虹科干货 三代CAN技术演进：从CAN CC到CAN XL的创新路径（上篇）

欢迎关注虹科，为您提供最新资讯！

#CAN #CAN XL

导读

本文将全面剖析CAN（Controller Area Network）技术的发展历程，从其起源到经典CAN（CAN CC）技术的广泛应用，再到其后续的重要迭代——CAN FD（灵活数据速率）技术的突破性进展，直至最新技术CAN XL的惊艳亮相，深入探讨CAN技术如何在汽车和工业通信领域中持续演进与革新。

01CAN技术起源 经典CAN（CAN CC）

CAN技术的出现，源于对实时控制和可靠数据传输技术的深切需求。CAN技术于1986年的汽车工程师协会（SAE）会议上正式发布。随后，博世公司在1991年发布了首个CAN协议规范，标志着CAN技术正式步入规范化、标准化的轨道。

技术规格与性能

经典CAN（CAN CC）的最大有效负载为8字节，支持高达1Mbit/s的比特率，满足了当时汽车和工业控制领域的实时通信需求。CAN CC采用了一种非破坏性仲裁的载波侦听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）串行通信协议，确保了数据/远程帧冲突的避免，同时不会造成任何时间损失。此外，CAN CC还具备强大的错误检测和处理机制，对电磁干扰具有较强的抗干扰能力，能够自动重传失败帧，确保系统范围内的数据一致性。

帧结构与通信协议

CAN CC的帧结构也是其成功的重要因素之一。它支持两种数据帧格式：基本帧格式（CBFF）和扩展帧格式（CEFF）。这两种格式的主要区别在于CAN标识符的长度，CBFF支持11位的CAN标识符，而CEFF则支持29位的CAN标识符。这种设计使得CAN CC能够灵活地应用于不同的网络和通信场景。

AUI状态与仲裁机制

在物理层方面，CAN CC的附加单元接口（AUI）提供了“显性”和“隐性”两种可能的状态，这些状态通常对应于逻辑上的“0”和“1”。网络逻辑采用了一种“线与”机制，其中显性位（0）能够覆盖隐性位（1），这一机制在仲裁过程中发挥着至关重要的作用。

CAN CC数据帧由帧起始（SOF）、仲裁段、控制字段、数据字段、CRC字段、ACK字段和帧结束（EOF）等部分组成。其中，仲裁段包含标识符和RTR（远程传输请求）位；控制字段包含DLC（数据长度代码），它决定了帧中发送的数据字节数；数据字段是帧的实际数据有效负载；CRC字段包括CRC序列和CRC定界符，用于确保数据完整性；ACK字段由ACK时隙和分隔符组成，用于确认帧的正确接收。

错误处理与同步

在错误处理与同步方面，CAN CC使用活动错误标志和被动错误标志来处理错误。这些错误标志会增加内部错误计数器，可能导致有缺陷的节点进入错误被动状态，最终进入总线关闭状态。为了保持数据的完整性，CAN CC还采用了位填充机制，在五个相同值的连续位之后，发送器会插入一个相反值的位。

02CAN技术迭代 | CAN FD的出现

CAN技术的进步带来了CAN FD（CAN with Flexible Data-Rate），这是对经典CAN（CAN CC）的重要扩展。CAN FD支持的比特率可达8 Mbit/s，并且能够处理高达64字节的有效负载，同时保持与CAN CC帧的完全向后兼容性。这种新格式通过FDF（灵活的数据格式）位来区分，这是在CAN CC中保留的位。

基本帧格式

CAN FD的基本帧格式在顺序和数量上与CAN CC保持一致，但对某些字段的长度进行了调整以适应新特性和增强。这些改进包括：

■ 比特率切换（BRS）位：允许在帧内切换到更高的比特率，使CAN FD能够在同一个帧内传输更多数据，避免网络因大数据包而超载。

■ 错误状态指示（ESI）位：指示发送方是处于主动错误节点还是被动错误节点，改善错误管理。

■ 扩展数据长度代码（DLC）：DLC编码的值扩展，以表示更长的数据有效负载，提高数据传输效率。

■ CRC多项式调整：确保不同有效负载大小下的数据完整性，包括17位CRC和21位CRC的应用。

CAN FD帧结构的其余部分与CAN CC相似，允许CAN FD设备连接到相同的物理网络，并使用相同的收发器、连接器和电缆。值得注意的是，CAN FD不支持远程帧。

应用与优势

CAN FD的应用范围广泛，特别是在汽车行业，它已经成为许多高级驾驶辅助系统（ADAS）和车联网（V2X）通信的首选技术。CAN FD的优势在于其高速率和大数据量的传输能力，这使得它能够满足现代汽车对于复杂控制和诊断数据的需求。

此外，CAN FD还提供了与现有CAN CC网络的兼容性，这使得在升级和扩展现有系统时更加灵活和方便。

综上所述，CAN FD作为CAN技术的一个重要迭代，其高速率和大数据量的传输能力为现代汽车和其他需要高效数据传输的应用场景提供了有力的支持。

从CAN CC到CAN FD，CAN技术经历了从诞生到不断迭代的历程。每一次技术的革新，都推动了CAN技术在各个领域的应用和发展。在本文下篇中，我们将继续探讨CAN技术的最新进展——CAN XL，以及它如何进一步拓展CAN技术的应用范围。敬请期待！

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。

审核编辑 黄宇