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) R K- Q" W8 \& D
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& j9 Q" V9 U; M( @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。
0 E9 G7 w0 o. a: P/ m3 a1 C1 K: t- w+ ^: l3 \+ O4 V
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。
1 D7 z$ R% j. n+ l! J0 h) A
9 H' T5 \8 a# x0 Z& H- m' o8 x& S, a2015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。
1 _' T) v g0 i3 G, O" _6 z1! [9 \1 t" N" z1 T8 a2 B- v
什么是CAN FD？! |, B0 _* j' l; \1 n3 T6 z
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。
) ]3 w# Q( x$ @: H/ J( b* S* D7 v% H. N r
CAN FD具有以下4个主要优点：
5 f* @! ]# q* E& \/ X' R; x( V' |. d2 F6 S% `# `* L: Q+ B
% a6 v3 Y! D: Y; w! y4 s1、增加了数据的长度
& b: Q; h. {/ W" A2 zCAN 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。
% y4 P" Z7 c7 o+ o) W) Y* ^# b! s) J* m% C
. M$ D1 D! d6 w* ^( n2、增加传输的速度
% {$ ` ?4 A6 A) ~/ pCAN 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。
6 b* C I: C' Q8 E+ r- [& D( ~6 f& s* p
3 |! v* d+ a) F- Q! J1 R5 r
3、更好的可靠性
8 \* x9 ?# p6 KCAN 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。& P2 U/ W9 F& j3 R! {
# r0 _9 D7 c' [5 L% u& E( V" J' [1 ?% \& g: |" d. o
4、平滑过渡5 P$ b0 ]$ _9 b' K
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。 k! z% ?5 B+ x: I2 K4 ?/ H, X1 R
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。1 d, G$ s3 g3 q# R3 v
2) E. b: {+ A) ^& Z8 d! E/ y; F- D
CAN FD帧结构
8 ^ a$ R% ~' f0 YCAN 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。
& I5 d1 X9 A# `6 _* J$ c I7 u5 s
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* a& s( }* w" B
0 T- ?( \- C& G/ W9 P& _$ _ F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。 D7 v, d t+ }, w2 @" c! F$ W
' h0 q! M& _* v$ Z
2.1、帧起始$ H& L( ^: v- X. H
CAN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。
4 P, j3 N$ b7 }4 k% f0 {- z/ b: W. ~9 W- U- R
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% L1 b Z6 V0 P/ M6 g! H- D( F
, j6 V8 |/ \$ t! r4 _5 p2.2、仲裁段
+ C6 m: J; j* L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。
. R" \: W' I4 U" z- ]4 O |$ f( ~
% C- T: N6 S% R$ i. \! k9 ^
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* w0 A0 E0 E, O+ }* H
$ Q8 v5 n3 i3 _1 S4 K5 C( X. P
标准帧仲裁段由11位ID和r1位（显性）、IDE（显性）组成，总共13位。
, F3 Y6 C1 @9 x- @9 a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。
6 {8 J, u& J& @3 A Y$ E2 \* [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。% Q4 f% @3 ]# t0 u+ x6 o6 h
' r, f' q+ [8 n ~1 L9 g2.3、控制段" ~( p& J& L- ^" u5 E4 ]7 v7 p
CAN 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。/ K1 q) W" Q1 i0 s2 ~
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）。! M" f+ U9 O% v
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' q. J1 \- ]6 `! H! t
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/ b' l2 B$ B( N1 T
! q" J& V% E7 p: A2.4、数据段 1 s$ c0 E. B! _3 Z1 m- Q* K$ U
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。
% w/ J1 W. C" _8 s1 ?& e5 J% } s
+ d4 J1 K5 R$ m) R; H( B3 c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）。
6 l' n' o+ e8 \& A2 @! y W$ G, ~
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$ U h# m$ W" b3 w1 ?( f
编辑
* ~1 M1 u8 b5 X- ~/ x
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* H5 y3 }' ?( u( F* p2 k
$ d( _8 F) m! b; g' v2 z: t$ W% W2.5、CRC段
; R T6 J: R6 p8 j. L& V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。2 T4 ^6 `1 R* u# E
; w. ^' K0 E+ L" H
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6 ^. u% j, D( P, w; x7 L
- g9 J% v& }! f' ^8 a: g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。
) i0 d/ R: {& q" |$ e采用CRC17时，FSB为6个位；采用CRC21时，FSB为7个位。
6 N$ D& b" e3 B2 c5 t% I1 I, E( x0 E) P
$ G, g, F& g# b填充位计数：由填充位计数（3位）和奇偶校验位（1位）组成。' @* H1 Z- l' J7 b
4 v, l7 [9 X: l0 t
CRC：+ l# R- Z3 x+ C' ~
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。
0 r9 \* Y4 ?# J6 K) J
( Z( N; U6 x) I7 ?& ^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。! H- u0 x! f4 V9 F4 U& E, b2 g$ M
