CAN FD
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

CAN FD (Controller Area Network Flexible Data-Rate) - это протокол передачи данных, обычно используемый для передачи данных датчиков и управляющей информации по 2-проводным соединениям между различными частями электронных контрольно- измерительных приборов и системы управления. Этот протокол используется в современных высокопроизводительных транспортных средствах. CAN FD является расширением исходного протокола шины CAN , который был определен в ISO 11898-1. [1] CAN FD [2 ], разработанная в 2011 году и выпущенная в 2012 году компанией Bosch , была разработана для удовлетворения потребности в увеличении скорости передачи данных до 5 раз и с большими размерами кадров / сообщений для использования в современных автомобильных электронных блоках управления.(ЭБУ) с. Как и классический CAN, протокол CAN FD предназначен для надежной передачи и приема данных датчиков, команд управления и обнаружения ошибок данных между электронными датчиками, контроллерами и микроконтроллерами . Хотя CAN FD в первую очередь был разработан для использования в высокопроизводительных ЭБУ транспортных средств (электронные блоки управления), распространение классической CAN в различных отраслях промышленности приведет к включению этого улучшенного протокола передачи данных во множество других приложений, таких как в электронных системах, используемых в робототехнике, обороне, промышленной автоматизации, подводных транспортных средствах, медицинском оборудовании, авионике, датчиках скважинного бурения и т. д.

CAN FD против классической CAN

Основное различие между классической CAN (Controller Area Network) и CAN FD - это гибкие данные (FD). Используя CAN FD, электронные блоки управления (ECU) могут динамически переключаться на другую скорость передачи данных и с большими или меньшими размерами сообщений. Расширенные функции CAN FD включают возможность динамического выбора и переключения на более высокую или более медленную скорость передачи данных по мере необходимости, а также упаковывать больше данных в один и тот же кадр / сообщение CAN и передавать их по CAN-шине / сети за меньшее время. Более высокая скорость передачи данных и большее увеличение емкости данных дает несколько операционных преимуществ системы по сравнению с классической CAN. Используя CAN FD, данные датчиков и управления могут быть отправлены и получены программным обеспечением ECU (Electronic Control Unit) намного быстрее. Команды, выдаваемые исполняющимся программным обеспечением ЭБУ, достигают контроллера вывода намного быстрее.CAN FD обычно используется в высокопроизводительных ЭБУ современных автомобилей. Современное транспортное средство может иметь более 70 ЭБУ, которые используют CAN FD для обмена информацией по шине CAN при работающем двигателе или при движении транспортного средства.

В CAN FD для идентификатора кадра / сообщения используется 29-битный формат, используемый в версии расширенного идентификатора классической CAN (стандартный идентификатор имеет длину 11 бит). Размер полезной нагрузки сообщения был увеличен до 64 байтов данных в каждом CAN-кадре / сообщении по сравнению с 8 байтами в классическом CAN-кадре. CAN FD также может обрабатывать кадры / сообщения CAN с 11-битным идентификатором. Кадр - это сообщение, передаваемое как последовательность двоичного битового шаблона. В CAN FD скорость передачи данных (т. Е. Количество битов, передаваемых в секунду) увеличивается, чтобы быть в 5 раз быстрее, чем в классической CAN (5 Мбит / с только для полезной нагрузки данных, битовая скорость арбитража по-прежнему ограничена до 1 Мбит / с для совместимости. ). Спецификация протокола CAN FD также включает некоторые другие улучшения,такие как лучшее обнаружение ошибок в полученном CAN-сообщении и гибкость исполняющего программного обеспечения для динамического выбора (из списка) и переключения на более быструю или более медленную передачу данных по мере необходимости. На шине CAN FD некоторые датчики могут работать с более низкой скоростью передачи данных, а другие - с более высокой скоростью передачи данных. CAN BUS - это пара общих проводов, к которым подключаются электронные датчики, блоки управления и ЭБУ. CAN-шина используется для периодического или по запросу обмена информацией между операционными блоками. Электрическое состояние и конфигурация шины CAN, то есть общее количество подключенных устройств, длина проводов шины CAN и другие электромагнитные факторы определяют максимально возможную скорость передачи данных по этой шине CAN.Протокол CAN (и, как следствие, CAN FD) имеет отличный механизм разрешения конфликтов, который зависит от времени распространения сигнала и конфигурации сети (кольцо, шина или звезда) и, в меньшей степени, от количества устройств на автобус. Следовательно, физически длинная сеть может ограничивать скорость передачи данных ниже теоретического максимума.

