電子發(fā)燒友網報道（文/吳子鵬）作為CAN總線的升級版，CAN FD（CAN with Flexible Data rate）在數據長度和帶寬方面做了明顯的拓展和增強，滿足工業(yè)和汽車應用對高速通信的需求。在工業(yè)領域，CAN FD被越來越多地應用于工業(yè)控制和工業(yè)通信等場景。

CAN FD特征性能和注意事項

相比于傳統(tǒng)CAN協(xié)議，CAN FD最大的兩個特點是采用可變速率和單幀最長64字節(jié)數據。通過將每個數據幀最多支持64個數據字節(jié)，相比傳統(tǒng)CAN的8個數據字節(jié)，減少了相同數據傳輸的協(xié)議開銷，提升了傳輸效率。

可變速率具體表現為，CAN FD的控制位的首位由傳統(tǒng)CAN的RTR變?yōu)镽RS，該位始終是顯性（0）。第三個控制位在傳統(tǒng)CAN中屬于保留功能，在CAN FD變?yōu)镕DF，為隱性（1）。通過這樣的設計，CAN FD從控制段中的BRS位到ACK段之前（含CRC分界符）為可變速率（理論最大可達12Mb/s），其余部分為原CAN總線用的速率。

從CAN升級到CAN FD，有一些新增的位字段，比如上面提到的FDF位、BRS位和ESI位。這里的ESI位為Error State Indicator位，用于指示發(fā)送節(jié)點的錯誤狀態(tài)。當ESI位為顯性時，表示發(fā)送節(jié)點處于主動錯誤狀態(tài)；當ESI位為隱性時，表示發(fā)送節(jié)點處于被動錯誤狀態(tài)。

雖然CAN FD是向后兼容傳統(tǒng)CAN的，不過傳統(tǒng)CAN應用升級到CAN FD應用時，也需要注意一些細節(jié)。比如，采樣點對通信的影響，當傳統(tǒng)CAN網絡拓撲升級到CAN FD網絡拓撲時，節(jié)點的軟/硬件均需要有所改變，收發(fā)機和控制器都需要選擇CAN FD對應的。在控制器中，當網絡拓撲增加了CAN FD節(jié)點之后，需要至少兩個通信CAN FD節(jié)點，增加了CAN FD節(jié)點，需要Classic CAN節(jié)點設置CAN ID的過濾功能，這樣就會避免出現錯誤幀。

還有一個經常遇到的是傳統(tǒng)CAN和CAN FD的共存問題，未來的CAN網絡，較長時間內都會存在著傳統(tǒng)CAN與CAN FD并存的情況。這部分需解決速率切換的問題，對實時性要求高的節(jié)點會率先采用CAN FD，其他對實時要求不高的節(jié)點仍然會使用傳統(tǒng)CAN。在這樣的網絡拓撲中，通信可以全部選擇由CAN FD路由器進行轉發(fā)，因為CAN FD協(xié)議是先后兼容傳統(tǒng)CAN的。

CAN FD的工業(yè)應用

在工業(yè)領域，CAN FD通信被用于連接各種工業(yè)設備和傳感器。通過高速的數據傳輸，可以實時監(jiān)控設備的運行狀態(tài)，提高生產效率和維護效率。目前，CAN FD在工業(yè)領域已經擁有了完備的產品和方案支持。

首先，帶CAN FD接口的MCU選擇是非常豐富的，無論是德州儀器、瑞薩、英飛凌和恩智浦等國際大廠，還是賽元微、靈動微、兆易創(chuàng)新等國內廠商，都提供具有CAN FD接口的MCU，滿足工業(yè)領域廣泛的應用。

以靈動微電子MM32F0160系列MCU為例，該系列MCU具有一個 FlexCAN 模塊，該模塊遵循ISO 11898-1標準、CAN FD和CAN 2.0B協(xié)議規(guī)范，不僅兼容傳統(tǒng)CAN，還支持CAN FD模式。在CAN FD模式下，可實現最高8 Mbps的FD模式通信速率，支持標準幀（11位標識符）和擴展幀（29位標識符），支持最大64字節(jié)有效負載，并且具有非常靈活的用于傳輸和接收的郵箱系統(tǒng)。

再比如新唐科技帶CAN FD接口的MCU/MPU產品M253、M463、M467等，最高可支持到4路接口。其中，M467芯片通過4路CAN FD接口與多個電池包進行通信，以獲取電池包數據。該應用要求實現穩(wěn)定的5Mbps以上傳輸速率，并采用新唐獨有的HyperBus外接HyperRam來存儲臨時數據。相對于SRAM，HyperRam具有更低的功耗和成本。隨后，數據通過以太網口傳遞給監(jiān)測端進行處理。

為了提升產品的易用性，處理器廠商也會通過自主研發(fā)或者合作研發(fā)來提供開發(fā)板，比如MD9360核心板，搭載芯馳D9-Pro六核Cortex-A55處理器，主頻高達1.6GHz，支持16路串口、4路CAN FD及2路千兆網。這款核心板可用于工業(yè)領域的運動控制、工程機械和顯示終端等場景。

上述提到了CAN FD的收發(fā)，相關的方案也是非常豐富，比如德州儀器的TCAN3413和TCAN3414就是符合ISO 11898-2:2016高速CAN規(guī)范物理層要求的控制器局域網 (CAN) FD收發(fā)器。此類收發(fā)器具有經過認證的電磁兼容性 (EMC)，適用于數據速率高達5兆位/秒 (Mbps) 的傳統(tǒng)CAN和CAN FD網絡。這些器件可以在更簡單的網絡中實現高達8Mbps的運行速度。德州儀器的TCAN3413和TCAN3414主要應用場景包括工廠自動化、電網基礎設施、工業(yè)運輸、電機驅動器等。

結語

在需要高速數據交換的復雜工業(yè)自動化系統(tǒng)中，如高速機器人控制、實時監(jiān)控系統(tǒng)等，CAN FD的需求還是比較強勁的，填補了傳統(tǒng)CAN和以太網之間的差距，無論MCU，還是收發(fā)器，抑或者是轉接口，目前工業(yè)級CAN FD的產品類型是非常豐富的。