CAN ФД

CAN FD (гибкая скорость передачи данных в сети контроллеров) — это протокол передачи данных, используемый для передачи данных датчиков и управляющей информации по 2-проводным соединениям между различными частями электронного оборудования и системы управления. Этот протокол используется в современных высокопроизводительных транспортных средствах.

CAN FD — это расширение исходного протокола шины CAN , указанного в ISO 11898-1. CAN FD — это второе поколение протокола CAN, разработанное Bosch. ^[1] Основная идея разогнать часть кадра и увеличить полезную нагрузку возникла еще в 1999 году. ^[2] Разработан в 2011 г. и выпущен в 2012 г. компанией Bosch , Канада. ^[3] был разработан для удовлетворения потребности в увеличении скорости передачи данных до 5 раз и увеличении размеров кадров/сообщений для использования в современных автомобильных электронных блоках управления .

Как и классический CAN, протокол CAN FD предназначен для надежной передачи и получения данных датчиков, команд управления и обнаружения ошибок данных между электронными сенсорными устройствами, контроллерами и микроконтроллерами . Хотя CAN FD был в первую очередь разработан для использования в высокопроизводительных ЭБУ транспортных средств, распространение классической CAN в различных отраслях будет ^{[ нужна ссылка ]} привело к включению этого улучшенного протокола передачи данных во множество других приложений, например, в электронные системы, используемые в робототехнике, обороне, промышленной автоматизации, подводных транспортных средствах, медицинском оборудовании, авионике, датчиках скважинного бурения и т. д.

CAN FD в сравнении с классическим CAN

Основное различие между классической CAN (сетью контроллеров) и CAN FD заключается в гибких данных (FD). Используя CAN FD, электронные блоки управления (ЭБУ) могут динамически переключаться между различными скоростями передачи данных и более длинными или короткими сообщениями. Более высокая скорость передачи данных и увеличение емкости данных приводят к нескольким эксплуатационным преимуществам системы по сравнению с классической CAN. Команды, выдаваемые исполняющим программным обеспечением ЭБУ, достигают выходного контроллера гораздо быстрее. CAN FD обычно используется в высокопроизводительных ЭБУ современных автомобилей. Современный автомобиль может иметь более 70 ЭБУ, которые используют CAN FD для обмена информацией по шине CAN при работающем двигателе или во время движения автомобиля.

В CAN-шине кадр является базовой единицей обмена сообщениями. Для классической шины CAN кадр состоит из 11-битного идентификатора и 8-байтовой полезной нагрузки сообщения. Для CAN FD кадр помечается 29-битным идентификатором и содержит 64-байтовую полезную нагрузку сообщения. Говорят, что кадры с 11-битными идентификаторами имеют базовый формат кадров FD (FDBF), а кадры с 29-битными идентификаторами называются расширенным форматом кадров FD (FEFF). Хотя в CAN FD возможна скорость передачи данных полезной нагрузки 5–8 Мбит/с, общая скорость передачи данных зависит от общей длины шинной сети и приемопередатчиков, используемых для генерации и обнаружения сигналов шины. Кроме того, скорость арбитражных данных ограничена 1 Мбит/с для обеспечения совместимости с классическими устройствами CAN. Спецификация протокола CAN FD обеспечивает улучшенное обнаружение ошибок. ^[4] в полученных сообщениях CAN и повышенная гибкость скорости передачи данных для учета различий в частоте опроса датчиков. Шина CAN состоит из общей пары проводов, к которым подключаются электронные датчики, блоки контроллеров и ЭБУ, и используется для обмена информацией между блоками, работающими периодически или по требованию. Общее количество подключенных устройств, длина проводов шины CAN и дополнительные электромагнитные факторы определяют максимально возможную скорость передачи данных для данной шины CAN. Все версии протокола CAN разработаны с надежным разрешением конфликтов, которое зависит от времени распространения сигнала, топологии сети и количества устройств на шине. Чтобы свести к минимуму конфликты сообщений и сократить дорогостоящее исправление ошибок, многие конфигурации шины CAN могут ограничивать скорость передачи данных значительно ниже теоретической максимальной скорости шины.

Нагрузка шины CAN-FD, которая была разработана с помощью уравнения «Де Андраде», основанного на уравнении Тинделя. ^[1]^[5]^[6]

β = τ/ω (1) (β = нагрузка на шину), (τ = время медленных битов плюс более быстрые биты), ω (время измерения в секундах). τ = Ц + Тф (2)

Протокол CAN-FD определяет пять различных механизмов обнаружения ошибок: два из них работают на уровне битов, а три других — на уровне сообщений. Они есть:

 - (1) Bit Monitoring, 
 - (2) Bit Stuffing, 
 - (3) Frame Check,
 - (4) Acknowledgement Check and 
 - (5) Cyclic Redundancy Check. There are two options of CRC which should be denoted as for CRC length of 17 (Data Length 0-16 bytes) or CRC length of 21 bits (Data Length 17–64) bytes.

