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，所有這些優(yōu)勢都對許多領(lǐng)域的非汽車應(yīng)用非常有利。CAN FD 擴展的市場機會更加廣闊。本文介紹了 CAN 和 CAN FD 的基礎(chǔ)知識，以及使用不同物理層或更高層協(xié)議的不同應(yīng)用實現(xiàn)，CAN 作為數(shù)據(jù)鏈路層。

首先，讓我們談?wù)?CAN 相對于 RS232 或 RS485 等標(biāo)準(zhǔn)串行通信的優(yōu)勢。由于 CAN 具有更高的通信速度和錯誤檢測功能，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，布線相對容易，而且重量較輕，價格也不貴。終端電阻器對于高速運行 CAN 和 CAN FD 是必需的。靈活性是一個很大的優(yōu)勢，因為使用更多節(jié)點擴展系統(tǒng)非常容易。

錯誤檢測和魯棒性

CAN 和 CAN FD 包含非常可靠的錯誤檢查機制。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)冗余校驗在 OSI 模型的第二層工作。

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

由于數(shù)據(jù)長度不同，CAN 和 CAN FD 上的循環(huán)冗余檢查實現(xiàn)方式不同。幀錯誤（有時也稱為格式或格式錯誤）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)。這三個錯誤檢查機制在消息級別上運行良好。

總之，CAN 和 CAN FD 通過多種不同的錯誤檢查非常穩(wěn)健可靠。在消息傳輸過程中不會丟失任何數(shù)據(jù)，并且可以防止消息沖突。每個節(jié)點在發(fā)送之前等待一段時間的不活動。情況二，同時發(fā)送消息，發(fā)送方檢測哪個消息的優(yōu)先級較高，并禁用較低優(yōu)先級的消息。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。整個包的傳輸和解碼速度更快，因此反應(yīng)時間也更快。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)時間，并顯示出更好的總實時性能。

限制

關(guān)于節(jié)點的數(shù)量，理論上沒有限制，因為每條消息都可以發(fā)送到不同的節(jié)點。在實踐中，每個節(jié)點都會在總線上引起信號反射，傳輸質(zhì)量取決于 CAN 收發(fā)器和物理層的實現(xiàn)。

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

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。CAN 和 CAN FD 廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，包括：

樓宇自動化

• 電梯和升降機
• 門禁控制、燈光控制和安全開門器
• 空調(diào)

汽車售后市場

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

工業(yè)的

• 工業(yè)驅(qū)動
• 內(nèi)閣

消費者

• 游戲機

機器人技術(shù)

• 在主機和鏈?zhǔn)綀?zhí)行器之間

具有兩個 CAN FD 控制器單元以及 TrustZone 和安全性的 MCU 的一個很好的用例是樓宇自動化中的控制單元，將安全部分與非安全部分分開。一個 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、滑動門和 ID 卡讀卡器。第二個 CAN FD 可用于樓宇自動化中的非關(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 單元的另一個用例是網(wǎng)關(guān)功能，例如在大型樓宇自動化系統(tǒng)、大型機柜和通信擴展模塊中。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，例如機器人、升降機和運輸系統(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。