CAN FD - Википедия - CAN FD

CAN FD (Гибкая скорость передачи данных сети контроллеров) протокол передачи данных обычно используется для передачи данных датчиков и управляющей информации по 2-проводным соединениям между различными частями электронного оборудования. приборы и система управления. Этот протокол используется в современных высокопроизводительных транспортных средствах. CAN FD является расширением оригинального CAN-шина протокол, указанный в ISO 11898-1.[1] Разработан в 2011 году и выпущен в 2012 году компанией Bosch, CAN FD[2] был разработан для удовлетворения потребности в увеличении скорости передачи данных до 5 раз и с увеличенными размерами кадров / сообщений для использования в современной автомобильной промышленности. Электронные блоки управления (ЭБУ) с. Как и в классической CAN, протокол CAN FD предназначен для надежной передачи и приема данных датчиков, команд управления и обнаружения ошибок данных между электронными датчиками, контроллерами и микроконтроллеры. Хотя CAN FD в первую очередь был разработан для использования в высокопроизводительных ЭБУ транспортных средств (электронные блоки управления), широкое распространение классической CAN в различных отраслях промышленности приведет к включению этого улучшенного протокола передачи данных во множество других приложений, таких как в электронных системах, используемых в робототехнике, обороне, промышленной автоматизации, подводных транспортных средствах, медицинском оборудовании, авионике, датчиках скважинного бурения и т. д.

CAN FD против классической CAN

Основное различие между классической CAN (Controller Area Network) и CAN FD - это гибкие данные (FD). Используя CAN FD, электронные блоки управления (ЭБУ) могут динамически переключаться на другую скорость передачи данных и с большими или меньшими размерами сообщений. Расширенные функции CAN FD включают возможность динамического выбора и переключения на более высокую или более медленную скорость передачи данных по мере необходимости, а также для упаковки большего количества данных в одном кадре / сообщении CAN и передачи их по CAN-шине / сети за меньшее время. Более высокая скорость передачи данных и большее увеличение емкости данных дает несколько операционных преимуществ системы по сравнению с классической CAN. Используя CAN FD, данные датчиков и управления могут быть отправлены и получены программным обеспечением ECU (Electronic Control Unit) намного быстрее. Команды, выдаваемые исполняющимся программным обеспечением ЭБУ, достигают контроллера вывода намного быстрее. CAN FD обычно используется в высокопроизводительных ЭБУ современных автомобилей. В современном автомобиле может быть более 70 ЭБУ, которые используют CAN FD для обмена информацией по шине CAN, когда двигатель работает или когда автомобиль движется.

В CAN FD для идентификатора кадра / сообщения используется 29-битный формат, используемый в версии расширенного идентификатора классической CAN (стандартный идентификатор имеет длину 11 бит). Размер полезной нагрузки сообщения был увеличен до 64 байтов данных в каждом CAN-кадре / сообщении, по сравнению с 8 байтами в классическом CAN-кадре. CAN FD также может обрабатывать кадры / сообщения CAN с 11-битным идентификатором. Кадр - это сообщение, передаваемое как последовательность двоичного битового шаблона. В CAN FD скорость передачи данных (т. Е. Количество битов, передаваемых в секунду) увеличена в 5 раз по сравнению с классической CAN (5 Мбит / с только для полезной нагрузки данных, битовая скорость арбитража по-прежнему ограничена 1 Мбит / с для совместимости. ). Спецификация протокола CAN FD также включает некоторые другие улучшения, такие как лучшее обнаружение ошибок в полученном сообщении CAN и гибкость исполняющего программного обеспечения для динамического выбора (из списка) и переключения на более быструю или более медленную скорость передачи данных, как и когда это необходимо. На шине CAN FD некоторые датчики могут работать с более низкой скоростью передачи данных, а другие - с более высокой скоростью передачи данных. CAN BUS - это пара общих проводов, к которым подключены электронные датчики, блоки управления и ЭБУ. CAN-шина используется для периодического или по запросу обмена информацией между операционными блоками. Электрическое состояние и конфигурация шины CAN, то есть общее количество подключенных устройств, длина проводов шины CAN и другие электромагнитные факторы определяют максимально возможную скорость передачи данных по этой шине CAN. Протокол CAN (и, как следствие, CAN FD) имеет отличный механизм разрешения конфликтов, который зависит от времени распространения сигнала и конфигурации сети (кольцо, шина или звезда), а также, в меньшей степени, от количества устройств на шине. Поэтому физически длинная сеть может ограничивать скорость передачи данных ниже теоретического максимума.

CAN-FD Busload, который был разработан уравнением "Де Андраде", основанным на уравнении Тинделя.[1][3][4]

β = τ / ω (1) (β = загрузка шины), (τ = время медленных битов более быстрых битов), ω (время измерения в секундах) τ = Ts + Tf (2)

Протокол CAN-FD определяет пять различных механизмов обнаружения ошибок: два из них работают на уровне битов, а другие три - на уровне сообщений. Это: (i) Мониторинг битов, (ii) Заполнение битов, (iii) Проверка кадра, (iv) Проверка подтверждения и (v) Циклическая проверка избыточности. Есть два варианта CRC, которые следует обозначать как для длины CRC 17 бит или для длины CRC 21 бит.


