CAN FD 如何使非汽车应用受益

由于汽车领域对带宽的更高要求，CAN（控制器局域网）规范被扩展为灵活的数据速率，新的迭代称为 CAN FD。

CAN 具有成本、灵活性和鲁棒性等优势，所有这些优势都对许多领域的非汽车应用非常有利。CAN FD 扩展的市场机会更加广阔。本文介绍了 CAN 和 CAN FD 的基础知识，以及使用不同物理层或更高层协议的不同应用实现，CAN 作为数据链路层。

首先，让我们谈谈 CAN 相对于 RS232 或 RS485 等标准串行通信的优势。由于 CAN 具有更高的通信速度和错误检测功能，因此它具有出色的鲁棒性和更低的成本。

成本和灵活性

汽车行业最重要的驱动力是减少汽车中的布线数量。由于采用双绞线布线，布线相对容易，而且重量较轻，价格也不贵。终端电阻器对于高速运行 CAN 和 CAN FD 是必需的。灵活性是一个很大的优势，因为使用更多节点扩展系统非常容易。

点击查看完整大小的图片

错误检测和鲁棒性

CAN 和 CAN FD 包含非常可靠的错误检查机制。比特填充和监控在第一层工作，而帧检查、确认和循环冗余校验在 OSI 模型的第二层工作。

位填充在五个连续的高位或低位之后添加一个交替位。具有相同级别的六个连续位表示错误。位监控会读回发送的每条消息。如果存在差异（仲裁或确认字段除外），则检测到错误。一个很大的优势是可以非常及时地检测到错误。

由于数据长度不同，CAN 和 CAN FD 上的循环冗余检查实现方式不同。帧错误（有时也称为格式或格式错误）使用在接收方必须相同的预定义值。每条消息都需要被确认。这三个错误检查机制在消息级别上运行良好。

总之，CAN 和 CAN FD 通过多种不同的错误检查非常稳健可靠。在消息传输过程中不会丢失任何数据，并且可以防止消息冲突。每个节点在发送之前等待一段时间的不活动。情况二，同时发送消息，发送方检测哪个消息的优先级较高，并禁用较低优先级的消息。与两种消息都停止并稍后发送的以太网相比，在 CAN 上具有最高优先级的消息通过。

高速和低延迟

CAN 支持高达 1Mbps 的数据速率。借助 CAN FD，可以根据 CAN FD 控制器的最大时钟来提高控制和数据区域的数据速率。仲裁阶段的速率保持在最大 1Mbps。

CAN 的延迟小于 145us，而具有 8Msps 和 8Byte 数据的 CAN FD 小于 58us。

点击查看完整大小的图片

短数据帧在延迟方面具有优势。整个包的传输和解码速度更快，因此反应时间也更快。随着 CAN FD 上更高的传输速率，这种影响甚至更大。与为大数据量设计的 TCP/IP 通信相比，包较大，因此延迟增加。这意味着 CAN FD（取决于数据量）与 10 或 100Mbit 的 TCP/IP 通信相比可能具有更短的反应时间，并显示出更好的总实时性能。

点击查看完整大小的图片

限制

关于节点的数量，理论上没有限制，因为每条消息都可以发送到不同的节点。在实践中，每个节点都会在总线上引起信号反射，传输质量取决于 CAN 收发器和物理层的实现。

这也是长距离限制速度的原因。通常值在 CAN 上最多为 25 个节点，在 CAN FD 上最多为 8 个节点。

汽车以外的应用示例

为什么在汽车应用之外使用 CAN FD？由于上述的巨大优势。CAN 和 CAN FD 广泛应用于各个行业，包括：

楼宇自动化

电梯和升降机

门禁控制、灯光控制和安全开门器

空调

汽车售后市场

车队跟踪、车辆跟踪

记录预测性维护、远程信息处理、保险和黑盒

医疗保健设备

工业的

工业驱动

内阁

消费者

游戏机

机器人技术

在主机和链式执行器之间

具有两个 CAN FD 控制器单元以及 TrustZone 和安全性的 MCU 的一个很好的用例是楼宇自动化中的控制单元，将安全部分与非安全部分分开。一个 CAN FD 控制器可用于安全侧，以控制关键组件，例如开门器、滑动门和 ID 卡读卡器。第二个 CAN FD 可用于楼宇自动化中的非关键控制部件，例如灯开关按钮、灯泡和建筑物内的门。

点击查看完整大小的图片

双 CAN FD 单元的另一个用例是网关功能，例如在大型楼宇自动化系统、大型机柜和通信扩展模块中。具有集成 CAN FD 控制器（如执行器、传感器和控制）的 MCU 有许多不同的用例。

CAN FD 非常适用于需要高安全性和可靠性的应用，例如机器人、升降机和运输系统，以及医疗和保健系统。汽车应用所需的可靠性要求在这些用例中也非常有益。

审核编辑 黄昊宇