有高優先級。沒有兩個節點可以同時傳輸相同的消息地址
RTR：遠程傳輸請求用于向不需要連續發送數據的節點請求數據。如果任何節點希望與另一個特定節點通信，則使用此選項。這直接減少了總線上的擁塞，因為節點之間發生了直接通信
ARBITRATION FIELD：仲裁過程有助于決定哪個節點在給定時間點扮演主節點。當另一個節點發送邏輯0時，發送邏輯“1”的任何節點“退出”或失去仲裁。這意味著發送一個“1”的節點失去仲裁；占主導地位的“0”總是獲勝。仲裁失敗的節點將其消息重新排隊以進行重新傳輸，CAN幀比特流將繼續無誤傳輸，直到只剩下一個節點在傳輸
IDE：標識符擴展位供將來使用/擴展。隱性IDE將導致地址的另外18位
RSRV：保留位。顧名思義，它是為將來的升級而保留的DLC：數據長度代碼（0-8字節）
DATA：用戶定義的數據（0-64位）
CRC：用于錯誤/數據損壞檢測的循環冗余校驗
ACK：接收端確認
EOF：幀結束（7s位隱性“1”s）

CAN FD總線的幀格式

原始CAN和CAN FD的幀格式可能看起來沒有太大不同。但是CAN FD幀格式中的一些添加字段在CAN總線中不存在。

RRS:遠程請求替換（始終為主導0）。CAN FD不支持遠程幀。（在原始CAN中，有RTR（遠程傳輸請求）用于識別數據幀和遠程幀）
EDL：擴展數據長度（始終為隱性1），用于管理CAN FD中更大的有效載荷和更快的比特率
FDF：靈活數據速率格式（始終為隱性1），用于表示靈活數據幀格式的使用
BRS:比特率開關有助于確定數據幀的比特率

主導0表示CAN FD數據幀的仲裁速率高達1Mbit/sec
隱性1表示CAN FD數據幀的仲裁速率更高/更快，范圍高達5Mbit/sec

ESI：錯誤狀態指示器

主0表示錯誤活動模式
隱性1表示錯誤被動模式

DLC：數據長度碼是CAN FD中的4位碼，表示幀中的數據字節數。（范圍從1001到1111的DLC值用于12、16、20、24、32、48和64字節的數據長度）
CRC：循環冗余校驗的長度為17位，適用于最多16個字節的數據，或21位，適用于20-64個字節。它的長度取決于EDL和DLC比特的長度。CAN FD始終使用4個固定填充位，以提高通信可靠性

CAN和CAN FD的特點

原始CAN：

CAN采用一對雙絞電纜
它提供了簡便易行的操作方式
多個ECU（電子控制單元）可以連接到同一CAN總線上
CAN是為支持和實現汽車中的高速高效通信而開發的
它減輕了重量并降低了線纜成本
減少了錯誤
數據交換迅速。采用仲裁過程，因此高優先級的數據可以獲得總線訪問權限
具有升級空間
標準CAN 2.0A允許11位數據傳輸（意味著總共可以引入2048個不同的消息）
擴展CAN 2.0B允許29位數據傳輸（總計可達5億3600萬條以上消息）

除了原始CAN提供的所有功能外，CAN FD還具有以下特點：

能夠在更快和更慢的數據速率之間靈活切換
提高了協議效率
減少了協議開銷
允許更多數據容納在單個報文中
提高了可靠性
改進了網絡帶寬
多個ECU之間的通信效率提高了多達30倍，且速度更快
采用CRC（循環冗余校驗），減少了未檢測到的錯誤數量

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