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 (переключатель скорости передачи данных) + CRCdel / 2 (CRC разделитель) = 17 бит, 1,2 - коэффициент заполнения битов наихудшего случая, что означает, что необходимо делить на 5. Считается, что BRS и CRCdel делятся на 2, потому что они точно совпадают со сдвигом 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 0, 8, 12, 16, 20, 24, 32, 48, 64 байта. t_X - ширина полосы пропускания для заголовка сообщения (до 1 Мбит / с).

Для данных <16 байт

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

Для данных> = 16 байт β = ((SOF + ID + r1 + IDE + EDL + r0 + BRS / 2 + CRCdel / 2 * 1,2) + ACK + DEL + EOF + IFS) / t_x + (〖[(D 〗 _F + BRS / 2 + ESI + DLC + CRCdel / 2) * 1,2] + 〖CRC〗 _21 + 6) / t_y) / ω (6)

CAN FD также уменьшил количество необнаруженных ошибок за счет повышения производительности CRC -алгоритм.[5] Кроме того, CAN FD совместим с существующими сетями CAN 2.0, что позволяет новому протоколу работать в той же сети, что и классический CAN.[6] По оценкам, CAN FD может передавать данные в 30 раз быстрее, чем классический CAN.

Из-за более высокой скорости связи ограничения CAN FD жестче с точки зрения паразитной емкости линии. Таким образом, бюджет «емкости» всех компонентов линии был сокращен по сравнению с обычными. CAN-шина. Вот почему полупроводник поставщики выпустили новые компоненты, одобренные автопроизводителями. Это одобрение отражает необходимость взаимодействия между всеми системами CAN FD. Действительно, выбранные компоненты защиты от электростатического разряда совместимы со всеми трансиверами (CAN или CAN FD) и выдерживают ISO7637-3.[7]

Несмотря на более высокое выдерживаемое напряжение (37 В), устройства для грузовых автомобилей также должны соответствовать требованиям к низкой емкости (3,5 пФ).[8]

Заголовки 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 4)(байт 5)(байт 6)....
Одиночный кадр (SF)0размер (0..7)Данные
0размер (0..62)Данные
Первый кадр (FF)1размер (8..4095)Данные
000размер (4 байта ~ 4 ГБ)Данные
Последовательный кадр (CF)2индекс (0..15)Данные
Кадр управления потоком (FC)3Флаг FC (0,1,2)Размер блокаSTНеиспользованный

В приведенной выше таблице поясняется протокол передачи, определенный для CAN + CANFD.

В частности, CANFD,

  • если первый байт SF = 0, то второй байт определяет размер данных.
  • если первые 2 байта FF = 0x10 00, то следующие 4 байта определяют размер данных в первом порядке старших байтов. Это фактически позволяет отправлять ~ 4 ГБ (приблизительно) данных в CAN FD.

CAN FD в действии

Предполагается, что к 2019/2020 году CAN FD будет использоваться в большинстве автомобилей.[9]

Сторонники CAN FD

Некоторые из компаний, стоящих за новым стандартом, включают: STMicroelectronics, Infineon,[10] NXP, Инструменты Техаса, Квасер, Daimler и GM.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б «CAN в автоматизации (CiA): CAN FD - основная идея». www.can-cia.org. Получено 2017-01-25.
  2. ^ «Спецификация Bosch CAN FD версии 1.0 (выпущена 17 апреля 2012 г.)» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2015-12-11. Получено 2019-01-02.
  3. ^ де Андраде, Р.; Hodel, K. N .; Justo, J. F .; Laganá, A.M .; Сантос, М. М .; Гу, З. (2018). «Аналитические и экспериментальные оценки характеристик шины CAN-FD». IEEE доступ. 6: 21287–21295. Дои:10.1109 / ACCESS.2018.2826522..
  4. ^ https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-06082015-111553/publico/Dissertacao_Ricardo_rev2_17.pdf
  5. ^ https://www.kvaser.com/wp-content/uploads/2016/10/comparing-can-fd-with-classical-can.pdf
  6. ^ «Высокоскоростная шина CAN FD приходит в автомобили, - говорит Microchip». Еженедельник электроники. 2015-10-26. Получено 2017-01-26.
  7. ^ «Защита CAN-шины от электростатического разряда для 12В систем». STMicroelectronics-ESDCAN03-2BWY.
  8. ^ «Защита CAN-шины от электростатического разряда для систем 24В». STMicroelectronics-ESDCAN05-2BWY.
  9. ^ «CAN 2020: будущее CAN-технологий». www.can-cia.org. Получено 2017-01-26.
  10. ^ Келлинг, Урсула (апрель 2014 г.). «Микроконтроллеры Infineon» (PDF). Информационный бюллетень CAN онлайн. Получено 2 июня, 2019.

внешняя ссылка