CAN XL是CAN通信協(xié)議的第三代技術(shù)，憑借其低成本、高傳輸速率、強(qiáng)魯棒性以及易于升級(jí)的優(yōu)勢(shì)，成為車載通信網(wǎng)絡(luò)的重要推動(dòng)力量。該協(xié)議能夠有效滿足未來(lái)智能網(wǎng)聯(lián)汽車對(duì)大數(shù)據(jù)傳輸和高效通信的需求，不僅在電動(dòng)車和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景，還通過(guò)兼容性設(shè)計(jì)，為現(xiàn)有CAN網(wǎng)絡(luò)的平滑升級(jí)提供了可行路徑，因而備受業(yè)內(nèi)關(guān)注。

Mutter Arthur

博世首席半導(dǎo)體IP技術(shù)專家

2024年11月，博世半導(dǎo)體首席IP技術(shù)專家Mutter Arthur參與了虹科CAN XL國(guó)際研討會(huì)，深度剖析了CAN XL在E/E架構(gòu)中的關(guān)鍵作用。Dr.Mutter指出，CAN XL與CAN FD的相互兼容性能夠構(gòu)建混合網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)與以太網(wǎng)等高層協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)深度融合，這些特性極大地?cái)U(kuò)展了CAN XL的應(yīng)用范圍。特別是在復(fù)雜場(chǎng)景下，CAN XL的時(shí)間同步、幀切片以及CANSec等新功能，為未來(lái)的電子電氣架構(gòu)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支持。

本文梳理了Dr. Mutter針對(duì)行業(yè)內(nèi)對(duì)CAN XL最關(guān)注話題所分享的洞見(jiàn)。

Q1: CAN XL的尋址和仲裁是分開(kāi)的嗎?原因是什么?

Dr. Mutter：在標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，之前使用CAN FD 29 位標(biāo)識(shí)符或 11 位標(biāo)識(shí)符存在一定的局限性。因?yàn)槿藗儠?huì)將多種不同信息(如優(yōu)先級(jí)、源地址、目的地址及其他附加信息)都放入這一個(gè)字段，導(dǎo)致該字段變得復(fù)雜且缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，容易造成混亂和不兼容性。

為了提高系統(tǒng)的靈活性，適應(yīng)可能變化的區(qū)域架構(gòu)。通過(guò)將尋址和仲裁相關(guān)信息分開(kāi)設(shè)置字段，例如設(shè)置單獨(dú)的幀優(yōu)先級(jí)字段(即標(biāo)識(shí)符)用于仲裁，而其他信息(如虛擬 CAN 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符、SDU 類型和目標(biāo)字段等)放在數(shù)據(jù)階段以短位形式發(fā)送，這樣在架構(gòu)變化時(shí)，可以方便地更改地址、優(yōu)先級(jí)或虛擬 CAN 網(wǎng)絡(luò) ID 等，而不會(huì)破壞整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。

這種分開(kāi)設(shè)置的方式使得系統(tǒng)在不同應(yīng)用場(chǎng)景和需求變化下更具適應(yīng)性和可擴(kuò)展性，能夠更好地滿足現(xiàn)代復(fù)雜的通信需求，提高系統(tǒng)的整體性能和穩(wěn)定性。同時(shí)，如果用戶不需要這種靈活性，也可以繼續(xù)使用舊的將所有信息都放在標(biāo)識(shí)符中的方式。

Q2: 是否存在一個(gè)清晰的使用CAN XL傳輸?shù)膱?chǎng)景?例如，我們通常使用以太網(wǎng)來(lái)傳輸視頻。

Dr. Mutter：在視頻傳輸領(lǐng)域，經(jīng)常選擇使用以太網(wǎng)。但實(shí)際上，完全可以同時(shí)采用以太網(wǎng)和CAN XL技術(shù)。選擇哪種技術(shù)，需要根據(jù)成本以及其他因素來(lái)決定哪種更適合特定的應(yīng)用場(chǎng)景。 帶 FD 或 SIC 收發(fā)器的 CAN XL 與 CAN FD 的價(jià)格持平，但功能更多。

Q3：CAN總線技術(shù)深不可測(cè)，當(dāng)前CAN XL是這種通訊技術(shù)的極限了嗎?

Dr. Mutter：當(dāng)前技術(shù)狀態(tài)判斷：從目前的技術(shù)狀況來(lái)看，CAN XL在物理層和協(xié)議方面已經(jīng)具備現(xiàn)代協(xié)議所需的要素。例如，在物理層方面，CAN XL在總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面已經(jīng)達(dá)到一定的技術(shù)水準(zhǔn)，其脈沖特性(如49秒脈沖，相當(dāng)于25 Mbits)在當(dāng)前的技術(shù)架構(gòu)下具有一定的優(yōu)勢(shì)。

未來(lái)發(fā)展意向：短期內(nèi)沒(méi)有進(jìn)一步發(fā)展的意向。從技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析，更高速度(如100 Mbits及以上)的需求需要采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的解決方案，這與CAN XL的總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)完全不同，意味著要實(shí)現(xiàn)更高速度需要進(jìn)行重大的技術(shù)變革，成本也會(huì)顯著增加。目前在汽車領(lǐng)域，1000 Mbits技術(shù)正在興起，但100 Mbits技術(shù)與CAN XL相比，在物理層概念(如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、全雙工等)和成本等方面存在很大差異。至少在當(dāng)前，CAN XL被認(rèn)為是一個(gè)比較完善的技術(shù)方案，能夠滿足當(dāng)前大多數(shù)場(chǎng)景的需求。未來(lái)如果有新的需求出現(xiàn)，技術(shù)可能會(huì)有所演進(jìn)，但從目前的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)判斷，短期內(nèi)沒(méi)有計(jì)劃開(kāi)發(fā)超越CAN XL的新技術(shù)。

Q4：CAN XL是否與CAN FD和經(jīng)典CAN兼容?

