CAN 是Controller Area Network 的縮寫(以下稱為CAN),是ISO國際標準化的串行通信協議。在汽車產業中,出於對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求,各種各樣的電子控制系統被開發了出來。由於這些系統之間通信所用的數據類型及對可靠性的要求不盡相同,由多條總線構成的情況很多,線束的數量也隨之增加。為適應“減少線束的數量”、“通過多個LAN,進行大量數據的高速通信”的需要,1986 年德國電氣商博世公司開發出面向汽車的CAN 通信協議。此後,CAN 通過ISO11898 及ISO11519 進行了標準化,在歐洲已是汽車網絡的標準協議。
CAN 的高性能和可靠性已被認同,並被廣泛地應用於工業自動化、船舶、醫療設備、工業設備等方面。現場總線是當今自動化領域技術發展的熱點之一,被譽為自動化領域的計算機局域網。它的出現為分佈式控制系統實現各節點之間實時、可靠的數據通信提供了強有力的技術支持。
目前,隨著ECU大量地增加使總線負載率急劇增大,傳統的CAN總線越來越顯得力不從心。因此,CAN FD(CAN with Flexible Data-Rate)協議誕生了。
它繼承了CAN總線的主要特性,提高了CAN總線的網絡通信帶寬,改善了錯誤幀漏檢率,同時可以保持網絡系統大部分軟硬件特別是物理層不變。這種相似性使ECU供應商不需要對ECU的軟件部分做大規模修改即可升級汽車通信網絡。CAN FD做出的改進CAN FD採用了兩種方式來提高通信的效率:一種方式為縮短位時間提高位速率;另一種方式為加長數據場長度減少報文數量降低總線負載率。在CRC校驗段採用了三種多項式來保證高速通訊下的數據可靠性。
CAN基礎知識
CAN非常受歡迎,以至於有諸多微控制器都包含一個集成的CAN收發器。以下是CAN的基本特性和特性的總結:
多點差分總線,最多可處理127個節點。
傳輸介質是屏蔽或非屏蔽雙絞線,具有120Ω端接。
數據傳輸是通過帶有起始位和停止位的標準異步字節。
接入方法採用具有衝突檢測的載波偵聽多路訪問(CSMA / CD)。
協議幀允許最大8字節的數據塊,並使用16位循環冗餘校驗(CRC)進行錯誤檢測。
最大數據速率為1 Mb/s至40米。使用低至40 kb/s的數據速率,範圍可以擴展到1000米的限制。
具有國際標準:ISO-11898,ISO-11519等。
具有整體良好的抗噪能力。
儘管有些傳輸指標不是非常優秀,但由於其堅固性和可靠性,它已被廣泛採用。
CAN FD
CAN靈活數據速率的明顯基本特徵(主要由汽車製造商尋求)包括:
每個協議幀傳輸更多數據,基本幀現在最多可以傳輸64個字節。
減少較高網絡層的協議開銷。
較長的CRC(最多21位)可改善錯誤檢測。
較高的基本數據速率(高達3.7 Mb/s)。根據電纜的質量及其長度和節點數量,可以將更高的數據速率擴展到10到12 Mb/s的範圍。
這些改進非常適合新設計,但是,許多系統MCU不集成CAN或CAN FD電路。這個問題可以用SBC(system basis chips,系統基礎芯片)解決。
系統基礎芯片
SBC是一種特殊的IC,有些類似於SoC,它將CAN或CAN FD控制器和接口與LDO等電源電路相結合。當您需要額外的輸出功率或布板時,如果還需要使用額外的收發器、分立LDO或DC-DC轉換器等分立方案時,選擇SBC也許是一個很好的解決方案。
德州儀器(TI)的TCAN4550-Q1正是這麼一種SBC產品,它提供符合最新ISO-11898標準的完整CAN和CAN FD功能,並且符合AEC-Q100標準,適用於-40至125°C溫度範圍的汽車應用。SBC支持CAN FD數據速率達到8 Mb / s,但也與CAN向後兼容。
CAN 是Controller Area Network 的縮寫(以下稱為CAN),是ISO國際標準化的串行通信協議。在汽車產業中,出於對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求,各種各樣的電子控制系統被開發了出來。由於這些系統之間通信所用的數據類型及對可靠性的要求不盡相同,由多條總線構成的情況很多,線束的數量也隨之增加。為適應“減少線束的數量”、“通過多個LAN,進行大量數據的高速通信”的需要,1986 年德國電氣商博世公司開發出面向汽車的CAN 通信協議。此後,CAN 通過ISO11898 及ISO11519 進行了標準化,在歐洲已是汽車網絡的標準協議。
