電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/吳子鵬）在軟件定義汽車(chē)逐漸成為主流的當(dāng)下，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群托食蔀榇蛟熘悄芷?chē)的瓶頸，在這種大背景下，傳統(tǒng)CAN總線應(yīng)對(duì)一些需求已經(jīng)相當(dāng)吃力，因此CAN FD和CAN XL逐漸進(jìn)入核心市場(chǎng)。

不過(guò)，從市場(chǎng)表現(xiàn)來(lái)看，目前CAN/CAN FD/CAN XL各有各的市場(chǎng)，并非逐步取代的關(guān)系，背后的原因是什么呢？

CAN/CAN FD/CAN XL協(xié)議解讀

CAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)總線）是一種用于實(shí)時(shí)應(yīng)用的串行通訊協(xié)議總線，最初由博世公司開(kāi)發(fā)，是汽車(chē)領(lǐng)域中最廣泛應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之一。與I2C、SPI等具有時(shí)鐘信號(hào)的同步通訊方式不同，CAN通訊并不是以時(shí)鐘信號(hào)來(lái)進(jìn)行同步的，它可以使用雙絞線來(lái)傳輸信號(hào)，CAN_High和CAN_Low兩條信號(hào)線共同構(gòu)成一組差分信號(hào)線，以差分信號(hào)的形式進(jìn)行通信。

在物理層，CAN協(xié)議有兩種形式，一種是遵循ISO11898標(biāo)準(zhǔn)的高速、短距離的“閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)”總線最大長(zhǎng)度為40m，通信速度最高為1Mbps；一種是遵循ISO11519-2標(biāo)準(zhǔn)的低速、遠(yuǎn)距離“開(kāi)環(huán)網(wǎng)絡(luò)”，最大傳輸距離為1km，最高通訊速率為125kbps。

CAN FD是一種能夠與CAN 2.0 A/B兼容，但通信速率更高、有效載荷更高的總線協(xié)議。CAN FD（CAN with Flexible Data-Rate）是“可變速率的CAN”，是對(duì)傳統(tǒng)CAN協(xié)議的增強(qiáng)。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也有很多創(chuàng)新，比如CANFD允許單幀數(shù)據(jù)長(zhǎng)度從8字節(jié)增加到64字節(jié)，并且數(shù)據(jù)段的傳輸速率最高可達(dá)8 Mbps，從而顯著提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎挽`活性。由于CAN FD是向后兼容的，因此現(xiàn)有設(shè)備和系統(tǒng)可以逐步從CAN升級(jí)到CAN FD。

CAN XL（Controller Area Network eXtended Length）是CAN FD的進(jìn)一步擴(kuò)展，旨在進(jìn)一步增加數(shù)據(jù)傳輸速率和靈活性。CAN XL是汽車(chē)總線技術(shù)演化分支之一，即通過(guò)技術(shù)升級(jí)來(lái)提升速率和帶寬。2024年3月22日，ISO推出11898-2：2024版本，使得CAN總線的最高速率由CANFD行業(yè)認(rèn)可的8Mbps提速到最高20Mbps，數(shù)據(jù)最多2048byte，填補(bǔ)了CAN和以太網(wǎng)之間的性能差距。

從技術(shù)實(shí)現(xiàn)來(lái)看，CAN XL作為CAN通信技術(shù)的最新進(jìn)展，在PCS和PMA子層中增加了PWM編/解碼機(jī)制，用以在高速數(shù)據(jù)傳輸時(shí)切換PMA子層的總線驅(qū)動(dòng)方式由顯性/隱性變?yōu)閘evel_0/level_1以達(dá)到20Mbit/s的傳輸速率。

傳統(tǒng)CAN總線依然擁有巨大的市場(chǎng)空間

隨著20Mbps CAN XL協(xié)議的發(fā)布，高速CAN和低速CAN之間的分別更加明顯，很多過(guò)往基于傳統(tǒng)CAN協(xié)議實(shí)現(xiàn)高速傳輸?shù)膽?yīng)用，將逐步過(guò)渡到CAN FD和CAN XL，例如高級(jí)驅(qū)動(dòng)輔助系統(tǒng)（ADAS）和無(wú)人駕駛系統(tǒng)（AV）等，當(dāng)然這些應(yīng)用也有很多會(huì)選擇更高傳輸速率的以太網(wǎng)，以太網(wǎng)的傳輸速率可以達(dá)到100Mbps。

不過(guò)，在低速CAN應(yīng)用領(lǐng)域，傳統(tǒng)CAN的地位是非常穩(wěn)固的，并且協(xié)議依然會(huì)繼續(xù)迭代，主要為了進(jìn)一步提升故障容忍能力和安全性能，以應(yīng)對(duì)更加復(fù)雜的車(chē)身控制需求。傳統(tǒng)CAN應(yīng)用將逐步聚焦于控制應(yīng)用。

比如，在車(chē)身電子系統(tǒng)里，CAN FD和CAN XL這么高的速率和數(shù)據(jù)量是冗余過(guò)度的，如果采用了就會(huì)帶來(lái)巨大的成本壓力，因此傳統(tǒng)CAN依然是主要選擇之一。在車(chē)身電子系統(tǒng)里，傳統(tǒng)CAN協(xié)議可用于車(chē)窗控制、電動(dòng)門(mén)鎖、空調(diào)控制、燈光管理等，這些應(yīng)用使用CAN總線進(jìn)行內(nèi)部和外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，最終實(shí)現(xiàn)和駕乘人員的交互。

再比如發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元和變速器控制，這些單元從傳統(tǒng)汽車(chē)時(shí)代到智能車(chē)時(shí)代，控制邏輯和數(shù)據(jù)量的變化非常微小，也不需要CAN FD和CAN XL進(jìn)行大幅度的速率升級(jí)。具體到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，要實(shí)現(xiàn)的功能是監(jiān)控和控制發(fā)動(dòng)機(jī)的各種參數(shù)，例如轉(zhuǎn)速、溫度、氣壓和油耗等，這些功能傳統(tǒng)CAN協(xié)議可以很好地應(yīng)對(duì)。

那么，既然高速CAN和低速CAN是一種并存的狀態(tài)，兩者之間在系統(tǒng)中如何兼容呢，這就要求CANFD和CAN XL在仲裁段需要和傳統(tǒng)CAN保持一樣的速率，進(jìn)而完成數(shù)據(jù)的切換。

結(jié)語(yǔ)

從傳統(tǒng)CAN到CANFD和CAN XL，CAN協(xié)議的性能在顯著提升，和以太網(wǎng)之間的差距也越來(lái)越小。不過(guò)，CAN總線協(xié)議之間并不是一種替代的關(guān)系，而是要兼容共存，更高速率CAN協(xié)議的演化是為了滿足更多新的功能，而傳統(tǒng)功能只需要CAN協(xié)議就夠了，如果全部換成CANFD和CAN XL，甚至是以太網(wǎng)，那么造車(chē)的成本壓力會(huì)非常大，且沒(méi)有必要。