在汽車工業(yè)快速發(fā)展的背景下，通信協(xié)議的創(chuàng)新成為推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵因素之一。近年來(lái)，CAN FD（Flexible Data-rate CAN，即可變數(shù)據(jù)速率CAN）協(xié)議的推出，標(biāo)志著傳統(tǒng)CAN總線技術(shù)的一次重要升級(jí)。這一升級(jí)并非全面革新，而是在保持物理層不變的基礎(chǔ)上，對(duì)通信協(xié)議進(jìn)行了優(yōu)化，旨在提升總線性能，同時(shí)確保與現(xiàn)有系統(tǒng)的兼容性。
隨著汽車電子系統(tǒng)的日益復(fù)雜化，數(shù)據(jù)交互量顯著增長(zhǎng)，傳統(tǒng)CAN 2.0總線逐漸暴露出負(fù)載過(guò)重的問(wèn)題，部分場(chǎng)景下的負(fù)載率甚至逼近極限。傳統(tǒng)CAN總線還面臨傳輸速率受限、幀開(kāi)銷大、數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度不足以及延遲較高等挑戰(zhàn)。相比之下，其他通信協(xié)議如UDP和FlexRay在數(shù)據(jù)開(kāi)銷方面表現(xiàn)更為出色，這促使汽車行業(yè)開(kāi)始尋求更高效的數(shù)據(jù)傳輸方案。
CAN FD的研發(fā)始于2011年，并于2015年正式被納入ISO 11898-1標(biāo)準(zhǔn)，與經(jīng)典CAN協(xié)議并存。CAN FD協(xié)議的核心改進(jìn)在于數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度的擴(kuò)展以及支持更高的傳輸速率。具體而言，數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度從傳統(tǒng)的8字節(jié)增加至64字節(jié)，最大傳輸速率提升至8 Mbit/s。這些改進(jìn)不僅大幅提升了通信效率，還顯著降低了總線負(fù)載，使CAN FD更加適應(yīng)現(xiàn)代汽車電子系統(tǒng)對(duì)高速、大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?/p>
從幀結(jié)構(gòu)上看，CAN FD沿用了經(jīng)典CAN幀的基本框架，但在控制字段和數(shù)據(jù)字段上進(jìn)行了顯著擴(kuò)展。幀起始位和仲裁字段保持不變，用于標(biāo)識(shí)幀的開(kāi)始和進(jìn)行總線仲裁。控制字段中新增了EDL位以區(qū)分CAN FD和傳統(tǒng)CAN報(bào)文，BRS位的引入使得數(shù)據(jù)段和CRC字段可以在仲裁階段之后切換至更高速率進(jìn)行傳輸。同時(shí)，ESI位用于表征發(fā)送節(jié)點(diǎn)的錯(cuò)誤狀態(tài)，增強(qiáng)系統(tǒng)的容錯(cuò)能力。
數(shù)據(jù)段是CAN FD提升性能的關(guān)鍵所在。通過(guò)擴(kuò)展數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度，CAN FD顯著提升了單幀的有效載荷，從而減少了數(shù)據(jù)傳輸所需的幀數(shù)。同時(shí)，CRC校驗(yàn)字段也相應(yīng)增強(qiáng)，根據(jù)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度使用17位或21位CRC，以確保數(shù)據(jù)的完整性。幀末部分的ACK、EOF以及IFS則保持不變，確保了CAN FD與傳統(tǒng)CAN的兼容性。
值得注意的是，CAN FD最早由博世公司提出，并稱為Bosch CAN FD。該版本在數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和傳輸速率方面進(jìn)行了顯著提升，但使用的是17位CRC校驗(yàn)碼，并未支持位時(shí)間重同步。然而，隨著實(shí)際應(yīng)用中通信速率和負(fù)載的不斷提升，Bosch版本在數(shù)據(jù)可靠性方面逐漸顯露出局限性。因此，ISO組織在2015年發(fā)布了正式標(biāo)準(zhǔn)ISO 11898-1:2015，即現(xiàn)在所稱的標(biāo)準(zhǔn)CAN FD。標(biāo)準(zhǔn)CAN FD在保留Bosch版本主要特性的基礎(chǔ)上，引入了更強(qiáng)的21位CRC校驗(yàn)機(jī)制，并對(duì)幀格式進(jìn)行了微調(diào)，從而增強(qiáng)了抗干擾能力和數(shù)據(jù)可靠性。
盡管Bosch CAN FD在早期實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出色，但現(xiàn)階段已逐漸被ISO標(biāo)準(zhǔn)CAN FD替代。兩者在物理層保持兼容，但在幀結(jié)構(gòu)、校驗(yàn)算法和協(xié)議容錯(cuò)機(jī)制上存在差異。因此，標(biāo)準(zhǔn)CAN FD節(jié)點(diǎn)在通用性和可靠性方面更具優(yōu)勢(shì)，成為現(xiàn)代汽車電子系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x方案。
