CAN FD簡介

CAN FD簡介

1 CAN FD簡介

　　在汽車領域，隨着人們對數據傳輸帶寬要求的增長，傳統的CAN總線因爲帶寬的限制難以知足這種增長的需求。此外爲了縮小CAN網絡（max. 1MBit/s）與FlexRay(max.10MBit/s)網絡的帶寬差距，BOSCH公司推出了CAN FD。
CAN FD（CAN with Flexible Data rate）繼承了CAN總線的主要特性。CAN總線採用雙線串行通信協議，基於非破壞性仲裁技術，分佈式實時控制，可靠的錯誤處理和檢測機制使CAN總線有很高的安全性，但CAN總線帶寬和數據場長度卻受到制約。CAN FD總線彌補了CAN總線帶寬和數據場長度的制約，CAN FD總線與CAN總線的區別主要在如下兩個方面：
　　1. 可變速率：CAN FD採用了兩種位速率。從控制場中的BRS位到ACK場以前（含CRC分界符）爲可變速率，其他部分爲原CAN總線用的速率。兩種速率各有一套位時間定義寄存器，它們除了採用不一樣的位時間單位TQ外，位時間各段的分配比例也可不一樣；
　　2. 新的數據場長度：CAN FD對數據場的長度做了很大的擴充，DLC最大支持64個字節，在DLC小於等於8時與原CAN總線是同樣的，大於8時有一個非線性的增加，因此最大的數據場長度可達64字節。

1.1 CAN FD數據幀幀格式

　　CAN FD數據幀在控制場新添加EDL位、BRS位、ESI位，採用了新的DLC編碼方式、新的CRC算法（CRC場擴展到21位）。CAN FD數據幀格式以下圖所示。

1.2 新添加位介紹

• EDL位（Extended Data Length）：原CAN數據幀中的保留位R。隱性表示CAN FD報文（採用新的DLC編碼和CRC算法），顯性表示CAN報文；
• BRS位（Bit Rate Switch）：該位隱性表示轉換可變速率，顯性表示不轉換速率；
• ESI位（Error State Indicator）：該位隱性表示發送節點處於被動錯誤狀態（Error Passive），顯性表示發送節點處於主動錯誤狀態（Error Active）；
  　　EDL位能夠表示CAN報文仍是CAN FD報文；BRS表示位速率轉換，該位爲隱性位時，從BRS位到CRC界定符使用轉換速率傳輸，其餘位場使用標準位速率，該位爲顯性時，以正常的CAN FD總線速率傳輸；經過添加ESI位，能夠很方便的知道當前發送節點所處的狀態。

1.3 新的CRC算法

　　CAN總線因爲位填充規則對CRC的干擾，形成錯幀漏檢率未達到設計意圖。CAN FD對CRC算法作了改變，即CRC以含填充位的位流進行計算。在校驗和部分爲避免再有連續位超過6個，就肯定在第一位以及之後每4位添加一個填充位加以分割，這個填充位的值是上一位的反碼，做爲格式檢查，若是填充位不是上一位的反碼，就做出錯處理。CAN FD的CRC場擴展到了21位。因爲數據場長度有很大變化區間，因此要根據DLC大小應用不一樣的CRC生成多項式，CRC_17，適合於幀長小於210位的幀，CRC_21，適適合於幀長小於1023位的幀。

1.4 新的DLC編碼

　　CAN FD數據幀採用了新的新的DLC編碼方式，在數據場長度在0-8個字節時，採用線性規則，數據場長度爲12-64個字節時，使用非線性編碼。以下圖所示。

2 SylixOS中CAN FD的實現

2.1 CAN驅動實現

　　SylixOS的CAN驅動框架在原有CAN的基礎上增長了對CAN FD的支持。對應於新的CAN幀格式，SylixOS增長了新的幀結構定義，以下所示。

typedef struct {
    UINT32              CAN_uiId;                     /*  標識碼                      */
    UINT32              CAN_uiChannel;              　/*  通道號                      */
    BOOL                CAN_bExtId;                   /*  是不是擴展幀                */
    BOOL                CAN_bRtr;                     /*  是不是遠程幀                */
    UINT32              CAN_uiCanFdFlags;          　 /*  CAN FD 相關設置             */
#define CAN_FD_FLAG_EDL     1
#define CAN_FD_FLAG_BRS     2
#define CAN_FD_FLAG_ESI     4
    UCHAR               CAN_ucLen;                    /*  數據長度                    */
UCHAR               CAN_ucData[CAN_FD_MAX_DATA];
                                                   　 /*  幀數據                      */
} CAN_FD_FRAME;
typedef CAN_FD_FRAME   *PCAN_FD_FRAME;          　　  /*  CAN FD 幀指針類型           */

　　爲了同時兼容CAN與CAN FD，系統在建立CAN設備申請幀緩衝區時，以幀結構較大的CAN FD幀報文爲單位進行申請。同時經過ioctl新增長的CAN_DEV_CAN_FD選項查看CAN設備驅動以及控制器是否支持CAN FD。這次查詢決定了後續驅動對幀緩衝區進行讀寫時的幀報文格式，即標準CAN或CAN FD。所以CAN FD驅動的ioctl接口除了要實現標準CAN驅動的選項外，還要額外實現CAN_DEV_CAN_FD選項，以下所示。

case CAN_DEV_CAN_FD:
        *(UINT *)lArg = CAN_STD_CAN_FD;
        break;

2.2 應用層實現

　　應用層須要收發CAN FD報文時，必須經過ioctl的CAN_FIO_CAN_FD選項對CAN FD進行設置，以下所示。

CAN_FD_FRAME   canfdframe[10];
    ssize_t        size;
    ssize_t        frame_num;
    long            status;
     ...

    canfile = open("/dev/can0", O_RDWR);

    ioctl(canfile, CAN_DEV_SET_MODE, 1);
    ioctl(canfile, CAN_DEV_SET_BAUD, LW_OSIOD_LARG(*));
    /*
    *  must call this before read() write()
    */
    ioctl(canfile, CAN_FIO_CAN_FD, CAN_STD_CAN_FD);
    ioctl(canfile, CAN_DEV_STARTUP);

    size       = read(canfile, canfdframe, 10 * sizeof(CAN_FD_FRAME));
    frame_num = size / sizeof(CAN_FD_FRAME);

    if (frame_num <= 0) {
        ioctl(canfile, CAN_DEV_GET_BUS_STATE, &status);
        ...
        ioctl(canfile, CAN_DEV_REST_CONTROLLER);
    }

    ...
    size       = write(canfile, canfdframe, 10 * sizeof(CAN_FD_FRAME));
    frame_num = size / sizeof(CAN_FD_FRAME);

3 參考資料

　　《CAN FD協議介紹》：http://www.cechina.cn/company/50633_156096/messagedetail.aspx