CAN FD网络中每秒最多可以发送多少帧报文？

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" d- q* {& y1 x/ ?8 P. u随着总线技术在汽车电子领域越来越广泛和深入的应用，特别是自动驾驶技术的迅速发展，汽车电子对总线宽度和数据传输速率的要求也越来也高，传统CAN（1MBit/s，8Bytes?Payload）已难以满足日益增加的需求。

因此在2012年，Bosch发布了新的CAN FD标准 (CAN with Flexible Data Rate) ，CAN FD继承了CAN的绝大多数特性，如同样的物理层，双线串行通信协议，基于非破坏性仲裁技术，分布式实时控制，可靠的错误处理和检测机制等，同时CAN FD弥补了CAN在总线带宽和数据长度方面的不足。
( Y6 [! Q9 p4 D& A% \
2015年6月30日，国际标准化组织（ISO）已经正式认可CAN?FD，并无反对票通过ISO 11898-1作为国际标准草案。
) A4 H3 [% }" K0 b- D( e7 Y, w1
6 M$ O) o5 Y! \1 F: T" _什么是CAN FD？
CAN FD协议是由Bosch以及行业专家预研开发的，并于2012年发布。通过标准化对其进行了改进，现已纳入ISO 11898-1:2015。一开始的Bosch CAN FD版本（非ISO CAN FD）与ISO CAN FD是不兼容。

) d  @, @$ f! C" sCAN FD具有以下4个主要优点：


' Y1 _; _9 M  Q! H  f1、增加了数据的长度
CAN FD每个数据帧最多支持64个数据字节，而传统CAN最多支持8个数据字节。这减少了协议开销，并提高了协议效率。

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2、增加传输的速度
# J1 S& Z+ t/ \0 }: J) j- MCAN FD支持双比特率：与传统CAN一样，标称（仲裁）比特率限制为1 Mbit/s，而数据比特率则取决于网络拓扑/收发器。实际上，可以实现高达5 Mbit/s的数据比特率。
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3、更好的可靠性
+ s  q# U, v) P% ?& FCAN FD使用改进的循环冗余校验（CRC）和“受保护的填充位计数器”，从而降低了未被检测到的错误的风险。这在汽车和工业自动化等安全攸关的应用中至关重要。
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" Q& B0 s9 M4 ^+ _5 i) r3 o
0 q* K9 O  k+ [7 e5 c8 }, S% I4、平滑过渡
在一些特定的情况下CAN FD能用在仅使用传统CAN的ECU上，这样就可以逐步引入CAN FD节点，从而为OEM简化程序和降低成本。
9 |1 m/ }7 `# J( }# M实际上，与传统CAN相比，CAN FD可以将网络带宽提高3到8倍，从而为数据的增长提供了一种简单的解决方案。
" ]. f6 ~9 Q7 S2
. I0 f2 A2 J' ICAN FD帧结构
: s, q! f* A( Z! _. H9 N) `+ @( hCAN FD节点可以正常收、发CAN报文，但CAN节点不能正确收、发CAN FD报文，因为其帧格式不一致。

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- u8 Q! F" b" P  {; F4 }8 O( Q' J. P
4 T+ b6 X: O$ M与CAN一样，CAN FD一共具有：帧起始，仲裁段，控制段，数据段，CRC段，ACK段和帧结束，7部分组成。
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+ O2 l" ^+ V$ a3 P% z  U, I! x' ]4 _2.1、帧起始
+ H3 g# M3 [" ~9 mCAN与CANFD使用相同的SOF标志位来标志报文的起始。帧起始由1个显性位构成，标志着报文的开始，并在总线上起着同步作用。
. V9 c. v& X( M8 r0 V

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; n" t$ S7 V. E" w
! J$ h, [5 \: p7 A. [- h4 c& Q8 n2.2、仲裁段
6 s: \. ?6 I" n7 A/ k$ T与CAN不同，CAN FD取消了对远程帧的支持，用RRS位替换了RTR位，为常显性。IDE用于区分标准帧和扩展帧。
# h1 t1 z) J5 [. r5 a1 P

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9 S- d4 g; w0 w标准帧仲裁段由11位ID和r1位（显性）、IDE（显性）组成，总共13位。
扩展帧仲裁段由29位ID和SRR（隐性）、IDE（隐性）、r1位（显性）组成，总共32位。
/ g& W3 a6 R. ]

SRR：替代CAN标准帧中的RTR位；

IDE：扩展帧标志位；

r1：保留位，为显性。
6 E9 G! r% }  F
2.3、控制段
: d- W) W; ]' QCAN FD与CAN有着相同的IDE、res和DLC位，同时增加了FDF、BRS、ESI三个bit位。
6 j) z9 j& u5 S3 D" s

