需要更快的速度：CAN FD

CAN FD 到底是什么意思？全双工？频域？还是消防局？都不是，实际上它是 CAN 领域的最新技术，FD 代表 Flexible Data-rate（灵活数据速率），几年前由博世公司的一篇白皮书引入该领域，目前已经过标准化，成了 ISO11898-1 的更新版本。

控制域网络 (CAN) 是一个常见的通信协议及总线，主要用于对微处理器需要通信的分布式应用进行互连。众所周知，该技术植根于汽车领域。经过多年的发展壮大，它目前可用于工业控制、现场总线、大型家用电器、航空航天甚至咖啡机等众多应用。这种协议层面的简便性源于大部分繁重任务都可在 CAN 控制器外设内部的硬件中完成。此外，这种总线技术的灵活性也是其得到广泛使用的直接原因。

随着系统复杂性和处理器间通信的增加，CAN 总线中的可用带宽已经减少。因此，对速度（或更大带宽）的需求也在不断攀升。德州仪器 (TI) SN65HVD255、SN65HVD256 及 SN65HVD257“涡轮”CAN 收发器率先在物理层面上满足了 CAN 时序裕度及带宽需求。这些收发器针对大型高负载 CAN 网络进行了优化，可优化收发器内部的环路延迟时序。这些收发器的优势在于能够在相同网络中提供更高的 CAN 数据速率。下一步是转入 CAN FD 网络。我的同事 John Griffith 在他的博客《需要速度：涡轮增压 CAN》中从协议优势角度对其进行了介绍。

为适应新协议，收发器及物理层要求正在得到满足。ISO11898-2 框架中的标准化工作已经开始。对于收发器而言，TI 推出了一系列针对 CAN FD 优化和指定的最新“涡轮”CAN 收发器 SN65HVD265/6/7。

在经典 CAN 网络中，系统的双向或双程环路延迟是可实现的比特率的主要限制因素。由于网络中的任何节点都可能在帧判优阶段通信，因此必须考虑两个最远节点的时序，在这两个节点需要能够互相检测时，其就会同时开始通信。这就引出了双程延迟要求。CAN FD 协议可消除数据阶段的双程延迟要求，实现更高的二级比特率。网络及物理层上 FD 数据阶段的约束是总线上的位对称（物理比特表达）。收发器中 CAN FD 的新参数被称为环路延迟对称 (tREC)，如图 1 所示。最新的 SN65HVD265/6/7“涡轮”CAN 系列包括 CAN FD 数据速率的这种时序参数。

 

 

图 1.环路延迟对称 (tREC)

这些器件的数据速率在器件的整个温度及电压范围内针对 CAN FD 指定为 2Mbps。因此，这些涡轮 CAN 器件可凭借以下三项改进在相同网络中实现更高的数据速率：

涡轮 CAN 技术在 CAN FD 帧的判优阶段可实现更高的数据速率，打破了“经典”CAN 的局限性；

CAN FD 协议提供更高效的数据负载开销比，可实现高达 64 字节的数据，而原始数据则为 8 字节；

CAN FD 在 CAN FD 帧数据阶段数据速率指定为 2Mpbs。

因此，CAN FD 系统与经典 CAN 实施方案相比，有效带宽可提升至四倍甚至更高！这样，对更多 CAN 总线、网关、桥接或其它现场总线技术的需求就得到了缓解，这将使 CAN 在未来十年中持续增长，找到新的应用领域。