如何實現CAN到CAN FD的升級？

本文導讀

自動駕駛技術迅速發展，車輛中的CAN總線已經無法滿足數據吞吐量和傳輸速度的要求，CAN總線的加速升級版——CAN FD技術正在逐漸替代現有網絡。為了進一步了解CAN FD，本文將從產品的實際應用介紹CAN FD的升級及優勢。

隨著汽車電子、工業自動化的蓬勃發展，CAN總線上的設備數量、數據量都大大增加，這就使得傳統的CAN總線在傳輸速率和帶寬方面越來越力不從心，因此CAN FD孕育而生。

那么如何實現CAN到CAN FD的升級？

CANFDCOM-100IE智能協議轉換器可以快速將RS-232/485/422通訊設備連接到CAN(FD)-bus現場總線，實物圖如圖1所示。轉換器支持1200-921600bps串口波特率，以及50k-5Mbps的CAN(FD)-bus 通訊速率。

圖1 CANFDCOM-100IE實物圖

CANFDCOM-100IE應用廣泛，例如煤礦遠程通訊、PLC設備聯網、CAN(FD)工業自動化控制系統、現有RS-232/485/422設備連接 CAN(FD)-bus 網絡等。

圖2 設備連接電路圖

如圖2所示，通常變頻器帶有RS-232/485接口，可通過CANFDCOM-100IE串口轉CAN(FD)快速將變頻器設備連接至CAN(FD)-bus網絡中，從而實現CAN(FD)報文的收發。

轉換器支持四種轉換模式：透明轉換、透明帶標識轉換、格式轉換、Modbus 轉換，適應不同用戶需求。同時提供配置軟件，可以靈活設置CANFDCOM-100IE的運行參數。如圖3所示。

圖3 CANFDCOM配置界面

CANFDCOM還可以連接到PC端，另一端連接至CAN(FD)網絡，進行串行幀與CAN(FD)報文的相互收發。

參數配置完成之后，使用串口助手發送串行幀轉CAN(FD)報文，如圖4所示。

借助ZCANPRO工具可以觀察CAN(FD)幀信息，如圖5所示。

CANFDCOM-100IE支持ISO標準CAN FD與BoschCANFD標準，每個接口具備獨立的2500VDC電氣隔離保護電路，使接口卡避免由于地環流的損壞，增強系統在惡劣環境中使用的可靠性。

圖4 串行幀收發界面

圖5 CAN FD幀信息界面

CANFDSM-100是一款串口轉 CAN(FD)模塊，內置微處理器，實物圖如圖6所示。可以很方便地嵌入到具有UART接口的設備中，如圖7所示。

在添加CAN(FD)收發器以后，實現UART設備和CAN-bus網絡之間的數據通訊。

圖6 CANFDSM-100實物圖

圖7 CANFDSM-100效果圖

使用MCU與CANFDSM-100連接，如圖8所示，其中LPC54616是NXP發行的LPC54000系列微控制器。CFG引腳閉合時，用于配置模塊，配置方式建議使用AT指令。CAN(FD)接口使用的是CTM3MFD隔離模塊，可以輕松實現用戶的MCU連接至CAN FD網絡中。

CANFDSM內部集成了CAN控制器，CAN控制器是CAN-bus設備的核心元件，集成了CAN規范中數據鏈路層的全部功能，能夠自動完成CAN-bus協議的解析。

圖8 設備連接圖

然而，CAN FD與傳統的CAN在實際的應用中并沒有太大的差異，線纜的選型、拓撲的選擇、總線的布設等均大同小異。CAN收發器就是將CAN控制器的邏輯電平與CAN總線差分電平相互轉換的電平轉換器。

實現CAN收發器的方案有兩種：

1、采用CAN收發IC；

2、使用CAN隔離收發模塊。

在一些干擾較嚴重的場合，隔離依然必不可少。隔離可以避免潛在的高壓危險、消除地電勢差及地環路，從而大大提高通信的可靠性。

ZLG致遠電子推出的CAN FD隔離CAN收發器CTM5MFD、CTM3MFD，體積小巧，可支持最高5Mbit/s的傳輸速率，是CAN FD隔離應用的理想解決方案。CAN FD隔離收發器選型如表1所示。

表1 CAN FD隔離收發器選型表

CAN FD繼承了CAN總線的主要特性，提高了CAN總線的網絡通信帶寬，改善了錯誤幀漏檢率，同時可以保持網絡系統大部分軟硬件特別是物理層不變。CAN FD協議是CAN-BUS協議的最新升級，可以滿足更高的帶寬及數據吞吐量。

• CAN FD速率包含兩個段的速率，其中仲裁段和ACK段沿用CAN2.0的規范，最高速率為1Mbit/s，中間的數據段是可以加速的，可以達到5Mbit/s，甚至更高；

• CAN FD對數據場的長度作了很大的補充，數據長度碼（DLC）最大可以傳輸64字節有效數據。這意味著CAN FD具有更高的有效傳輸負載；

• CAN FD 數據幀在控制場新添加FDF位、BRS位、ESI位（FDF位判斷報文類型、BRS位表示位速率轉換、ESI位表示錯誤狀態），如圖9所示；

• CAN FD對CRC算法作了改變，即CRC以含填充位的位流進行計算，改善了錯誤幀漏檢率。

圖9 CAN FD標準幀

1、要實現CAN FD的快速升級首先需要使用支持CAN FD協議的MCU或控制器，還要選取新的網絡調試和監測工具；

2、需要支持更高的傳輸速率的收發器，若設計的CAN FD節點的最高速率5Mbit/s，則收發器的傳輸速率也必須達到此數值。ZLG致遠電子推出的CAN FD隔離CAN收發器CTM5MFD、CTM3MFD，是CAN FD隔離應用的理想解決方案。