引言

作為最早的車(chē)載與工業(yè)通信總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)CAN（包括CAN CC和CAN FD）在數(shù)十年的發(fā)展中奠定了嵌入式通信的基礎(chǔ)，但隨著智能化、網(wǎng)聯(lián)化需求的爆發(fā)，其技術(shù)瓶頸逐漸凸顯。面對(duì)傳統(tǒng)CAN的局限性，行業(yè)迫切需要一種既能兼容現(xiàn)有生態(tài)，又能突破性能瓶頸的新一代CAN技術(shù)。

CAN XL正是在這一背景下應(yīng)運(yùn)而生 —— 由國(guó)際CAN標(biāo)準(zhǔn)化組織CiA（CAN in Automation）主導(dǎo)開(kāi)發(fā)，核心目標(biāo)很明確：保住傳統(tǒng)CAN「簡(jiǎn)單、可靠、低成本」的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)突破「速度」 和 「容量」的天花板。

01.

傳統(tǒng)CAN的局限性

容量不夠，速度也跟不上

■ 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度受限：CAN CC僅支持最大8字節(jié)數(shù)據(jù)，即使CAN FD擴(kuò)展至64字節(jié)，仍無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代場(chǎng)景的大容量需求。

例如，激光雷達(dá)的單幀點(diǎn)云數(shù)據(jù)、高清攝像頭的圖像片段、工業(yè)設(shè)備的全量狀態(tài)參數(shù)等，均需數(shù)百至數(shù)千字節(jié)的傳輸能力，傳統(tǒng)CAN難以承載。

■ 速率天花板明顯：CAN CC最高速率為1Mbps，CAN FD數(shù)據(jù)階段最高為8Mbps，無(wú)法匹配高帶寬場(chǎng)景。（虹科PCAN設(shè)備均支持CAN FD波特率高達(dá)12Mbps）

以汽車(chē)智能駕駛為例，域控制器與傳感器之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互（如毫米波雷達(dá)的高頻探測(cè)結(jié)果）需要更高的傳輸效率，傳統(tǒng)速率會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)延遲或丟失。

02.

CAN XL技術(shù)誕生

從物理層到協(xié)議層的全面升級(jí)

CAN XL技術(shù)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，本質(zhì)是「在兼容基礎(chǔ)上的精準(zhǔn)突破」—— 既保留傳統(tǒng)CAN總線(xiàn)低成本、高可靠的優(yōu)勢(shì)，又通過(guò)物理層優(yōu)化和協(xié)議層重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)性能與功能的全面升級(jí)。其技術(shù)設(shè)計(jì)可從物理層和協(xié)議層兩個(gè)維度深入解析。

物理層

兼容舊系統(tǒng)，突破速率限制

CAN XL直接沿用了CAN FD的「基礎(chǔ)設(shè)施」：雙線(xiàn)制（CAN_High/CAN_Low）、120Ω終端電阻、線(xiàn)型拓?fù)?。這意味著車(chē)企不用拆車(chē)?yán)锏木€(xiàn)，工廠(chǎng)不用改車(chē)間的布線(xiàn)，直接換支持CAN XL的設(shè)備就能升級(jí)，遷移成本大幅降低。

CAN XL收發(fā)器

收發(fā)器是「提速關(guān)鍵」，目前已有多種類(lèi)型適配 CAN XL。

CAN SIC XL收發(fā)器依據(jù)CiA610-3標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)據(jù)階段最高可達(dá)20Mbit/s，有SIC模式和FAST模式。SIC模式下，其行為類(lèi)似CAN SIC收發(fā)器，采用顯性/隱性信號(hào)；FAST模式用于實(shí)現(xiàn)更高的比特率，TX節(jié)點(diǎn)采用推挽（0/1）方式，RX節(jié)點(diǎn)調(diào)整閾值，但此模式下不支持錯(cuò)誤幀。在仲裁階段，采用CAN SIC收發(fā)器概念（SIC模式），在數(shù)據(jù)階段，選用推挽收發(fā)器概念（FAST模式），通過(guò)這種模式切換，CAN XL可實(shí)現(xiàn)高達(dá)20Mbit/s的比特率。在CAN XL協(xié)議的ADS（仲裁到數(shù)據(jù)序列）階段，收發(fā)器從SIC模式切換到FAST模式，模式切換由CAN XL協(xié)議控制器通過(guò)TxD引腳控制。

