眾所周知，CAN FD是基于CAN 2.0的升級版協(xié)議，為了滿足汽車電子日益增長的高帶寬和高傳輸速率的要求，CAN FD主要升級了以下幾個方面：
1、更高的傳輸波特率
圖1 可變數(shù)據(jù)段波特率結(jié)構(gòu)
CAN FD速率包含兩個段的速率，其中仲裁段和ACK段沿用CAN2.0的規(guī)范，最高速率為1Mbit/s，中間的數(shù)據(jù)段是可以加速的，標(biāo)稱可以達到5Mbit/s，甚至更高。
2、更高效的數(shù)據(jù)段
對于汽車電子來說，對車輛動力系統(tǒng)、底盤以及主被動系統(tǒng)來說，加長的數(shù)據(jù)段避免了數(shù)據(jù)非必要的拆分，大大提升了CAN幀的傳輸效率。
圖2 CAN FD高效的數(shù)據(jù)段
3、更可靠的CRC校驗和額外的控制位
在傳統(tǒng)的CAN 2.0中，由于填充規(guī)則會對CRC產(chǎn)生干擾，在CAN FD中升級了算法，將填充位加入多項式的運算，主要作為格式檢查，考慮數(shù)據(jù)長度變化的區(qū)間很大，CRC也根據(jù)區(qū)間會生成兩種校驗算法，當(dāng)幀長小于210位，使用CRC_17，當(dāng)幀長小于1023位，使用CRC_21位算法。
圖3 可靠的CRC校驗
另外在CAN FD中利用了部分保留標(biāo)志位，新增三種控制位，包括EDL（是否是CAN FD幀）、BRS（是否可變速率）以及ESI（錯誤狀態(tài)），豐富幀內(nèi)的有用信息。
圖4 新增控制位
接下來我們回到正題，升級后的CAN FD到底能跑多快呢？那就用一個問題開始，大家都知道CAN 2.0最高速率可以到1M，但是為什么汽車電子高速CAN只跑到500K呢？
對于CAN總線的傳輸速率來講，傳輸距離和傳輸速率是成反比的，一般來說傳輸距離（m）=（50000/波特率kbps）*0.8，如圖5所示。
圖5 傳輸距離和傳輸速率的關(guān)系
實際在總線傳輸?shù)倪^程中，只有在實際應(yīng)用環(huán)境下穩(wěn)定傳輸才是重中之重，所以1M波特率在汽車電子會很難，接下來就如何實現(xiàn)高速率的穩(wěn)定傳輸因素做以下淺析。
首先是CAN收發(fā)器，收發(fā)器的功能是將邏輯值轉(zhuǎn)換為電平值，但電平在傳輸?shù)倪^程中難免衰減，傳輸線纜本身的阻抗和容抗無法避免，尤其是首位終端電阻（基于手牽手拓撲），主要有兩個功能：
首尾120歐姆終端電阻，保證阻抗連續(xù)性（防止電信號反射）；
放電作用。
針對終端電阻放電作用，我們下面從兩個層面分析：
一、電平傳輸層面分析
圖6 CAN FD波形
我們先來看一個CAN FD分解波形，其中是由顯隱性電平構(gòu)成的，其中上升沿是由CAN收發(fā)器芯片本身驅(qū)動的。當(dāng)顯性電平轉(zhuǎn)變?yōu)殡[形電平的時候，需要終端電阻放電，所以下降沿是我們的終端電阻放電的造成的。
圖7 負載電阻與差分幅值的關(guān)系
如果下降沿緩慢是什么原因?qū)е拢?/strong>
1、檢查收發(fā)器外圍電路是否存在容性較大的器件（不影響電路正常工作的情況下拆除），重新測試波形是否正常；
2、檢查線纜的參數(shù)，每米容抗是否在正常范圍內(nèi)，正常線纜電容在40-70pF/m，容抗太大，建議更換線纜；
3、增加終端電阻放電，建議采用專業(yè)設(shè)備測試網(wǎng)絡(luò)阻抗容抗做正確匹配。
圖8 CANscope總線阻抗容抗測試
二、總線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)能否正確傳輸層面
阻抗太大，電壓幅值壓降太大，傳輸距離大大降低?，F(xiàn)象就是在手牽手的網(wǎng)絡(luò)拓撲中，當(dāng)然差分幅值最好不要低于1.3V，防止在強干擾的環(huán)境下，導(dǎo)致收發(fā)器無法識別或誤識別總線信號。
容抗也是影響下降沿的重要因素，如果下降沿太緩慢會導(dǎo)致位寬拉長，導(dǎo)致收發(fā)器錯誤識別，導(dǎo)致0/1的翻轉(zhuǎn)，CAN總線是錯誤重發(fā)的機制，會一直重發(fā)，直到這一幀被正確接收。
圖9 電容對下降沿的影響
同樣的我們回到阻抗和容抗的匹配是如何影響CAN FD的傳輸速率的呢，接下來我們用實測證明：
圖10 穩(wěn)定時間140ns
前面我也提到5M數(shù)據(jù)速率時，位時間是200ns，實際傳輸過程中，一位時間包含了上升沿、下降沿以及數(shù)據(jù)穩(wěn)定時間，如圖10所示，數(shù)據(jù)穩(wěn)定時間按是140ns，那其中上升沿和下降沿占了60ns，理想情況下，上升沿和下降沿完全對稱，其中上升沿時間是30ns，按照邊沿極限值12%計算，實際算出來的位時間=30/（12/100）=250ns，那么相對應(yīng)的傳輸波特率就=1/250ns=4M波特率，所以實際5M波特率也就是在測試使用，如果按照7%的邊沿時間為安全值來計算，實際的位時間=30/（7/100）約等于42ns，相對應(yīng)的傳輸波特率=1/42ns約等于2.3M，所以想要實際在工況下穩(wěn)定可靠傳輸，數(shù)據(jù)端波特率在2M左右比較合理。
