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一、什么是CAN FD

CANFD（CAN Flexible Data-Rate）是CAN通信協(xié)議的一種變種，它支持高速數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)保持低成本、簡(jiǎn)單的特性。CANFD使用高速位速率傳輸數(shù)據(jù)，允許更高的數(shù)據(jù)吞吐量，并且通常與現(xiàn)有的CAN硬件兼容。

在CANFD網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)可以以不同的位速率（Flexible Data-Rate, FDR）同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。FDR可以是5Kbps到1Mbps之間的任何值，并且可以在通信過(guò)程中動(dòng)態(tài)改變。

在《 通信總線協(xié)議之CAN總線協(xié)議詳解 》中介紹了CAN 2.0 A/B總線協(xié)議，但是隨著總線技術(shù)在汽車電子領(lǐng)域越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，特別是自動(dòng)駕駛技術(shù)的迅速發(fā)展，汽車電子對(duì)總線寬度和數(shù)據(jù)傳輸速率的要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)CAN（1MBit/s，8Bytes Payload）已難以滿足日益增加的需求。

因此，一種能夠與CAN 2.0 A/B兼容，但通信速率更高，有效載荷更高的CAN總線 ：CAN-FD總線協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生，在2012年，Bosch發(fā)布了新的CAN FD標(biāo)準(zhǔn) (CAN with Flexible Data Rate)

CAN FD繼承了CAN的絕大多數(shù)特性，如同樣的物理層，雙線串行通信協(xié)議，基于非破壞性仲裁技術(shù)，分布式實(shí)時(shí)控制，可靠的錯(cuò)誤處理和檢測(cè)機(jī)制等，同時(shí)CAN FD彌補(bǔ)了CAN在總線帶寬和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度方面的不足。

二、 CAN FD的特點(diǎn)

CAN FD傳輸速率是可變的：從控制場(chǎng)中的BRS位到ACK場(chǎng)之前（含CRC分界符）為可變速率，最高速率可達(dá)到8Mbps

CAN FD數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不同：CAN FD每個(gè)數(shù)據(jù)幀最多支持64個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，而傳統(tǒng)CAN最多支持8個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，這減少了協(xié)議開銷，并提高了協(xié)議效率。

CAN FD幀格式不同：CanFD新增了FDF、BRS、ESI位

FDF 位（Flexible Data Rate Format）：原 CAN 數(shù)據(jù)幀中的保留位 r，用來(lái)區(qū)別是 CAN 報(bào)文還是 CAN-FD 報(bào)文，F(xiàn)DF 位常為隱性 1，表示 CAN FD 報(bào)文；

BRS 位（ Bit Rate Switch）：表示位速率轉(zhuǎn)換，當(dāng) BRS 為顯性位 0時(shí)，數(shù)據(jù)段的位速率與仲裁段的位速率一致（恒定速率），當(dāng) BRS 為隱性位 1時(shí)速率可變（即 BSR 到 CRC 使用轉(zhuǎn)換速率傳輸）；

ESI 位（Error State Indicator）：發(fā)送節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤狀態(tài)指示，主動(dòng)錯(cuò)誤時(shí)發(fā)送顯性位 0 ，被動(dòng)錯(cuò)誤時(shí)發(fā)送隱性位 1 。

三. CAN-FD總線協(xié)議

1、CAN FD節(jié)點(diǎn)可以正常收、發(fā)CAN報(bào)文，但CAN節(jié)點(diǎn)不能正確收、發(fā)CAN FD報(bào)文，因?yàn)槠鋷�格式不一致�?/p>

與CAN一樣，CAN FD一共具有：幀起始，仲裁段，控制段，數(shù)據(jù)段，CRC段，ACK段和幀結(jié)束，7部分組成。

2、 幀起始

CAN FD與CAN使用相同的SOF標(biāo)志位來(lái)標(biāo)志報(bào)文的起始幀起始由1個(gè)顯性位構(gòu)成，標(biāo)志著報(bào)文的開始，并在總線上起著同步的作用。

3、 仲裁段

與傳統(tǒng)CAN相比，CAN FD取消了遠(yuǎn)程幀，用RRS位替換了RTR位，為常顯性；

RTR(Remote Transmission Request Bit)：遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位，RTR位在數(shù)據(jù)幀里必須是顯性，而在遠(yuǎn)程幀里為隱性

RRS(Remote Request Substitution)：遠(yuǎn)程請(qǐng)求替換位，即傳統(tǒng)CAN中的RTR位，CAN FD中為常顯性

IDE位仍為標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀標(biāo)志位，若標(biāo)準(zhǔn)幀與擴(kuò)展幀具有相同的前 11 位 ID，那么標(biāo)準(zhǔn)幀將會(huì)由于 IDE 位為 0，優(yōu)先獲得總線；

4、 控制段

控制段中CANFD與CAN有著相同的IDE，res，DLC位；同時(shí)增加了三個(gè)控制bit位，F(xiàn)DF、BRS、ESI；

FDF(Flexible Data Rate Format)：原CAN數(shù)據(jù)幀中的保留位r，F(xiàn)DF常為隱性，表示CAN FD 報(bào)文；

BRS(Bit Rate Switch)：位速率轉(zhuǎn)換開關(guān)，當(dāng)BRS為顯性位時(shí)數(shù)據(jù)段的位速率與仲裁段的位速率一致，當(dāng)BRS為隱性位時(shí)數(shù)據(jù)段的位速率高于仲裁段的位速率；

