CAN FD

综合的工具链可用于CAN标准扩展。


HMS产品和服务让您可以...

  • 连接您的PC到CAN FD系统,可实现基于PC的控制,配置和分析
  • 连接CAN和CAN FD网络
  • 分析和维护您的系统
什么是CAN FD?
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CAN FD Products and Services
CAN FD Interfaces
 

连接您的PC到CAN FD

Ixxat PC CAN接口既可以支持典型的CAN也可以支持新的CAN FD标准。使用VCI Windows驱动,可直接开发基于PC的应用。

  • 针对不同的PC接口标准具有各种各样的产品模式
  • 针对特定的基于PC的CAN和CAN FD应用都有Windows驱动 

针对CAN FD的PC CAN接口

 
CAN FD Infrastructure
 

内部连接您的系统和设备

对于内部连接基于CAN和CAN FD的系统,HMS提供广泛的产品系列。  

CAN 中继器
CANbridge NT

 
CAN Tools
 

分析与配置

我们提供广泛的工具用于开发,系统调试和故障排除。

  • canAnalyser – 简单分析,传输和记录您的CAN与CAN FD报文

针对CAN与CAN FD的canAnalyser

CAN FD – 简短介绍

 

为什么选择CAN FD?

节点数量、传输速率以及的循环次数出现了增长性需求,而经典CAN总线(8数据字节和1 Mbit/秒数据速率)的极限并不能满足此需求,这就出现了瓶颈:取决于网络扩展的数据速率,用于服务的短数据长度,以及模拟数据在此具有非常重要的作用。 

在日常使用中,这些限制通常通过折中方式来规避:在各种应用中将系统划分成不同的网段 – 或者甚至可以划分成平行网络 – 这意味着现有技术被不断耗尽,这通常导致复杂,就配置、设置和维护而言又很昂贵的解决方案。原则上,可以切换到高性能的工业以太网技术。通常有必要提升投资水平,并且改变数据结构,配置的思维模式,尤其是时间控制的系统,在广泛的网络中通常面临相当大的挑战。此外,切换开发,调试和维护工具也有必要, 这通常让许多用户放弃了完全的转变。

与此同时,也希望以有用方式继续使用现有操作技术。

这就是可以使用CAN FD的地方:CAN FD(具有灵活数据速率的CAN)是2012年博世推出的“经典”CAN的扩展版本,并且极大地扩展了可用数据速率和可用数据长度。另一方面,经过实践检验的CAN概念保留了下来:即基于报文ID的仲裁,事件驱动的报文发送,以及通过应答位接收的报文应答。

 

提升的数据速率

通过接收器实现报文应答,这在经典CAN中使用,提供广泛的优点,主要是通过在传输报文内确认传输成功的方式 – 潜在传输失误可被快速检测并且数据可以极快地实现再次传输。

报文仲裁基于CAN标识符也为控制应用带来了优势,可在数据传输过程中避免冲突,以及对于高优先级的报文提供短延迟时间,甚至是在更高总线负载的时候。

 使用该方式的缺点是,在采样时间内,所有的节点必须使用相同的总线电平,以此避免故障。相应地,一位间隔必须在网络中两个最远节点之间具有足够的信号传播时间,包括其总线激活时间。 该位间隔和数据速率因此直接取决于网络扩展;40米扩展可达到1 Mbit/s,而250米扩展就会降到250 kBit/s。

为了不改变现有通讯技术并极大地提升数据速率,CAN FD使用两个不同的位速率工作。“仲裁速率”用于控制命令(包括仲裁,报文类型,结束检测和应答),它依赖于传播速度因此也依赖于网络扩展。与此相反,也可选择使用第二种“数据位速率” – 用于数据内容和数据安全。此刻,只有报文传输器占用总线,这也就意味着没有必要在位时间内直接反馈。可达到的最大数据速率因此只依赖于传输媒介的传输特性,而不依赖于信号传播。CAN FD网络目前可实现8 MBit/s的生产使用,其中CAN FD标准可高达15 Mbit/s。这种位速率也在各种各样的测试系统中成功使用。 

 

CAN-FD-Technology-Frame

图片1: 在该例子中,共计有42字节的配置数据被传输。要在经典CAN中实现此举,必须采用能够使用8字节报文就将整个数据传输的传输协议。该示例基于模型传输协议,仅使用第一个数据字节来控制数据流。这意味着其余的7个字节可用于每个CAN报文。根据采用的传输协议,额外的数据区就有必要用于控制。
以下,相比之下,带48字节用户数据的单个CAN FD报文,可以替代所需的6个经典CAN报文。由于数据也在上述CAN FD报文中以更高位速率传输,该CAN FD报文就比经典CAN报文需要的总线时间少太多。此外,单个CAN FD报文的使用在此极大地简化了数据流的管理。

