一、CAN與CAN FD的概念

1、CAN是什么

控制器局域網(wǎng)總線（CAN，Controller Area Network）是一種用于實時應(yīng)用的串行通訊協(xié)議總線，它可以使用雙絞線來傳輸信號，是世界上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。 CAN協(xié)議用于汽車中各種不同元件之間的通信，以此取代昂貴而笨重的配電線束。 該協(xié)議的健壯性使其用途延伸到其他自動化和工業(yè)應(yīng)用。 CAN協(xié)議的特性包括完整性的串行數(shù)據(jù)通訊、提供實時支持、傳輸速率高達1Mb/s、同時具有11位的尋址以及檢錯能力。

來源：車技幫

2、CAN FD是什么

CAN FD 是CAN with Flexible Data rate的縮寫，翻譯為【可變速率的 CAN】。 也可以簡單的認為是傳統(tǒng)CAN的升級版，其中要說明的是，只升級了協(xié)議，物理層沒有改變。

3、為什么需要CAN FD？

原因主要是汽車功能越來越多，越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的CAN總線（CAN2.0）的負載率越來越高，甚至負載率高達95%，以及傳統(tǒng)CAN總線還存在一些局限性。

傳統(tǒng)CAN總線的局限性包括：

· 傳輸率最大為1Mbiy/s（典型的<= 500kbit/s）；

· 傳統(tǒng)CAN數(shù)據(jù)幀超過50%的額外開銷（overhead > 50%）。

對比其他協(xié)議，額外開銷比例要小得多，如UDP （1500 bytes/datagram, 64 bytes overhead），F(xiàn)lexRay（254 bytes/frame, 8 bytes overhead）。

還有就是歷史原因，汽車不可能直接放棄目前的傳統(tǒng)CAN總線技術(shù)，重頭來過。 那么為了解決CAN總線負載率問題，而又能兼容CAN總線，并且研發(fā)成本不能太高的問題，因此在2015年最新的修訂版ISO 11898-1（classic CAN和CAN FD）發(fā)布。

目前的很多應(yīng)用對于通訊的數(shù)據(jù)量要求越來越高，對于通訊的速率要求也越來越高，尤其是當(dāng)速率高于1MBit/s的時候，傳統(tǒng)的CAN通訊是無法滿足的，所以基于這種應(yīng)用的需求，CAN FD就應(yīng)運而生了。 既然是出于這樣的目的，CANFD的出現(xiàn)肯定是需要解決傳輸速率和傳輸字節(jié)的問題，帶著這樣的思路我們就可以更容易地理解CANFD協(xié)議，以及為什么會出現(xiàn)它了。

二、CAN與CANFD的比較

CAN與CAN-FD主要區(qū)別：傳輸速率不同、數(shù)據(jù)域長度不同、幀格式不同、ID長度不同。

1、傳輸速率不同

CAN的傳輸速率

一般的工程中比較常用的為500K每秒的通訊速率。 這個速率在實際測試的時候也是非?？煽康?。 CAN總線上任意兩個節(jié)點的最大傳輸距離與其位速率有關(guān)。 最大通信距離指的是同一條總線上兩個節(jié)點之間的距離。 從下面圖中，可以看到速率越低通訊距離就越遠，也就是說CAN總線的通訊距離和波特率成反比。 CAN最大傳輸速率為1Mbps

來源：CSDN編程社區(qū). 何以解憂唯有寫!

CANFD的傳輸速率

CAN-FD 采用了兩種位速率：從控制場中的 BRS 位到 ACK 場之前（含 CRC 分界符）為可變速率，其余部分為原 CAN 總線用的速率。 兩種速率各有一套位時間定義寄存器，它們除了采用不同的位時間單位 TQ 外，位時間各段的分配比例也可不同。

因此，對于 CAN FD而言，是在 CAN 的基礎(chǔ)上增加了一個數(shù)據(jù)域的傳輸速率，數(shù)據(jù)傳輸速率要大于等于原 CAN 總線用的速率。 也就是說 CAN FD 支持兩種傳輸速率，兩種速率可以保持一致，也可以不保持一致。 速率可變，仲裁比特率最高1Mbps，數(shù)據(jù)比特率最高8Mbps。

來源：博客園. 華夏九州

2、數(shù)據(jù)域長度不同

CAN的數(shù)據(jù)域長度，一幀數(shù)據(jù)最長8字節(jié)。 CAN FD數(shù)據(jù)域長度，一幀數(shù)據(jù)最長64字節(jié)。

