CAN FD協(xié)議主要應(yīng)用于需要高帶寬和高實(shí)時(shí)性的汽車電子系統(tǒng)中，如高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和無(wú)人駕駛系統(tǒng)（AV）。這些應(yīng)用場(chǎng)景要求快速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸，以支持復(fù)雜的車輛控制和決策過(guò)程。

CAN協(xié)議

CAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)）協(xié)議是德國(guó)博世公司于1986年開發(fā)的一種異步串行通信協(xié)議，后來(lái)通過(guò)ISO 11898進(jìn)行國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化。2022年7月，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)基于ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)制定并發(fā)布了對(duì)應(yīng)的國(guó)標(biāo)GB/T 41588，并于2023年2月正式實(shí)施（等同11898）。

CAN協(xié)議具有開放靈活、分布式控制、高可靠、實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)，最初是為減少汽車內(nèi)部線束數(shù)量、實(shí)現(xiàn)電子控制單元（ECUs）之間的有效通信而設(shè)計(jì)，如今在工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫(yī)療等領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用。隨著技術(shù)的發(fā)展，CAN協(xié)議也經(jīng)歷了重要的演變，其中最重要的兩個(gè)版本是CAN 2.0和CAN FD。

CAN 2.0協(xié)議是CAN協(xié)議的經(jīng)典版本，具有高效的數(shù)據(jù)傳輸性能和可靠的錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制。它支持最高1Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，每幀最多可傳輸8字節(jié)的數(shù)據(jù)。

CAN FD（Flexible Data Rate）協(xié)議是CAN 2.0協(xié)議的升級(jí)，在前向兼容的情況下，CAN FD協(xié)議顯著提高了數(shù)據(jù)傳輸能力、傳輸可靠性并提供了更多的靈活性，使其能在現(xiàn)代應(yīng)用場(chǎng)景下更好地發(fā)揮作用：

更高的數(shù)據(jù)傳輸速率：CAN FD支持最高5 Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，相比傳統(tǒng)CAN的1 Mbps，顯著提高了數(shù)據(jù)傳輸速度，這對(duì)于需要快速處理大量數(shù)據(jù)的高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)和無(wú)人駕駛系統(tǒng)至關(guān)重要。

更大的數(shù)據(jù)負(fù)載：CAN FD允許每幀報(bào)文的有效數(shù)據(jù)場(chǎng)達(dá)到64字節(jié)，這比傳統(tǒng)CAN的8字節(jié)大幅增加，使得單個(gè)報(bào)文可以攜帶更多的信息，從而減少通信次數(shù)，提高網(wǎng)絡(luò)效率。

改進(jìn)的幀結(jié)構(gòu)：幀結(jié)構(gòu)上，CAN FD增加CAN FD協(xié)議標(biāo)識(shí)（FDF）、位速率切換標(biāo)識(shí)（BRS）用以支持高速數(shù)據(jù)傳輸。增加錯(cuò)誤狀態(tài)指示標(biāo)識(shí)（ESI），增加CRC位數(shù)，并引入固定填充機(jī)制和CRC域的奇偶校驗(yàn)機(jī)制來(lái)提高錯(cuò)誤檢測(cè)能力，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?

向下兼容：CAN FD協(xié)議在設(shè)計(jì)上保持了與經(jīng)典CAN的兼容性，并支持多種兼容模式，使得舊設(shè)備在不更換硬件的情況下可以與支持CAN FD的新設(shè)備協(xié)同工作，降低了協(xié)議遷移的成本和復(fù)雜性。

靈活的數(shù)據(jù)速率切換：CAN FD支持幀數(shù)據(jù)域高速傳輸?shù)耐瑫r(shí)，以較低速度傳輸幀頭，這使得它能夠在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中靈活切換數(shù)據(jù)速率，以優(yōu)化通信效率。

CAN FD協(xié)議的應(yīng)用場(chǎng)景主要集中在需要高帶寬和高實(shí)時(shí)性的汽車電子系統(tǒng)中，如高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和無(wú)人駕駛系統(tǒng)（AV）。這些應(yīng)用場(chǎng)景要求快速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸，以支持復(fù)雜的車輛控制和決策過(guò)程。

FDCAN功能特性

FDCAN是一款基于ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，并通過(guò)ISO 16845 CAN一致性測(cè)試的高性能CAN通信控制器，能夠同時(shí)支持CAN 2.0協(xié)議和CAN FD協(xié)議，因此也具有上述CAN FD協(xié)議的全部功能特性。這意味著，我們的模塊能夠在保持向后兼容性的同時(shí)，提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更大的數(shù)據(jù)負(fù)載能力。

在ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)之外，為滿足實(shí)際應(yīng)用需求，F(xiàn)DCAN在消息緩沖、錯(cuò)誤和中斷管理等方面做了大量針對(duì)性設(shè)計(jì)：

