眾所周知，CAN網(wǎng)絡(luò)具有易于實(shí)現(xiàn)、可擴(kuò)展、并支持復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等諸多優(yōu)點(diǎn)，所以目前在各個(gè)行業(yè)特別是汽車(chē)領(lǐng)域，得到了非常廣泛的應(yīng)用。但是，它也存在著諸多問(wèn)題，其中最大的一點(diǎn)就是總線帶寬和數(shù)據(jù)場(chǎng)長(zhǎng)度太低，導(dǎo)致承載能力非常有限。為此，CiA（CAN-in-Automation，國(guó)際用戶(hù)與制造商聯(lián)合組織）推出了CAN FD（CAN with Flexible Data rate）。CAN FD繼承了CAN總線的主要特性，但是彌補(bǔ)了CAN總線帶寬和數(shù)據(jù)場(chǎng)長(zhǎng)度的制約，CAN FD總線與CAN總線的區(qū)別主要在以下兩個(gè)方面：

• 可變速率：CAN FD采用了兩種位速率：從控制場(chǎng)中的BRS位到ACK場(chǎng)之前（含CRC分界符）為可變速率，其余部分為原CAN總線用的速率。兩種速率各有一套位時(shí)間定義寄存器，它們除了采用不同的位時(shí)間單位TQ外，位時(shí)間各段的分配比例也可不同。

• 新的數(shù)據(jù)場(chǎng)長(zhǎng)度：CAN FD對(duì)數(shù)據(jù)場(chǎng)的長(zhǎng)度作了很大的擴(kuò)充，DLC最大支持64個(gè)字節(jié)，在DLC小于等于8時(shí)與原CAN總線是一樣的，大于8時(shí)有一個(gè)非線性的增長(zhǎng)，所以最大的數(shù)據(jù)場(chǎng)長(zhǎng)度可達(dá)64字節(jié)。

CAN FD引入了更快的比特率，在數(shù)據(jù)階段可設(shè)置為高達(dá)5 Mbit/s，但其后果是由于信號(hào)振鈴而受到嚴(yán)格的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)限制。這就使CAN FD局限于線性網(wǎng)絡(luò)，限制了設(shè)計(jì)的自由度，增加了布線和系統(tǒng)成本。所以，在2020年的第17屆國(guó)際CAN大會(huì)（iCC）上，CiA又推出了第三代CAN通信技術(shù)CAN XL。

一、什么是CAN XL

CAN XL是一種高度可擴(kuò)展的通信技術(shù)，涉及比特率和數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度。物理層仍在開(kāi)發(fā)中。目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高達(dá)10+ Mbit / s的比特率。 CAN XL針對(duì)面向區(qū)域的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。該方法以最優(yōu)的長(zhǎng)度滿(mǎn)足未來(lái)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的要求。汽車(chē)工業(yè)試圖減少布線，以最小化重量，或者換句話說(shuō)，是限制能耗。它的幾個(gè)核心期望特性如下：

• 有效負(fù)載長(zhǎng)度：與以太網(wǎng)幀長(zhǎng)度一樣；
• 可靠性：等于或者優(yōu)于CAN，CAN FD和10Mbit/s以太網(wǎng)的穩(wěn)定性；
• 魯棒性：與CAN FD一樣好，甚至要優(yōu)于10Mbit/s以太網(wǎng)；
• 波特率：在數(shù)據(jù)段的傳輸速率最大可達(dá)10Mbit/s；
• 兼容性：向后兼容CAN FD。

CAN XL是對(duì)CAN和CAN FD的進(jìn)一步擴(kuò)展，并且在很大程度上遵循相同的運(yùn)行原理。CAN報(bào)文分為仲裁場(chǎng)和數(shù)據(jù)場(chǎng)。盡管CAN XL在仲裁場(chǎng)使用500kbit/s至1Mbit/s的低速率，但數(shù)據(jù)場(chǎng)的傳輸速率卻可提升至2Mbit/s至10Mbit/s。相對(duì)于CAN FD的可選速率切換功能，CAN XL強(qiáng)制執(zhí)行速率切換。

此外，總線訪問(wèn)仍舊采用CSMA/CD（載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突解決方案），通過(guò)位仲裁解決總線訪問(wèn)權(quán)限問(wèn)題。CAN XL遵循嚴(yán)格的優(yōu)先級(jí)概念，允許更重要的消息無(wú)延遲地傳輸。CAN XL僅支持11位標(biāo)識(shí)符ID，不再使用29位標(biāo)識(shí)符ID。CAN XL憑借用于報(bào)頭和幀以及格式檢查的漢明距離6算法，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃?#xff0c;實(shí)際上勝過(guò)FlexRay和以太網(wǎng)的CRC功能。