FDF 位（Flexible Data Rate Format）：原 CAN 数据帧中的保留位 r。表示 CAN 报文还是 CAN-FD 报文，FDF 位常为隐性（1），表示 CAN FD 报文；

BRS 位（ Bit Rate Switch）：表示位速率转换，当 BRS 为显性位（0）时数据段的位速率与仲裁段的位速率一致（恒定速率），当 BRS 为隐性位（1）时速率可变（即 BSR 到 CRC 使用转换速率传输）；

ESI 位（Error State Indicator）：发送节点错误状态指示，主动错误时发送显性位（0），被动错误时发送隐性位（1）。

# A6 q& m, c2 q( s6 e
6 m/ A' |6 C7 ]! T

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" O( v# j' I4 Z: ]$ R  Q6 B. a
2.4、数据段
CAN FD兼容CAN的数据格式，同时最大还能支持：12、16、 20、 24、 32、 48和64byte。

/ D: k$ T* y* ~6 `$ {像在传统CAN中一样，CAN FD DLC是4位，表示帧中数据字节的数量。为了维持4位DLC，CAN FD使用从9到15的其余7个值来表示所使用的数据字节数（12、16、20、24、32、48、64）。
9 E: |! E; ~2 @; l2 P( D

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1 f% \  j8 j$ \: m# O9 \
2.5、CRC段
传统CAN中的循环冗余校验（CRC）为15位，而在CAN FD中由固定填充位FSB（6/7位）、填充位计数（4位）、CRC（17/21位）和CRC界定符（1位）组成，总共28或33位组成。在传统CAN中，CRC中可以包含0到3个填充位，而在CAN FD中，总是有4个固定填充位以提高通信可靠性。

  o$ ]$ B$ o( C4 L# l) r, m" V( `

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7 ?8 X3 Y9 h  o. z
固定填充位（FSB)：CRC段中每4个位固定填充一个与上位相反的位。
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采用CRC17时，FSB为6个位；

采用CRC21时，FSB为7个位。

) J7 n, }: v5 i* P! m填充位计数：由填充位计数（3位）和奇偶校验位（1位）组成。

7 J2 V" @" y  fCRC：
) D; [6 m: E& f/ i

报文长度小于16时，采用CRC17，17位组成；

报文长度大于16时，采用CRC21，21位组成。
( f4 }% V! W% k2 d( y  s+ p
CRC界定符：固定为隐性位；从该位采样后，切换为仲裁域波特率。

+ q! t. Z; c# _* z' }  o

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* n/ H# P& b4 O  m' Y. Y. X2 |2.6、ACK段
ACK紧跟着CRC结束标识位。不同的是，CAN FD支持2bits的ACK的识别，由ACK位和ACK界定符位组成。
- r1 c4 }4 Z( G$ ^; O

ACK：接收节点应答位，接收节点应应答显性位；

ACK界定符，固定为隐性。

9 H/ w7 K# B7 \- L, z2 I" @( `2 ]
8 ~# h$ d1 D& Z1 U- M* t) Y

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2.7、帧结束
1 S' `' v0 {' J* x1 `' [- X" n与CAN一样，CAN FD的帧结尾也为连续7位的隐性位。
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一帧CAN FD报文位数
4 F3 ]; q4 _% W' i根据CAN FD帧结构组成，可以算出一帧CAN FD报文位数：
: F8 U  ~, O* Y9 n& p9 @+ D
4 p$ E4 p( S8 l7 dCAN FD报文位数 = 帧起始（1位）+ 仲裁段（13/32位）+ 控制段（8位）+ 数据段（0~512位）+ CRC段（28/33位）+ ACK段（2位）+ 帧结束（7位）
/ h& }, D' P* |5 D, X. S

0 V2 i2 t' P! v" b7 M影响报文位数主要为仲裁段（帧ID长度）和数据段（CRC段受数据段长度影响）。通过帧类型、帧长度组合出不同情况报文位数：
" q, C+ h: C: g6 ?

标准帧，数据0字节
" M7 n# |# ]' H) ^9 s5 e帧起始（1位）+ 仲裁段（13位）+ 控制段（8位）+ 数据段（0位）+ CRC段（28位）+ ACK段（2位）+ 帧结束（7位）= 59位
" X1 |7 _. d% F0 o

标准帧，数据64字节
帧起始（1位）+ 仲裁段（13位）+ 控制段（8位）+ 数据段（512位）+ CRC段（33位）+ ACK段（2位）+ 帧结束（7位）= 576位
3 y7 V. r0 _0 h% n3 h( T! M. i

