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#CAN #工業通信 #CAN XL

導讀

CAN（Controller Area Network）是一種用于實時應用的串行通信協議，廣泛應用于汽車和工業電子設備中，以實現不同設備間的高效數據交換。它采用多主結構，允許網絡上的任何節點在任何時候發起通信，同時具備錯誤檢測與處理功能，確保了數據傳輸的可靠性。

在上篇中，我們追溯了CAN技術從經典CAN（CAN CC）到CAN FD的演進歷程，探索了它們如何塑造現代汽車和工業通信的面貌。現在，讓我們繼續深入這一話題，聚焦于CAN技術的最新篇章——CAN XL。

01CAN技術革新：CAN XL發布

步入2024年，汽車行業迎來了CAN XL（eXtended Length）這一CAN技術的最新進步。CAN XL標志著CAN技術在數據傳輸能力和網絡通信效率上的又一次飛躍。符合ISO 11898:2024標準及CiA 610-1規范（盡管后者已被CiA撤回），CAN XL以其卓越的性能和創新特性，無縫集成于現代汽車網絡之中。

CAN XL支持高達2048字節的擴展有效載荷容量，并實現 高達20 Mbit/s的比特率 ，有效彌合了CAN FD和以太網之間的差距。此外，CAN XL通過 隧道化和映射整個以太網幀 ，提高了數據吞吐量而不損耗網絡時間。在德國巴登舉行的第五屆CAN XL研討會上（由CiA組織），CAN XL已成功通過在真實網絡環境中的互操作性測試。

02CAN XL技術的主要特點與改進

CAN XL的控制器保持了向后兼容性，能夠處理CAN CC和CAN FD數據幀，確保與現有系統的無縫集成。以下是CAN XL的一些關鍵特性和改進：

■ 擴展的有效負載和比特率：有效負載高達2048字節，比特率高達20 Mbit/s，滿足更高的數據傳輸要求。

■ 增強型CAN-ID字段：分為11位優先級字段和32位接受字段，提供改進的幀優先級和接受過濾。

■ 協議嵌入配置：引入了新的配置選項，如禁用錯誤信令和啟用PWM編碼，以提供更高的比特率。

■ 可靠性提高：使用兩個CRC字段，控制段的13位前綴CRC和CRC段的32位幀CRC，增強錯誤檢測和數據完整性。

CAN XL幀結構格式

在CAN XL數據幀結構中，幾個關鍵位扮演著至關重要的角色，不僅決定了幀的類型，還確保了幀的優先級處理效率。其中，優先級標識符是設置CAN XL數據幀優先級的核心，它使得幀能夠基于其優先級級別進行高效處理。

CAN XL控制字段

RRS位與XLF位的功能

RRS（遠程請求替換）位與CAN CC數據幀中的RTR（遠程傳輸請求）位，以及CAN FD數據幀中的RRS位處于相同位置，這一設計確保了不同CAN版本之間的一致性和兼容性。此外，XLF（擴展長度幀）位是區分CAN FD和CAN XL數據幀的重要標志。在CAN XL數據幀中，XLF位始終保持隱性狀態，且當XLF位為隱性時，FDF（幀數據字段）位也相應地為隱性。這種配置對于在CAN網絡中準確識別CAN XL數據幀至關重要。

resXL位與ADS的雙重作用

resXL位被專門保留，以備 未來協議框架內的擴展使用 。 ADS（數據序列仲裁）則承擔著雙重任務 ：一方面，它將比特率從標稱比特率切換到CAN XL數據比特率；另一方面，它負責將CAN收發器模式從仲裁模式轉換為數據TX模式或數據RX模式。

CAN XL控制字段

ADS由ADH、DH1、DH2和DL1位組成，其中ADH是在XL數據階段開始前的最后一個標稱位時間，以隱性位傳輸。隨后，DH1和DH2位標志著XL數據階段的開始，同樣以隱性傳輸。比特率的變化恰好在ADH和DH1之間發生，而接收器同步則發生在從XLF位到前面的resXL位，以及從DH1和DH2位到DL1位的轉換過程中。

SDT、SEC、DLC和SBC的詳細說明

SDT（服務數據單元類型） 是一個8位值，它源自LLC（邏輯鏈路控制）幀，而SEC（簡單擴展內容）位也同樣來自LLC幀。 DLC（數據長度代碼） 跨越11位，其范圍從0到2047，與1字節到2048字節之間的數據長度相對應。 SBC（數據位計數） 是一個3位的值，表示仲裁字段中動態填充位的數量，其范圍從0到3（采用格雷編碼）。

PCRC（前綴循環冗余校驗） 序列源自循環冗余校驗（CRC），它是對包含仲裁字段、SDT、SEC位、DLC和SBC的位流進行計算得出的。值得注意的是，動態填充位（包括FDF位之前的三個位）被納入PCRC的計算中，而靜態位（如SOF、IDE、FDF、XLF、resXL、ADS和固定填充位等）則被排除在外。

VCID和AF的傳遞

VCID（虛擬CAN網絡ID）是一個8位值，而AF（接受字段）是一個32位值，它們都從LLC幀傳遞而來。

CRC字段的計算

CAN XL CRC字段

CRC字段則包含了幀CRC序列和FCP（格式檢查模式）。CRC計算的相關位流由仲裁字段、控制字段和數據字段組成的位流構成，排除了與PCRC相同的靜態位，在CRC計算中不包括動態位和固定填充位。

ACK字段的功能

ACK字段則包括DAS（數據到仲裁序列）、ACK插槽和ACK分隔符。其中，DAH、AH1、AH2、ACK槽和ACK分隔符位均為隱性，而AL1位則為顯性。

CAN XL ACK字段

DAS同樣具有雙重作用： 它不僅能將比特率從XL數據比特率切換回標稱比特率，還能在ADS中進行模式轉換時，將CAN收發器模式從數據TX模式或數據RX模式轉換回仲裁模式。DAS由DAH、AH1、AL1和AH2位組成，其中DAH是在標稱比特時間之后的初始比特位，它以XL數據比特率表示XL數據階段的結束。

從20世紀80年代的起源開始，CAN技術一直處于創新的前沿。CAN XL的應用范圍已超出傳統汽車和非汽車工程的可能性，提供了一系列超越傳統界限的應用。了解CAN的歷史，我們見證了CAN技術的演變和持續的技術創新。隨著技術的發展，我們期待CAN XL進一步拓展CAN技術的應用范圍，滿足未來汽車行業的需求。

文章來源：本文內容基于Robert Nawrath在《CAN Newsletter 2024》中發表的文章。由虹科智能互聯團隊精心翻譯并傳播，旨在與業界同仁共享這一前沿技術成果。