众所周知，CAN网络具有易于实现、可扩展、并支持复杂拓扑结构等诸多优点，所以目前在各个行业特别是汽车领域，得到了非常广泛的应用。但是，它也存在着诸多问题，其中最大的一点就是总线带宽和数据场长度太低，导致承载能力非常有限。为此，CiA（CAN-in-Automation，国际用户与制造商联合组织）推出了CAN FD（CAN with Flexible Data rate）。CAN FD继承了CAN总线的主要特性，但是弥补了CAN总线带宽和数据场长度的制约，CAN FD总线与CAN总线的区别主要在以下两个方面：

可变速率：CAN FD采用了两种位速率：从控制场中的BRS位到ACK场之前（含CRC分界符）为可变速率，其余部分为原CAN总线用的速率。两种速率各有一套位时间定义寄存器，它们除了采用不同的位时间单位TQ外，位时间各段的分配比例也可不同。
新的数据场长度：CAN FD对数据场的长度作了很大的扩充，DLC最大支持64个字节，在DLC小于等于8时与原CAN总线是一样的，大于8时有一个非线性的增长，所以最大的数据场长度可达64字节。

CAN FD引入了更快的比特率，在数据阶段可设置为高达5 Mbit/s，但其后果是由于信号振铃而受到严格的拓扑结构限制。这就使CAN FD局限于线性网络，限制了设计的自由度，增加了布线和系统成本。所以，在2020年的第17届国际CAN大会（iCC）上，CiA又推出了第三代CAN通信技术CAN XL。

一、什么是CAN XL

CAN XL是一种高度可扩展的通信技术，涉及比特率和数据字段的长度。物理层仍在开发中。目标是实现高达10+ Mbit / s的比特率。 CAN XL针对面向区域的异构网络体系结构进行了优化。该方法以最优的长度满足未来车载网络的要求。汽车工业试图减少布线，以最小化重量，或者换句话说，是限制能耗。它的几个核心期望特性如下：

有效负载长度：与以太网帧长度一样；
可靠性：等于或者优于CAN，CAN FD和10Mbit/s以太网的稳定性；
鲁棒性：与CAN FD一样好，甚至要优于10Mbit/s以太网；
波特率：在数据段的传输速率最大可达10Mbit/s；
兼容性：向后兼容CAN FD。

CAN XL是对CAN和CAN FD的进一步扩展，并且在很大程度上遵循相同的运行原理。CAN报文分为仲裁场和数据场。尽管CAN XL在仲裁场使用500kbit/s至1Mbit/s的低速率，但数据场的传输速率却可提升至2Mbit/s至10Mbit/s。相对于CAN FD的可选速率切换功能，CAN XL强制执行速率切换。

此外，总线访问仍旧采用CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突解决方案），通过位仲裁解决总线访问权限问题。CAN XL遵循严格的优先级概念，允许更重要的消息无延迟地传输。CAN XL仅支持11位标识符ID，不再使用29位标识符ID。CAN XL凭借用于报头和帧以及格式检查的汉明距离6算法，确保数据传输的高可靠性，实际上胜过FlexRay和以太网的CRC功能。

然而，对于未来的应用而言重要的不仅仅是提高数据传输速率。CAN XL主要功能之一是数据场支持1~2048Byte的可变长度。在必要时，可将以太网帧打包为CAN XL消息，直接或间接通过CAN XL使用IP通信技术。

CAN XL传承自经典的CAN和CAN FD，并缩小了CAN/CAN FD与Ethernet之间的传输速度和耦合的差距。在合适的应用领域中，CAN XL可以采用更小巧更便宜的控制器。利用高达2048Byte的有效数据长度，CAN XL为将来传输以太网帧和利用IP通信提供所需的功能。在不久的将来，这意味着CAN XL和10base-T1S可以共同在基于信号的通信和面向服务的通信之间提供连接。通过对协议层进行适当的扩展，将为应用提供更丰富的可能性。

二、CAN XL Vs CAN FD

不少同学会问，那么CAN XL与CAN FD究竟差在什么地方呢？下面就进行详细的对比。

与CAN FD相比，CAN XL增加了位的数量；
这些附加位位于报文头与报文末尾处；
大多数的所需位是CRC，必须增加它才能保护超出的更多的字节。

1、报头部分

上图中顶部的黑线表示隐性，底部的黑线表示显性。那么我们分析上图可得出以下结论：

SOF和11位的CAN ID场在CAN、CAN FD、CAN XL中是通用的； CAN FD和CAN XL始终不支持RTR远程请求；
CAN XL不支持IDE标识符扩展（29位CAN ID），该位始终处于显性；
隐性FDF位指示CAN FD，隐性FDF、XLF位指示CAN XL；
CAN FD中res位始终处于显性，隐性BRS位（波特率切换）会提升传输速率；
CAN FD中ESI位通常处于显性，但处于被动错误时会变为隐性；
CAN XL中resXL位是隐性的，可用于将来的扩展；
CAN XL中AL1、DH1和DL1作为新的波特率切换序列； CAN XL中Payload 8-bit用于不同数据包的预定义多路复用位；
CAN XL中DLC是一个11位整数，其中数据字节数是该整数加1；
CAN XL中Header-CRC用于保证DLC正确，DLC定义数据CRC从何处开始。

2、报尾部分

对于相同的数据长度，CAN XL中较长的报头可能需要较长的CRC；
CAN XL包含用于波特率切换位，确保向前的兼容性；
CAN XL CRC之后是波特率的切换模式，而不是CRC定界符；
为了确保重新同步到未来格式的帧末尾，集成格式：将CAN XL中放置NACK添加到旧ACK中。

CAN XL每个CAN帧中有更多的数据：1-2048字节，并且在数据部分增加了波特率，具有更好的故障保护措施，可为下一代CAN做更好的准备。

三、Q&A时间

1、CAN XL现在有对应的收发器和控制器么？

答：目前因为CAN XL的标准还没有正式出来，CAN XL的收发器和控制器估计会在2到3年内推出

2、CAN XL传输还是用普通的双绞线么？一条总线上可以和CAN，CANFd节点共存么？

答：关于传输的线缆，目前CiA还在进一步确认中，因为线缆其实也是非常重要的一环，会采取更谨慎和有保证的方案。

关于CAN 和CAN FD与CAN XL的节点共存问题，其实三者理论上都可以在同一个网络中，不过前提是都要支持新的MICI接口规定，即medium-independent CAN interface，介质无关CAN接口。

未完待续，敬请关注！

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