CAN和CAN FD對(duì)汽車領(lǐng)域不同應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)

由于汽車領(lǐng)域?qū)挼母咭螅?a target="_blank">CAN（控制器局域網(wǎng)）規(guī)范被擴(kuò)展為靈活的數(shù)據(jù)速率，新的迭代稱為 CAN FD。

CAN 具有成本、靈活性和魯棒性等優(yōu)勢(shì)，所有這些優(yōu)勢(shì)都對(duì)許多領(lǐng)域的非汽車應(yīng)用非常有利。CAN FD 擴(kuò)展的市場(chǎng)機(jī)會(huì)更加廣闊。本文介紹了 CAN 和 CAN FD 的基礎(chǔ)知識(shí)，以及使用不同物理層或更高層協(xié)議的不同應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，CAN 作為數(shù)據(jù)鏈路層。

首先，讓我們談?wù)?CAN 相對(duì)于 RS232 或 RS485 等標(biāo)準(zhǔn)串行通信的優(yōu)勢(shì)。由于 CAN 具有更高的通信速度和錯(cuò)誤檢測(cè)功能，因此它具有出色的魯棒性和更低的成本。

成本和靈活性

汽車行業(yè)最重要的驅(qū)動(dòng)力是減少汽車中的布線數(shù)量。由于采用雙絞線布線，布線相對(duì)容易，而且重量較輕，價(jià)格也不貴。終端電阻器對(duì)于高速運(yùn)行 CAN 和 CAN FD 是必需的。靈活性是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槭褂酶喙?jié)點(diǎn)擴(kuò)展系統(tǒng)非常容易。

錯(cuò)誤檢測(cè)和魯棒性

CAN 和 CAN FD 包含非?？煽康腻e(cuò)誤檢查機(jī)制。比特填充和監(jiān)控在第一層工作，而幀檢查、確認(rèn)和循環(huán)冗余校驗(yàn)在 OSI 模型的第二層工作。

位填充在五個(gè)連續(xù)的高位或低位之后添加一個(gè)交替位。具有相同級(jí)別的六個(gè)連續(xù)位表示錯(cuò)誤。位監(jiān)控會(huì)讀回發(fā)送的每條消息。如果存在差異（仲裁或確認(rèn)字段除外），則檢測(cè)到錯(cuò)誤。一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)是可以非常及時(shí)地檢測(cè)到錯(cuò)誤。

由于數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不同，CAN 和 CAN FD 上的循環(huán)冗余檢查實(shí)現(xiàn)方式不同。幀錯(cuò)誤（有時(shí)也稱為格式或格式錯(cuò)誤）使用在接收方必須相同的預(yù)定義值。每條消息都需要被確認(rèn)。這三個(gè)錯(cuò)誤檢查機(jī)制在消息級(jí)別上運(yùn)行良好。

總之，CAN 和 CAN FD 通過多種不同的錯(cuò)誤檢查非常穩(wěn)健可靠。在消息傳輸過程中不會(huì)丟失任何數(shù)據(jù)，并且可以防止消息沖突。每個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送之前等待一段時(shí)間的不活動(dòng)。情況二，同時(shí)發(fā)送消息，發(fā)送方檢測(cè)哪個(gè)消息的優(yōu)先級(jí)較高，并禁用較低優(yōu)先級(jí)的消息。與兩種消息都停止并稍后發(fā)送的以太網(wǎng)相比，在 CAN 上具有最高優(yōu)先級(jí)的消息通過。

高速和低延遲

CAN 支持高達(dá) 1Mbps 的數(shù)據(jù)速率。借助 CAN FD，可以根據(jù) CAN FD 控制器的最大時(shí)鐘來提高控制和數(shù)據(jù)區(qū)域的數(shù)據(jù)速率。仲裁階段的速率保持在最大 1Mbps。

CAN 的延遲小于 145us，而具有 8Msps 和 8Byte 數(shù)據(jù)的 CAN FD 小于 58us。

短數(shù)據(jù)幀在延遲方面具有優(yōu)勢(shì)。整個(gè)包的傳輸和解碼速度更快，因此反應(yīng)時(shí)間也更快。隨著 CAN FD 上更高的傳輸速率，這種影響甚至更大。與為大數(shù)據(jù)量設(shè)計(jì)的 TCP/IP 通信相比，包較大，因此延遲增加。這意味著 CAN FD（取決于數(shù)據(jù)量）與 10 或 100Mbit 的 TCP/IP 通信相比可能具有更短的反應(yīng)時(shí)間，并顯示出更好的總實(shí)時(shí)性能。

限制

關(guān)于節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，理論上沒有限制，因?yàn)槊織l消息都可以發(fā)送到不同的節(jié)點(diǎn)。在實(shí)踐中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)在總線上引起信號(hào)反射，傳輸質(zhì)量取決于 CAN 收發(fā)器和物理層的實(shí)現(xiàn)。

這也是長(zhǎng)距離限制速度的原因。通常值在 CAN 上最多為 25 個(gè)節(jié)點(diǎn)，在 CAN FD 上最多為 8 個(gè)節(jié)點(diǎn)。

汽車以外的應(yīng)用示例

為什么在汽車應(yīng)用之外使用 CAN FD？由于上述的巨大優(yōu)勢(shì)。CAN 和 CAN FD 廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，包括：

樓宇自動(dòng)化

• 電梯和升降機(jī)
• 門禁控制、燈光控制和安全開門器
• 空調(diào)

汽車售后市場(chǎng)

• 車隊(duì)跟蹤、車輛跟蹤
• 記錄預(yù)測(cè)性維護(hù)、遠(yuǎn)程信息處理、保險(xiǎn)和黑盒
• 醫(yī)療保健設(shè)備

工業(yè)的

• 工業(yè)驅(qū)動(dòng)
• 內(nèi)閣

消費(fèi)者

• 游戲機(jī)

機(jī)器人技術(shù)

• 在主機(jī)和鏈?zhǔn)綀?zhí)行器之間

具有兩個(gè) CAN FD 控制器單元以及 TrustZone 和安全性的 MCU 的一個(gè)很好的用例是樓宇自動(dòng)化中的控制單元，將安全部分與非安全部分分開。一個(gè) CAN FD 控制器可用于安全側(cè)，以控制關(guān)鍵組件，例如開門器、滑動(dòng)門和 ID 卡讀卡器。第二個(gè) CAN FD 可用于樓宇自動(dòng)化中的非關(guān)鍵控制部件，例如燈開關(guān)按鈕、燈泡和建筑物內(nèi)的門。

雙 CAN FD 單元的另一個(gè)用例是網(wǎng)關(guān)功能，例如在大型樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)、大型機(jī)柜和通信擴(kuò)展模塊中。具有集成 CAN FD 控制器（如執(zhí)行器、傳感器和控制）的 MCU 有許多不同的用例。

CAN FD 非常適用于需要高安全性和可靠性的應(yīng)用，例如機(jī)器人、升降機(jī)和運(yùn)輸系統(tǒng)，以及醫(yī)療和保健系統(tǒng)。汽車應(yīng)用所需的可靠性要求在這些用例中也非常有益。