CAN-FD Busload, который был разработан уравнением Де Андраде на основе уравнения Тинделя. [1] [3] [4]

β = τ / ω (1) (β = Busload), (τ = время медленных битов более быстрых битов), ω (время в секундах измерения). τ = Ts + Tf (2)

Протокол CAN-FD определяет пять различных механизмов обнаружения ошибок: два из них работают на уровне битов, а другие три - на уровне сообщений. Это: (i) мониторинг битов, (ii) заполнение битов, (iii) проверка кадра, (iv) проверка подтверждения и (v) проверка циклическим избыточным кодом. Есть два варианта CRC, которые следует обозначать как для длины CRC 17 бит или для длины CRC 21 бит.

Ts = ([(SOF + ID + r1 + IDE + EDL + r0 + BRS / 2 + CRCdel / 2) * 1,2] + ACK + DEL + EOF + IFS) / t_x (3) Tf = (〖[( D〗 _f + BRS / 2 + ESI + DLC + CRCdel / 2) * 1,2] + 〖CRC〗 _17 + 5) / t_y (4)

где SOF (начало кадра) + ID (идентификатор) + r1 (зарезервированный бит 1) + IDE + EDL (расширенная длина данных) + r0 (зарезервированный бит 0) + BRS / 2 (переключатель скорости передачи данных) + CRCdel / 2 (CRC разделитель) = 17 бит, 1,2 - коэффициент заполнения битов наихудшего случая, что означает, что необходимо делить на 5. Считается, что BRS и CRCdel делятся на 2, потому что они точно соответствуют сдвигу перехода скорости передачи данных. ACK (подтверждение) + DEL (разделитель) + EOF (конец кадра) + IFS (межкадровый интервал) = 12 бит без вставки битов. Размер полезной нагрузки CAN-FD может составлять 0, 8, 12, 16, 20, 24, 32, 48, 64 байта. t_X - ширина полосы пропускания для заголовка сообщения (до 1 Мбит / с).

Для данных <16 байт

β = ((SOF + ID + r1 + IDE + EDL + r0 + BRS / 2 + CRCdel / 2 * 1,2) + ACK + DEL + EOF + IFS) / t_x + (〖[(D〗 _f + BRS / 2 + ESI + DLC + CRCdel / 2) * 1,2] + 〖CRC〗 _17 + 5) / t_y) / ω (5)

Для данных> = 16 байт β = ((SOF + ID + r1 + IDE + EDL + r0 + BRS / 2 + CRCdel / 2 * 1,2) + ACK + DEL + EOF + IFS) / t_x + (〖[( D〗 _f + BRS / 2 + ESI + DLC + CRCdel / 2) * 1,2] + 〖CRC〗 _21 + 6) / t_y) / ω (6)

CAN FD также снизил количество необнаруженных ошибок за счет повышения производительности алгоритма CRC . [5] Кроме того, CAN FD совместим с существующими сетями CAN 2.0, что позволяет новому протоколу работать в той же сети, что и классический CAN. [6] CAN FD, по оценкам, передает данные в 30 раз быстрее, чем классический CAN.

