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#CAN #工業(yè)通信 #CAN XL

導(dǎo)讀

CAN（Controller Area Network）是一種用于實(shí)時應(yīng)用的串行通信協(xié)議，廣泛應(yīng)用于汽車和工業(yè)電子設(shè)備中，以實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備間的高效數(shù)據(jù)交換。它采用多主結(jié)構(gòu)，允許網(wǎng)絡(luò)上的任何節(jié)點(diǎn)在任何時候發(fā)起通信，同時具備錯誤檢測與處理功能，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

在上篇中，我們追溯了CAN技術(shù)從經(jīng)典CAN（CAN CC）到CAN FD的演進(jìn)歷程，探索了它們?nèi)绾嗡茉飕F(xiàn)代汽車和工業(yè)通信的面貌。現(xiàn)在，讓我們繼續(xù)深入這一話題，聚焦于CAN技術(shù)的最新篇章——CAN XL。

01CAN技術(shù)革新：CAN XL發(fā)布

步入2024年，汽車行業(yè)迎來了CAN XL（eXtended Length）這一CAN技術(shù)的最新進(jìn)步。CAN XL標(biāo)志著CAN技術(shù)在數(shù)據(jù)傳輸能力和網(wǎng)絡(luò)通信效率上的又一次飛躍。符合ISO 11898:2024標(biāo)準(zhǔn)及CiA 610-1規(guī)范（盡管后者已被CiA撤回），CAN XL以其卓越的性能和創(chuàng)新特性，無縫集成于現(xiàn)代汽車網(wǎng)絡(luò)之中。

CAN XL支持高達(dá)2048字節(jié)的擴(kuò)展有效載荷容量，并實(shí)現(xiàn) 高達(dá)20 Mbit/s的比特率 ，有效彌合了CAN FD和以太網(wǎng)之間的差距。此外，CAN XL通過 隧道化和映射整個以太網(wǎng)幀 ，提高了數(shù)據(jù)吞吐量而不損耗網(wǎng)絡(luò)時間。在德國巴登舉行的第五屆CAN XL研討會上（由CiA組織），CAN XL已成功通過在真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的互操作性測試。

02CAN XL技術(shù)的主要特點(diǎn)與改進(jìn)

CAN XL的控制器保持了向后兼容性，能夠處理CAN CC和CAN FD數(shù)據(jù)幀，確保與現(xiàn)有系統(tǒng)的無縫集成。以下是CAN XL的一些關(guān)鍵特性和改進(jìn)：

■ 擴(kuò)展的有效負(fù)載和比特率：有效負(fù)載高達(dá)2048字節(jié)，比特率高達(dá)20 Mbit/s，滿足更高的數(shù)據(jù)傳輸要求。

■ 增強(qiáng)型CAN-ID字段：分為11位優(yōu)先級字段和32位接受字段，提供改進(jìn)的幀優(yōu)先級和接受過濾。

■ 協(xié)議嵌入配置：引入了新的配置選項(xiàng)，如禁用錯誤信令和啟用PWM編碼，以提供更高的比特率。

■ 可靠性提高：使用兩個CRC字段，控制段的13位前綴CRC和CRC段的32位幀CRC，增強(qiáng)錯誤檢測和數(shù)據(jù)完整性。

CAN XL幀結(jié)構(gòu)格式

在CAN XL數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)中，幾個關(guān)鍵位扮演著至關(guān)重要的角色，不僅決定了幀的類型，還確保了幀的優(yōu)先級處理效率。其中，優(yōu)先級標(biāo)識符是設(shè)置CAN XL數(shù)據(jù)幀優(yōu)先級的核心，它使得幀能夠基于其優(yōu)先級級別進(jìn)行高效處理。

CAN XL控制字段

RRS位與XLF位的功能

RRS（遠(yuǎn)程請求替換）位與CAN CC數(shù)據(jù)幀中的RTR（遠(yuǎn)程傳輸請求）位，以及CAN FD數(shù)據(jù)幀中的RRS位處于相同位置，這一設(shè)計確保了不同CAN版本之間的一致性和兼容性。此外，XLF（擴(kuò)展長度幀）位是區(qū)分CAN FD和CAN XL數(shù)據(jù)幀的重要標(biāo)志。在CAN XL數(shù)據(jù)幀中，XLF位始終保持隱性狀態(tài)，且當(dāng)XLF位為隱性時，F(xiàn)DF（幀數(shù)據(jù)字段）位也相應(yīng)地為隱性。這種配置對于在CAN網(wǎng)絡(luò)中準(zhǔn)確識別CAN XL數(shù)據(jù)幀至關(guān)重要。

resXL位與ADS的雙重作用

resXL位被專門保留，以備 未來協(xié)議框架內(nèi)的擴(kuò)展使用 。 ADS（數(shù)據(jù)序列仲裁）則承擔(dān)著雙重任務(wù) ：一方面，它將比特率從標(biāo)稱比特率切換到CAN XL數(shù)據(jù)比特率；另一方面，它負(fù)責(zé)將CAN收發(fā)器模式從仲裁模式轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)TX模式或數(shù)據(jù)RX模式。