Ts = ([(SOF+ID+r1+IDE+EDL+r0+BRS/2+CRCdel/2)* 1,2]+ACK+DEL+EOF+IFS)/t_x (3)

Tf = ([(D〗_f+BRS/2+ESI+DLC+CRCdel/2)*1,2]+〖CRC〗_17+5)/t_y (4)

где SOF (начало кадра) + ID (идентификатор) + r1 (зарезервированный бит 1) + IDE + EDL (расширенная длина данных) + r0 (зарезервированный бит 0) + BRS/2 (переключение скорости передачи данных) + CRCdel/2 (CRC разделитель)= 17 бит; 1,25 — коэффициент наихудшего случая вставки битов, ^[7] это означает, что расчет должен быть увеличен на 25%. Считается, что BRS и CRCdel разделены на 2, поскольку они находятся точно в сдвиге перехода скорости передачи данных. ACK (подтверждение) + DEL (разделитель) + EOF (конец кадра) + IFS (межкадровый интервал) = 12 бит без вставки битов. Размер полезной нагрузки CAN-FD может составлять от 0 до 8, 12, 16, 20, 24, 32, 48, 64 байта. t_X — полоса пропускания заголовка сообщения (до 1 Мбит/с).

Для данных < 16 байт

β = ( (SOF+ID+r1+IDE+EDL+r0+BRS/2+CRCdel/2 * 1,25)+ACK+DEL+EOF+IFS)/t_x + (〖[(D〗_f+BRS/2+ESI+DLC+CRCdel/2)*1,25]+〖CRC〗_17+5)/t_y)/ω (5)

Для данных >= 16 байт

β = ( (SOF+ID+r1+IDE+EDL+r0+BRS/2+CRCdel/2 * 1,25)+ACK+DEL+EOF+IFS)/t_x + (〖[(D〗_f+BRS/2+ESI+DLC+CRCdel/2 )*1,25]+〖CRC〗_21+6)/t_y )/ω (6)

CAN FD также уменьшил количество необнаруженных ошибок за счет повышения производительности алгоритма CRC . ^[8] Кроме того, CAN FD совместим с существующими сетями CAN 2.0, что позволяет новому протоколу функционировать в той же сети, что и классический CAN. ^[9] Скорость передачи данных CAN FD может достигать 8 Мбит/с при использовании подходящего приемопередатчика CAN SIC (возможность улучшения сигнала), что в 8 раз быстрее, чем классический CAN с фазой данных 1 Мбит/с.

Из-за более высокой скорости связи ограничения CAN FD более жесткие с точки зрения паразитной емкости линии. Таким образом, все компоненты линии имеют уменьшенный бюджет «емкости» по сравнению с обычной шиной CAN . Именно по этой причине поставщики полупроводников выпустили новые компоненты, одобренные автопроизводителями. Это одобрение отражает необходимость обеспечения совместимости между всеми системами CAN FD. Действительно, выбранные компоненты защиты от электростатического разряда совместимы со всеми трансиверами (CAN или CAN FD) и соответствуют стандарту ISO7637-3. ^[10]

Несмотря на более высокое напряжение запирания (37 В), устройства для грузовых автомобилей также должны соответствовать требованию низкой емкости (3,5 пФ). ^[11]

Разъемы CAN и CAN FD TP

CAN + CANFD-TP заголовок
		7 .. 4 (байт 0)	3 .. 0 (байт 0)	15 .. 8 (байт 1)	23..16 (байт 2)	(байт 3)	(байт 6)
Одиночный кадр (SF)	согласно CAN	0	размер (1..7)	Данные
Одиночный кадр (SF)	Специально для CAN-FD	0	0	размер (0..62)	Данные
Первый кадр (FF)	согласно CAN	1	размер (8..4095)		Данные
Первый кадр (FF)	Специально для CAN-FD	1	0	0	размер (4 байта ~ 4 ГБ)		Данные
Последовательный кадр (CF)	согласно CAN	2	индекс (0..15)	Данные
Кадр управления потоком (FC)	согласно CAN	3	Флаг ФК (0,1,2)	Размер блока	СТ	Неиспользованный

В приведенной выше таблице поясняется протокол передачи, определенный для CAN + CANFD на основе ISO 15765-2 (ISO-TP), используемый для отправки пакетов данных, длина которых превышает длину кадра CAN.

если первый байт равен 0x00, то это SF CAN-FD, а второй байт определяет размер данных.
если первый байт равен 0x01-0x07, то это обычный CAN SF, в котором этот байт указывает размер данных 1-7 байт.
если первые 2 байта равны 0x1000, то это CAN-FD FF, а следующие 4 байта определяют размер данных в первом порядке старших байтов. Это практически позволяет отправлять данные размером ~4 ГБ (прибл.) в CAN FD.
если первые 2 байта — 0x1008-0x1FFF, то это обычный CAN FF размером 0x008-0xFFF.

CAN-трансивер

CAN FD может использовать трансивер для классического CAN и CAN FD. Кроме того, имеется новый трансивер CAN SiC (возможность улучшения сигнала) со скоростью передачи данных от 5 до 8 Мбит/с. ^[12]

CAN FD в действии

В 2017 году прогнозировалось, что CAN FD будет использоваться в большинстве автомобилей к 2019–2020 годам. ^[13]

Сторонники CAN FD

В число компаний, стоящих за новым стандартом, входят STMicroelectronics , Infineon , ^[14] NXP , Texas Instruments , Квасер, Даймлер и GM .