CAN 的高性能和可靠性已被認同,並被廣泛地應用於工業自動化、船舶、醫療設備、工業設備等方面。現場總線是當今自動化領域技術發展的熱點之一,被譽為自動化領域的計算機局域網。它的出現為分佈式控制系統實現各節點之間實時、可靠的數據通信提供了強有力的技術支持。
目前,隨著ECU大量地增加使總線負載率急劇增大,傳統的CAN總線越來越顯得力不從心。因此,CAN FD(CAN with Flexible Data-Rate)協議誕生了。
它繼承了CAN總線的主要特性,提高了CAN總線的網絡通信帶寬,改善了錯誤幀漏檢率,同時可以保持網絡系統大部分軟硬件特別是物理層不變。這種相似性使ECU供應商不需要對ECU的軟件部分做大規模修改即可升級汽車通信網絡。CAN FD做出的改進CAN FD採用了兩種方式來提高通信的效率:一種方式為縮短位時間提高位速率;另一種方式為加長數據場長度減少報文數量降低總線負載率。在CRC校驗段採用了三種多項式來保證高速通訊下的數據可靠性。
CAN基礎知識
CAN非常受歡迎,以至於有諸多微控制器都包含一個集成的CAN收發器。以下是CAN的基本特性和特性的總結:
多點差分總線,最多可處理127個節點。
傳輸介質是屏蔽或非屏蔽雙絞線,具有120Ω端接。
數據傳輸是通過帶有起始位和停止位的標準異步字節。
接入方法採用具有衝突檢測的載波偵聽多路訪問(CSMA / CD)。
協議幀允許最大8字節的數據塊,並使用16位循環冗餘校驗(CRC)進行錯誤檢測。
最大數據速率為1 Mb/s至40米。使用低至40 kb/s的數據速率,範圍可以擴展到1000米的限制。
具有國際標準:ISO-11898,ISO-11519等。
具有整體良好的抗噪能力。
儘管有些傳輸指標不是非常優秀,但由於其堅固性和可靠性,它已被廣泛採用。
CAN FD
CAN靈活數據速率的明顯基本特徵(主要由汽車製造商尋求)包括:
每個協議幀傳輸更多數據,基本幀現在最多可以傳輸64個字節。
減少較高網絡層的協議開銷。
較長的CRC(最多21位)可改善錯誤檢測。
較高的基本數據速率(高達3.7 Mb/s)。根據電纜的質量及其長度和節點數量,可以將更高的數據速率擴展到10到12 Mb/s的範圍。
這些改進非常適合新設計,但是,許多系統MCU不集成CAN或CAN FD電路。這個問題可以用SBC(system basis chips,系統基礎芯片)解決。
系統基礎芯片
SBC是一種特殊的IC,有些類似於SoC,它將CAN或CAN FD控制器和接口與LDO等電源電路相結合。當您需要額外的輸出功率或布板時,如果還需要使用額外的收發器、分立LDO或DC-DC轉換器等分立方案時,選擇SBC也許是一個很好的解決方案。
德州儀器(TI)的TCAN4550-Q1正是這麼一種SBC產品,它提供符合最新ISO-11898標準的完整CAN和CAN FD功能,並且符合AEC-Q100標準,適用於-40至125°C溫度範圍的汽車應用。SBC支持CAN FD數據速率達到8 Mb / s,但也與CAN向後兼容。
該簡化圖顯示了TCAN4550-Q1系統基礎芯片(SBC)的主要部分。SBC和系統微控制器之間的通信鏈路是系統外設接口(SPI實現)。
該圖顯示瞭如何使用SBC。它通過系統外設接口(SPI)總線連接到系統MCU-- SPI是大多數MCU上的標準接口,SBC連接到CAN總線。TCAN4550-Q1採用LDO穩壓器供電,可為外部器件提供高達70 mA的5 V電壓。此外,SBC的集成看門狗功能允許設計人員無需使用帶看門狗的MCU。TCAN4550-Q1採用20引腳,3.5×4.5 mm SOIC封裝。
此外,TI還為流行的LIN總線提供了SBC產品,這是另一種廣泛使用的汽車接口。 TLIN1441-Q1集成了一個完整的LIN收發器和LDO,它允許在現有設計中快速地添加LIN。