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2023年9月14日，CiA中國技術日直播活動在線上舉行，該活動致力于開展與CAN總線相關領域的技術工作，演講者都是CAN領域的專家。虹科首席工程師陳皓受邀參與活動，并帶來以“CAN和CAN FD總線協(xié)議轉換”為主題的演講。

本次演講內容主要分為三個部分：首先介紹了CAN和CAN FD總線的區(qū)別，并以此為切入點講解了兩種總線協(xié)議轉化的基本原理與做法，在此基礎上對總線協(xié)議轉換在汽車行業(yè)的具體應用進行了延申介紹與未來展望。本文將帶您回顧本次演講，并對精彩內容“劃重點”。

CAN和CAN FD總線的對比 

CAN總線和CAN FD總線主要在四個方面存在差異：

1. 波特率不同：CAN總線最高支持1Mbit/s波特率，CAN FD總線最高支持5Mbit/s波特率。在實際應用中，我們通常會選取500k的CAN總線波特率和500K 2Mbit/s的CAN FD總線波特率作為標準的車載通訊波特率。

2. 數(shù)據(jù)長度不同：一幀CAN總線報文最多支持8個字節(jié)的數(shù)據(jù)，而一幀CAN FD總線報文可最多支持64個字節(jié)的數(shù)據(jù)

3. 報文幀格式不同：CAN FD總線的報文新增了RS、FDF、BRS、ESI這幾個特定的信號位，以此擴充成一套全新的數(shù)據(jù)幀的格式

4. 遠程幀使用不同：CAN FD總線協(xié)議取消了遠程幀

對比CAN和CAN FD報文，CAN FD報文具有更高的通訊速率和更多的字節(jié)的數(shù)據(jù)。因此，CAN FD總線協(xié)議的通訊帶寬得以提高，可以達到CAN總線的6倍甚至更高。

與此同時，CAN和CAN FD報文也在具體幀結構上存在區(qū)別：

1. 仲裁域對比：CAN FD的報文取消了RTR的設定，以RRS作為取代

2. 控制域對比：CAN報文結構中主要有 IDE 和DLC，還有一個保留位，以此來規(guī)定這個幀的類型和數(shù)據(jù)域的內容。CAN FD報文結構則明顯增多，除IDE 和DLC外，還有FDF、BRS、ESI三個位。FDF用于標識幀類型是CAN還是CAN FD報文，BRS用于CAN FD的數(shù)據(jù)端，決定了是否采用更高的波特率進行數(shù)據(jù)傳輸，ESI用于確定當前傳輸節(jié)點的錯誤狀態(tài)是主動錯誤還是不動錯誤。在總線協(xié)議轉換過程中，F(xiàn)DF和BRS用于修改報文幀格式，這也是CAN FD報文能夠兼容CAN報文通信的原因之一。

3. 數(shù)據(jù)域對比：CAN報文最高支持8個字節(jié)的數(shù)據(jù)長度，而CAN FD報文最高支持64個字節(jié)的數(shù)據(jù)長度。

4. CRC域對比：CAN報文的CRC占15位，而CAN FD報文最高占21位，可見CAN FD報文的CRC采用了更復雜、更安全的算法。

總結而言，CAN FD報文將仲裁域的RTR設定改為RRS，并新增控制域FDF、BRS、ESI相關內容。這四個區(qū)別便是實現(xiàn)CAN和CAN FD總線協(xié)議轉化的關鍵發(fā)力點。

總線協(xié)議轉換的基本原理

當將CAN FD節(jié)點加入到CAN網絡中時，CAN FD需要向后兼容CAN組，此時，CAN FD節(jié)點節(jié)點需要通過CAN消息與其他CAN節(jié)點進行通訊，而CAN網絡無法識別CAN FD通訊消息，就會造成通訊錯誤。

同樣的，CAN節(jié)點加入到CAN FD網絡中時，CAN節(jié)點也無法與其他CAN FD節(jié)點正常通訊，便會出現(xiàn)總線錯誤。這個時候就需要加入一個能同時適配CAN和CAN FD兩種總線協(xié)議的網關以進行報文轉換，確保總線的正常通訊。這種網關往往帶有多個CAN接口，且可編程。

首先，我們需要對網關的波特率進行定義，包括仲裁端的波特率和數(shù)據(jù)端的兩個波特率。

其次，需要對具體的幀結構進行一個修改，以此來建立一個完整的數(shù)據(jù)幀的結構體，重點在于修改報文的幀類型、DLC以及具體的數(shù)據(jù)端的內容。

在圖上的轉換示意圖中，我們可以看到四個節(jié)點和兩條網絡總線同時存在的情況，其中兩個節(jié)點被集成在一個網關設備中，可進行編程和處理。

假如CAN節(jié)點主動請求和CAN FD節(jié)點進行通訊，首先，CAN節(jié)點向網關的CAN 1端發(fā)出CAN報文，CAN 1端收到CAN報文后，迅速的進行復制和處理，將CAN報文中的關鍵信息提取出來，構造出一幀完整的、具有相同ID和數(shù)據(jù)的CAN FD報文。再通過網關的CAN 2端發(fā)送給另一個CAN FD節(jié)點，以此來完成不同協(xié)議報文之間的轉發(fā)。

同樣，如果CAN FD主動請求和CAN節(jié)點進行通訊，也可以使用網關，以“復制、重定義和路由轉發(fā)”的邏輯完成總線轉換。

總線協(xié)議轉換在汽車行業(yè)的應用與展望     

虹科已經有成熟的CAN和CAN FD總線協(xié)議轉換的方案，利用PCAN-Router FD和PCAN-Router Pro FD兩款網關設備即可高效完成總線協(xié)議轉換。

 經典應用場景：主機廠優(yōu)化測試臺架 

在ECU測試中，專業(yè)的工程師們會根據(jù)不同的汽車零部件搭建不同的測試臺架，以往普遍流行的是搭建支持CAN網絡通訊的測試臺架。但隨著汽車智能化發(fā)展，ECU測試往CAN FD、CAN XL總線發(fā)展，以CAN網絡接口為主開發(fā)的測試系統(tǒng)和平臺，無法測試以CAN FD總線協(xié)議進行通訊的新車型，便需要重新改造臺架。

臺架改造實質上是為了將臺架中的CAN采集設備注入新的CAN FD協(xié)議。虹科提供的網關就可以高效、便捷地在測試臺架和ECU之間建立起一個全新的CAN-CAN FD通訊，ECU端自發(fā)的CAN FD信號可以通過網關實時高效的傳輸，并以CAN信號的方式輸出給測試臺架這端，便可實現(xiàn)不同協(xié)議之間的臺架測試，有效幫助客戶降低協(xié)議轉換的時間、人力成本和工程復雜度。

而在未來，可能會出現(xiàn)CAN和CAN FD總線轉CAN XL總線的應用情況，自然也會出現(xiàn)相應的能兼容CAN、CAN FD、CAN XL總線協(xié)議并進行轉換的網關產品，讓我們拭目以待。