一、新一代智能网联车 CANFD 的应用

 

传统的汽车网络架构主要是由 CAN 总线组成,车内分布式电控单元 ECU 按照功能划分为动力总成、车身控制、辅助驾驶等总线区域;车窗、车灯、天窗等则通过 LIN 总线接入 CAN 网络。


在新一代智能网联车的浪潮下,随着车载 ECU 的与日倍增以及处理器运算能力和硬件的高速发展,连接 ECU 的网络需要更大的带宽,这一需求远超 CAN 等传统车载网络的容量极限。


因此,比较明确的趋势是向 CAN FD 过渡,CAN FD 提供了 64 字节的数据吞吐量以及最高 5Mbps 的传输速率。由于车载以太网具有高带宽、低延迟、低成本的特性,在新一代整车架构中将替代 CAN 总线成为优选网络架构。


如图 1 所示,以车载以太网作为骨干网络,将核心域控制器(动力总成、车身、娱乐、ADAS)连接在一起。各个域控制器在实现专用的控制功能的同时,还提供强大的网关功能。从图 1 可以发现,在各个域控制器的下方,各部件之间通讯通过 CANFD 来实现数据共享。

 

图 1  新一代智能汽车网络架构
(图片参考网络图片绘制)


CANFD 以及车载以太网的引入,使得新一代智能网联汽车整车架构上发生了较为明显的变动。要实现从传统汽车到智能网联汽车的升级,从整车生产线控制、实验室、ECU 单元的设计都将做出很大的改动,其中涉及的 CAN 节点很多且复杂,如果全部升级为 CANFD 节点来实现 ECU 单元的设计、测试以及生产等,将会是一个比较漫长的过程。


二、如何快速实现设备 CANFD 升级?
随着新一代智能汽车的发展,很多车厂都在考虑使用 CAN FD 来替代 CAN 实现数据量传输的提速。目前各大车厂并未完全实现车载域控制,在生产线或实验室存在 CAN 与 CANFD 并存的现象,例如,新一代智能汽车 ADAS 系统中毫米波雷达等设备需要采用 CANFD 提高通讯速率,保证安全驾驶。同时,ADAS 也是目前智能汽车中最为重要的一环。如图 2 所示,在现有的整车系统中以 CAN 网络为主,在调试阶段 ADAS 系统无法与动力控制、车身控制通讯,所以打通 CAN 与 CANFD 之间的通讯极为重要。

 

图 2  CANFD 通讯现状


由于 CANFD 向下兼容 CAN,而普通 CAN 节点无法正常解析 CANFD 报文。如图 3 所示,CAN 节点和 CANFD 节点的波特率明显是不匹配的,CANFD 最高 5Mbps,进而导致通讯故障,就会一直报错,导致网络通讯异常。

 

图 3  CAN 与 CANFD 波形对比


那么如何保证 CAN/CANFD 节点正常通讯测试,快速地升级到 CAN FD 呢?
1. 网络中所有 CAN 节点升级到 CANFD

这种方式虽然能够保证网络中既可以存在 CAN 报文也可以存在 CANFD 报文,但是由于整体网络全部更替为 CANFD,对于前期车厂测试或生产部分单元来说,成本较高且使用率低


2.CAN 节点自动忽略 CANFD 报文
这种方式是让网络中 CAN 2.0 节点不对 CANFD 报文进行识别,能够保证网络中不存在错误帧,但是 CAN 节点与 CANFD 节点不能进行通讯是存在的弊端,只能作为临时方案适用。


3. 实现 CAN 与 CANFD 的转化
对于 CAN FD 的升级,如果不是全部节点都进行升级,大部分整车厂都会采用先将动力域升级成 CANFD,然后再进行各个功能域的升级,所以,为了避免与 CAN 总线的冲突,需要首先将 CAN 网络与 CANFD 节点的通讯打通,保证在生产线或实验室能够进行通讯测试。这种情况,使用 CANFD 网桥作为转换来完成是更好的方法。如图 4 所示,工程师可以不用在意如何完成 CAN 与 CAN FD 报文之间的转换,只需要进行一些参数的配置选择,既可以实现 CAN/CANFD 的相互转换,也可以将工作重心放到产品功能的实现上,降低前期测试的成本,提高使用率。

 

图 4  CANFD 网桥实现 CAN 与 CANFD 通讯


除此之外,对 CANFD 设备的测试、调试以及数据的读取与存储也是目前存在的痛点,面对诸如此类现象,致远电子针对常用的接口,例如:USB、串口、网口、WiFi、PCIe 等,推出了如图 5 所示一系列 CANFD 卡及记录仪,助力工程师完成 CANFD 网络和车载以太网的设计、验证、调试、故障排查以及维护。

 

图 5  CANFD 系列产品


三、CANFDBridge 助力整车厂 CANFD 快速升级
CANFDBridge 是广州致远电子有限公司开发的高性能 CAN/CANFD 智能协议网桥。集成 2 路 CAN/CANFD 可切换接口,支持 ISO 标准 CANFD 与 Bosch CANFD 标准。每个接口具备独立的 2500VDC 电气隔离保护电路,支持设置波特率范围 50K~5Mbps;支持 CAN 转 CAN、CAN 转 CANFD、CANFD 转 CAN、CANFD 转 CANFD 等报文默认转换处理,除此之外,具有如下特性:


1. 灵活的转换组合还原数据
采用直转、合并、拆分三种方式实现传统 CAN 的 8 字节长度和 CANFD 的 64 字节长度的相互转换,无损还原原有数据。

 

 

2. 支持 64 组 ID 过滤,有效过滤无需数据
每个 CAN 通道支持设置 64 组标准帧 ID/ 标准帧组 ID/ 扩展帧 ID/ 扩展帧组 ID 的过滤配置,有效过滤无需数据,降低总线负载。

 

 

3. 支持 CAN ID 与数据转换映射功能
CANFDBridge 支持 ID 与数据的转换映射,可以把输入的报文进行特定 ID 和数据的转换输出,实现相同设备的联网接入。

 

 

4. 灵活设置波特率采样点,内置终端电阻使能
CANFDBridge 内置可配置的终端电阻,用户通过软件即可使能或者去除;自带自定义波特率计算器,可以计算出匹配网络的 TESG1、TESG2、SJW、采样点的波特率寄存器,提高设备的适应性。

 

 

5. 总线错误回传功能,提高故障预警能力
CANFDBridge 具备发送错误信息回传功能,让本侧设备获知另外一侧的总线运行情况,提高故障预警能力。

 

 

6. 配置接口读取总线错误状态
通过 CANFDBridge 的配置接口,具备读取通讯错误状态的功能,可以方便的查找到故障的大概方向,以便于 paicha 软硬件问题。

 

 

7. 支持 ECU 刷写和 E2E 安全算法,完美匹配 AUTOSAR 标准
ZCANPRO 支持 ECU 刷新和 E2E 安全算法,提供 UDS 协议服务,添加刷写文件并应用执行器,可轻松完成 ECU 数据安全快速刷新。

 

 

本文来源 ZLG 立功科技·致远电子。