博世受邀参与虹科CAN XL国际研讨会

CAN XL是CAN通信协议的第三代技术，凭借其低成本、高传输速率、强鲁棒性以及易于升级的优势，成为车载通信网络的重要推动力量。该协议能够有效满足未来智能网联汽车对大数据传输和高效通信的需求，不仅在电动车和自动驾驶系统中展现了广阔的应用前景，还通过兼容性设计，为现有CAN网络的平滑升级提供了可行路径，因而备受业内关注。

Mutter Arthur

博世首席半导体IP技术专家

2024年11月，博世半导体首席IP技术专家Mutter Arthur参与了虹科CAN XL国际研讨会，深度剖析了CAN XL在E/E架构中的关键作用。Dr.Mutter指出，CAN XL与CAN FD的相互兼容性能够构建混合网络，同时与以太网等高层协议栈实现深度融合，这些特性极大地扩展了CAN XL的应用范围。特别是在复杂场景下，CAN XL的时间同步、帧切片以及CANSec等新功能，为未来的电子电气架构发展提供了强有力的支持。

本文梳理了Dr. Mutter针对行业内对CAN XL最关注话题所分享的洞见。

Q1: CAN XL的寻址和仲裁是分开的吗?原因是什么?

Dr. Mutter：在标准化过程中发现，之前使用CAN FD 29 位标识符或 11 位标识符存在一定的局限性。因为人们会将多种不同信息(如优先级、源地址、目的地址及其他附加信息)都放入这一个字段，导致该字段变得复杂且缺乏统一标准，容易造成混乱和不兼容性。

为了提高系统的灵活性，适应可能变化的区域架构。通过将寻址和仲裁相关信息分开设置字段，例如设置单独的帧优先级字段(即标识符)用于仲裁，而其他信息(如虚拟 CAN 网络标识符、SDU 类型和目标字段等)放在数据阶段以短位形式发送，这样在架构变化时，可以方便地更改地址、优先级或虚拟 CAN 网络 ID 等，而不会破坏整个系统的运行。

这种分开设置的方式使得系统在不同应用场景和需求变化下更具适应性和可扩展性，能够更好地满足现代复杂的通信需求，提高系统的整体性能和稳定性。同时，如果用户不需要这种灵活性，也可以继续使用旧的将所有信息都放在标识符中的方式。

Q2: 是否存在一个清晰的使用CAN XL传输的场景?例如，我们通常使用以太网来传输视频。

Dr. Mutter：在视频传输领域，经常选择使用以太网。但实际上，完全可以同时采用以太网和CAN XL技术。选择哪种技术，需要根据成本以及其他因素来决定哪种更适合特定的应用场景。 带 FD 或 SIC 收发器的 CAN XL 与 CAN FD 的价格持平，但功能更多。

Q3：CAN总线技术深不可测，当前CAN XL是这种通讯技术的极限了吗?

Dr. Mutter：当前技术状态判断：从目前的技术状况来看，CAN XL在物理层和协议方面已经具备现代协议所需的要素。例如，在物理层方面，CAN XL在总线拓扑结构方面已经达到一定的技术水准，其脉冲特性(如49秒脉冲，相当于25 Mbits)在当前的技术架构下具有一定的优势。

未来发展意向：短期内没有进一步发展的意向。从技术发展趋势分析，更高速度(如100 Mbits及以上)的需求需要采用点对点的解决方案，这与CAN XL的总线拓扑结构完全不同，意味着要实现更高速度需要进行重大的技术变革，成本也会显著增加。目前在汽车领域，1000 Mbits技术正在兴起，但100 Mbits技术与CAN XL相比，在物理层概念(如点对点、全双工等)和成本等方面存在很大差异。至少在当前，CAN XL被认为是一个比较完善的技术方案，能够满足当前大多数场景的需求。未来如果有新的需求出现，技术可能会有所演进，但从目前的技术现状和发展趋势判断，短期内没有计划开发超越CAN XL的新技术。

Q4：CAN XL是否与CAN FD和经典CAN兼容?

Dr. Mutter：是的，当收发器兼容时，CAN HS、FD和SIC是兼容的。

Q5：关于数据字段，CAN CC和CAN FD中数据可以为“零”，但在CAN XL中，最小数量是“1”，为什么?

Dr. Mutter：不需要零数据字节。为了避免为数据字段长度(DLC)增加额外的位，DLC设置为11位，其中DLC=0表示1字节，DLC=2047表示2048字节。

Q6：地址字段(AF)的主要功能是什么?

Dr. Mutter：AF用于寻址。它可以包含CAN FD中使用的29位标识符，也可以包含源地址和目标地址。AF的使用是可选的。

Q7：数据字段中的位填充是否用于修复?其机制是什么?

Dr. Mutter：CAN XL在数据字段中使用固定的填充位。这意味着每10个用户位后会添加一个填充位。

Q8：如何避免由于CAN XL数据传输电压降低而导致CAN FD节点误认为总线处于空闲状态?

Dr. Mutter：CAN XL和CAN FD在使用SIC和FD收发器时最多兼容至8 Mbit/s。这些收发器使用相同的电压水平。若需支持超过8 Mbit/s的互操作性，需要NXP的特殊解决方案来屏蔽FD节点，防止其干扰XL通信。

Q9：CAN SIC和CAN XL的AF限制为667 kbps，但市场上许多应用在AF中使用1 Mbps，这该如何理解?

Dr. Mutter：

FD收发器可以在仲裁阶段使用1 Mbit/s。

SIC收发器在仲裁阶段限制约为700 kbit/s。

若仅使用有限的标识符集合(约25%)，SIC收发器可以支持仲裁阶段的1 Mbit/s。

CiA 612-3解释了这些限制(文档尚未发布)。

Q10：以太网直通是否意味着CAN XL的有效负载直接转换为以太网消息，而无需将多个帧打包?

Dr. Mutter：是的，完整的以太网MAC帧被复制到CAN XL数据字段中并通过CAN总线传输。接收方只需移除CAN XL头部即可提取以太网MAC帧。

Q11：如果CAN FD忽略CAN XL，而CAN XL以5 Mbps的比特率工作，CAN FD以2 Mbps的比特率工作，如何处理CAN FD节点的位错误?

Dr. Mutter：如果CAN总线上发生位错误，CAN FD节点可能无法识别传输中的CAN帧。无需担心，因为CAN FD节点会发送错误帧并破坏CAN XL帧。这是正常行为，当帧的许多位之一发生错误时就会这样。

Q12：从CAN FD升级到CAN XL时，线束是否有特殊要求?可以直接使用原来的CAN FD/CAN线束吗?

Dr. Mutter：

线束(电缆)的要求取决于使用的收发器：

对于CAN HS、FD、SIC收发器，需要阻抗为120欧姆的电缆。

对于CAN SIC XL收发器，阻抗为100欧姆的电缆最佳(但120欧姆电缆也可用)。

博世研发的CAN通信技术是国际应用最为广泛的总线技术之一，已引领车载网络通信领域三十余载。作为半导体IP技术的先驱之一，博世将继续助力汽车电子网络的发展，满足未来智能网联汽车对高速数据传输和可靠性更高的需求，为行业提供更加高效、安全和经济的解决方案。

来源：虹科智能互联汽车电子