[发明专利]具有灵活数据速率的控制器局域网

说明书

串行通信到越来越多的应用的接受和引入已导致需要增加用于串行通信的带宽的要求。

两个因素限制了CAN网络中的有效数据速率，首先是CAN总线仲裁方法的功能所需的最小位时间，以及其次是CAN消息中的数据位与帧位的数目之间的关系。

本白皮书描述了新的协议，亦即基于如在ISO 11898-1中规定的CAN协议，并且该CAN协议被称为“具有灵活数据速率的CAN”或CAN FD。其仍使用CAN总线仲裁方法，其通过在仲裁过程结束之后切换至较短位时间来增加位速率，并且在接收机发送其确认位之前在CRC界定符处返回至较长位时间。通过允许较长数据字段来增加有效数据速率。CAN使用四个位作为数据长度代码，导致16个不同的代码，但是仅使用前九个值，代表[0-8]字节的数据字段长度的代码[0-8]。在CAN中，代码[9-15]被定义成表示八个数据字节。在CAN FD中，使用代码来表示较长数据字段。

注意：CAN系统能够逐渐地迁移至CAN FD系统。网络中的所有节点必须具有用于CAN FD通信的CAN FD协议控制器，但是所有CAN FD协议控制器也能够参加标准CAN通信。如果CAN FD通信局限于具有达到八个数据字节的长度的数据字段，则除控制器的初始配置之外，改变应用程序不是必要的。

介绍

控制器局域网（CAN）是以非常高的安全水平有效地支持分布式实时控制的串行通信协议。其应用领域从高速网络到低成本复用布线变动。在汽车电子装置中，使用具有达到1 Mbit/s的位速率的CAN来连接引擎控制单元、传感器、防滑系统等。同时，构建到例如灯集群、电动车窗等的车身电子装置中以替换另外要求的布线线束是成本有效的。

CAN FD（具有灵活数据速率的CAN）补充了要求较高数据速率的应用中的CAN。CAN FD协议控制器还能够参加标准CAN通信，使得成为可能的是，仅在特定操作模式下使用CAN FD，例如线尾处软件下载或维护。CAN FD要求两组位定时配置寄存器，即用于仲裁相位的一个位时间和用于数据字段的一个位时间。用于仲裁相位的位时间具有与在标准CAN网络中相同的限制，用于数据字段的位时间是相对于所选收发机的性能和CAN FD网络的特性而选择的。

标准CAN收发机能够用于CAN FD，专用收发机是可选的。CAN FD协议控制器可以提供附加接口信号以将专用CAN FD收发机（在具有较高位速率的相位中）切换到替换操作模式中。

专用CAN FD收发机可以在具有较高位速率的相位中使用替换编码系统，并不局限于CAN的NRZ编码。

基本概念

CAN FD帧由与CAN帧相同的元素组成，差别在于在CAN FD帧中，数据字段和CRC字段可以较长。如在CAN中，消息确认要求来自至少一个接收机的显性确认位。具有错误帧、错误计数器、错误被动水平和总线关闭水平的CAN FD故障禁闭（fault confinement）与在CAN中相同，其基于相同的五个错误类型：位错误、填充错误、CRC错误、形式错误以及确认错误。

在图1中描绘了CAN FD帧的示例。

CAN FD帧具有与CAN帧相同的结构，CAN帧与CAN FD帧之间的差别是在直接在控制字段中的数据长度代码之前的预留位处。在CAN FD帧中，此位是隐性地传送的。

将直至辨别协议的预留位为止的CAN FD帧的第一部分用与CAN帧相同的位速率进行传送。该位速率在预留位之后被切换，直至到达CRC界定符或直至CAN FD控制器看到导致错误帧的开始的错误条件为止。将CAN FD错误帧以及ACK字段、帧结尾以及过载帧用与CAN错误帧相同的位速率进行传送。

帧格式：

图2示出了消息内切换位速率的位置。

CAN FD支持CAN协议的标识符长度，即11位长的“标准格式”和29位长的“扩展格式”两者。在两种情况下，位速率在预留位r0处（在DLC之前）被切换至较短位时间。

DATA FIELD（数据字段）中的字节的数目由DATA LENGTH CODE（数据长度代码）所指示。此DATA LENGTH CODE（数据长度代码）是4位宽的且在CONTROL FIELD（控制字段）内被传送。