幀結(jié)構(gòu)

新增功能位，滿(mǎn)足復(fù)雜場(chǎng)景

CAN XL重構(gòu)了幀結(jié)構(gòu)，加了不少「智能功能鍵」，既能承載2048字節(jié)的大數(shù)據(jù)，又能精準(zhǔn)對(duì)接CAN、以太網(wǎng)等不同場(chǎng)景。

仲裁域（Arbitration Field）

PID(Priority ID)：11位，僅用于總線(xiàn)仲裁，進(jìn)行優(yōu)先級(jí)判定，不再承擔(dān)地址功能，地址功能則由后面的AF段完成。

XL段：包含RRS、IDE、FDF、XLF四位。RRS遠(yuǎn)程請(qǐng)求不再支持遠(yuǎn)程幀；IDE只支持11位ID，固定為顯性；FDF和XLF表示該幀是CAN FD幀或CAN XL幀。

控制域（Control Field）

ADS（Arbitration Data Sequence）：4位，標(biāo)識(shí)從仲裁階段到數(shù)據(jù)階段的比特率切換（從仲裁階段≤1Mbit/s切換至數(shù)據(jù)階段最高20Mbit/s）。

SDT（SDU Type）：8位，定義數(shù)據(jù)字段中嵌入的協(xié)議類(lèi)型（類(lèi)似以太網(wǎng)的EtherType），支持256種類(lèi)型。

SEC：1位，表示是否位加密數(shù)據(jù)。

DLC（Data Length Code）：11位，定義數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度，支持1-2048字節(jié)。

SBC（Stuff Bit Count）：3位，記錄 SOF（幀起始）和仲裁場(chǎng)的位填充數(shù)量，輔助接收節(jié)點(diǎn)正確處理位填充，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和規(guī)范性。

PCRC（Preface CRC）：13位，位對(duì)仲裁字段和控制字段的前半部分（至PCRC為止）進(jìn)行校驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)「早期錯(cuò)誤檢測(cè)」，減少無(wú)效數(shù)據(jù)傳輸（若幀頭錯(cuò)誤，可快速終止處理）。

VCID（Virtual CAN Network ID）：8位，類(lèi)似以太網(wǎng)VLAN ID，用于將物理總線(xiàn)劃分為256個(gè)邏輯虛擬網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的隔離性與靈活性，例如可以按照車(chē)身域進(jìn)行劃分管理。

AF（Acceptance Field）：32位，用于地址標(biāo)識(shí)，其含義由SDT（數(shù)據(jù)類(lèi)型）決定，包含在控制器的64位硬件過(guò)濾器中。

數(shù)據(jù)域（Data Field）

數(shù)據(jù)字節(jié)（Data Bytes，1-2048 字節(jié)）：承載實(shí)際數(shù)據(jù)，可直接傳輸信號(hào)、封裝CAN FD幀、以太網(wǎng)幀（含IPv6等），無(wú)需拆分，減少協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)。

CRC 字段（CRC Field）

FCRC（Frame CRC）：32位，對(duì)整個(gè)幀（從仲裁字段到數(shù)據(jù)字段）進(jìn)行校驗(yàn)，確保高速傳輸下的數(shù)據(jù)正確性。

FCP（Format Check Pattern）：4位，用于接收節(jié)點(diǎn)對(duì)齊比特流（確認(rèn)接收與發(fā)送的比特同步），避免因同步偏差導(dǎo)致的解析錯(cuò)誤。

ACK字段（ACK Field)

DAS（Data Arbitration Sequence）：4位，標(biāo)識(shí)從數(shù)據(jù)階段到仲裁階段的比特率切換（從高速數(shù)據(jù)階段切回低速仲裁階段）。