ESI(Error State Indicator)：錯(cuò)誤狀態(tài)指示，主動(dòng)錯(cuò)誤時(shí)發(fā)送顯性位，被動(dòng)錯(cuò)誤時(shí)發(fā)送隱性位；

DLC同樣是4bit表示數(shù)據(jù)段的長(zhǎng)度，對(duì)應(yīng)的關(guān)系如下：

5、 數(shù)據(jù)段

數(shù)據(jù)段即為傳輸?shù)木唧w數(shù)據(jù)內(nèi)容

CAN FD不僅能支持傳統(tǒng)的0-8字節(jié)報(bào)文，同時(shí)可以支持12, 16, 20, 24, 32, 48, 64字節(jié)

6、 CRC段

為了避免位填充對(duì)CRC的影響，CAN FD在CRC場(chǎng)中增加了stuff count記錄填充位的個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)8的模，并用格雷碼表示，還增加了奇偶校驗(yàn)位；且在CRC中加入了填充位FSB（fixed stuff-bit)

Stuff Count由以下兩個(gè)元素組成：

格雷碼計(jì)算：CRC區(qū)域之前的填充位數(shù)除以8，得到的余數(shù)（Stuff bit count modulo 8）進(jìn)行格雷碼計(jì)算得到的值（Bit 0-2）

奇偶校驗(yàn)(parity)：通過(guò)格雷碼計(jì)算后的值的奇偶校驗(yàn)（偶校驗(yàn)）

CAN FD對(duì)CRC算法進(jìn)行了改進(jìn)，CRC對(duì)填充位也加入了計(jì)算；在校驗(yàn)部分為避免有連續(xù)位超過(guò)6個(gè)，就確定在第一位以及以后每4位添加一個(gè)填充位加以分割，這個(gè)填充位的值是上一位的反碼，作為格式檢查，如果填充位不是上一位的反碼，就作出錯(cuò)處理。

CAN的CRC的位數(shù)是15位，而在CAN FD中，CRC場(chǎng)擴(kuò)展到了21位，如下：

當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)為0~8字節(jié)時(shí)：CRC 15位

當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)為9~16字節(jié)時(shí)：CRC 17位

當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)為17~64個(gè)字節(jié)時(shí)：CRC 21位

7、 ACK段

與CAN相比，在CAN FD中最多可接受2個(gè)位時(shí)間有效的ACK，允許1個(gè)額外的位時(shí)間來(lái)補(bǔ)償收發(fā)器相移和傳播延遲

由從高速的數(shù)據(jù)場(chǎng)到慢速的仲裁場(chǎng)時(shí)，時(shí)鐘切換會(huì)引起收發(fā)器相移和總線傳播延遲；為了補(bǔ)償其相移和延遲，相比傳統(tǒng)的CAN，在CAN FD中多加了這額外的1位時(shí)間

在ACK之后，發(fā)送ACK界定符，這是一個(gè)表示ACK結(jié)束的分隔符，用1位隱性位表示

8、 幀結(jié)束

與CAN一樣，CAN FD的幀結(jié)尾也為連續(xù)7位的隱性位

四. 如何從傳統(tǒng)的CAN升級(jí)到CAN FD

盡管 CANFD 繼承了絕大部分傳統(tǒng) CAN 的特性，但是從傳統(tǒng) CAN 到 CANFD 的升級(jí)， 仍需要做很多的工作，主要包括:

在硬件和工具方面，要使用 CANFD，首先要選取支持 CANFD 的 CAN 控制器和收發(fā)器，還要選取新的網(wǎng)絡(luò)調(diào)試和監(jiān)測(cè)工具;

在網(wǎng)絡(luò)兼容性方面，對(duì)于傳統(tǒng) CAN 網(wǎng)段的部分節(jié)點(diǎn)需要升級(jí)到 CANFD 的情況要特別注意，由于幀格式不一致的原因，CANFD 節(jié)點(diǎn)可以正常收發(fā)傳統(tǒng) CAN 節(jié)點(diǎn)報(bào)文，但是傳統(tǒng) CAN 節(jié)點(diǎn)不能正常收發(fā) CANFD 節(jié)點(diǎn)的報(bào)文；

五、CANFD與CAN的主要區(qū)別

六、CANFD的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

更高的數(shù)據(jù)傳輸速率：滿足現(xiàn)代汽車電子系統(tǒng)對(duì)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?/p>

更大的數(shù)據(jù)負(fù)載能力：支持單個(gè)數(shù)據(jù)幀內(nèi)傳輸更多數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)分拆傳輸?shù)男枨蟆?/p>

保持實(shí)時(shí)性和可靠性：繼承了CAN協(xié)議的實(shí)時(shí)性和可靠性優(yōu)勢(shì)。

七、未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

隨著汽車電子系統(tǒng)的不斷發(fā)展，CANFD協(xié)議將在未來(lái)繼續(xù)發(fā)揮重要作用。同時(shí)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，可能還會(huì)出現(xiàn)更加先進(jìn)的通信協(xié)議來(lái)滿足更高的數(shù)據(jù)傳輸需求。然而，CANFD協(xié)議作為當(dāng)前汽車電子系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的通信協(xié)議之一，其地位在短期內(nèi)難以被替代。