 

这两种数据速率在CAN FD控制器中被设置成互相独立,使用两个位定时寄存器。在两个数据速率之间切换是通过使用协议中的两个控制位来实现的。第一个位一直留作"扩展数据长度"位(EDL),并且根据其隐性级别定义CAN FD报文。实际的位速率切换是通过新添加的位完成的,这个位就是"位速率切换"位(BRS),在采样时可切换到更高的位速率。 在CRC限制位被采样时可切换回去。

 

扩展的用户数据

控制数据通过使用众所周知的更低位速率传输,因此也就限制了可以达到的数据速率。通过提升用户数据区到64字节,更多的数据可以快速传输模式发送,因此有效地提升了数据速率。

经典CAN只提供8个数据字节,对于许多数据应用并不足够,例如,传输高精度的模拟数值,或用于控制带有不同解码数值和驱动命令的多轴机器人。为此,必须添加服务数据,直到现在极大地减少了有效性,因为传输协议需要传输多于8个字节。

CAN FD现提供了一种选择,可使用高达64个数据字节。这样做,更大的数据块可以单个报文传输 – 尤其是过程数据,使用单个过程报文现在也可完全控制更多复杂的设备。对于服务数据,减少了一些传输协议的必要性,因为单个的CAN FD报文通常只用于配置数据或类似数据。

CAN-FD-Technology-Time-Line

图片2:该图表以单一时间轴展示了图片1显示的CAN报文:对于经典CAN,此处假设数据速率是250 kBit/s。对于具有8个字节用户数据的报文(例如1字节用于传输协议,7字节用户数据) 并且具有最大可能数量的填充位,经典CAN报文需要大概500 µs左右的总线时间。如果传输节点能够无延迟地连续发送所有六个报文,总线将完全拥堵3毫秒用于传输42字节的用户数据。
相比之下,带有48个字节用户数据的CAN FD报文,250 kBit/s仲裁速率和2 MBit/s数据位速率仅占用总线大约365 µs – 同样也使用最大可能的填充位。
这种极大的更快速数据传输也改善了CAN系统的实时性能,因为具有标志性地更短的响应时间,与此同时还提升了数据速率并减少了数据管理的复杂性!

 

为了防止不必要地扩展控制数据,CAN FD也只使用4位用于数据长度代码 – 数值0到8直接取自经典CAN。现在还未定义的数据(9到15,例如1001到1111)用于新的,扩展的数据长度:除了0到8字节,12,16,20,24,32,48和 64字节也可用于用户数据。不同形式的数据长度不支持,也就是说,未使用区需要填写“填充值”。

除了数据区的快速传输,使用CAN FD可极大提升有效可用的数据速率,并且可大量减少循环时间。以此种方式,具有500 kBit仲裁,4MBit数据传输和64数据字节的CAN FD网络可实现超过5Mbit/s的有效数据速率。

 

实时能力

将多个独立数据包结合成单个报文意味着数据管理变得更为简单化,因为单个报文不再需要以极大成本实现互相同步。更大数据包的快速传输,同经典CAN相比,在相同时间内可传输相当于经典8字节CAN报文8倍的数据量(64字节)。以此方式,高优先级的报文可以更快速地传输并且增强了实时性能。

 

数据安全性

数据安全性是一个重要课题:不仅和经典CAN相比具有更大的数据包,CAN FD还满足了相同的数据安全性需求。这是通过使用更长的带有对应算法的CRC检查密钥实现的,例如,根据传输的数据字节的数量,使用了三种不同的CRC算法中的一种:之前针对报文的CRC公式可达8个数据字节,并且具有两个加强的公式可达16个数据字节或者针对报文可多于16个数据字节。CAN控制器将使用的算法由数据长度代码决定。

对于改善的数据安全性,采用了额外的建议。结果是,CAN FD报文中的CRC一直以填充位起始;另外5位之后有一个额外的填充位 – 与CAN填充位规则相反,它独立于以前的位数值。每个填充位都具有之前位的补充值。

 

向后兼容性

从CAN向更快速通讯系统切换的一个缺点是对于完全转换的频繁需求:所有CAN参与者必须适应新系统,例如EtherCAT。或者,机器控制器可被扩展用于多个异构网络。两种方式都有优点和缺点。使用CAN FD,就又有了一种额外“温和”的方式可选:因为CAN FD控制器也可作为经典CAN节点使用,所有网络节点可逐渐被支持CAN FD的设备取代。一旦整个网络支持CAN FD,CAN FD的优势就会发挥到极致。 这对于专用机械尤为重要,因为它们的网络参与者通常不能被自由节点替换 – 尤其是用户特定的设备或内部开发的设备。