CAN FD和CAN总线协议帧区别

只看该作者 · 2023-5-30 18:46

随着总线技术在汽车电子领域越来越广泛和深入的应用，特别是自动驾驶技术的迅速发展，汽车电子对总线宽度和数据传输速率的要求也越来也高，传统CAN（1MBit/s，8Bytes Payload）已难以满足日益增加的需求。因此在2012年，Bosch发布了新的CAN FD标准 (CAN with Flexible Data Rate) ，CAN FD继承了CAN的绝大多数特性，如同样的物理层，双线串行通信协议，基于非破坏性仲裁技术，分布式实时控制，可靠的错误处理和检测机制等，同时CAN FD弥补了CAN在总线带宽和数据长方面的不足。

下文将对CAN FD和CAN总线进行对比，并做相关介绍。

1、什么是CAN FD？
CAN FD协议是由Bosch以及行业专家预研开发的，并于2012年发布。通过标准化对其进行了改进，现已纳入ISO 11898-1:2015。一开始的Bosch CAN FD版本（非ISO CAN FD）与ISO CAN FD是不兼容。
CAN FD具有以下4个主要优点：
（1）增加了数据的长度
CAN FD每个数据帧最多支持64个数据字节，而传统CAN最多支持8个数据字节。这减少了协议开销，并提高了协议效率。
（2）增加传输的速度
CAN FD支持双比特率：与传统CAN一样，标称（仲裁）比特率限制为1 Mbit/s，而数据比特率则取决于网络拓扑/收发器。实际上，可以实现高达5 Mbit/s的数据比特率。
（3）更好的可靠性
CAN FD使用改进的循环冗余校验（CRC）和“受保护的填充位计数器”，从而降低了未被检测到的错误的风险。这在汽车和工业自动化等安全攸关的应用中至关重要。
（4）平滑过渡
在一些特定的情况下CAN FD能用在仅使用传统CAN的ECU上，这样就可以逐步引入CAN FD节点，从而为OEM简化程序和降低成本。
实际上，与传统CAN相比，CAN FD可以将网络带宽提高3到8倍，从而为数据的增长提供了一种简单的解决方案。

2、CAN FD和CAN总线协议帧差异
CAN FD和CAN总线协议帧格式如下所示：

CAN FD和CAN总线协议帧不同点如下所示：
（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，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，CAN支持的最大数据长度为8byte。
（3）帧格式不同
CAN FD新增了FDF、BRS、ESI位：

FDF 位（Flexible Data Rate Format）：原 CAN 数据帧中的保留位 r。表示 CAN 报文还是 CAN-FD 报文，FDF 位常为隐性（1），表示 CAN FD 报文；
BRS 位（ Bit Rate Switch）：表示位速率转换，当 BRS 为显性位（0）时数据段的位速率与仲裁段的位速率一致（恒定速率），当 BRS 为隐性位（1）时速率可变（即 BSR 到 CRC 使用转换速率传输）；
ESI 位（Error State Indicator）：发送节点错误状态指示，主动错误时发送显性位（0），被动错误时发送隐性位（1）。

（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。

3、CAN FD帧结构
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。

与CAN一样，CAN FD一共具有：帧起始，仲裁域，控制域，数据域，CRC，ACK和帧结束，共7部分组成。
3.1 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。

3.2 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。

3.3 控制域
CAN FD与CAN有着相同的IDE、res和DLC位，同时增加了FDF、BRS、ESI三个bit位，如上所述。

3.4 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和64byte。
像在传统CAN中一样，CAN FD DLC是4位，表示帧中数据字节的数量。为了维持4位DLC，CAN FD使用从9到15的其余7个值来表示所使用的数据字节数（12、16、20、24、32、48、64）。