Dr. Mutter：是的，當(dāng)收發(fā)器兼容時(shí)，CAN HS、FD和SIC是兼容的。

Q5：關(guān)于數(shù)據(jù)字段，CAN CC和CAN FD中數(shù)據(jù)可以為“零”，但在CAN XL中，最小數(shù)量是“1”，為什么?

Dr. Mutter：不需要零數(shù)據(jù)字節(jié)。為了避免為數(shù)據(jù)字段長(zhǎng)度(DLC)增加額外的位，DLC設(shè)置為11位，其中DLC=0表示1字節(jié)，DLC=2047表示2048字節(jié)。

Q6：地址字段(AF)的主要功能是什么?

Dr. Mutter：AF用于尋址。它可以包含CAN FD中使用的29位標(biāo)識(shí)符，也可以包含源地址和目標(biāo)地址。AF的使用是可選的。

Q7：數(shù)據(jù)字段中的位填充是否用于修復(fù)?其機(jī)制是什么?

Dr. Mutter：CAN XL在數(shù)據(jù)字段中使用固定的填充位。這意味著每10個(gè)用戶位后會(huì)添加一個(gè)填充位。

Q8：如何避免由于CAN XL數(shù)據(jù)傳輸電壓降低而導(dǎo)致CAN FD節(jié)點(diǎn)誤認(rèn)為總線處于空閑狀態(tài)?

Dr. Mutter：CAN XL和CAN FD在使用SIC和FD收發(fā)器時(shí)最多兼容至8 Mbit/s。這些收發(fā)器使用相同的電壓水平。若需支持超過(guò)8 Mbit/s的互操作性，需要NXP的特殊解決方案來(lái)屏蔽FD節(jié)點(diǎn)，防止其干擾XL通信。

Q9：CAN SIC和CAN XL的AF限制為667 kbps，但市場(chǎng)上許多應(yīng)用在AF中使用1 Mbps，這該如何理解?

Dr. Mutter：

FD收發(fā)器可以在仲裁階段使用1 Mbit/s。

SIC收發(fā)器在仲裁階段限制約為700 kbit/s。

若僅使用有限的標(biāo)識(shí)符集合(約25%)，SIC收發(fā)器可以支持仲裁階段的1 Mbit/s。

CiA 612-3解釋了這些限制(文檔尚未發(fā)布)。

Q10：以太網(wǎng)直通是否意味著CAN XL的有效負(fù)載直接轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)消息，而無(wú)需將多個(gè)幀打包?

Dr. Mutter：是的，完整的以太網(wǎng)MAC幀被復(fù)制到CAN XL數(shù)據(jù)字段中并通過(guò)CAN總線傳輸。接收方只需移除CAN XL頭部即可提取以太網(wǎng)MAC幀。

Q11：如果CAN FD忽略CAN XL，而CAN XL以5 Mbps的比特率工作，CAN FD以2 Mbps的比特率工作，如何處理CAN FD節(jié)點(diǎn)的位錯(cuò)誤?

Dr. Mutter：如果CAN總線上發(fā)生位錯(cuò)誤，CAN FD節(jié)點(diǎn)可能無(wú)法識(shí)別傳輸中的CAN幀。無(wú)需擔(dān)心，因?yàn)镃AN FD節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)送錯(cuò)誤幀并破壞CAN XL幀。這是正常行為，當(dāng)幀的許多位之一發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)就會(huì)這樣。

Q12：從CAN FD升級(jí)到CAN XL時(shí)，線束是否有特殊要求?可以直接使用原來(lái)的CAN FD/CAN線束嗎?

Dr. Mutter：

線束(電纜)的要求取決于使用的收發(fā)器：

對(duì)于CAN HS、FD、SIC收發(fā)器，需要阻抗為120歐姆的電纜。

對(duì)于CAN SIC XL收發(fā)器，阻抗為100歐姆的電纜最佳(但120歐姆電纜也可用)。

博世研發(fā)的CAN通信技術(shù)是國(guó)際應(yīng)用最為廣泛的總線技術(shù)之一，已引領(lǐng)車載網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域三十余載。作為半導(dǎo)體IP技術(shù)的先驅(qū)之一，博世將繼續(xù)助力汽車電子網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，滿足未來(lái)智能網(wǎng)聯(lián)汽車對(duì)高速數(shù)據(jù)傳輸和可靠性更高的需求，為行業(yè)提供更加高效、安全和經(jīng)濟(jì)的解決方案。

來(lái)源：虹科智能互聯(lián)汽車電子