扩展帧，数据0字节
帧起始（1位）+ 仲裁段（32位）+ 控制段（8位）+ 数据段（0位）+ CRC段（28位）+ ACK段（2位）+ 帧结束（7位）= 78位

扩展帧，数据64字节
帧起始（1位）+ 仲裁段（13位）+ 控制段（8位）+ 数据段（512位）+ CRC段（33位）+ ACK段（2位）+ 帧结束（7位）= 590位
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精品专栏仲裁域和数据域位数
# C( j! F4 [. m, i* a: Q由于CANFD采用了双波特率形式：标准波特率（也称仲裁域波特率）和数据域波特率，所以帧结构中不同段采用的波特率也不同。
  Z" y' g/ V5 f9 V- c4 E) a  F

仲裁域波特率所占位数帧起始（1位）+ 仲裁段（13位）+ 控制段的EDL、r0、BRS(3位)+ ACK段（2位）+ 帧结束（7位）

数据域波特率所占位数控制段的ESI、DLC(5位)+ 数据段（0~512位）+ CRC段（28/33位）
0 p$ d: P/ W+ `, J( V
: i; M: k  ~/ |9 O- s6 {3 s3 a2 H- g# R主要说明的是，BRS位和CRC界定符位均同时使用了两个波特率：
& y2 c# `- ~3 M" c

BRS位：由**仲裁域波特率 * 仲裁域采样点 + 数据域波特率 * （1 - 仲裁域采样点）**组成；

CRC界定符：由**数据域波特率 * 数据域采样点 + 仲裁域波特率 * （1 - 数据域采样点）**组成。
# d/ M9 n2 H5 h7 R  p3 }% K/ P
此处将BRS认定采用仲裁域波特率、CRC界定符采用数据域波特率以方便计算。
  N0 _) C( A" n: O8 c9 q$ K. C5
位填充
当然，上述报文位数中，还未包含填充位个数。在CAN/CAN FD协议中规定：每5个相同的位就必须填充一个相反位，该位即为填充位。
4 H, b: Y" t( {
8 s0 g4 i) E+ k% s" q' m我们知道字节0x55或0xAA，其二进制分别为0101 0101或1010 1010，也就是每个位与上一位均相反，若此时ID和数据均为0x55或0xAA，则可以使填充位个数最少。

同理，字节0xFF或0x00，其二进制位1111 1111或0000 0000，也就是所有位均一致，若此时ID和数据均为0x00或0xFF，此时报文的填充位个数最多。
6
, k; `1 {4 V+ K! q. I不同类型报文位数
, v8 P! G" w# ^0 a基于以上报文位数的计算，我们可以得出算出不同类型报文所占位数，如下表所示：

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; x' @$ T4 \( e) c; ]从上表可知：

当报文为CAN FD标准帧ID为0x555，数据长度为0时，报文位数最少，为59位；

当报文为CAN FD扩展帧ID为0x0，数据长度为64字节，数据全为0xFF时，报文位数最多，为703位。

7
CAN FD报文时间计算
4 B7 q  X7 ^3 p& l# ?6 L最后，可以根据波特率算出不同类型报文时间了，计算公式如下：
' a9 P- B, K; G  D; B2 R8 Q
报文时间 = 仲裁域位时间 * 仲裁域位数 + 数据域位时间 * 数据域位数


  J& k2 d: T+ X7 w0 d以位数最少的CANFD报文为例，在仲裁域波特率为1Mbps（位时间1us），数据域波特率为5Mbps（位时间200ns）时，其报文时间 = 1us * 26 + 33 * 200ns = 32.6us。

  k( B0 k- R$ n0 j3 ]那么一秒钟最多可以发送报文呢？由于报文发送成功后，需经过帧间隔（3个位）后才能发送下一帧报文，也就说仲裁段要在原来基础上加3个位，就可以算出每秒发送多少帧了。那么上述位数最少报文的发送时间耗时 = 1us * （26 + 3） + 33 * 200ns = 35.6us，也就是1秒钟最多可以发送1000000us / 35.6us = 28089帧报文。也就是说，1M/5M波特率下，发送CAN FD标准加速帧，最多可以发送28089帧。


0 j# R, A, H0 R: l# V3 G* ]" ~下面我们给出一些常用波特率下，不同类型报文每秒最多可以发送的CANFD报文帧数（下表中报文BRS位为1，ESI位为0），供大家参考。
# h* w& @5 L1 H5 j. P8 Q
7 R% l/ H" n5 w" b6 q$ g/ W

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" F0 l. }% [* x1 }3 i1 t2 [9 z' H一文搞懂CAN和CAN FD总线协议
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