CAN FD — новый интерфейс передачи данных от Bosch
В последние годы уровень промышленности электронных устройств растет стремительными темпами. В современных автомобилях в больших количествах используются всевозможные датчики, электронные блоки управления, исполнительные механизмы, онлайн-программируемые устройства и т.д. Большинство созданных CAN-протоколов из-за ограниченной пропускной способности уже не всегда могут справиться с обработкой информации, поступающей от такого количества устройств и систем. В связи с этим, специалисты из компании Bosch еще в 2011 году начали модернизацию старого интерфейса CAN. На следующий год на 13 международной CAN конференции был представлен новый интерфейс передачи данных CAN FD (flexible data-rate) или (CAN с гибкой скоростью передачи данных), который, по словам создателей, будет соответствовать всем стандартам автомобильных сетей в ближайшие десять лет.
Структура интерфейса
Скорость передачи данных в CAN FD может превышать 1 Мбит/c, а максимальная полезная нагрузка составляет 64 байта на кадр (в отличие от 8 байтов, в классическом CAN-интерфейсе). Увеличение эффективной скорости передачи информации обеспечивается за счет расширения полей данных без изменения физического слоя CAN. Также интерфейс сохраняет нормальный арбитраж CAN-шины, увеличивая при этом скорость битрейта. По факту, арбитраж зависит от длины сети. Реальное увеличение пропускной способности составляет от 3 до 8 раз, что положительно сказывается на работе бортовых систем и различных встроенных приложений в приборной панели.
Рисунок 1 — структурная схема интерфейса CAN FD
Информация в кадрах CAN FD может быть передана с двумя различными скоростями. В арбитражной фазе битрейт зависит от типа сети и ограничивается 1 Мбит/c, а в фазе передачи данных битрейт ограничен лишь характеристиками приемопередатчика. «Вторая скорость» используется, в частности, для передачи общих данных и данных о безопасности. В этот момент кадр полностью занимает шину. Как результат — не требуется прямая и обратная связь, а значит, максимальная скорость передачи зависит непосредственно от свойств среды. В реальных условиях, скорость передачи данных может достигать 12 Мбит/c.
Использование соотношения битрейта 1:8 в арбитражной и информационно передающей фазе приводит к приблизительно шестикратному увеличению пропускной способности. Также, в отличие от стандартного интерфейса CAN, в поле управления и в поле CRC интерфейса CAN FD используется большее количество битов.
Ниже на рисунке 2 представлена общая схема структуры кадра интерфейса CAN FD.
Рисунок 2 — структура кадра интерфейса CAN FD
В общем, структура кадра не отличается от стандартного интерфейса CAN, однако, были введены некоторые расширения. Например, одной звездочкой обозначены биты, которые никогда не учитываются, а двумя — фиксированные обрабатываемые биты.
Интерфейс CAN FD совместим со стандартом CAN 2.0, поэтому устройства CAN FD могут быть использованы в существующих CAN-сетях, но в этом случае, специальные надстройки CAN FD не могут использоваться.
После анонса нового интерфейса многие известные производители полупроводниковых компонентов стали создавать устройства с поддержкой CAN FD. Например, компания Microchip недавно анонсировала новое семейство приемопередатчиков MCP2561. Приемопередатчики компании выступают в качестве связующего звена между CAN-интерфейсом и двухпроводной CAN-шиной.
В целом, новый интерфейс CAN FD существенно расширяет границы использования классического интерфейса CAN, благодаря значительному приросту пропускной способности и простоте настройки.