CAN XL控制字段

ADS由ADH、DH1、DH2和DL1位組成，其中ADH是在XL數(shù)據(jù)階段開始前的最后一個標(biāo)稱位時間，以隱性位傳輸。隨后，DH1和DH2位標(biāo)志著XL數(shù)據(jù)階段的開始，同樣以隱性傳輸。比特率的變化恰好在ADH和DH1之間發(fā)生，而接收器同步則發(fā)生在從XLF位到前面的resXL位，以及從DH1和DH2位到DL1位的轉(zhuǎn)換過程中。

SDT、SEC、DLC和SBC的詳細(xì)說明

SDT（服務(wù)數(shù)據(jù)單元類型） 是一個8位值，它源自LLC（邏輯鏈路控制）幀，而SEC（簡單擴(kuò)展內(nèi)容）位也同樣來自LLC幀。 DLC（數(shù)據(jù)長度代碼） 跨越11位，其范圍從0到2047，與1字節(jié)到2048字節(jié)之間的數(shù)據(jù)長度相對應(yīng)。 SBC（數(shù)據(jù)位計數(shù)） 是一個3位的值，表示仲裁字段中動態(tài)填充位的數(shù)量，其范圍從0到3（采用格雷編碼）。

PCRC（前綴循環(huán)冗余校驗(yàn)） 序列源自循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC），它是對包含仲裁字段、SDT、SEC位、DLC和SBC的位流進(jìn)行計算得出的。值得注意的是，動態(tài)填充位（包括FDF位之前的三個位）被納入PCRC的計算中，而靜態(tài)位（如SOF、IDE、FDF、XLF、resXL、ADS和固定填充位等）則被排除在外。

VCID和AF的傳遞

VCID（虛擬CAN網(wǎng)絡(luò)ID）是一個8位值，而AF（接受字段）是一個32位值，它們都從LLC幀傳遞而來。

CRC字段的計算

CAN XL CRC字段

CRC字段則包含了幀CRC序列和FCP（格式檢查模式）。CRC計算的相關(guān)位流由仲裁字段、控制字段和數(shù)據(jù)字段組成的位流構(gòu)成，排除了與PCRC相同的靜態(tài)位，在CRC計算中不包括動態(tài)位和固定填充位。

ACK字段的功能

ACK字段則包括DAS（數(shù)據(jù)到仲裁序列）、ACK插槽和ACK分隔符。其中，DAH、AH1、AH2、ACK槽和ACK分隔符位均為隱性，而AL1位則為顯性。

CAN XL ACK字段

DAS同樣具有雙重作用： 它不僅能將比特率從XL數(shù)據(jù)比特率切換回標(biāo)稱比特率，還能在ADS中進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換時，將CAN收發(fā)器模式從數(shù)據(jù)TX模式或數(shù)據(jù)RX模式轉(zhuǎn)換回仲裁模式。DAS由DAH、AH1、AL1和AH2位組成，其中DAH是在標(biāo)稱比特時間之后的初始比特位，它以XL數(shù)據(jù)比特率表示XL數(shù)據(jù)階段的結(jié)束。

從20世紀(jì)80年代的起源開始，CAN技術(shù)一直處于創(chuàng)新的前沿。CAN XL的應(yīng)用范圍已超出傳統(tǒng)汽車和非汽車工程的可能性，提供了一系列超越傳統(tǒng)界限的應(yīng)用。了解CAN的歷史，我們見證了CAN技術(shù)的演變和持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新。隨著技術(shù)的發(fā)展，我們期待CAN XL進(jìn)一步拓展CAN技術(shù)的應(yīng)用范圍，滿足未來汽車行業(yè)的需求。

文章來源：本文內(nèi)容基于Robert Nawrath在《CAN Newsletter 2024》中發(fā)表的文章。由虹科智能互聯(lián)團(tuán)隊精心翻譯并傳播，旨在與業(yè)界同仁共享這一前沿技術(shù)成果。