CAN FD協(xié)議主要應(yīng)用于需要高帶寬和高實時性的汽車電子系統(tǒng)中,如高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)和無人駕駛系統(tǒng)(AV)。這些應(yīng)用場景要求快速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸,以支持復(fù)雜的車輛控制和決策過程。
CAN協(xié)議
CAN(Controller Area Network,控制器局域網(wǎng))協(xié)議是德國博世公司于1986年開發(fā)的一種異步串行通信協(xié)議,后來通過ISO 11898進行國際標準化。2022年7月,國家標準化管理委員會基于ISO 11898標準制定并發(fā)布了對應(yīng)的國標GB/T 41588,并于2023年2月正式實施(等同11898)。
CAN協(xié)議具有開放靈活、分布式控制、高可靠、實時性等特點,最初是為減少汽車內(nèi)部線束數(shù)量、實現(xiàn)電子控制單元(ECUs)之間的有效通信而設(shè)計,如今在工業(yè)自動化、船舶、醫(yī)療等領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用。隨著技術(shù)的發(fā)展,CAN協(xié)議也經(jīng)歷了重要的演變,其中最重要的兩個版本是CAN 2.0和CAN FD。
CAN 2.0協(xié)議是CAN協(xié)議的經(jīng)典版本,具有高效的數(shù)據(jù)傳輸性能和可靠的錯誤檢測機制。它支持最高1Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率,每幀最多可傳輸8字節(jié)的數(shù)據(jù)。
CAN FD(Flexible Data Rate)協(xié)議是CAN 2.0協(xié)議的升級,在前向兼容的情況下,CAN FD協(xié)議顯著提高了數(shù)據(jù)傳輸能力、傳輸可靠性并提供了更多的靈活性,使其能在現(xiàn)代應(yīng)用場景下更好地發(fā)揮作用:
更高的數(shù)據(jù)傳輸速率:CAN FD支持最高5 Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率,相比傳統(tǒng)CAN的1 Mbps,顯著提高了數(shù)據(jù)傳輸速度,這對于需要快速處理大量數(shù)據(jù)的高級駕駛輔助系統(tǒng)和無人駕駛系統(tǒng)至關(guān)重要。
更大的數(shù)據(jù)負載:CAN FD允許每幀報文的有效數(shù)據(jù)場達到64字節(jié),這比傳統(tǒng)CAN的8字節(jié)大幅增加,使得單個報文可以攜帶更多的信息,從而減少通信次數(shù),提高網(wǎng)絡(luò)效率。
改進的幀結(jié)構(gòu):幀結(jié)構(gòu)上,CAN FD增加CAN FD協(xié)議標識(FDF)、位速率切換標識(BRS)用以支持高速數(shù)據(jù)傳輸。增加錯誤狀態(tài)指示標識(ESI),增加CRC位數(shù),并引入固定填充機制和CRC域的奇偶校驗機制來提高錯誤檢測能力,確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?
向下兼容:CAN FD協(xié)議在設(shè)計上保持了與經(jīng)典CAN的兼容性,并支持多種兼容模式,使得舊設(shè)備在不更換硬件的情況下可以與支持CAN FD的新設(shè)備協(xié)同工作,降低了協(xié)議遷移的成本和復(fù)雜性。
靈活的數(shù)據(jù)速率切換:CAN FD支持幀數(shù)據(jù)域高速傳輸?shù)耐瑫r,以較低速度傳輸幀頭,這使得它能夠在不同的應(yīng)用場景中靈活切換數(shù)據(jù)速率,以優(yōu)化通信效率。
CAN FD協(xié)議的應(yīng)用場景主要集中在需要高帶寬和高實時性的汽車電子系統(tǒng)中,如高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)和無人駕駛系統(tǒng)(AV)。這些應(yīng)用場景要求快速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸,以支持復(fù)雜的車輛控制和決策過程。
FDCAN功能特性
FDCAN是一款基于ISO 11898標準設(shè)計,并通過ISO 16845 CAN一致性測試的高性能CAN通信控制器,能夠同時支持CAN 2.0協(xié)議和CAN FD協(xié)議,因此也具有上述CAN FD協(xié)議的全部功能特性。這意味著,我們的模塊能夠在保持向后兼容性的同時,提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更大的數(shù)據(jù)負載能力。
在ISO 11898標準之外,為滿足實際應(yīng)用需求,F(xiàn)DCAN在消息緩沖、錯誤和中斷管理等方面做了大量針對性設(shè)計:
