CAN XL 技术

CAN总线技术新进展与虹科新品预告

随着汽车电子系统的日益复杂和智能化,高效的车载通信技术显得尤为重要。Controller Area Network(CAN)作为早期的车载网络标准,因其高效、可靠的特点,被广泛应用在各类车辆中。然而,随着技术的进步和需求的增长,CAN逐渐衍生出两种改进版本:CAN with Flexible Data Rate (CAN FD) 和 CAN eXtended Length (CAN XL),以满足更高级别的数据传输需求。

下文将介绍从CAN到CAN FD,再到CAN XL的演变,并对比它们之间的差异。

经典CAN (CAN CC)

CAN,最初由博世公司开发,是一种面向微控制器的现场总线系统,用于实时信息交换。它的主要优点是结构简单、成本低且抗干扰能力强,能够支持多个节点同时进行通信,因此广泛的被应用于现代汽车的电子控制装置。

然而,随着车辆功能与现场设备的提高推动数据爆炸式增长,传统CAN规范限制了其数据传输速率,最大只能达到1Mbps,同时经典CAN面临着巨大的开销(>50%),因为每个CAN数据帧只能包含8个数据字节,这对于现代汽车中的大量传感器数据传输来说,可能略显不足。

CAN CC的主要性能特点:

CAN FD

为了解决CAN CC的不足,CAN FD应运而生。CAN FD,顾名思义,增加了数据传输的灵活性,将理论最高速率提升到5Mbps,甚至更高。这是通过扩展数据帧的长度和使用额外的位来实现的,这使得CAN FD能够在保持原有CAN协议兼容性的同时,显著提高了数据传输效率。此外,CAN FD还引入了错误检测和纠正机制,进一步提升了数据传输的可靠性。

与CAN CC相比,CAN FD主要在如下三个差异点:

CAN FD的主要优势之一在于其更大的数据负载能力。相较于传统的CAN,CAN FD的数据帧长度可以从8个字节扩展到64个字节,这意味着它可以携带更多的数据

CAN FD的最大创新在于其引入了比特率切换(BRS)功能,实现了灵活的数据比特率。在CAN FD中,仲裁段和数据段可以使用两种不同的比特率(标称比特率和数据比特率)

除了上述两点,CAN FD还在错误检查上进行了优化。其CRC校验值的长度范围比CAN有所增加,这进一步增强了数据传输的准确性,降低了数据丢失或错误的风险。

CAN XL

尽管CAN FD在提高数据速率方面取得了重大突破,但随着自动驾驶、车联网等新技术的发展,对数据容量的需求也在不断增长。因此,CAN XL诞生了。CAN XL,旨在解决长距离、大容量数据传输的问题。CAN XL也维持了与原始CAN和CAN FD的向后兼容性,确保了新旧设备之间的无缝连接。CAN XL填补了CAN FD与100BASE-T1(以太网)之间的空白,为高速数据传输提供了出色的解决方案。CAN XL旨在改善 CAN 和 TCP/IP 网络之间的合作,并为 ECU刷写和软件更新等使用情况传输更大的数据流。

CAN XL的主要性能特点:

  • 波特率
    • 仲裁场最高1 Mbit/s
    • 数据场1 – 20 Mbit/s
  • 数据长度
    • 1 – 2048 字节,向下兼容CAN FD,支持以太网帧通道
  • 鲁棒性
    • 等同或超过传统CAN,CAN FD和10M以太网
  • 其他
    • 虚拟CAN网络、更好的寻址操作、双CRC校验

CAN CC、CAN FD与CAN XL效率对比

CAN CC vs CAN FD

与经典CAN相比,CAN FD的数据比特率最高可达 5 Mbit/s,数据帧最多64个数据字节,可以将网络带宽提高3-8倍。当仲裁比特率和数据比特率达到1:8时,数据吞吐量将提高约6倍

CAN XL vs CAN(FD)

通过如下曲线图中,可以看到CAN XL相比于CAN CC与CAN FD,在数据传输效率上得到极大提升,并且相比于10M车载以太网,能达到更高的数据传输波特率。

总结来看,CAN、CAN FD和CAN XL是车载通信技术的一次重要演进。从最初的CAN到提高数据传输速率的CAN FD,再到扩大数据容量的CAN XL,这些技术的革新都旨在适应汽车行业日新月异的需求。未来,这些技术将继续发展,以满足更为复杂和苛刻的应用场景,推动汽车行业的数字化进程。

虹科 CAN XL新品预告

高质量CAN XL产品正在研发中!我们通过设计评估板PCAN-XL Eval开始开发CAN XL产品,在此基础上,我们实现了自己的CAN XL内核

PCAN-XL Eval

用于USB和PCIe接口解决方案的CAN XL评估板

技术参数

  • 基于SoC的设计,FPGA包含RISC-V和USB控制器
  • 根据所使用的FPGA,CAN通道数量可调
  • 当前配备的版本有:
    • Certus-NX FPGA by Lattice
    • CAN SIC transceivers

CAN XL by PEAK-System

  • 由PEAK-System实现的CAN XL内核的FPGA实现
  • 通过C&S的CAN XL评估板验证
  • 支持所有协议类型:
    • Classical CAN
    • CAN FD ISO
    • CAN XL