以靈活的資料傳輸率 (CAN FD) 了解 CAN

Controller Area Network (CAN) 協定自 1980 年代開始運作，已成為 ECU 與感測器通訊中最廣泛使用的車用網路。   然而，傳統的 CAN 頻寬限制為 1 Mbit/s 以下，且每個訊框的最大酬載大小為 8 位元組。CAN-FD 改善了這兩項規格，頻寬通常為 2 或 5 Mbit/s，且每個訊框的最高酬載大小為 64 位元組。 隨著消費者、安全與法規對汽車的要求與日俱增，傳輸資料的嵌入式電子產品數量不斷增加，而用於控制與診斷資料的資料量增長更快。  也因此，車輛內部必須傳輸更多資料，才能達到目前車輛所需的功能。  但就像汽車內所有裝置一樣，要做到這一點的成本也非常重要，必須盡量降低，才能讓產業大規模採用。  CAN FD 協定可滿足兩項關鍵的產業需求:

增加汽車電子通訊頻寬

根據 ISO 11898 標準所定義的原始 CAN 規格，網路通訊的最大頻寬為 1 Mbit/s。  這項限制導致汽車供應商與製造商希望繼續使用 CAN 協定，為車輛設計額外的 CAN 網路，以利傳輸必要的資料。  不過，越來越多的汽車網路，越需要額外的接線，車重也會增加，並降低車輛效能與燃油效率。 

CAN FD 允許高於 1 Mbit/s 的位元速率，同時增加 CAN FD 訊息對高於先前 8 位元組的酬載的支援，以解決頻寬限制問題。  許多汽車公司仍在尋找汽車所使用的位元速率，但其中一些最常見的為 2 Mbit/s 與 5 Mbit/s，而其他公司則正在考慮使用高達 8 Mbit/s 的位元速率，以因應 ECU 快閃與傳輸長訊息等重要用途。  CAN FD 格式的訊框可在單一訊息中容納高達 64 位元組，能大幅提高酬載支援。

圖 1.CAN FD 酬載的位元速率較快，可讓更多資料儲存至單一訊息中。

最低的升級與遷移成本

除了 CAN 之外，還有其他車用網路，其通訊頻寬高於 1 Mbit/s。  不過，這些網路 (如 FlexRay 與汽車乙太網路) 與 CAN 實體層大不相同，代表供應商與 OEM 必須花費大量成本進行變更以支援這些網路而非 CAN。 

CAN FD 也是解決此問題的理想選項，因為實體層與高速 CAN 相同。  此硬體的唯一差別在於使用全新協定控制器搭配符合資格的收發儀，能加快速度。  此外，由於訊息格式非常相似，因此軟體變更極少。  事實上，使用最高達 1 Mbit/s 的 CAN FD 訊息與 8 位元組的酬載時，無需更改軟體。

一般的 CAN 訊息格式與 CAN FD 訊息格式之間有許多相似之處，但需考量幾項主要差別。  以下列舉重要附加內容與 CAN FD 訊息格式規格:

圖 2.CAN FD 訊息格式具有適用於更高的酬載與更快的位元速率的特定欄位。

• 延伸資料長度 (EDL)：位於 IDE (CAN FD 訊框) 或 RTR (標準 CAN 訊框) 之後的保留位元，且此位元以隱性狀態傳輸。
• r1、r0：r1 已保留供後續協定擴充之用，而 r0 則用於重新同步化，再進行選用的位元速率切換。  兩個位元皆以顯性方式傳輸。
• 位元速率切換 (BRS)：顯性傳輸表示資料相位的位元速率與仲裁相位相同，而隱性傳輸則代表資料相位的位元速率較快。
• 誤差狀態指標 (ESI)：顯性傳輸為誤差主動，隱性傳輸為誤差被動。
• 資料長度代碼 (DLC):DLC 值介於 1001 到 1111 之間，用於指定 12、16、20、24、32、48 與 64 位元組的資料長度。
• 循環備援檢查 (CRC):CRC 的長度取決於 DLC 與 EDL 的長度。CRC 為 15 位元，適用於 CAN 訊息，CAN FD 則為 17 或 21 位元。

NI-XNET 系列 CAN 介面是專為高效能模組所設計，很容易就能因應新的標準與協定。  由於 CAN FD 實體層與高速 CAN 非常相似，因此，所有支援高速 CAN 通訊的 NI-XNET CAN 介面，均支援最高 8 Mbit/s 的位元速率 CAN FD。 

目前可支援 CAN FD 通訊的清單如下:

• NI-9862
• USB-8502
• NI PXI-8513/2
• NI PXI-8513
• NI PXI-8512/2
• NI PXI-8512
• NI PCI-8513/2
• NI PCI-8513
• NI PCI-8512/2
• NI PCI-8512
• 具備 TRC-8542 或 TRC-8543 的 PCIe-8510
  
• 具備 TRC-8542 或 TRC-8543 的 PXIe-8510
• 含 TRC-8542 或 TRC-8543 的 NI-9860

這些介面結合功能強大且簡單好操作的 NI-XNET API，讓工程師能在整個開發週期中使用靈活的 CAN FD 測試與模擬工具。