【技研】CAN FD总线技术及应用——CAN FD的应用

首先，CAN总线是博世汽车公司提出来的，CAN FD同样也是博世汽车公司提出来的，提出CAN和CAN FD的初衷都是为了服务于汽车电子的。以往的CAN总线在汽车电子领域已经证明了其无可比拟的可靠性和稳定性，而随着电动汽车、无人驾驶汽车技术的快速发展，以及对于汽车高级驾驶辅助系统和人机交互需求的增加，传统的CAN总线在传输速率和带宽等方面越来越显得力不从心。

因此，CAN FD应运而生。CiA国际主席Holger Zeltwanger先生坦言：“由于CAN FD控制器可以和兼容性收发器芯片及先前的电缆接头一并使用，所以丝毫不影响传输的出色鲁棒性（控制系统在一定（结构，大小）的参数摄动下，维持其它某些性能的特性）。其可靠性也同样不输于应用至今的CAN网络。”此外在成本方面，CAN FD控制器的成本也只是略高于目前的CAN芯片，也不会给用户带来更多的负担。

从Holger先生口中，我们了解到目前大多数汽车制造商已经开始关注并着手进入CAN FD车载网络领域的研发了。据说通用GM和戴姆勒Daimler已经给出了一个具有挑战性的计划表，将会在2018或2019年前实现量产；而丰田Toyota和现代Hyundai也将在2020年引进CAN FD；菲亚特Fiat、克莱斯勒Chrysler和福特Ford也将在2020年实现CAN FD的应用。

尤其值得注意的是，由于中国司机习惯使用紧急刹车，盲点检测，自动停车等高级辅助系统，而这些系统中大量采用雷达，超声波等感应元器件，需要CAN FD来提供高速，稳定的性能支持。所以说，CAN FD在中国汽车市场的推广和发展是势在必行的。

谈完汽车行业，我们还讲讲其它的领域。我们知道，CAN与CAN FD是属于低层的协议，而CANopen，J1939，DeviceNet等是基于CAN的高级应用层协议。随着CAN FD的诞生，这些高层协议也将在保持原有优势的基础上，给用户带来更快更稳定的应用体验。

尤其是CANopen协议，现已广泛应用于车辆工业、工程机械、智能建筑、医疗器械、航海机具、实验室器材及研究领域。其中最为主要的SDO和PDO报文传输模式将在CAN FD的支持到提升将近10倍左右的性能，其特用的数据比特率在数据内容和数据安全上发挥着至关重要的作用，一来是每条报文可达到64个字节的数据长度，大大提升了数据负载，二来是报文的传输速率理论上可达到15Mbit/s，大大提升了实时性能。

目前CiA协会正致力于将CANopen总线转换为CAN FD——CANopen V5规范，这种即将推出的用于CAN FD的CANopen总线将应用于工业部门，并为100kbit/s至5Mbit/s数据传输的网络提供有效的解决方案。而且由于可选用更高的数据速率或使用单独/组合式扩展数据框架，CAN FD将非常适用于专用机械中适应性强的现场总线系统。

讲到这里，有些人不禁会思考：既然工业自动化领域对传输速率和数据负载要求那么高，那为什么不直接采用工业以太网协议呢，如EtherCAT，Profinet等。确实，从原则上讲，更换高性能的工业以太网技术是可行的，尤其是EtherCAT协议，完全就是在以太网的介质上实现了CANopen。但这种方案通常是需要增加成本，改变数据结构的，特别是在时间控制要求极高的场合，节点数目极大的以太网将面临着巨大的挑战。此外，在开发、调试、使用、维护等方面也都需要新的工具和新的知识，这往往阻碍了以太网方案的全面实施。而CAN FD不同，它提供了一种有用的方式让用户可以继续使用现有的技术，同时还大大增强了系统的性能和适应性。