ACK（Positive Acknowledgement）：1位，與CAN FD機(jī)制一致，接收節(jié)點(diǎn)通過(guò)發(fā)送顯性位確認(rèn)幀已正確接收。

EOF（End of Frame）：標(biāo)識(shí)幀傳輸結(jié)束，固定為11個(gè)隱性位，與傳統(tǒng)CAN兼容。

協(xié)議兼容

CAN XL如何兼容以太網(wǎng)和CAN通信

CAN XL可兼容以太網(wǎng)上層協(xié)議和CAN通信，由SDT和AF字段實(shí)現(xiàn)。SDT字段長(zhǎng)度為8位，這使得它理論上可以定義256種不同的服務(wù)數(shù)據(jù)單元類(lèi)型 。在實(shí)際應(yīng)用中，其具體的值由相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)定和擴(kuò)展。目前，CiA611-1規(guī)范在第一版中定義了5種SDU類(lèi)型（Content Based Addressing、Node Addressing、Classical & FD Frame Tunneling、IEEE 802.3 (Eth) Tunneling、IEEE 802.3 (Eth) mapped Tunneling），后續(xù)還計(jì)劃定義更多的值。

當(dāng)SDT值為0x01（基于內(nèi)容的尋址）時(shí)，AF被解釋為Message ID，用于基于內(nèi)容的尋址；當(dāng)SDT值為0x02（節(jié)點(diǎn)尋址）時(shí) ，AF承載目標(biāo)地址（Dest. Address）和源地址（Address Source），實(shí)現(xiàn)基于節(jié)點(diǎn)的尋址；當(dāng)SDT值為0x03（CAN CC及FD幀傳輸）時(shí)，AF包含CAN幀ID（11位或29位ID），用于在傳輸CAN CC或CAN FD幀時(shí)進(jìn)行識(shí)別和處理；當(dāng)SDT值為0x04（IEEE 802.3（Eth）傳輸）或0x05（IEEE 802.3（Eth）映射傳輸）時(shí)，AF字段用于承載與以太網(wǎng)相關(guān)的地址信息（如用戶(hù)自定義、截?cái)嗟哪康腗AC地址等），以便在CAN XL網(wǎng)絡(luò)中傳輸以太網(wǎng)幀。

虹科PCAN XL套件

從技術(shù)到落地

技術(shù)再?gòu)?qiáng)，沒(méi)有好用的工具也難落地。很多用戶(hù)剛接觸CAN XL時(shí)，會(huì)發(fā)愁「沒(méi)有對(duì)接設(shè)備怎么辦？用什么軟件解析幀數(shù)據(jù)？」——虹科PCAN XL套件正好解決了這些入門(mén)痛點(diǎn)，一套就能搞定 「硬件連接 + 軟件分析」。

輕松邁出體驗(yàn)新標(biāo)準(zhǔn)的第一步

虹科PCAN XL套件包含USB轉(zhuǎn)CAN XL接口、專(zhuān)業(yè)CAN分析軟件PCAN-Explorer 7搶先體驗(yàn)版和PCAN-Basic編程接口，為初步開(kāi)始使用CAN XL標(biāo)準(zhǔn)的用戶(hù)提供所需的工具。

考慮到CAN XL通信和CAN CC一樣，至少需要兩個(gè)總線(xiàn)節(jié)點(diǎn)，虹科在套件型號(hào)的選擇上提供了包含一個(gè)或兩個(gè)虹科PCAN USB XL接口的套裝選擇，即便還沒(méi)有合適的CAN XL對(duì)接設(shè)備，也能輕松邁出體驗(yàn)新標(biāo)準(zhǔn)的第一步。

虹科新品 | 汽車(chē)通信新突破！PCAN-XL首發(fā)上線(xiàn)！

03.

