基于CAN-FD的诊断通信传输层

我曾经写过一篇《基于CAN总线实现的UDS诊断》基于CAN总线实现的UDS诊断（DoCAN），那篇文章中介绍了在CAN总线上实现诊断通信的机制。随着汽车功能越来越丰富，对总线传输能力的要求也进一步提高，CAN总线的升级版本CAN-FD逐渐部署到了量产车辆上。基于CAN-FD和CAN的诊断通信机制基本没差别，但是仍然有一些细节上的变化。本篇文章将简单介绍基于CAN-FD的诊断通信传输层相比于CAN的变化。

CAN-FD是CAN withFlexible Data-Rate的简称，从名称可以看出，CAN-FD的数据速率是可变的。CAN-FD继承了CAN2.0的主要特性，物理层改动较小，仍然具备CAN所拥有的双绞线串行通信、非破坏性仲裁等机制。在CAN2.0中，CAN帧的判决域和数据域的波特率是相同且固定的，最高为1M。但是CAN-FD帧的判决域和数据域的波特率不相同，前者仍然是最高为1M，但是后者可以达到8M。在CAN2.0中，一个CAN帧的数据域最长为8个字节，但是这一数字在CAN-FD中提高到了64。下图简单展示了CAN-FD相对于CAN的优势。比如，在CAN-FD数据域波特率 = 8M，CAN数据域波特率 = 1M的情况下，同样在数据帧中承载8个字节，CAN-FD数据域时长仅为CAN数据域时长的八分之一；在数据域时长相同的情况下，CAN-FD数据域中承载的字节数量是CAN数据域的8倍。

一个CAN-FD帧的数据域中可能存在的字节数量为1-8, 12, 16, 20, 24, 32, 48 ,64。数据长度由帧格式中的DLC字段决定。在DLC从0到8时，DL（数据长度）值也是从0到8逐渐加1增长。但是对于DLC大于8的情况，CAN将所有DL都当作8处理，CAN-FD的DL与DLC的对照关系如下表所示。

DLC与DL的对照表

下图展示了CAN与CAN-FD帧上存在的一些不同。

与CAN相比，CAN-FD的帧中多出了以下3个字段。

FDF（FD FormatIndicator）：Dominant (0) = CAN Frame, Recessive (1) = CAN FD Frame；

BRS（Bit RateSwitch）：Dominant (0) = 数据域速率不变，与判决域速率相同；Recessive (1) = 数据域速率提升；

ESI（Error StateIndicator）：Dominant (0) = CAN FD 节点处于主动报错状态, Recessive（1）= CAN FD节点处于被动报错状态。

当BRS位为隐性时，从ESI位开始一直到CRC域结束，都采用变化后的速率。

值得注意的是，CANFD 节点可以正常收发传统CAN 节点报文，但是传统 CAN 节点不能正常收发 CANFD 节点的报文。

在《基于CAN总线实现的UDS诊断》一文中提到，基于CAN总线的诊断传输层总共定义了4种帧，即SingleFrame、FirstFrame、ConsecutiveFrame、FlowControl。基于CAN-FD总线的诊断传输层也使用这4种帧，但不同之处在于，因为每帧承载的数据量更大，所以SingleFrame和FirstFrame有两种情况，下图展示了这两种情况。

在CAN-FD中诊断通信传输层的SingleFrame和FirstFrame的变化

因为CAN-FD一帧可以承载的字节数最大为64，所以传统CAN中用4个bit来表示SF_DL就不够用了，当我们构造的单帧长度大于8个字节时，CAN-FD使用Byte1来指示SF_DL。同理，当一个需要分包的数据过大，导致FF_DL需要大于4095时，那么在传统CAN中用于表示FF_DL的12个bit就不够了，在这种情况下FirstFrame的格式要根据上图发生变化。

下图展示了针对不同SF_DL应该选择的DLC和DL。