多級(jí)消息緩沖：主機(jī)和CAN網(wǎng)絡(luò)之間存在較大的傳輸速率差異，使得CAN控制器容易成為數(shù)據(jù)傳輸效率瓶頸。FDCAN模塊配置了多級(jí)消息緩沖來(lái)滿足數(shù)據(jù)傳輸需求，包括1個(gè)接收buffer和2個(gè)發(fā)送buffer，其中接收Buffer為FIFO模式，可容納64個(gè)消息幀，發(fā)送Buffer包含1個(gè)1幀的高優(yōu)先級(jí)Buffer和1個(gè)31幀的低優(yōu)先級(jí)buffer，可配置為優(yōu)先級(jí)模式或FIFO模式。

時(shí)鐘域管理：FDCAN模塊設(shè)計(jì)為完全同步設(shè)計(jì)，包含三個(gè)獨(dú)立的時(shí)鐘域：主機(jī)時(shí)鐘域、CAN時(shí)鐘域和定時(shí)器時(shí)鐘域。這種設(shè)計(jì)確保了各功能模塊可以針對(duì)性地采用最佳時(shí)鐘配置，以達(dá)到最佳系統(tǒng)效率。

錯(cuò)誤處理與中斷管理：FDCAN具備強(qiáng)大的錯(cuò)誤處理能力，能夠檢測(cè)并報(bào)告各種錯(cuò)誤情況，如仲裁失敗、主被動(dòng)錯(cuò)誤模式、格式錯(cuò)誤、CRC錯(cuò)誤、ACK錯(cuò)誤等。FDCAN還支持多種中斷源，包括PTB中斷、接收緩沖區(qū)接近滿中斷、接收緩沖區(qū)溢出中斷等，確保了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)和可靠性。

Host端AHB接口：FDCAN在Host端采用標(biāo)準(zhǔn)AHB接口，AHB協(xié)議支持更強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳輸能力和更豐富的數(shù)據(jù)傳輸模式，能夠更好地滿足數(shù)據(jù)傳輸需求。

測(cè)試模式：實(shí)際應(yīng)用中往往需要對(duì)CAN控制器節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試，F(xiàn)DCAN支持監(jiān)聽模式（Loop Out Message, LOM）、內(nèi)部回環(huán)測(cè)試（Loop Back Internal, LBMI）和外部回環(huán)測(cè)試（Loop Back External, LBME），能夠方便軟硬件開發(fā)人員對(duì)主機(jī)、CAN控制器內(nèi)外部連接、CAN網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行測(cè)試。

低功耗模式（Standby Mode）：低功耗模式通過(guò)降低能耗、優(yōu)化喚醒機(jī)制和監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等功能，在多個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，特別是在需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行且對(duì)能耗敏感的應(yīng)用場(chǎng)景中。FDCAN支持低功耗模式，Host通過(guò)簡(jiǎn)單的寄存器配置即可進(jìn)入該模式，此時(shí)控制器進(jìn)入監(jiān)聽狀態(tài)，收到特定喚醒信號(hào)后即可自動(dòng)轉(zhuǎn)入工作模式。

FDCAN應(yīng)用場(chǎng)景和優(yōu)勢(shì)

汽車領(lǐng)域：FDCAN模塊主要用于車輛內(nèi)部不同設(shè)備之間的通訊和控制。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)等關(guān)鍵部件都需要通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。FDCAN模塊具有較高的傳輸速率并支持更多的有效數(shù)據(jù)載荷，能夠滿足高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和無(wú)人駕駛系統(tǒng)（AV）等高帶寬應(yīng)用的需求。

工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域：FDCAN模塊的高速數(shù)據(jù)傳輸能力使得它成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0愿景的理想選擇。FDCAN模塊用于連接各種傳感器、執(zhí)行器和控制器。例如，在智能制造系統(tǒng)中，F(xiàn)DCAN模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制，提高生產(chǎn)效率和設(shè)備利用率。此外，F(xiàn)DCAN模塊的高可靠性和實(shí)時(shí)性也使其成為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中不可或缺的一部分。

軟件支持

為了充分發(fā)揮FDCAN模塊的潛力，我們提供了全面的軟件支持。包括但不限于：

驅(qū)動(dòng)程序：提供對(duì)FDCAN模塊硬件接口的訪問(wèn)和支持。

配置工具：提供用戶友好的配置工具，使開發(fā)者能夠輕松設(shè)置和調(diào)整FDCAN模塊的參數(shù)。

開發(fā)工具：包括編譯器、調(diào)試器和仿真器等，幫助開發(fā)者高效地開發(fā)和測(cè)試應(yīng)用程序。

技術(shù)支持：專業(yè)的技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)，為開發(fā)者提供實(shí)時(shí)的技術(shù)幫助。

結(jié)語(yǔ)

FDCAN控制器憑借其高效、可靠的通信性能和靈活的雙協(xié)議支持，在汽車和工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。我們希望通過(guò)這篇文章可以讓開發(fā)者更好地理解和利用FDCAN模塊的優(yōu)勢(shì)，開發(fā)出更加智能、高效的系統(tǒng)解決方案，我們期待與廣大軟硬件開發(fā)者合作，共同推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和行業(yè)發(fā)展。