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三代CAN技术演进:从CAN CC到CAN XL的创新路径(下篇)

虹科技术 2024-11-01 11:04 次阅读

欢迎关注虹科,为您提供最新资讯!

#CAN #工业通信 #CAN XL

导读

CAN(Controller Area Network)是一种用于实时应用的串行通信协议,广泛应用于汽车和工业电子设备中,以实现不同设备间的高效数据交换。它采用多主结构,允许网络上的任何节点在任何时候发起通信,同时具备错误检测与处理功能,确保了数据传输的可靠性。

在上篇中,我们追溯了CAN技术从经典CAN(CAN CC)到CAN FD的演进历程,探索了它们如何塑造现代汽车和工业通信的面貌。现在,让我们继续深入这一话题,聚焦于CAN技术的最新篇章——CAN XL。

01CAN技术革新:CAN XL发布

步入2024年,汽车行业迎来了CAN XL(eXtended Length)这一CAN技术的最新进步。CAN XL标志着CAN技术在数据传输能力和网络通信效率上的又一次飞跃。符合ISO 11898:2024标准及CiA 610-1规范(尽管后者已被CiA撤回),CAN XL以其卓越的性能和创新特性,无缝集成于现代汽车网络之中。

CAN XL支持高达2048字节的扩展有效载荷容量,并实现 高达20 Mbit/s的比特率 ,有效弥合了CAN FD和以太网之间的差距。此外,CAN XL通过 隧道化和映射整个以太网帧 ,提高了数据吞吐量而不损耗网络时间。在德国巴登举行的第五届CAN XL研讨会上(由CiA组织),CAN XL已成功通过在真实网络环境中的互操作性测试。

02CAN XL技术的主要特点与改进

CAN XL的控制器保持了向后兼容性,能够处理CAN CC和CAN FD数据帧,确保与现有系统的无缝集成。以下是CAN XL的一些关键特性和改进:

■ 扩展的有效负载和比特率:有效负载高达2048字节,比特率高达20 Mbit/s,满足更高的数据传输要求。

■ 增强型CAN-ID字段:分为11位优先级字段和32位接受字段,提供改进的帧优先级和接受过滤。

■ 协议嵌入配置:引入了新的配置选项,如禁用错误信令和启用PWM编码,以提供更高的比特率。

■ 可靠性提高:使用两个CRC字段,控制段的13位前缀CRC和CRC段的32位帧CRC,增强错误检测和数据完整性。image.png

CAN XL帧结构格式

在CAN XL数据帧结构中,几个关键位扮演着至关重要的角色,不仅决定了帧的类型,还确保了帧的优先级处理效率。其中,优先级标识符是设置CAN XL数据帧优先级的核心,它使得帧能够基于其优先级级别进行高效处理。

image.png
CAN XL控制字段

RRS位与XLF位的功能

RRS(远程请求替换)位与CAN CC数据帧中的RTR(远程传输请求)位,以及CAN FD数据帧中的RRS位处于相同位置,这一设计确保了不同CAN版本之间的一致性和兼容性。此外,XLF(扩展长度帧)位是区分CAN FD和CAN XL数据帧的重要标志。在CAN XL数据帧中,XLF位始终保持隐性状态,且当XLF位为隐性时,FDF(帧数据字段)位也相应地为隐性。这种配置对于在CAN网络中准确识别CAN XL数据帧至关重要。

resXL位与ADS的双重作用

resXL位被专门保留,以备 未来协议框架内的扩展使用ADS(数据序列仲裁)则承担着双重任务 :一方面,它将比特率从标称比特率切换到CAN XL数据比特率;另一方面,它负责将CAN收发器模式从仲裁模式转换为数据TX模式或数据RX模式。

image.png
CAN XL控制字段

ADS由ADH、DH1、DH2和DL1位组成,其中ADH是在XL数据阶段开始前的最后一个标称位时间,以隐性位传输。随后,DH1和DH2位标志着XL数据阶段的开始,同样以隐性传输。比特率的变化恰好在ADH和DH1之间发生,而接收器同步则发生在从XLF位到前面的resXL位,以及从DH1和DH2位到DL1位的转换过程中。

SDT、SEC、DLC和SBC的详细说明

SDT(服务数据单元类型) 是一个8位值,它源自LLC(逻辑链路控制)帧,而SEC(简单扩展内容)位也同样来自LLC帧。 DLC(数据长度代码) 跨越11位,其范围从0到2047,与1字节到2048字节之间的数据长度相对应。 SBC(数据位计数) 是一个3位的值,表示仲裁字段中动态填充位的数量,其范围从0到3(采用格雷编码)。

PCRC(前缀循环冗余校验) 序列源自循环冗余校验(CRC),它是对包含仲裁字段、SDT、SEC位、DLC和SBC的位流进行计算得出的。值得注意的是,动态填充位(包括FDF位之前的三个位)被纳入PCRC的计算中,而静态位(如SOF、IDE、FDF、XLF、resXL、ADS和固定填充位等)则被排除在外。

VCID和AF的传递

VCID(虚拟CAN网络ID)是一个8位值,而AF(接受字段)是一个32位值,它们都从LLC帧传递而来。

CRC字段的计算

image.png

CAN XL CRC字段

CRC字段则包含了帧CRC序列和FCP(格式检查模式)。CRC计算的相关位流由仲裁字段、控制字段和数据字段组成的位流构成,排除了与PCRC相同的静态位,在CRC计算中不包括动态位和固定填充位。

ACK字段的功能

ACK字段则包括DAS(数据到仲裁序列)、ACK插槽和ACK分隔符。其中,DAH、AH1、AH2、ACK槽和ACK分隔符位均为隐性,而AL1位则为显性。

image.png
CAN XL ACK字段

DAS同样具有双重作用: 它不仅能将比特率从XL数据比特率切换回标称比特率,还能在ADS中进行模式转换时,将CAN收发器模式从数据TX模式或数据RX模式转换回仲裁模式。DAS由DAH、AH1、AL1和AH2位组成,其中DAH是在标称比特时间之后的初始比特位,它以XL数据比特率表示XL数据阶段的结束。

从20世纪80年代的起源开始,CAN技术一直处于创新的前沿。CAN XL的应用范围已超出传统汽车和非汽车工程的可能性,提供了一系列超越传统界限的应用。了解CAN的历史,我们见证了CAN技术的演变和持续的技术创新。随着技术的发展,我们期待CAN XL进一步拓展CAN技术的应用范围,满足未来汽车行业的需求。

文章来源:本文内容基于Robert Nawrath在《CAN Newsletter 2024》中发表的文章。由虹科智能互联团队精心翻译并传播,旨在与业界同仁共享这一前沿技术成果。

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