傳統(tǒng)CAN報文與CANFD報文的DLC長度區(qū)別如下所示：

來源：CSDN編程社區(qū).qq_41256212

傳統(tǒng)CAN報文與CANFD報文的最大區(qū)別有2點，1、CANFD可以傳輸更多的數(shù)據(jù)，2、CANFD報文在傳輸中由2種傳輸速率完成傳輸，一種是標(biāo)稱的CAN總線速率（用于傳輸非數(shù)據(jù)域的字段），另一種是數(shù)據(jù)域傳輸速度（用于傳輸數(shù)據(jù)域的字段）。

3、幀格式不同

在CAN總線上傳輸?shù)?a target="_blank">信息稱為報文，當(dāng)總線空閑時任何連接的單元都可以開始發(fā)送新的報文。 CAN通信是通過以下5種類型的幀進行的：數(shù)據(jù)幀 、遙控幀 、錯誤幀 、過載幀 、幀間隔。

來源：CSDN編程社區(qū). 不脫發(fā)的程序猿

CAN FD新增了FDF、BRS、ESI位。

FDF：表示CAN報文還是CAN-FD報文。
BRS：表示位速率轉(zhuǎn)換，該位隱性時，速率可變（即BSR到CRC使用轉(zhuǎn)換速率傳輸），該位為顯性時，以正常的CAN-FD總線速率傳輸（恒定速率）；
ESI:表示發(fā)送節(jié)點狀態(tài)。

來源：CSDN編程社區(qū) 金城孤客

4、ID長度不同

CAN標(biāo)準幀ID長度最長11bit，CANFD標(biāo)準幀ID長度可擴展到12bit。

三**、CAN與CANFD的優(yōu)劣勢**

1、CAN優(yōu)勢

具有實時性強、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強、成本低等優(yōu)點;

采用雙線串行通信方式，檢錯能力強，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作;

具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能，多個控制模塊通過CAN 控制器掛到CAN-bus 上，形成多主機局部網(wǎng)絡(luò);

可根據(jù)報文的ID決定接收或屏蔽該報文;

可靠的錯誤處理和檢錯機制;

發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā);

節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能;

報文不包含源地址或目標(biāo)地址，僅用標(biāo)志符來指示功能信息、優(yōu)先級信息。

2、CAN缺點

不一致性

CAN總線各節(jié)點質(zhì)量的不一致會引發(fā)系統(tǒng)癱瘓、錯誤、死機等問題，所以CAN一致性測試成為保證CAN網(wǎng)絡(luò)安全運行的重要手段。

不可預(yù)測性

CAN總線將節(jié)點狀態(tài)分為ErrorAcTIve、Error Passive 和Bus Off 三種，這三種狀態(tài)在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)換，不同狀態(tài)中節(jié)點的發(fā)送有不同的延遲。 另外，由于CAN 的原子廣播特點，其它節(jié)點的發(fā)送錯誤或接收錯誤會開啟一個錯誤幀，從而影響到該節(jié)點的接收錯誤計數(shù)器的值，進而影響節(jié)點狀態(tài)。

信道出錯堵塞

節(jié)點有可能受干擾或其它原因暫時或永久失效，出錯的主機會命令CAN 收發(fā)器不斷發(fā)送消息，即所謂的Babbling ldiot 錯誤。 由于該信息的格式等均合法，因此CAN 沒有相應(yīng)的機制來處理這種情況。

3、CAN FD的優(yōu)勢

CAN FD提高位速率的同時提供更短的CAN幀

延遲時間更短.

更好的實時性能

更高的帶寬

CAN FD可以在CAN幀中容納從8到64字節(jié)更多的數(shù)據(jù)

相對更少的系統(tǒng)開銷 = 更好的數(shù)據(jù)吞吐量

發(fā)送較大數(shù)據(jù)對象時，軟件更簡單高效

CAN FD具有更高性能的CRC算法

降低未檢測到錯誤的風(fēng)險

但是因為受制于產(chǎn)品的穩(wěn)定性考驗，改造成本等問題，還沒辦法快速全面普及CAN FD。

四、小結(jié)

總的來看，由于現(xiàn)在車輛上需要的通訊數(shù)據(jù)越來越多，而原有的CAN負載率逐年升高，考慮到傳統(tǒng)的CAN通訊的架構(gòu)已經(jīng)非常的龐大了，如果將傳統(tǒng)的全部推翻更換一個全新的通訊方式所要付出的代價實在太大，所以需要一個既能兼容原有的CAN通訊，又不至于增加太高的成本，CAN FD就是一個折中方案，同時還可以提高數(shù)據(jù)的傳輸量。

審核編輯：湯梓紅