CAN通信能干到20Mbit/s了！

做汽车电子这么多年，CAN一直给人的感觉就是两个字稳定。1Mbps的经典CAN已经用了很多年，后来CAN FD把数据段速率提高到几Mbps，数据长度也从8字节扩展到了64字节。

但到了今天，汽车里的数据量已经不是当年的水平了。域控制器、区域控制器、智能传感器、摄像头、雷达，以及越来越多的软件服务，都在往车载网络里面塞数据，这个时候，CAN开始遇到一个很现实的问题不是CAN不可靠，而是它有点“传不动”了。于是CAN XL来了！

而且这个“XL”确实不是简单把CAN FD再提一点速。CAN XL的目标，是在保留CAN核心通信机制和可靠性的基础上，把CAN的应用范围继续往上推。目前CAN XL数据阶段最高可达到20 Mbit/s，单帧数据字段最大达到2048字节。ISO 11898-1:2024已经正式纳入CAN XL相关规范。先看看CAN到底走到了哪一步把三代CAN放在一起看，变化其实非常直观。

这里有个特别容易被误解的地方，CAN XL的20Mbps不是说整条CAN总线从头到尾都以20Mbps跑，它和CAN FD一样，本质上还是仲裁阶段慢、数据阶段快。仲裁阶段仍然要依靠CAN经典的非破坏性仲裁机制决定谁先说话。

真正进入数据传输以后，才切换到更高的数据速率，这其实是CAN XL非常聪明的一点，因为汽车网络最宝贵的东西并不只是速度，还有确定性和优先级机制，如果为了追求20Mbps，把CAN最核心的仲裁机制也丢掉，那它就已经不是我们熟悉的CAN了。

真正让我觉得CAN XL有意思的，是2048字节20Mbps很吸引眼球，但如果让我选一个CAN XL最重要的变化，我反而会选2048 Byte数据字段，为什么？

因为64字节的CAN FD，在很多场景下还是显得有点小，举个很简单的例子，假设现在有一块控制器，需要发送1024字节数据，如果使用CAN FD，按照64字节一个数据帧计算：1024/64=16

也就是说，至少需要拆成16个CAN FD帧，每一个帧都有自己的帧头、CRC、ACK等协议开销，CAN XL直接把最大数据字段提升到了2048字节，意味着大量数据可以放进一个长帧里。

这也是为什么CAN XL会特别强调与Ethernet/IP通信进行整合。CiA明确提到，CAN XL的数据字段可以达到2048字节，适合将以太网帧等数据通过CAN XL网络进行传输。

所以我觉得CAN XL不是在和传统CAN FD抢几个字节的数据，它真正想解决的是CAN和车载以太网之间那道越来越明显的鸿沟，确实呀，现在以太网主要还是价格没打下来，一旦价格打下来，CAN再不努力，就彻底废了，这算是自救吧！CAN XL为什么还要保留CAN的仲裁？这是CAN XL非常值得研究的地方，以太网擅长高速、大数据量传输，CAN擅长什么？优先级仲裁。

假设总线上同时来了几个消息：普通状态信息，诊断数据，电机控制指令，紧急故障信息，CAN并不是简单地谁先到谁先发，它有一套非常成熟的优先级仲裁机制。优先级高的报文可以获得总线访问权，而且不会因为碰撞而把两个报文全部破坏掉。

CAN XL保留了这种核心机制，而且它进一步把优先级和寻址功能拆开了。

CAN XL使用11-bit Priority ID进行总线访问优先级判断，同时增加32-bit Acceptance Field，用于地址或内容相关的信息，这个变化其实非常重要。以前CAN ID身上承担了很多事情，现在CAN XL开始把谁优先发送和这是什么数据、发给谁分开处理，从系统架构角度看，这明显更灵活。

20Mbps背后，真正难的是硬件看到20Mbps，很多硬件工程师第一反应可能是那我把CAN收发器换成高速版本不就行了？

真不是这么简单。CAN跑到20Mbps以后，PCB和线束已经不能再把自己当成理想导线了，这时候寄生参数会越来越明显。比如PCB走线寄生电感，连接器寄生参数，TVS寄生电容，共模电感参数，收发器输出边沿，终端匹配，Stub长度，线束阻抗，反射和振铃，这些东西在500kbps、1Mbps的时候可能还能凑合，到了20Mbps，就开始变成真正的问题。因此CAN XL需要专门的CAN SIC XL收发器来支持更高的数据速率。

所以千万不要理解成CAN XL = CAN FD + 一个20MHz的时钟。真正发生变化的是控制器、协议、收发器、PCB、连接器和线束整个系统，这里再深入一点，SIC，也就是Signal Improvement Capability，它解决的核心问题，其实就是高速通信下，信号边沿和反射已经不能随便处理了，CAN网络本身是一个多节点总线，节点越多、Stub越长、线束越复杂，信号完整性越难保证。到了高速数据阶段，如果每个节点都把信号边沿做得特别暴躁，很容易出现过冲 → 振铃 → 多次反射 → 采样错误。

而CAN XL的物理层设计开始针对这些问题进行优化，所以做CAN XL硬件，不能再只看收发器支持20Mbps，还应该继续往下问，我的总线拓扑支持吗？Stub多长？节点数量多少？终端怎么放？TVS选多大电容？共模电感会不会把信号边沿吃掉？这才是咱们硬件兄弟们要考虑的问题。

CANXL还有一个变化，我认为非常关键：CRC增强CAN为什么让汽车工程师这么信任？很大程度上就是因为它的错误检测和故障处理机制,CAN XL没有因为追求速度就把可靠性放掉，相反它增加了CRC保护机制。

CAN XL帧采用两个CRC字段，用于进一步提高错误检测能力。双CRC机制可以降低未检测错误的概率，这点对于汽车电子尤其重要，因为高速并不意味着可以接受更高的误码率。数据越快，对错误检测的要求往往越高。2048字节还有一个隐藏问题：长帧会不会堵死总线？这个问题非常有意思，假设CAN XL一次发了一个2048字节的大数据帧。

如果这个帧发送时间比较长，期间突然来了一个高优先级控制报文怎么办？这就是CAN XL长帧带来的新问题。CiA正在推进的Frame Fragmentation机制，就是针对这种场景设计的。简单理解一个很长的CAN XL帧，可以被拆成多个片段。

当更高优先级的信息需要进入总线时，可以打断长帧传输，之后再继续传剩余的数据。这样就不会为了传一个大数据包，把实时控制消息一直堵在后面。我觉得这个设计非常符合汽车电子的实际需求，大数据需要吞吐量，小数据需要实时性，CAN XL试图把这两个需求放到同一个网络里解决。

我个人认为，CAN XL最有价值的地方，并不是把现在所有CAN FD全部替换掉，没这个必要。

CAN XL更适合的是那些CAN FD有点慢，以太网又有点重。比如区域控制器，车身域网络这些需要兼顾实时控制和较大数据量的场景。Classic CAN解决的是让ECU可靠地说话，CAN FD解决的是让ECU一次多说一点、说快一点。而CAN XL解决的问题是既要说得快，又要一次说得多，还不能把CAN原来的实时性和可靠性丢掉。