从CAN到CAN FD，汽车通信升级只隔着一颗集成型芯片

CAN 是控制器局域网络（ControllerAreaNetwork，CAN）的简称，是由德国 BOSCH 公司开发的，并最终成为国际标准（ISO11898），在国际上应用最广泛。但是随着汽车应用的发展，汽车中总线通讯的数据量越来越大，例如电动汽车上，汽车内部出现更多的辅助系统和人机交互系统，传统的 CAN 总线在传输速率和带宽方面显得越来越力不从心，CAN-FD 技术随之出现。

 
CAN FD 和 CAN 主要的区别有两点：第一，可变速率，CAN-FD 采用了两种位速率，从控制场中的 BRS 位到 ACK 场之前（含 CRC 分界符）为可变速率，其余部分为原 CAN 总线用的速率。两种速率各有一套位时间定义寄存器，它们除了采用不同的位时间单位 TQ 外，位时间各段的分配比例也可不同；第二，新的数据场长度，CAN-FD 对数据场的长度作了很大的扩充，DLC 最大支持 64 个字节，在 DLC 小于等于 8 时与原 CAN 总线是一样的，大于 8 时有一个非线性的增长，所以最大的数据场长度可达 64 字节。

德州仪器（TI）接口产品部门产品线经理 Charles (Chuck) Sanna

基于 CAN FD 的技术优势，越来越多汽车开始采用这项技术，但是由于原来的车用 MCU 都支持 CAN，从 CAN 升级到 CAN FD 比较复杂。TI 的新款汽车系统基础芯片（SBC）TCAN4550-Q1 有望简化升级的难度。据德州仪器（TI）接口产品部门产品线经理 Charles (Chuck) Sanna 介绍，“该芯片集成了使用灵活数据速率控制器局域网（CAN FD）的控制器和收发器，旨在满足车载网络对高带宽和数据速率灵活性的需求。它采用了几乎所有微控制器的串行外围接口（SPI）总线来部署 CAN FD 接口或提高系统中 CAN FD 总线端口的数量，同时最少量地对硬件进行改动。”

升级 CAN FD 的两大优势

传统的 MCU 不支持 CAN FD，有的内置 CAN，有的没有，如果厂商要从 CAN 升级到 CAN FD 只能自行搭建外围电路，设计流程比较复杂。而 TCAN4550-Q1 集成了 CAN FD 控制器和收发器额系统基础芯片（SBC），外围设计比较简单。

当然，站在 MCU 厂商的角度也可以考虑将 CAN 升级为 CAN FD，但是这个过程比较复杂。Charles (Chuck) Sanna 认为，“这设计到芯片的 IP，MCU 厂商首先面对的是 IP，不是只把 CAN 升级到 CAN FD，MCU 需要做很多事情，还要做认证，因此需要几年时间，周期很长。采用我们的芯片，在不增加 MCU 资源的情况下，通过 SPI 接口加入系统中，从系统成本角度来讲是非常低，从时间上讲只需要增加接口，不需要动原来的接口。”

传统的汽车中一般需要 20 个 CAN，而新能源汽车是传统汽车的两倍，由于 CAN FD 的性能更高，这就意味着从 CAN 到 CAN FD 的升级需求潜力巨大，因此汽车厂商需要扩展 CAN FD 的数量。从上图可以看出，在扩展的过程中，TCAN4550-Q1 由于集成了 CAN FD，只需要通过 SPI 就可以实现从 CAN 到 CAN FD 的升级，如果 MCU 带有 CAN，只需要通过 TCAN 104x 就可以完成升级。

Charles (Chuck) Sanna 解释，“这两条线速度不产生干扰，软件和架构也不受到影响，唯一要做的是通过我们的芯片将 CAN 升级功能 CAN FD，也不需要工程师增加软件资源。”

CAN FD 向下兼容 CAN
在汽车通讯中，涉及很多网络节点，不是所有客户都需要从 CAN 升级到 CAN FD，也不是一辆车中所有 CAN 都需要升级到 CAN FD，那么就可能出现两者共存的情况，这时候会出现什么问题？

Charles (Chuck) Sanna 表示，“从模组角度看，CAN FD 可以兼容 CAN，但是 CAN 无法兼容 CAN FD，从汽车的角度分析，CAN 和 CAN FD 也可以协同工作，当然用户选择哪种技术还要看具体需求。”

从技术角度分析，Charles (Chuck) Sanna 表示，“这一方案具有更小的电源设计占用空间，凭借集成式 125 mA 低压差（LDO）线性稳压器，TCAN4550-Q1 可以为自己供电，此外，还能够为传感器或其它组件供应 70 mA 的外部输出。由于减少了对外部电源组件的需要，电源设计所占的空间也因此变小。另外，降低功耗，TCAN4550-Q1 可帮助设计师藉由唤醒和休眠功能降低待机时的系统功耗。提高最大数据传输率：全新 SBC 支持汽车在组装期间能够基于 8 Mbps 最高数据传输率来更快速地编写汽车软件程序，超越了 CAN FD 协议的 5 Mbps 最高数据传输率。 ”

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