CANXL標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布 | (1)一文讀懂CANXL數(shù)據(jù)鏈路層總線，通信再進(jìn)化！

2024年3月22日，期待已久的ISO 11898-2：2024版本橫空出世，標(biāo)志著新一代CAN總線的時(shí)代即將到來（ISO/FDIS 11898-1：2023也處于最終投票階段）。搭載著2048Byte的CANXL列車已蓄勢(shì)待發(fā)，決心突破10M的高速通道。Autosar、英飛凌、ST、Vector和NXP等行業(yè)風(fēng)向標(biāo)早已準(zhǔn)備迎接CANXL高速通道給整車SoA架構(gòu)帶來新的變革。

1、第三代CAN總線（CANXL）

CAN XL（Controller Area Network eXtended Length）作為CAN通信技術(shù)的最新進(jìn)展，展現(xiàn)了顯著的優(yōu)勢(shì)和廣闊的應(yīng)用前景。它旨在填補(bǔ)CAN FD與以太網(wǎng)之間的空白，成為車載網(wǎng)絡(luò)通信的重要補(bǔ)充。

CAN XL目前的發(fā)展?fàn)顟B(tài)和優(yōu)勢(shì)

• 高數(shù)據(jù)傳輸速率：CAN XL支持高達(dá)20 Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，顯著高于CAN FD的8 Mbps上限，滿足了現(xiàn)代汽車和其他應(yīng)用中對(duì)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。
• 更大的數(shù)據(jù)字段長(zhǎng)度：CAN XL允許的數(shù)據(jù)字段長(zhǎng)度最大可達(dá)2048字節(jié)，遠(yuǎn)超過CAN FD的64字節(jié)限制，適用于需要傳輸大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用。
• 兼容性和靈活性：CAN XL與現(xiàn)有CAN和CAN FD技術(shù)兼容，允許在同一網(wǎng)絡(luò)上共存，形成混合網(wǎng)絡(luò)。這為現(xiàn)有的CAN系統(tǒng)向CAN XL的升級(jí)提供了便利 。
• 標(biāo)準(zhǔn)化和生態(tài)支持：CAN XL的標(biāo)準(zhǔn)化工作正在積極推進(jìn)，CiA牽頭的610-1和CiA610-3規(guī)范已發(fā)布。ISO目前也已發(fā)布CAN XL的ISO_DIS11898-1 和 ISO 11898-2標(biāo)準(zhǔn)。此外，AUTOSAR的CAN XL標(biāo)準(zhǔn)已發(fā)布。同時(shí)CAN XL得到了汽車Tier1和芯片廠商的廣泛支持。例如，博世、英飛凌、恩智浦等知名廠商已推出基于CAN XL的MCU產(chǎn)品，且多數(shù)處于樣品階段。此外，是德科技等工具供應(yīng)商也推出了適用于CAN XL協(xié)議的測(cè)試設(shè)備。
• 應(yīng)用前景：CAN XL適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，包括需要更高帶寬的應(yīng)用、支持面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）的應(yīng)用以及安全應(yīng)用。其成本效益高，能夠在結(jié)合CAN和以太網(wǎng)功能的同時(shí)，保持CAN的低價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

CANXL & OSI 模型

由于CANXL數(shù)據(jù)段支持2048Byte數(shù)據(jù)量的傳輸，所有在OSI協(xié)議棧上CANXL技術(shù)理論上可以適配以太網(wǎng)的高層協(xié)議，比如SOME/IP和TCP/IP等以太網(wǎng)協(xié)議。但是，具體的以太網(wǎng)協(xié)議兼容還需要更進(jìn)一步的驗(yàn)證。

除此之外，CANXL也在PCS和PMA子層之間增加了PWM編解碼機(jī)制，用以切換PMA子層的兩種總線驅(qū)動(dòng)方式（顯性/隱性 && level0/level1）以達(dá)到20Mbit/s的傳輸速率。

2、CANXL幀結(jié)構(gòu)

仲裁場(chǎng)

• SOF、ID、IDE（CANXL無擴(kuò)展幀）、RRS（禁用遠(yuǎn)程幀）、FDF字段與CANFD一致
• XLF字段：用以區(qū)分是否為CANXL幀

控制場(chǎng)