Из-за более высокой скорости связи ограничения CAN FD более жесткие с точки зрения паразитной емкости линии. Таким образом, бюджет «емкости» всех компонентов на линии был уменьшен по сравнению с обычной шиной CAN . По этой причине поставщики полупроводников выпустили новые компоненты, одобренные автопроизводителями. Это одобрение отражает необходимость взаимодействия между всеми системами CAN FD. Действительно, выбранные компоненты защиты от электростатического разряда совместимы со всеми трансиверами (CAN или CAN FD) и выдерживают ISO7637-3. [7]

Несмотря на более высокое выдерживаемое напряжение (37 В), устройства для грузовых автомобилей также должны соответствовать требованиям к низкой емкости (3,5 пФ). [8]

Заголовки CAN и CAN FD TP

CAN + CANFD -TP Заголовок
7 .. 4 (байт 0)3 .. 0 (байт 0)15 .. 8 (байт 1)23..16 (байт 2)(байт 3)(байт 4)(байт 5)(байт 6)....
Одиночный кадр (SF)0размер (0..7)Данные
0размер (0..62)Данные
Первый кадр (FF)1размер (8..4095)Данные
000размер (4 байта ~ 4 ГБ)Данные
Последовательный кадр (CF)2индекс (0..15)Данные
Кадр управления потоком (FC)3Флаг FC (0,1,2)Размер блокаSTНеиспользованный

В приведенной выше таблице поясняется протокол передачи, определенный для CAN + CANFD.

В частности, CANFD,

  • если первый байт SF = 0, то второй байт определяет размер данных.
  • если первые 2 байта FF = 0x10 00, то следующие 4 байта определяют размер данных в первом порядке старших байтов. Это фактически позволяет отправлять ~ 4 ГБ (приблизительно) данных в CAN FD.

CAN FD в действии

В 2017 году прогнозировалось, что CAN FD будет использоваться в большинстве автомобилей к 2019/2020 году. [9]

Сторонники CAN FD

Некоторые из компаний, стоящих за новым стандартом, включают STMicroelectronics , Infineon , [10] NXP , Texas Instruments , Kvaser, Daimler и GM .

CAN FD используется в качестве базового уровня канала передачи данных в некоторых протоколах более высокого уровня, таких как CANopen, например CANopen FD и J1939, и поддерживается различными компаниями со стеками протоколов.

использованная литература

  1. ^ a b «CAN в автоматизации (CiA): CAN FD - основная идея» . www.can-cia.org . Проверено 25 января 2017 .
  2. ^ «Bosch CAN FD Specification Version 1.0 (выпущена 17 апреля 2012 г.)» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 11 декабря 2015 года . Проверено 2 января 2019 .
  3. ^ де Андраде, Р.; Ходель, KN; Хусто, JF; Laganá, AM; Сантос, ММ; Гу, З. (2018). «Аналитические и экспериментальные оценки характеристик шины CAN-FD» . Доступ IEEE . 6 : 21287–21295. DOI : 10,1109 / ACCESS.2018.2826522 ..
  4. ^ https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-06082015-111553/publico/Dissertacao_Ricardo_rev2_17.pdf
  5. ^ https://www.kvaser.com/wp-content/uploads/2016/10/comparing-can-fd-with-classical-can.pdf
  6. ^ "Высокоскоростная шина CAN FD прибывает в автомобили, - говорит Microchip" . Еженедельник электроники . 2015-10-26 . Проверено 26 января 2017 .
  7. ^ "Защита CAN-шины от электростатического разряда для 12В систем" . STMicroelectronics-ESDCAN03-2BWY .
  8. ^ "Защита CAN-шины от электростатического разряда для систем 24В" . STMicroelectronics-ESDCAN05-2BWY .
  9. ^ «CAN 2020: будущее технологии CAN» . www.can-cia.org . Проверено 26 января 2017 .
  10. ^ Kelling, Урсула (апрель 2014). "Микроконтроллеры Infineon" (PDF) . Информационный бюллетень CAN онлайн . Проверено 2 июня 2019 года .

внешние ссылки

  • Сравнение CAN FD с классической CAN
  • CAN FD: от теории к практике
  • Защита CAN-шины: защитите то, что защищает вас
  • Linux и ISO 15765-2 с CAN FD - Подробная информация о том, как длина (полезной нагрузки) данных различается между CAN и CANFD
  • Linux и ISO 15765-2 с CAN FD 15-я международная конференция CAN 2015
  • Объяснение CAN FD
Источник « https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=CAN_FD&oldid=1040794555 »
Contribute a better translation