2023年9月14日，CiA中國技術日直播活動在線上舉行，該活動致力于開展與CAN總線相關領域的技術工作，演講者都是CAN領域的專家。虹科首席工程師陳皓受邀參與活動，并帶來以“CAN和CAN FD總線協議轉換”為主題的演講。

本次演講內容主要分為三個部分：首先介紹了CAN和CAN FD總線的區別，并以此為切入點講解了兩種總線協議轉化的基本原理與做法，在此基礎上對總線協議轉換在汽車行業的具體應用進行了延申介紹與未來展望。本文將帶您回顧本次演講，并對精彩內容“劃重點”。

一、CAN和CAN FD總線的對比

CAN總線和CAN FD總線主要在四個方面存在差異：

1. 波特率不同：CAN總線最高支持1Mbit/s波特率，CAN FD總線最高支持5Mbit/s波特率。在實際應用中，我們通常會選取500k的CAN總線波特率和500K 2Mbit/s的CAN FD總線波特率作為標準的車載通訊波特率。

2. 數據長度不同：一幀CAN總線報文最多支持8個字節的數據，而一幀CAN FD總線報文可最多支持64個字節的數據

3. 報文幀格式不同：CAN FD總線的報文新增了RS、FDF、BRS、ESI這幾個特定的信號位，以此擴充成一套全新的數據幀的格式

4. 遠程幀使用不同：CAN FD總線協議取消了遠程幀

對比CAN和CAN FD報文，CAN FD報文具有更高的通訊速率和更多的字節的數據。因此，CAN FD總線協議的通訊帶寬得以提高，可以達到CAN總線的6倍甚至更高。

與此同時，CAN和CAN FD報文也在具體幀結構上存在區別：

1. 仲裁域對比：CAN FD的報文取消了RTR的設定，以RRS作為取代

2. 控制域對比：CAN報文結構中主要有 IDE 和DLC，還有一個保留位，以此來規定這個幀的類型和數據域的內容。CAN FD報文結構則明顯增多，除IDE 和DLC外，還有FDF、BRS、ESI三個位。FDF用于標識幀類型是CAN還是CAN FD報文，BRS用于CAN FD的數據端，決定了是否采用更高的波特率進行數據傳輸，ESI用于確定當前傳輸節點的錯誤狀態是主動錯誤還是不動錯誤。在總線協議轉換過程中，FDF和BRS用于修改報文幀格式，這也是CAN FD報文能夠兼容CAN報文通信的原因之一。

3. 數據域對比：CAN報文最高支持8個字節的數據長度，而CAN FD報文最高支持64個字節的數據長度。

4. CRC域對比：CAN報文的CRC占15位，而CAN FD報文最高占21位，可見CAN FD報文的CRC采用了更復雜、更安全的算法。

總結而言，CAN FD報文將仲裁域的RTR設定改為RRS，并新增控制域FDF、BRS、ESI相關內容。這四個區別便是實現CAN和CAN FD總線協議轉化的關鍵發力點。

二、總線協議轉換的基本原理

當將CAN FD節點加入到CAN網絡中時，CAN FD需要向后兼容CAN組，此時，CAN FD節點節點需要通過CAN消息與其他CAN節點進行通訊，而CAN網絡無法識別CAN FD通訊消息，就會造成通訊錯誤。

同樣的，CAN節點加入到CAN FD網絡中時，CAN節點也無法與其他CAN FD節點正常通訊，便會出現總線錯誤。這個時候就需要加入一個能同時適配CAN和CAN FD兩種總線協議的網關以進行報文轉換，確保總線的正常通訊。這種網關往往帶有多個CAN接口，且可編程。

首先，我們需要對網關的波特率進行定義，包括仲裁端的波特率和數據端的兩個波特率。

其次，需要對具體的幀結構進行一個修改，以此來建立一個完整的數據幀的結構體，重點在于修改報文的幀類型、DLC以及具體的數據端的內容。

在圖上的轉換示意圖中，我們可以看到四個節點和兩條網絡總線同時存在的情況，其中兩個節點被集成在一個網關設備中，可進行編程和處理。

假如CAN節點主動請求和CAN FD節點進行通訊，首先，CAN節點向網關的CAN 1端發出CAN報文，CAN 1端收到CAN報文后，迅速的進行復制和處理，將CAN報文中的關鍵信息提取出來，構造出一幀完整的、具有相同ID和數據的CAN FD報文。再通過網關的CAN 2端發送給另一個CAN FD節點，以此來完成不同協議報文之間的轉發。

同樣，如果CAN FD主動請求和CAN節點進行通訊，也可以使用網關，以“復制、重定義和路由轉發”的邏輯完成總線轉換。

三、總線協議轉換在汽車行業的應用與展望

虹科已經有成熟的CAN和CAN FD總線協議轉換的方案，利用PCAN-Router FD和PCAN-Router Pro FD兩款網關設備即可高效完成總線協議轉換。

經典應用場景：主機廠優化測試臺架

在ECU測試中，專業的工程師們會根據不同的汽車零部件搭建不同的測試臺架，以往普遍流行的是搭建支持CAN網絡通訊的測試臺架。但隨著汽車智能化發展，ECU測試往CAN FD、CAN XL總線發展，以CAN網絡接口為主開發的測試系統和平臺，無法測試以CAN FD總線協議進行通訊的新車型，便需要重新改造臺架。

臺架改造實質上是為了將臺架中的CAN采集設備注入新的CAN FD協議。虹科提供的網關就可以高效、便捷地在測試臺架和ECU之間建立起一個全新的CAN-CAN FD通訊，ECU端自發的CAN FD信號可以通過網關實時高效的傳輸，并以CAN信號的方式輸出給測試臺架這端，便可實現不同協議之間的臺架測試，有效幫助客戶降低協議轉換的時間、人力成本和工程復雜度。

而在未來，可能會出現CAN和CAN FD總線轉CAN XL總線的應用情況，自然也會出現相應的能兼容CAN、CAN FD、CAN XL總線協議并進行轉換的網關產品，讓我們拭目以待。

總結

以上就是演講涉及的全部內容，歡迎聯系虹科，與我們的工程師進行交流、獲取更多網關相關信息。

審核編輯黃宇