• reXEL：保留位
• ADH、DH1、DH2和DL1（ADS）：模式轉(zhuǎn)換和速率轉(zhuǎn)換字段，由SIC mode切換為FAST mode。CANXL收發(fā)器包含兩種總線驅(qū)動(dòng)方式（顯性/隱性 && level0/level1），并在仲裁場(chǎng)采用顯性/隱性驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)場(chǎng)采用level0/level1。（PMA模式轉(zhuǎn)換由PCS子層發(fā)送PWM編碼控制）
• SDT、SEC和DLC字段：指出數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)類型（類似以太網(wǎng)Type字段）；功能保留位；指明數(shù)據(jù)場(chǎng)長(zhǎng)度
• SBC字段：指明SOF和仲裁場(chǎng)bit填充數(shù)（動(dòng)態(tài)bit填充）
• PCRC字段：前向CRC校驗(yàn)（仲裁場(chǎng)、reXEL、ADS、SDT、SEC、DLC和SBC）
• VCID：虛擬CAN網(wǎng)絡(luò)ID（類似以太網(wǎng)VLAN）
• AF：用于尋址功能，具體內(nèi)容取決于SDT（e.g. SDT=0x05時(shí)，AF為以太網(wǎng)目的MAC地址）

數(shù)據(jù)場(chǎng)

• Data字段：CANXL數(shù)據(jù)段，可封裝以太網(wǎng)上層協(xié)議（e.g. TCP/IP...）

CRC場(chǎng)

• FCRC字段：用于整幀CRC校驗(yàn)
• PCP：格式檢驗(yàn)字段

ACK場(chǎng)

• DAH、AH1、AL1和AH2字段（DAS）：模式轉(zhuǎn)換和速率轉(zhuǎn)換字段，由FAST mode切換為SIC mode
• ACK字段：用于確認(rèn)報(bào)文被成功接收

3、PCS&PWM編碼

CAN XL物理編碼子層（PCS）與CAN FD的PCS子層類似，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)幀的發(fā)送和接收，進(jìn)行信號(hào)編碼和解碼，錯(cuò)誤檢測(cè)和處理，信號(hào)調(diào)制和解調(diào)，物理層參數(shù)管理（如比特率、位定時(shí)、同步等），以及與PMA子層交互等功能。

但是，CANXL在PCS子層和PMA子層之間引入PWM編碼機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)PMA子層兩種總線驅(qū)動(dòng)方式的切換。

PWM編碼是一種采用長(zhǎng)相和短相來區(qū)分PWM符號(hào)的編碼機(jī)制。如圖所示，在發(fā)送機(jī)上，TXD會(huì)以上升沿開始，并先發(fā)送短相在發(fā)送長(zhǎng)相。在接收機(jī)上，RXD會(huì)以下降沿開始，并先發(fā)送短相在發(fā)送長(zhǎng)相。

4、總結(jié)

在應(yīng)用場(chǎng)景方面，CAN XL可以用于多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌偩€型、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、菊花鏈、星形或雙星形網(wǎng)絡(luò)。它還支持與以太網(wǎng)的無縫銜接，可以通過更大數(shù)據(jù)段傳輸高層協(xié)議數(shù)據(jù)。此外，CAN XL的新增比特位，如SDT（Service Data Unit Type）和VCID（Virtual CAN ID），使其能夠更好地適配SOA架構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)。

總體而言，CAN XL作為CAN技術(shù)的下一代，以其高數(shù)據(jù)傳輸速率、大容量、兼容性和經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)勢(shì)，在汽車電子電氣架構(gòu)中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

經(jīng)緯恒潤(rùn)作為OPEN聯(lián)盟會(huì)員和AUTOSAR聯(lián)盟的高級(jí)合作伙伴，長(zhǎng)期為國內(nèi)外各大OEM和供應(yīng)商提供涵蓋TCP/IP、SOME/IP、DoIP、AVB、TSN、DDS等技術(shù)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)和測(cè)試咨詢服務(wù)，積極研發(fā)和探索車載網(wǎng)絡(luò)前沿技術(shù)的工程應(yīng)用。通過多個(gè)項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，已建立了高質(zhì)量、本土化的設(shè)計(jì)與測(cè)試一體化解決方案，為整車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提供可靠支持。