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#CAN #CAN XL

導讀

本文將全面剖析CAN（Controller Area Network）技術的發展歷程，從其起源到經典CAN（CAN CC）技術的廣泛應用，再到其后續的重要迭代——CAN FD（靈活數據速率）技術的突破性進展，直至最新技術CAN XL的驚艷亮相，深入探討CAN技術如何在汽車和工業通信領域中持續演進與革新。

01CAN技術起源 經典CAN（CAN CC）

CAN技術的出現，源于對實時控制和可靠數據傳輸技術的深切需求。CAN技術于1986年的汽車工程師協會（SAE）會議上正式發布。隨后，博世公司在1991年發布了首個CAN協議規范，標志著CAN技術正式步入規范化、標準化的軌道。

技術規格與性能

經典CAN（CAN CC）的最大有效負載為8字節，支持高達1Mbit/s的比特率，滿足了當時汽車和工業控制領域的實時通信需求。CAN CC采用了一種非破壞性仲裁的載波偵聽多路訪問/沖突避免（CSMA/CA）串行通信協議，確保了數據/遠程幀沖突的避免，同時不會造成任何時間損失。此外，CAN CC還具備強大的錯誤檢測和處理機制，對電磁干擾具有較強的抗干擾能力，能夠自動重傳失敗幀，確保系統范圍內的數據一致性。

幀結構與通信協議

CAN CC的幀結構也是其成功的重要因素之一。它支持兩種數據幀格式：基本幀格式（CBFF）和擴展幀格式（CEFF）。這兩種格式的主要區別在于CAN標識符的長度，CBFF支持11位的CAN標識符，而CEFF則支持29位的CAN標識符。這種設計使得CAN CC能夠靈活地應用于不同的網絡和通信場景。

AUI狀態與仲裁機制

在物理層方面，CAN CC的附加單元接口（AUI）提供了“顯性”和“隱性”兩種可能的狀態，這些狀態通常對應于邏輯上的“0”和“1”。網絡邏輯采用了一種“線與”機制，其中顯性位（0）能夠覆蓋隱性位（1），這一機制在仲裁過程中發揮著至關重要的作用。

CAN CC數據幀由幀起始（SOF）、仲裁段、控制字段、數據字段、CRC字段、ACK字段和幀結束（EOF）等部分組成。其中，仲裁段包含標識符和RTR（遠程傳輸請求）位；控制字段包含DLC（數據長度代碼），它決定了幀中發送的數據字節數；數據字段是幀的實際數據有效負載；CRC字段包括CRC序列和CRC定界符，用于確保數據完整性；ACK字段由ACK時隙和分隔符組成，用于確認幀的正確接收。

錯誤處理與同步

在錯誤處理與同步方面，CAN CC使用活動錯誤標志和被動錯誤標志來處理錯誤。這些錯誤標志會增加內部錯誤計數器，可能導致有缺陷的節點進入錯誤被動狀態，最終進入總線關閉狀態。為了保持數據的完整性，CAN CC還采用了位填充機制，在五個相同值的連續位之后，發送器會插入一個相反值的位。

02CAN技術迭代 | CAN FD的出現

CAN技術的進步帶來了CAN FD（CAN with Flexible Data-Rate），這是對經典CAN（CAN CC）的重要擴展。CAN FD支持的比特率可達8 Mbit/s，并且能夠處理高達64字節的有效負載，同時保持與CAN CC幀的完全向后兼容性。這種新格式通過FDF（靈活的數據格式）位來區分，這是在CAN CC中保留的位。

基本幀格式

CAN FD的基本幀格式在順序和數量上與CAN CC保持一致，但對某些字段的長度進行了調整以適應新特性和增強。這些改進包括：

■ 比特率切換（BRS）位：允許在幀內切換到更高的比特率，使CAN FD能夠在同一個幀內傳輸更多數據，避免網絡因大數據包而超載。

■ 錯誤狀態指示（ESI）位：指示發送方是處于主動錯誤節點還是被動錯誤節點，改善錯誤管理。

■ 擴展數據長度代碼（DLC）：DLC編碼的值擴展，以表示更長的數據有效負載，提高數據傳輸效率。

■ CRC多項式調整：確保不同有效負載大小下的數據完整性，包括17位CRC和21位CRC的應用。

CAN FD幀結構的其余部分與CAN CC相似，允許CAN FD設備連接到相同的物理網絡，并使用相同的收發器、連接器和電纜。值得注意的是，CAN FD不支持遠程幀。

應用與優勢

CAN FD的應用范圍廣泛，特別是在汽車行業，它已經成為許多高級駕駛輔助系統（ADAS）和車聯網（V2X）通信的首選技術。CAN FD的優勢在于其高速率和大數據量的傳輸能力，這使得它能夠滿足現代汽車對于復雜控制和診斷數據的需求。

此外，CAN FD還提供了與現有CAN CC網絡的兼容性，這使得在升級和擴展現有系統時更加靈活和方便。

綜上所述，CAN FD作為CAN技術的一個重要迭代，其高速率和大數據量的傳輸能力為現代汽車和其他需要高效數據傳輸的應用場景提供了有力的支持。

從CAN CC到CAN FD，CAN技術經歷了從誕生到不斷迭代的歷程。每一次技術的革新，都推動了CAN技術在各個領域的應用和發展。在本文下篇中，我們將繼續探討CAN技術的最新進展——CAN XL，以及它如何進一步拓展CAN技術的應用范圍。敬請期待！

文章來源：本文內容基于Robert Nawrath在《CAN Newsletter 2024》中發表的文章。由虹科智能互聯團隊精心翻譯并傳播，旨在與業界同仁共享這一前沿技術成果。

審核編輯 黃宇