CAN FD образует базовый уровень канала передачи данных в некоторых протоколах более высокого уровня, таких как CANopen, CANopen FD и J1939 , и поддерживается различными компаниями с помощью стеков протоколов.

CAN XL

CAN XL — это третья версия уровня канала передачи данных CAN после классического CAN и CAN FD. CAN FD совместим с CAN XL .

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б «CAN в автоматизации (CiA): CAN FD – основная идея» . www.can-cia.org . Проверено 25 января 2017 г.
^ Сина, Г.; Валенцано, А. (1999). «Разгон контроллерных сетей» . Электронные письма . 35 (22): 1923. Бибкод : 1999ElL....35.1923C . дои : 10.1049/эл:19991289 .
^ «Спецификация Bosch CAN FD, версия 1.0 (выпущена 17 апреля 2012 г.)» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 11 декабря 2015 г. Проверено 02 января 2019 г.
^ «CAN FD и проблема CRC» (PDF) .
^ де Андраде, Р.; Ходел, КНЦ; Хусто, Дж. Ф.; Лагана, AM; Сантос, ММ; Гу, З. (2018). «Аналитическая и экспериментальная оценка производительности шины CAN-FD» . Доступ IEEE . 6 : 21287–21295. Бибкод : 2018IEEA...621287D . дои : 10.1109/ACCESS.2018.2826522 . .
^ https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-06082015-111553/publico/Dissertacao_Ricardo_rev2_17.pdf ^{[ только URL-адрес PDF ]}
^ «can: length: добавить определения длины кадра в битах» .
^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 16 апреля 2019 г. Проверено 25 января 2017 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
^ «Высокоскоростная шина CAN FD приходит в автомобили, — говорит Microchip» . Еженедельник электроники . 26 октября 2015 г. Проверено 26 января 2017 г.
^ «Защита от электростатического разряда по CAN-шине для систем 12 В» . STMicroelectronics-ESDCAN03-2BWY .
^ «Защита от электростатического разряда по CAN-шине для систем 24 В» . STMicroelectronics-ESDCAN05-2BWY .
^ «Улучшение сигнала CAN» . www.nxp.xom . Архивировано из оригинала 04 августа 2020 г. Проверено 2 февраля 2022 г.
^ «CAN 2020: Будущее CAN-технологии» . www.can-cia.org . Проверено 26 января 2017 г.
^ Келлинг, Урсула (апрель 2014 г.). «Микроконтроллеры Infineon» (PDF) . Интернет-информационный бюллетень CAN . Проверено 2 июня 2019 г.

Внешние ссылки

[:0-1] Jump up to: ^а ^б «CAN в автоматизации (CiA): CAN FD – основная идея» . www.can-cia.org . Проверено 25 января 2017 г.

[2] Сина, Г.; Валенцано, А. (1999). «Разгон контроллерных сетей» . Электронные письма . 35 (22): 1923. Бибкод : 1999ElL....35.1923C . дои : 10.1049/эл:19991289 .

[CAN-FD_spec-3] «Спецификация Bosch CAN FD, версия 1.0 (выпущена 17 апреля 2012 г.)» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 11 декабря 2015 г. Проверено 02 января 2019 г.

[4] «CAN FD и проблема CRC» (PDF) .

[5] де Андраде, Р.; Ходел, КНЦ; Хусто, Дж. Ф.; Лагана, AM; Сантос, ММ; Гу, З. (2018). «Аналитическая и экспериментальная оценка производительности шины CAN-FD» . Доступ IEEE . 6 : 21287–21295. Бибкод : 2018IEEA...621287D . дои : 10.1109/ACCESS.2018.2826522 . .

[6] ttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-06082015-111553/publico/Dissertacao_Ricardo_rev2_17.pdf ^{[ только URL-адрес PDF ]}

[7] «can: length: добавить определения длины кадра в битах» .

[8] «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 16 апреля 2019 г. Проверено 25 января 2017 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )

[9] «Высокоскоростная шина CAN FD приходит в автомобили, — говорит Microchip» . Еженедельник электроники . 26 октября 2015 г. Проверено 26 января 2017 г.

[10] «Защита от электростатического разряда по CAN-шине для систем 12 В» . STMicroelectronics-ESDCAN03-2BWY .

[11] «Защита от электростатического разряда по CAN-шине для систем 24 В» . STMicroelectronics-ESDCAN05-2BWY .

[12] «Улучшение сигнала CAN» . www.nxp.xom . Архивировано из оригинала 04 августа 2020 г. Проверено 2 февраля 2022 г.

[13] «CAN 2020: Будущее CAN-технологии» . www.can-cia.org . Проверено 26 января 2017 г.

[14] Келлинг, Урсула (апрель 2014 г.). «Микроконтроллеры Infineon» (PDF) . Интернет-информационный бюллетень CAN . Проверено 2 июня 2019 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]