CAN-FD的两种应用，你了解多少？

智能汽车电子与软件 2022-08-02 19:00

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来源：怿星科技

作者：怿星科技

CAN-FD（CAN with Flexible Data Rate）作为CAN协议（基于CAN2.0）的改进，它与CAN有什么样的区别呢？今日就和大家一起唠一下CAN-FD常见的一些应用。

相比CAN协议，CAN-FD新增两个比较大的特性：

1、支持可变速率

a) 仲裁段与标准CAN速率相同

b) 数据段：速率最高可达8Mbit/s

2、支持更大的payload（数据长度）

a) 帧的长度可达64字节

从特性可以看出：CAN-FD的优势：

更快的刷写速率
避免将数据拆分多帧
减少现有总线的总线负载
避免拆分网络

通过上述阐述，CAN-FD针对目前CAN总线带宽资源不足的问题具有一定的缓解作用。目前国内部分OEM针对CAN-FD协议的使用主要有两种：一种是固定好通信内容，仅增加了报文长度；另一种是AUTOSAR的思想，采用PDU的思路，能够实现更为灵活的应用，如下分别介绍两种思路。

1、增加报文长度，在DBC格式的数据库中定义CAN-FD帧，如图1 所示。

图1 CAN-FD报文在DBC数据库文件中的定义

2、完全按照CAN-FD协议要求，在arxml格式的数据库中定义CAN-FD帧，如图2所示。

图2 CAN-FD报文在arxml数据库中的定义

到这里是不是有童鞋不禁要问了，这二者有何区别呢？嘿嘿，且听小怿细细道来。

针对第一种：仅增加了CAN-FD报文的帧长度，数据场的内容是固定的。OEM在DBC数据库文件中定义了CAN-FD的报文长度，规定数据场的内容，也就是将信号的排列顺序规定好。将DBC数据库释放给零部件供应商后，供应商根据OEM释放的文件，进行通信开发。此种优势在于一旦出现信号交互问题，测试人员能快速定位问题，同时零部件供应商也能根据报文快速定位控制器软件问题。但是劣势也比较明显，一旦总线出现高负载的情况，无法调整报文长度，无法灵活降低负载，灵活性不足。

一条CAN-FD总线上有节点A、节点B等等20个节点，如果这些节点将自身的报文全部发送，总线负载达到75%，节点A发送的2条CAN-FD：报文M（长度为64）与报文N（长度为64）。针对总线高负载的情况下，节点A中报文M的信号P（信号长度占4个字节）是一个重要的信号，此时节点A只需要将信号P所在的报文发出。由于DBC数据库将每一帧CAN-FD报文的长度固定，所以节点A一旦需要发送信号P的报文，必须得将报文M所有的信号全部发出。如果对于其余节点也都是这样的话，总线负载率无法进行降低，造成带宽资源的浪费。

看完第一种情况，再来看一下第二种：应用CAN-FD的协议，在arxml数据库中定义CAN-FD帧。此时引入PDU的概念：PDU（Protocol Data Unit）协议数据单元。一般用到的PDU有：NMPDU(网络管理PDU)、I-signal-PDU(信号PDU)、Container-PDU(PDU簇)。AUTOSAR中规定：Frame是由PDU组成，PDU是由signal组成。常规CAN报文一般是由I-signal-PDU组成，而CAN-FD报文（报文长度超过8字节）一般是由Container-PDU组成，Container-PDU则是由若干个I-signal-PDU组成，如下图3所示。

图3 I-signal-PDU在Container-PDU分布

OEM一般将arxml数据库文件释放给零部件供应商，供应商可以根据AUTOSAR框架进行软件架构划分，各司其职。这种方式好处为对于整车交互时，一旦总线出现高负载的情况，控制器可以根据自身需求缩短报文的长度，降低负载，灵活性较高。我们沿用上个栗子来看：

节点A中信号P（信号P占4个字节）是一个重要的信号，此时节点A只需要将信号P发出即可。此时利用AUTOSAR架构概念，在设计时将信号P放到一个I-signal-PDU（PDU Y）中，此时只需要将PDU Y (4个字节)+ PDU Y的shortHeaderID(占3个字节) + PDU Y的DLC（占1个字节）放到报文M中，此时只需要发送M报文（８个字节），即可满足总线需求，而其他非重要的信号，可以不发送、少发送、增长发送周期等方式，来降低总线负载。

看到这里，是不是有童鞋又要问了：这个真能这样实现吗？下图所示，能够看到同一个报文里包含了不同PDU的情况。

图4 报文0xB5 PDU信息显示

不过还是要给各位童鞋泼泼水冷静下。第二种虽然好处众多，但是也是有一些劣势的。首先架构需要重新定义，传统架构中报文与信号中并没有插入PDU的概念，最多引入信号组（signalgroup）的概念，因此需要将信号与报文信息进行重新归类。其次，对开发人员素质要求较高，整体合作度增强。AUTOSAR架构虽然将各个架构进行划分，但是一旦出现问题，需要每个参与的人员进行整体性的查看问题、定位问题。然后，测试人员素质要求增强，传统CAN-FD DLC测试时，可用CANoe自带函数进行检查校核，但针对AUTOSAR CAN-FD测试时，自带函数无法施展，需要自身提取CAN-FD报文长度与数据场内容（PDU信息），通过数据场内容的提取进行报文长度的对比，从而实现测试，而同时测试人员还需要掌握一定的AUTOSAR知识。

综上所述，对于CAN-FD在车上的两种应用，各有优劣。就目前而言，第一种方式因为简单易用被很多主机厂采用，第二种方式目前则多数情况被用于预研。“罗马非一日建成”，相信AUTOSAR CAN-FD会逐步的扩大其应用市场，被大面积采用。