落地問(wèn)答

CAN XL實(shí)操痛點(diǎn)，這樣解決

聊完技術(shù)和工具，很多人還是會(huì)有實(shí)操疑問(wèn)：安全性怎么保障？測(cè)試要做什么？行業(yè)大咖怎么看趨勢(shì)？虹科帶你一一說(shuō)透CAN XL常見(jiàn)問(wèn)題。

Q1：CAN XL在安全性方面相比傳統(tǒng)CAN有哪些提升？

【A1】CAN XL本身不提供加密或認(rèn)證機(jī)制，與以太網(wǎng)類(lèi)似，安全性需通過(guò)上層協(xié)議或硬件安全模塊（如加密引擎實(shí)現(xiàn)）。目前CANsec（CAN 安全標(biāo)準(zhǔn)） 正在開(kāi)發(fā)中，預(yù)計(jì)2025年底完成，用于定義數(shù)據(jù)加密與身份驗(yàn)證機(jī)制。

Q2：快速模式下，總線(xiàn)長(zhǎng)度和布線(xiàn)有什么限制？

【A2】無(wú)固定限制，取決于拓?fù)浜碗姶怒h(huán)境。例如1Mbps仲裁階段時(shí)，總線(xiàn)長(zhǎng)度通常40米；降低比特率可延長(zhǎng)長(zhǎng)度，分支長(zhǎng)度需根據(jù)實(shí)際信號(hào)質(zhì)量調(diào)整。布線(xiàn)約束與CAN FD基本一致，可復(fù)用現(xiàn)有總線(xiàn)，僅需替換支持CAN XL的ECU即可提升速率。

Q3：CAN XL的VCID（虛擬局域網(wǎng)）怎么提升擴(kuò)展性和安全性？難點(diǎn)在哪？

【A3】通過(guò)8位VCID劃分虛擬總線(xiàn)，隔離不同域（如車(chē)身、動(dòng)力域），硬件級(jí)過(guò)濾非授權(quán)VCID流量，防止ECU被未授權(quán)消息攻擊。挑戰(zhàn)在于軟硬件需支持虛擬ID的過(guò)濾與路由。

Q4：和以太網(wǎng)（如10BASE-T1S）相比，CAN XL的優(yōu)勢(shì)是什么？

【A4】CAN XL的優(yōu)勢(shì)在于可靈活調(diào)整比特率（適配不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境）、無(wú)中心節(jié)點(diǎn)（避免單點(diǎn)故障），而以太網(wǎng)（如10BASE-T1S）需固定速率且依賴(lài)中心節(jié)點(diǎn)。

Q5：是否有商用MCU/工具鏈支持CAN XL？

【A5】虹科PCAN-USB XL支持Windows/Linux 驅(qū)動(dòng)，虹科PCAN-Explorer 7可解析CAN XL幀，提供開(kāi)放API供第三方開(kāi)發(fā)。歡迎聯(lián)系虹科工作人員了解詳情。

Q6：模塊級(jí)驗(yàn)證需哪些測(cè)試？是否有強(qiáng)制認(rèn)證？

【A6】底層協(xié)議一致性測(cè)試遵循ISO標(biāo)準(zhǔn)，高層安全/一致性認(rèn)證（如CANsec）仍在制定中，當(dāng)前無(wú)強(qiáng)制要求。

結(jié)語(yǔ).

隨著CANsec標(biāo)準(zhǔn)完善、芯片廠(chǎng)商持續(xù)跟進(jìn)，CAN XL的應(yīng)用場(chǎng)景還會(huì)進(jìn)一步拓寬。對(duì)正在布局智能車(chē)載或工業(yè)自動(dòng)化的團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在通過(guò)虹科PCAN XL套件提前體驗(yàn)、儲(chǔ)備技術(shù)，無(wú)疑是搶占下一代通信總線(xiàn)先機(jī)的務(wù)實(shí)選擇。更多相關(guān)信息，歡迎咨詢(xún)虹科工作人員。

作者簡(jiǎn)介

李旭

虹科智能互聯(lián)汽車(chē)軟件開(kāi)發(fā)工程師，專(zhuān)注CAN/LIN總線(xiàn)技術(shù)領(lǐng)域。