$ t/ U2 g; }" C, b
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% ^ P9 y2 `6 h7 |0 j8 l& n, C* |$ o
2.6、ACK段) U0 Q& M# B0 M3 r, Y8 o( e
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。# V/ J: L8 [& | a$ ^) V
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。5 z2 Q" H5 O0 J# ?3 @
0 M x5 Q! Z4 _4 w5 F4 F0 Z% r2 W8 w3 c1 \) H9 ~
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7 ~' M" }& s! W" S1 y6 f; G: Y/ ^" Y+ N3 T- l
2.7、帧结束. C# G5 O" F* a
与CAN一样，CAN FD的帧结尾也为连续7位的隐性位。9 @! L+ g$ x3 c* |+ |% @( u- V
3
0 a, m, N7 q" z% ]一帧CAN FD报文位数
) i# @" o2 w0 I! E: u- d8 M根据CAN FD帧结构组成，可以算出一帧CAN FD报文位数：' {/ \5 s. l3 `; b: o: N8 E1 ]
6 H4 E5 C8 K- `* R W
CAN 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）
4 t T$ D6 E2 F0 ?# i0 X; b. m, F/ ^8 X; R" j7 l% O7 q: Y
# C k+ B: [9 C6 [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：
8 u" W* Q. E9 C& K ~标准帧，数据0字节 Z" X8 `9 A2 ^6 K; k% n8 c
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
b7 j2 b6 G" G7 d: h* [标准帧，数据64字节; ?- `# M; A V$ y. _
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8 P' Q/ C' g- g, y5 D
扩展帧，数据0字节
% Q5 [2 s/ {5 F) Q' N) y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
0 y) p/ w& x0 i" l' ~/ u, J扩展帧，数据64字节
1 Q: M/ B- Z$ `6 Z! ^, g) t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
0 r( K* U# b$ h, T" E4
' R* {& L W+ h' g+ |精品专栏仲裁域和数据域位数. P7 O1 j/ p! H4 I
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。
4 _: _, o! n/ e8 @' `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）
' y% L. i J V0 g1 R# ~7 r
) h, t! u! x$ C$ M3 Q% F' 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：- W1 d( S$ ~' _% a0 t# j: A
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。- W" h) c4 H! A# {
0 k4 {7 V5 |3 D. a
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。5 p- {/ t2 V* f+ W/ e
5
6 M& \5 ?% A: M/ C R7 s位填充
. N5 |9 W5 ~- J7 y7 z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 }4 _! }7 T' H9 E# t
2 F, G% H2 k" r* o' u: k( X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。
" o0 @4 B' o% S9 `; F8 S7 Y/ J5 u7 f) U A8 i" N1 W4 g
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。
2 C4 |6 i( g; R0 B6' N! g. k; x! Q5 a
不同类型报文位数! L2 I- L8 W | O
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：
: R( x+ v/ _* f* z# |4 e/ l. Q& x% [/ V0 N9 C, a
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. ~- }6 Z* U: b" o
* r8 e- l, `0 z' q- x6 {从上表可知：+ y# J; s5 u& E$ {- A
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。+ t$ J; A) W9 l+ V& w8 u" L+ Q7 v$ P1 ?
; ?4 p+ R& l' Y2 z4 l* ~( f' m7
& g8 S( t9 h% d/ D( ECAN FD报文时间计算
d% C! I/ L& b( p& h3 W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：& U+ }/ \* C# K: E
1 R) i( z8 D3 C% f5 O! g9 c
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7 J5 Z3 }! v. I9 _/ p* ~' d/ G
5 N! Q% p; Y( v9 C0 k7 D b8 z( N
3 ^( Q) ~& ]! _1 ]3 z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。( C3 F3 g9 G1 N2 {; p) @
$ \% d( q& e W% ~5 u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。* }" h6 h" {8 ~" o& y% d+ W" p, P% D8 i
6 d* U' A0 s% T/ e+ t2 q! K {
+ r8 }5 q6 X% }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。. Z1 Y: O/ R9 o9 X; t" f
; |7 g# O2 f3 ]; D6 @, {
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, @2 a1 {% p, k9 f0 U2 _/ X) w, L: Z, Q
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, `- u0 Z$ I1 L. t2 S
( P9 g0 m; M$ q+ K9 }, h7 ^: X& z
+ T0 p: b6 T W# W" y$ K) s- t
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3 ]- y7 F" L! O. |5 _& }' p: i
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( h& q+ U% Z* B往期推荐详解AUTOSAR：AUTOSAR CAN网络管理/CAN NM
$ }) U" ]( j0 ?% @* lCAN总线网络中为什么需要安装终端电阻？8 c5 d$ I0 o( F7 F
一文搞懂CAN和CAN FD总线协议; x: v" r2 M; ^' A4 [% Z$ @* ?
CAN与CAN FD通信之间存在的问题
2 G* @4 \, s9 `' \( x详解CAN总线：CAN总线通信优先级机制
* w* w7 }% I. z3 N4 F, p1 j详解CAN总线：CAN总线故障界定与管理
# V- e' S6 Q {3 f. l7 e: Y; b& ]& ~& U7 j, }! p
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