文章目录

前言
一、CAN FD简介
- 1.1 CAN FD是什么？
- 1.2 为什么要CAN FD？
- 1.3 CAN FD的特点
二、CAN FD协议
- 2.1 CAN FD帧结构
- - 2.1.1 帧起始
  - 2.1.2 仲裁段
  - 2.1.3 控制段
  - 2.1.4 数据段
  - 2.1.5 CRC段
  - 2.1.6 ACK段
  - 2.1.7 帧结束
总结：

前言

前面的文章介绍了CAN协议、本文介绍一下CAN FD，对比一下这两者的区别。希望看完后，能对你有所帮助。
CAN 协议介绍的文章：CAN总线详细介绍

一、CAN FD简介

1.1 CAN FD是什么？

CAN FD，全称为CAN with Flexible Data rate。继承了CAN的主要特性，弥补了CAN的数据长度和带宽的限制。可简单认为CAN FD就是CAN的升级版。

2011年，开始CAN FD协议的开发，2012年发布第一个版本，2015年ISO11898-1进行了修订，将CAN FD加入其中。

1.2 为什么要CAN FD？

随着汽车功能越来越复杂，也越来越往智能化发展，传统的CAN总线已经跟不上时代的速度了。主要原因有如下几点：

CAN 总线最高速率为 1Mbit/s，实际使用中通常只有是 500k，随着功能的逐渐增多，各 ECU 之间的信息交互也越多，导致总线负载持续增加；

CAN 报文中只有约 40~50%的带宽用于实际数据传输；

最大总线速度受到响应机制的限制，例如 CAN 控制器中的 ACK
生成延迟；收发器传播延迟；导线延迟等。

为了解决CAN总线的局限，就对其进行升级，CAN FD就此应运而生了。

1.3 CAN FD的特点

传输速率是可变的。从控制场中的BRS位到ACK场之前（含CRC分界符）为可变速率，最高速率可达到8Mbps。其他部分与CAN相同。

数据长度不同。CAN FD支持的最大数据长度为64byte。

帧格式不同。CanFD新增了FDF、BRS、ESI位

二、CAN FD协议

2.1 CAN FD帧结构

CAN FD数据帧结构与CAN一样，一共有：帧起始SOF，仲裁段，控制段，数据段，CRC段，ACK段，帧结束，共7个部分

CAN 标准帧结构

CAN FD 标准帧结构

2.1.1 帧起始

CAN FD与CAN使用相同的SOF标志位来标志报文的起始。帧起始由1个显性位构成，标志着报文的开始，并在总线上起着同步的作用

2.1.2 仲裁段

与传统CAN相比，CAN FD取消了远程帧，用RRS位替换了RTR位，为常显性。IDE位仍为标准帧和扩展帧标志位，若标准帧与扩展帧具有相同的前 11 位 ID，那么标准帧将会由于 IDE 位为 0，优先获得总线。

RTR(Remote Transmission Request Bit)：远程发送请求位，RTR位在数据帧里必须是显性，而在远程帧里为隐性。
RRS(Remote Request Substitution)：远程请求替换位，即传统CAN中的RTR位，CAN FD中为常显性。

CAN和CAN FD 仲裁段的对比

2.1.3 控制段

控制段中CANFD与CAN有着相同的IDE，res，DLC位。同时增加了三个控制bit位，FDF、BRS、ESI。

FDF(Flexible Data Rate Format)：原CAN数据帧中的保留位r。FDF常为隐性，表示CAN FD 报文。

BRS(Bit Rate Switch)：位速率转换开关，当BRS为显性位时数据段的位速率与仲裁段的位速率一致，当BRS为隐性位时数据段的位速率高于仲裁段的位速率。

ESI(Error State Indicator)：错误状态指示，主动错误时发送显性位，被动错误时发送隐性位。

DLC同样是4bit表示数据段的长度，对应的关系如下：

DLC取值和数据长度的关系

2.1.4 数据段

CAN FD不仅能支持传统的0-8字节报文，同时最大还能支持12, 16, 20, 24, 32, 48, 64字节

2.1.5 CRC段

为了避免位填充对CRC的影响，CAN FD在CRC场中增加了stuff count记录填充位的个数对应8的模，并用格雷码表示，还增加了奇偶校验位。FSB（fixed stuff-bit）固定为前一位的补码。

Stuff Count由以下两个元素组成：

格雷码计算：CRC区域之前的填充位数除以8，得到的余数（Stuff bit count modulo 8）进行格雷码计算得到的值（Bit0-2）
奇偶校验(parity)：通过格雷码计算后的值的奇偶校验（偶校验）

CAN FD对CRC算法进行了改进，CRC对填充位也加入了计算。在校验和部分为避免有连续位超过6个，就确定在第一位以及以后每4位添加一个填充位加以分割，这个填充位的值是上一位的反码，作为格式检查，如果填充位不是上一位的反码，就作出错处理。

CAN的CRC的位数是15位，而在CAN FD中，CRC场扩展到了21位，如下：

当传输数据为0~8字节或更少时：CRC 15位
当传输数据为9~16字节或更少时：CRC 17位
当传输数据超过17~64个字节时：CRC 21位

2.1.6 ACK段

与CAN相比，在CAN FD中最多可接受2个位时间有效的ACK，允许1个额外的位时间来补偿收发器相移和传播延迟）

由从高速的数据场到慢速的仲裁场时，时钟切换会引起收发器相移和总线传播延迟。为了补偿其相移和延迟，相比传统的CAN，在CAN FD中多加了这额外的1位时间。
在ACK之后，发送ACK界定符。这是一个表示ACK结束的分隔符，为是1位隐性位。

2.1.7 帧结束

与CAN一样，CAN FD的帧结尾也为连续7位的隐性位

总结：

CAN FD 兼容CAN，可以正常收发传统CAN报文，但是传统CAN不能正确收发CAN FD报文，帧格式不一致，会导致传统CAN发送错误帧。就像平常的软件版本一样，高版本向下兼容。
CAN FD能传输的数据更多，速率也更高，安全性也更高。

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