CAN FD（FlexibleData-rate）是“可變數(shù)據(jù)速率CAN”的縮寫，可以理解為傳統(tǒng)CAN總線的一次協(xié)議層升級。需要注意的是，CAN FD只升級了通信協(xié)議，物理層保持不變。這種設(shè)計是為了在保證兼容性的前提下，解決傳統(tǒng)CAN的一些瓶頸問題。
隨著汽車電子系統(tǒng)功能日益復(fù)雜，數(shù)據(jù)交互頻繁，傳統(tǒng)的CAN2.0總線面臨著嚴(yán)重的負(fù)載問題，部分場景下負(fù)載率甚至高達(dá)95%。與此同時，CAN總線還存在以下主要局限性：
· 最大傳輸速率限制在1Mbit/s（實際常見速率為500kbit/s）；
· 幀開銷過大，傳統(tǒng)CAN一幀中僅有不到50%的帶寬用于有效數(shù)據(jù)傳輸；
· 幀數(shù)據(jù)段僅8字節(jié)，難以滿足現(xiàn)代應(yīng)用對大數(shù)據(jù)量通信的需求；
· 延遲受限于物理架構(gòu)，如ACK響應(yīng)延遲、收發(fā)器與布線的傳播延遲等。
相較之下，其他通信協(xié)議的開銷明顯更小，例如：
· UDP：1500字節(jié)數(shù)據(jù)包中僅64字節(jié)為開銷；
· FlexRay：254字節(jié)中只有8字節(jié)為控制開銷。
由于汽車行業(yè)不可能完全拋棄現(xiàn)有CAN架構(gòu)重新設(shè)計，為兼容現(xiàn)有系統(tǒng)、控制升級成本、并提升總線性能，CAN FD應(yīng)運而生。CAN FD的研發(fā)始于2011年，并在2015年正式被納入ISO11898-1標(biāo)準(zhǔn)中，與經(jīng)典CAN協(xié)議并存。
1、數(shù)據(jù)段長度擴(kuò)展至64字節(jié)；
2、在數(shù)據(jù)階段支持更高的傳輸速率（最大8Mbit/s）。
這些改進(jìn)大幅提升了通信效率，降低了總線負(fù)載，使其更適應(yīng)當(dāng)今對高速、大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。因此?/span>CAN FD不僅是傳統(tǒng)CAN的延續(xù)，更是面向未來車載網(wǎng)絡(luò)的重要演進(jìn)。
從圖中可以看到，CAN FD幀的整體結(jié)構(gòu)沿用了經(jīng)典CAN幀的基本框架，但為了支持更高的帶寬與更大的數(shù)據(jù)傳輸量，在控制字段及數(shù)據(jù)字段上做了顯著擴(kuò)展。幀起始位OF用于標(biāo)識一幀數(shù)據(jù)的開始，與傳統(tǒng)CAN相同，緊隨其后的仲裁字段包含11位標(biāo)識符與一個保留位r1，用于總線仲裁和幀優(yōu)先級判定?？刂谱侄尾糠质?/span>CAN FD的關(guān)鍵擴(kuò)展區(qū)域，除了沿用IDE位外，新增的EDL（Extended Data Length）位用于明確區(qū)分CAN FD與傳統(tǒng)CAN報文，而BRS（Bit Rate Switch）位的引入使得在仲裁階段之后，數(shù)據(jù)段與CRC字段可切換至更高速率進(jìn)行傳輸；ESI（Error State Indicator）則用于表征發(fā)送節(jié)點的錯誤狀態(tài)，從而輔助系統(tǒng)進(jìn)行容錯判斷。數(shù)據(jù)段是CAN FD提升帶寬的核心，其長度可由DLC字段指定，從傳統(tǒng)CAN的最多8字節(jié)擴(kuò)展至最多64字節(jié)使單幀有效載荷大幅提升；隨之而來的是CRC校驗字段也相應(yīng)增強(qiáng)，根據(jù)數(shù)據(jù)長度使用17位或21位CRC，提升數(shù)據(jù)完整性保障能力。幀末部分的ACK、EOF以及IFS與傳統(tǒng)CAN保持一致，確保CAN FD具備良好的向后兼容性。
CAN FD最早由Bosch提出，稱為Bosch CAN FD，作為對傳統(tǒng)CAN總線的擴(kuò)展，主要引入了更大的數(shù)據(jù)長度（最多64字節(jié)）以及更高的數(shù)據(jù)段速率（可達(dá)8Mbps），其幀結(jié)構(gòu)中使用的是17位CRC校驗碼，無需支持位時間重同步。然而，隨著實際應(yīng)用中通信速率和負(fù)載上升，Bosch版本在數(shù)據(jù)可靠性方面存在一定局限，因此在2015年，ISO組織發(fā)布了正式標(biāo)準(zhǔn)ISO 11898-1:2015，即為現(xiàn)在所稱的標(biāo)準(zhǔn)CAN FD，在保留Bosch版本主要特性的基礎(chǔ)上，引入了更強(qiáng)的21位CRC校驗機(jī)制，并對幀格式進(jìn)行了微調(diào)，增強(qiáng)了抗干擾能力。兩者在物理層兼容，但在幀結(jié)構(gòu)、校驗算法和協(xié)議容錯機(jī)制上存在差異。因此，標(biāo)準(zhǔn)CAN FD節(jié)點更具通用性和可靠性，而Bosch版則是早期的實驗性版本，現(xiàn)階段已逐漸被ISO標(biāo)準(zhǔn)替代。
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