【Car路里学堂·每日技术】CAN与CAN FD组网通信的实现

对于新能源车而言，随着局域网内节点，电控单元的功能以及节点间交互信号增多，CAN总线的局限性越来越突出，主要体现在：

1、节点以及交互信号增加，势必导致CAN网络总线负载过高，容易导致总线出错，例如低优先级的报文，由于仲裁等待时间较长，引起发送周期偏差大，导致接收节点报故障；节点多容易造成总线的分布电容大，导致位域的下降沿较缓，显性电平切换至隐性电平所需的时间增长。对信号而言就会缩短隐性电平时间，容易导致位错误，引起错误帧。

2、节点增多，导致CAN线缆长度增加，线缆中信号反射、抖动和线路延迟增大，容易导致总线出现错误帧。

3、电控单元的功能增多，势必导致软件占的存储空间更大，这意味着电控单元的软件升级时间也势必延长，影响用户体验。

在这样的背景下，将CAN升级到CAN FD势在必行，CAN FD速率最高可达8Mbps，但是出于成本和时间考虑，实际上局域网不可能所有节点同时升级到CAN FD，这样就带来了一个问题——CAN与CAN FD共存。

CAN与CAN FD是否可以正常组网通信？

根据CAN FD协议，其兼容CAN2.0，意味支持在协议层面，CAN与CAN FD是可以共存与一个网络的，只不过CAN FD节点可以接收CAN报文，而CAN节点不能接收CAN FD报文，如图1所示。

图1 CAN FD与CAN

但是直接将CAN节点与CAN FD节点简单相连的话，将会导致CAN节点持续发错误帧，网络无法正常通信。

如何保证混合网络中各节点正常通信呢？

其实也很简单，在保持CAN节点的主芯片，硬件线路不变的情况下就可以实现，怎么实现呢？只需要将原有的CAN收发器替换成带有CAN FD shield功能的即可，如图2所示。

图2 将原CAN收发器替换成带有CAN FD shield功能的收发器

其实现原理如下：

在拥有三个节点的局域网内，其中两个为CAN FD节点，一个为CAN节点，其中CAN节点使用的收发器具有CAN FD shield功能，如图3所示。

图3 三节点局域网

首先ECU1开始发送CAN FD报文，当CAN节点的物理层检测到FDF = 1(意味着收到的报文为FD报文)时，带有CAN FD shield功能的收发器将CAN节点的接收引脚强制拉低，如图4所示。

图4 CAN节点简单到FDF=1后，将RX强制拉低

同时CAN节点发送错误帧(6个显性位+错误标识符)，但是该错误帧不会体现至总线上，会被收发器阻塞，因此不会影响局域网内其他节点的CAN FD报文正常收发，如图5所示。

图5 CAN节点发送错误帧，被收发器阻塞

最后当CAN节点检测到一个隐性位后，将CAN节点的RX引脚释放，并且发送7个连续的隐性位，总线进行重新同步，准备下一次的发送，如图6所示。

图6 CAN节点释放RX引脚，总线重新同步

最后CAN与CAN FD混合组网除了在CAN节点使用带有CANFD shield功能的收发器外，CAN与CAN FD报文的仲裁段的速率必须是500Kbps，这样CAN FD节点才能正常接收 CAN报文。