CAN-FD概述

1.1 基于OSI參考模型的CAN-FD 協(xié)議分層

CAN-FD 的協(xié)議架構(gòu)（網(wǎng)絡(luò)分層）與傳統(tǒng) CAN 保持一致，故后文中對協(xié)議架構(gòu)部分的說明將不對CAN與CAN-FD進(jìn)行區(qū)分。

CAN 協(xié)議也是基于 ISO/IEC 7498-1 中規(guī)定的開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）基本參考模型，該模型將通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分為 7
層。自上而下分別為應(yīng)用層（層 7）、表示層、會話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層（層 1）。

考慮到 CAN 作為工業(yè)測控底層網(wǎng)絡(luò)，其信息傳輸量相對較少，信息傳輸?shù)膶崟r性要求較高，網(wǎng)絡(luò)連接方式相對較簡單，因此，CAN 總線網(wǎng)絡(luò)底層只采用了OSI 7 層通信模型的最低 2 層，即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，而在高層只有應(yīng)用層。CAN的數(shù)據(jù)鏈路層又分為邏輯鏈路控制（LLC）子層和媒體訪問控制（MAC）子層。物理層定義信號怎樣傳輸，完成電氣連接，實現(xiàn)驅(qū)動器/接收器特性；MAC 子層是實現(xiàn)CAN協(xié)議的核心，它的功能主要是傳送規(guī)則，即控制幀結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、錯誤檢測、出錯標(biāo)定和故障界定；LLC子層的功能主要是報文濾波、超載通知和恢復(fù)管理。

物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能可由 CAN 接口器件來完成。應(yīng)用層的功能是由微處理器完成的。在ISO 11898中對 CAN 協(xié)議層級與OSI模型層級的關(guān)系進(jìn)行了說明，圖 1 描述了 CAN 協(xié)議中數(shù)據(jù)鏈路層和物理層與 OSI模型的關(guān)系。

圖1 CAN分層結(jié)構(gòu)與OSI模型對比

1.2 CAN-FD優(yōu)勢分析

CAN-FD相比傳統(tǒng)CAN總線，其優(yōu)勢主要有以下3點。

（1）傳輸速率更快

FD全稱是 Flexible Data-Rate，顧名思義，表示CAN-FD的幀報文具有數(shù)據(jù)場波特率可變的特性，即仲裁場合數(shù)據(jù)控制場使用標(biāo)準(zhǔn)的通信波特率，而到數(shù)據(jù)場就會切換為更高的通信波特率，車端常用的為2Mbit/s和5Mbit/s，從而達(dá)到提高通信速率的目的。

（2）有效數(shù)據(jù)場更長

傳統(tǒng)CAN報文標(biāo)準(zhǔn)幀的有效數(shù)據(jù)場只有8bytes，每幀攜帶的數(shù)據(jù)量很少，CAN-FD對有效數(shù)據(jù)場的長度進(jìn)行了很大的擴(kuò)充，標(biāo)準(zhǔn)幀的有效數(shù)據(jù)場最大可達(dá)到64bytes，大大提高了每幀報文中所能攜帶的數(shù)據(jù)量。

（3）更小的改動

CAN-FD保留了傳統(tǒng)CAN總線協(xié)議的核心特征，這使得在ECU和收發(fā)器等硬件層面上相較于車載以太網(wǎng)更易實現(xiàn)和應(yīng)用，且由于CAN-FD與傳統(tǒng)CAN對物理層的要求基本一致，CAN-FD的ECU 和收發(fā)器對傳統(tǒng)CAN兼容，OEM不論是采用直接升級為CANFD總線的方案還是在切換過渡的階段先采用混網(wǎng)的方案，在技術(shù)實現(xiàn)和開發(fā)成本控制層面都可以達(dá)到預(yù)期。