自動駕駛技術迅速發(fā)展,，車輛中的CAN總線已經(jīng)無法滿足數(shù)據(jù)吞吐量和傳輸速度的要求,，CAN總線的加速升級版——CAN FD技術正在逐漸替代現(xiàn)有網(wǎng)絡，為了進一步了解CAN FD,，本文將從產品的實際應用介紹CAN FD的升級及優(yōu)勢,。
隨著汽車電子、工業(yè)自動化的蓬勃發(fā)展,，CAN總線上的設備數(shù)量,、數(shù)據(jù)量都大大增加，這就使得傳統(tǒng)的CAN總線在傳輸速率和帶寬方面越來越力不從心,，因此CAN FD孕育而生,。
那么如何實現(xiàn)CAN到CAN FD的升級呢？
一、CANFDCOM的應用
CANFDCOM-100IE智能協(xié)議轉換器可以快速將RS-232/485/422通訊設備連接到CAN(FD)-bus現(xiàn)場總線,，實物圖如圖1所示,。轉換器支持1200-921600bps串口波特率，以及50k-5Mbps的CAN(FD)-bus 通訊速率,。
圖1 CANFDCOM-100IE實物圖
CANFDCOM-100IE應用廣泛,，例如煤礦遠程通訊、PLC設備聯(lián)網(wǎng),、CAN(FD)工業(yè)自動化控制系統(tǒng),、現(xiàn)有RS-232/485/422設備連接 CAN(FD)-bus 網(wǎng)絡等。
圖2 設備連接電路圖
如圖2所示,，通常變頻器帶有RS-232/485接口,，可通過CANFDCOM-100IE串口轉CAN(FD)快速將變頻器設備連接至CAN(FD)-bus網(wǎng)絡中，從而實現(xiàn)CAN(FD)報文的收發(fā),。
轉換器支持四種轉換模式：透明轉換,、透明帶標識轉換、格式轉換,、Modbus 轉換,，適應不同用戶需求。同時提供配置軟件,，可以靈活設置CANFDCOM-100IE的運行參數(shù),。如圖3所示。
圖3 CANFDCOM配置界面
CANFDCOM還可以連接到PC端,，另一端連接至CAN(FD)網(wǎng)絡,，進行串行幀與CAN(FD)報文的相互收發(fā)。
參數(shù)配置完成之后,，使用串口助手發(fā)送串行幀轉CAN(FD)報文,，如圖4所示。借助ZCANPRO工具可以觀察CAN(FD)幀信息,，如圖5所示,。
CANFDCOM-100IE支持ISO標準CAN FD與BoschCANFD標準，每個接口具備獨立的2500VDC電氣隔離保護電路,，使接口卡避免由于地環(huán)流的損壞,，增強系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中使用的可靠性。
圖4 串行幀收發(fā)界面
圖5 CAN FD幀信息界面
二,、CANFDSM的應用
CANFDSM-100是一款串口轉 CAN(FD)模塊,，內置微處理器，實物圖如圖6所示,?？梢院芊奖愕厍度氲骄哂蠻ART接口的設備中,，如圖7所示。
在添加CAN(FD)收發(fā)器以后,，實現(xiàn)UART設備和CAN-bus網(wǎng)絡之間的數(shù)據(jù)通訊,。
圖6 CANFDSM-100實物圖
圖7 CANFDSM-100效果圖
使用MCU與CANFDSM-100連接，如圖8所示,，其中LPC54616是NXP發(fā)行的LPC54000系列微控制器,。CFG引腳閉合時，用于配置模塊,，配置方式建議使用AT指令,。CAN(FD)接口使用的是CTM3MFD隔離模塊，可以輕松實現(xiàn)用戶的MCU連接至CAN FD網(wǎng)絡中,。
CANFDSM內部集成了CAN控制器,，CAN控制器是CAN-bus設備的核心元件，集成了CAN規(guī)范中數(shù)據(jù)鏈路層的全部功能,，能夠自動完成CAN-bus協(xié)議的解析,。
圖8 設備連接圖
然而,，CAN FD與傳統(tǒng)的CAN在實際的應用中并沒有太大的差異,，線纜的選型、拓撲的選擇,、總線的布設等均大同小異,。CAN收發(fā)器就是將CAN控制器的邏輯電平與CAN總線差分電平相互轉換的電平轉換器。
三,、實現(xiàn)CAN收發(fā)器的方案有兩種
1,、采用CAN收發(fā)IC；
2,、使用CAN隔離收發(fā)模塊,。
在一些干擾較嚴重的場合，隔離依然必不可少,。隔離可以避免潛在的高壓危險,、消除地電勢差及地環(huán)路，從而大大提高通信的可靠性,。
ZLG致遠電子推出的CAN FD隔離CAN收發(fā)器CTM5MFD,、CTM3MFD，體積小巧,，可支持最高5Mbit/s的傳輸速率,，是CAN FD隔離應用的理想解決方案。CAN FD隔離收發(fā)器選型如表1所示,。
表1 CAN FD隔離收發(fā)器選型表
CAN FD的優(yōu)勢
CAN FD繼承了CAN總線的主要特性,，提高了CAN總線的網(wǎng)絡通信帶寬,，改善了錯誤幀漏檢率，同時可以保持網(wǎng)絡系統(tǒng)大部分軟硬件特別是物理層不變,。CAN FD協(xié)議是CAN-BUS協(xié)議的最新升級,，可以滿足更高的帶寬及數(shù)據(jù)吞吐量。
lCAN FD速率包含兩個段的速率,，其中仲裁段和ACK段沿用CAN2.0的規(guī)范,，最高速率為1Mbit/s，中間的數(shù)據(jù)段是可以加速的,，可以達到5Mbit/s,，甚至更高；
lCAN FD對數(shù)據(jù)場的長度作了很大的補充,，數(shù)據(jù)長度碼（DLC）最大可以傳輸64字節(jié)有效數(shù)據(jù),。這意味著CAN FD具有更高的有效傳輸負載；
lCAN FD 數(shù)據(jù)幀在控制場新添加FDF位,、BRS位,、ESI位（FDF位判斷報文類型、BRS位表示位速率轉換,、ESI位表示錯誤狀態(tài)）,，如圖9所示；
lCAN FD對CRC算法作了改變,，即CRC以含填充位的位流進行計算,，改善了錯誤幀漏檢率。
圖9 CAN FD標準幀
總結
1,、要實現(xiàn)CAN FD的快速升級首先需要使用支持CAN FD協(xié)議的MCU或控制器,，還要選取新的網(wǎng)絡調試和監(jiān)測工具；
2,、需要支持更高的傳輸速率的收發(fā)器,，若設計的CAN FD節(jié)點的最高速率5Mbit/s，則收發(fā)器的傳輸速率也必須達到此數(shù)值,。CAN FD隔離CAN收發(fā)器CTM5MFD,、CTM3MFD，是CAN FD隔離應用的理想解決方案,。