然而，對(duì)于未來(lái)的應(yīng)用而言重要的不僅僅是提高數(shù)據(jù)傳輸速率。CAN XL主要功能之一是數(shù)據(jù)場(chǎng)支持1~2048Byte的可變長(zhǎng)度。在必要時(shí)，可將以太網(wǎng)幀打包為CAN XL消息，直接或間接通過(guò)CAN XL使用IP通信技術(shù)。

CAN XL傳承自經(jīng)典的CAN和CAN FD，并縮小了CAN/CAN FD與Ethernet之間的傳輸速度和耦合的差距。在合適的應(yīng)用領(lǐng)域中，CAN XL可以采用更小巧更便宜的控制器。利用高達(dá)2048Byte的有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，CAN XL為將來(lái)傳輸以太網(wǎng)幀和利用IP通信提供所需的功能。在不久的將來(lái)，這意味著CAN XL和10base-T1S可以共同在基于信號(hào)的通信和面向服務(wù)的通信之間提供連接。通過(guò)對(duì)協(xié)議層進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展，將為應(yīng)用提供更豐富的可能性。

二、CAN XL Vs CAN FD

不少同學(xué)會(huì)問(wèn)，那么CAN XL與CAN FD究竟差在什么地方呢？下面就進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比。

與CAN FD相比，CAN XL增加了位的數(shù)量；
這些附加位位于報(bào)文頭與報(bào)文末尾處；
大多數(shù)的所需位是CRC，必須增加它才能保護(hù)超出的更多的字節(jié)。

1、報(bào)頭部分

上圖中頂部的黑線表示隱性，底部的黑線表示顯性。那么我們分析上圖可得出以下結(jié)論：

• SOF和11位的CAN ID場(chǎng)在CAN、CAN FD、CAN XL中是通用的； CAN FD和CAN XL始終不支持RTR遠(yuǎn)程請(qǐng)求；
• CAN XL不支持IDE標(biāo)識(shí)符擴(kuò)展（29位CAN ID），該位始終處于顯性；
• 隱性FDF位指示CAN FD，隱性FDF、XLF位指示CAN XL；
• CAN FD中res位始終處于顯性，隱性BRS位（波特率切換）會(huì)提升傳輸速率；
• CAN FD中ESI位通常處于顯性，但處于被動(dòng)錯(cuò)誤時(shí)會(huì)變?yōu)殡[性；
• CAN XL中resXL位是隱性的，可用于將來(lái)的擴(kuò)展；
• CAN XL中AL1、DH1和DL1作為新的波特率切換序列； CAN XL中Payload 8-bit用于不同數(shù)據(jù)包的預(yù)定義多路復(fù)用位；
• CAN XL中DLC是一個(gè)11位整數(shù)，其中數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)是該整數(shù)加1；
• CAN XL中Header-CRC用于保證DLC正確，DLC定義數(shù)據(jù)CRC從何處開(kāi)始。

2、報(bào)尾部分

• 對(duì)于相同的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，CAN XL中較長(zhǎng)的報(bào)頭可能需要較長(zhǎng)的CRC；
• CAN XL包含用于波特率切換位，確保向前的兼容性；
• CAN XL CRC之后是波特率的切換模式，而不是CRC定界符；
• 為了確保重新同步到未來(lái)格式的幀末尾，集成格式：將CAN XL中放置NACK添加到舊ACK中。

CAN XL每個(gè)CAN幀中有更多的數(shù)據(jù)：1-2048字節(jié)，并且在數(shù)據(jù)部分增加了波特率，具有更好的故障保護(hù)措施，可為下一代CAN做更好的準(zhǔn)備。

三、Q&A時(shí)間

1、CAN XL現(xiàn)在有對(duì)應(yīng)的收發(fā)器和控制器么？

答：目前因?yàn)镃AN XL的標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)有正式出來(lái)，CAN XL的收發(fā)器和控制器估計(jì)會(huì)在2到3年內(nèi)推出

2、CAN XL傳輸還是用普通的雙絞線么？一條總線上可以和CAN，CANFd節(jié)點(diǎn)共存么？

答：關(guān)于傳輸?shù)木€纜，目前CiA還在進(jìn)一步確認(rèn)中，因?yàn)榫€纜其實(shí)也是非常重要的一環(huán)，會(huì)采取更謹(jǐn)慎和有保證的方案。

關(guān)于CAN 和CAN FD與CAN XL的節(jié)點(diǎn)共存問(wèn)題，其實(shí)三者理論上都可以在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，不過(guò)前提是都要支持新的MICI接口規(guī)定，即medium-independent CAN interface，介質(zhì)無(wú)關(guān)CAN接口。

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未完待續(xù)，敬請(qǐng)關(guān)注！

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的下一代CAN通信技术CAN XL简介的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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