車載網絡技術革新-CAN FD淺析

作者: 伊人影院科技集團 / 時間: 2019-05-28 20:05:41
瀏覽次數 186

車載網絡技術革新-CAN FD淺析

  1.引言

  隨著電子、半導體、通訊等行業的快速發展,汽車電子智能化的訴求也越來越強,消費者希望駕駛動力性、舒適性、經濟性以及娛樂性更強的汽車。汽車製造商為了提高產品競爭力,將越來越多的電子控製係統加入到汽車控製中,例如ESP(Electronic Stability Program,電子穩定程序)、PEPS(Passive Entry Passive Start無鑰匙進入和啟動係統)等。但是由於CAN總線的最高傳輸速率為1Mbit/s(通常汽車CAN係統的實際使用速率最高為500kbit/s),ECU(Electronic Control Unit,電子控製單元)的大量增加使總線負載率急劇增大以致造成網絡擁堵,影響信息傳輸的可靠性和實時性。
  不同的汽車,根據其級別、類型和配置的不同,ECU的數量和網絡拓撲都不盡相同。圖1所示的網絡拓撲為經濟型轎車中常見的網絡拓撲,因為所有的ECU都在同一個CAN網段上,其總線負載率可能高達50~60%,而一般情況下,CAN總線負載率在30%左右時網絡係統的性能相對較好,否則會增大報文延遲、降低係統的擴展性,尤其對於實時性要求較高的安全係統,高負載率甚至可能影響汽車行車安全;另一方麵,CAN總線的位填充規則會對CRC(Cyclical Redundancy Check)造成幹擾,引起錯誤幀漏檢,使信息傳輸的可靠性達不到預期的設計要求,因此CAN總線將不能滿足日益增長的汽車網絡需求。

本文引用地址:

車載網絡技術革新-CAN FD淺析

  圖1汽車CAN總線網絡拓撲

  為解決帶寬與可靠性的需求,有人提出在汽車網絡中使用新的總線協議替代CAN總線,例如安全係統中使用FlexRay總線、娛樂係統中使用MOST總線,但需要重新開發控製器軟硬件、重新設計車載網絡係統等,這無疑會增加汽車製造商的開發成本,降低其市場競爭力,因此在目前車載網絡係統的基礎上對CAN總線進行改進顯得尤其迫切。
  2011年Bosch發布了CAN替代總線--CAN FD (CAN with Flexible Data-Rate) 1.1版。CAN FD比CAN總線的帶寬更高,具有與CAN總線相似的控製器接口,這種相似性使ECU供應商不需要對ECU的軟件部分做大規模修改,降低了開發難度和成本。CAN FD是CAN總線的升級換代設計,它繼承了CAN總線的主要特性,提高了CAN總線的網絡通信帶寬,改善了錯誤幀漏檢率,同時可以保持網絡係統大部分軟硬件特別是物理層不變。CAN FD協議充分利用CAN總線的保留位進行判斷以及區分不同的幀格式[1]。在現有車載網絡中應用CAN FD協議時,需要加入CAN FD控製器,但是CAN FD也可以參與到原來的CAN通信網絡中,提高了網絡係統的兼容性。
  2.CAN FD介紹
  引入CAN FD協議,對當前CAN網絡係統物理層的改動較小,但是可以明顯提高數據的串行通信速率, CAN FD與文獻【2】中提到的方法近似,即通過改變幀的格式增加總線帶寬:一種方式為加長數據場長度減少報文數量降低總線負載率;另一種方式為縮短位時間提高位速率。
  CAN FD在數據幀內部采用兩種不同的位速率,即在仲裁段(Arbitration-Phase)采用標準CAN位速率通信,在數據段(Data-Phase)采用高速率通信。
  2.1CAN FD的幀格式

車載網絡技術革新-CAN FD淺析

  (a)標準幀格式

車載網絡技術革新-CAN FD淺析

  (b)擴展幀格式

  數據場數據字節小於16時CRC為17位

  圖2 CAN FD數據幀格式

  對比CAN總線幀格式,CAN FD幀增加或改變了一些位的功能,包括:
  ◆EDL(Extended Data Length)擴展數據長度,在標準的CAN幀中,控製場包含的保留位被指定為顯性位發送,但是在CAN FD幀中,如圖2(a)標準幀IDE位之後的保留位或者圖2(b)擴展幀中RTR位之後的保留位被定義為EDL並以隱性位發送,EDL主要用於區分標準CAN幀格式和CAN FD的幀格式。由於在CAN FD中EDL總是以隱形位發送,後麵的位r0為顯性位,因此可在BRS(Bit Rate Switch)位速率開關位之前提供一個重同步沿,這個沿也可用於在收發器延遲補償中測量收發器的延遲;
  ◆r1,r0,保留位並以顯性位發送,在CAN FD中接收節點忽略r1和r0位的值;
  ◆BRS(Bit Rate Switch)位速率轉換開關,當BRS為顯性位時數據段的位速率與仲裁段的位速率一致,當BRS為隱性位時數據段的位速率高於仲裁段的位速率;
  ◆ESI(Error State Indicator)錯誤狀態指示,主動錯誤時發送顯性位,被動錯誤時發送隱性位。
  CAN FD協議中沒有遠程幀,標準CAN幀中的RTR位由保留位r1(顯性位)替代,因此可將CAN遠程幀用於CAN FD係統中。
  CAN FD一幀最多可以傳輸64個字節,因此DLC將重新定義CAN FD的數據長度,值的範圍將由原來的0000b~1000b(覆蓋8個字節)擴大至0000b~1111b以滿足需求,表1所示為DLC數值與字節數的對應關係。

  表1 DLC值與字節數對應表

車載網絡技術革新-CAN FD淺析

聲明:本網所有文章(包括圖片和音視頻資料)係出於傳遞更多信息之目的,且明確注明來源和作者,不希望被轉載的媒體或個人可與伊人影院聯係,伊人影院將立即進行刪除處理。所有文章僅代表作者觀點,不代表本站立場。