多級消息緩沖:主機和CAN網(wǎng)絡(luò)之間存在較大的傳輸速率差異,使得CAN控制器容易成為數(shù)據(jù)傳輸效率瓶頸。FDCAN模塊配置了多級消息緩沖來滿足數(shù)據(jù)傳輸需求,包括1個接收buffer和2個發(fā)送buffer,其中接收Buffer為FIFO模式,可容納64個消息幀,發(fā)送Buffer包含1個1幀的高優(yōu)先級Buffer和1個31幀的低優(yōu)先級buffer,可配置為優(yōu)先級模式或FIFO模式。
時鐘域管理:FDCAN模塊設(shè)計為完全同步設(shè)計,包含三個獨立的時鐘域:主機時鐘域、CAN時鐘域和定時器時鐘域。這種設(shè)計確保了各功能模塊可以針對性地采用最佳時鐘配置,以達到最佳系統(tǒng)效率。
錯誤處理與中斷管理:FDCAN具備強大的錯誤處理能力,能夠檢測并報告各種錯誤情況,如仲裁失敗、主被動錯誤模式、格式錯誤、CRC錯誤、ACK錯誤等。FDCAN還支持多種中斷源,包括PTB中斷、接收緩沖區(qū)接近滿中斷、接收緩沖區(qū)溢出中斷等,確保了系統(tǒng)的實時響應(yīng)和可靠性。
Host端AHB接口:FDCAN在Host端采用標準AHB接口,AHB協(xié)議支持更強的數(shù)據(jù)傳輸能力和更豐富的數(shù)據(jù)傳輸模式,能夠更好地滿足數(shù)據(jù)傳輸需求。
測試模式:實際應(yīng)用中往往需要對CAN控制器節(jié)點及網(wǎng)絡(luò)進行測試,F(xiàn)DCAN支持監(jiān)聽模式(Loop Out Message, LOM)、內(nèi)部回環(huán)測試(Loop Back Internal, LBMI)和外部回環(huán)測試(Loop Back External, LBME),能夠方便軟硬件開發(fā)人員對主機、CAN控制器內(nèi)外部連接、CAN網(wǎng)絡(luò)等進行測試。
低功耗模式(Standby Mode):低功耗模式通過降低能耗、優(yōu)化喚醒機制和監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等功能,在多個領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用,特別是在需要長時間運行且對能耗敏感的應(yīng)用場景中。FDCAN支持低功耗模式,Host通過簡單的寄存器配置即可進入該模式,此時控制器進入監(jiān)聽狀態(tài),收到特定喚醒信號后即可自動轉(zhuǎn)入工作模式。
FDCAN應(yīng)用場景和優(yōu)勢
汽車領(lǐng)域:FDCAN模塊主要用于車輛內(nèi)部不同設(shè)備之間的通訊和控制。例如,發(fā)動機管理系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)等關(guān)鍵部件都需要通過CAN網(wǎng)絡(luò)進行實時數(shù)據(jù)交換。FDCAN模塊具有較高的傳輸速率并支持更多的有效數(shù)據(jù)載荷,能夠滿足高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)和無人駕駛系統(tǒng)(AV)等高帶寬應(yīng)用的需求。
工業(yè)自動化領(lǐng)域:FDCAN模塊的高速數(shù)據(jù)傳輸能力使得它成為實現(xiàn)工業(yè)4.0愿景的理想選擇。FDCAN模塊用于連接各種傳感器、執(zhí)行器和控制器。例如,在智能制造系統(tǒng)中,F(xiàn)DCAN模塊可以實現(xiàn)對生產(chǎn)線設(shè)備的實時監(jiān)控和控制,提高生產(chǎn)效率和設(shè)備利用率。此外,F(xiàn)DCAN模塊的高可靠性和實時性也使其成為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中不可或缺的一部分。
軟件支持
為了充分發(fā)揮FDCAN模塊的潛力,我們提供了全面的軟件支持。包括但不限于:
驅(qū)動程序:提供對FDCAN模塊硬件接口的訪問和支持。
配置工具:提供用戶友好的配置工具,使開發(fā)者能夠輕松設(shè)置和調(diào)整FDCAN模塊的參數(shù)。
開發(fā)工具:包括編譯器、調(diào)試器和仿真器等,幫助開發(fā)者高效地開發(fā)和測試應(yīng)用程序。
技術(shù)支持:專業(yè)的技術(shù)支持團隊,為開發(fā)者提供實時的技術(shù)幫助。
結(jié)語
FDCAN控制器憑借其高效、可靠的通信性能和靈活的雙協(xié)議支持,在汽車和工業(yè)自動化等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。我們希望通過這篇文章可以讓開發(fā)者更好地理解和利用FDCAN模塊的優(yōu)勢,開發(fā)出更加智能、高效的系統(tǒng)解決方案,我們期待與廣大軟硬件開發(fā)者合作,共同推動技術(shù)創(chuàng)新和行業(yè)發(fā)展。
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原文標題:CAN-FD:汽車和工業(yè)通信的高效解決方案
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