原创 CANXL标准发布,一文读懂CANXL数据链路层总线,通信再进化!

2024-4-12 16:17 382 1 1 分类: 汽车电子 文集: 汽车电子

       2024年3月22日,期待已久的ISO 11898-2:2024版本横空出世,标志着新一代CAN总线的时代即将到来(ISO/FDIS 11898-1:2023也处于最终投票阶段)。搭载着2048Byte的CANXL列车已蓄势待发,决心突破10M的高速通道。Autosar、英飞凌、ST、Vector和NXP等行业风向标早已准备迎接CANXL高速通道给整车SoA架构带来新的变革。


1、第三代CAN总线(CANXL)

       CAN XL(Controller Area Network eXtended Length)作为CAN通信技术的最新进展,展现了显著的优势和广阔的应用前景。它旨在填补CAN FD与以太网之间的空白,成为车载网络通信的重要补充。


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CAN XL目前的发展状态和优势

  • 高数据传输速率:CAN XL支持高达20 Mbit/s的数据传输速率,显著高于CAN FD的8 Mbps上限,满足了现代汽车和其他应用中对高速数据传输的需求  。
  • 更大的数据字段长度:CAN XL允许的数据字段长度最大可达2048字节,远超过CAN FD的64字节限制,适用于需要传输大量数据的应用 。
  • 兼容性和灵活性:CAN XL与现有CAN和CAN FD技术兼容,允许在同一网络上共存,形成混合网络。这为现有的CAN系统向CAN XL的升级提供了便利  。
  • 标准化和生态支持:CAN XL的标准化工作正在积极推进,CiA牵头的610-1和CiA610-3规范已发布。ISO目前也已发布CAN XL的ISO_DIS11898-1 和 ISO 11898-2标准。此外,AUTOSAR的CAN XL标准已发布。同时CAN XL得到了汽车Tier1和芯片厂商的广泛支持。例如,博世、英飞凌、恩智浦等知名厂商已推出基于CAN XL的MCU产品,且多数处于样品阶段。此外,是德科技等工具供应商也推出了适用于CAN XL协议的测试设备 。
  • 应用前景:CAN XL适用于多种应用场景,包括需要更高带宽的应用、支持面向服务的架构(SOA)的应用以及安全应用。其成本效益高,能够在结合CAN和以太网功能的同时,保持CAN的低价格优势。

CANXL & OSI 模型

       由于CANXL数据段支持2048Byte数据量的传输,所有在OSI协议栈上CANXL技术理论上可以适配以太网的高层协议,比如SOME/IP和TCP/IP等以太网协议。但是,具体的以太网协议兼容还需要更进一步的验证。

除此之外,CANXL也在PCS和PMA子层之间增加了PWM编解码机制,用以切换PMA子层的两种总线驱动方式(显性/隐性 && level0/level1)以达到20Mbit/s的传输速率。

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2、CANXL帧结构

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仲裁场

  • SOF、ID、IDE(CANXL无扩展帧)、RRS(禁用远程帧)、FDF字段与CANFD一致
  • XLF字段:用以区分是否为CANXL帧

控制场

  • reXEL:保留位
  • ADH、DH1、DH2和DL1(ADS):模式转换和速率转换字段,由SIC mode 切换为FAST mode。CANXL收发器包含两种总线驱动方式(显性/隐性 && level0/level1),并在仲裁场采用显性/隐性驱动和数据场采用level0/level1。(PMA模式转换由PCS子层发送PWM编码控制)
  • SDT、SEC和DLC字段:指出数据段数据类型(类似以太网Type字段);功能保留位;指明数据场长度
  • SBC字段:指明SOF和仲裁场bit填充数(动态bit填充)
  • PCRC字段:前向CRC校验(仲裁场、reXEL、ADS、SDT、SEC、DLC和SBC)
  • VCID:虚拟CAN网络ID(类似以太网VLAN)
  • AF:用于寻址功能,具体内容取决于SDT(e.g. SDT=0x05时,AF为以太网目的MAC地址)

数据场

  • Data字段:CANXL数据段,可封装以太网上层协议(e.g. TCP/IP...)

CRC场

  • FCRC字段:用于整帧CRC校验
  • PCP:格式检验字段

ACK场

  • DAH、AH1、AL1和AH2字段(DAS):模式转换和速率转换字段,由FAST mode切换为SIC mode
  • ACK字段:用于确认报文被成功接收

3、PCS&PWM编码

       CAN XL物理编码子层(PCS)与CAN FD的PCS子层类似,负责数据帧的发送和接收,进行信号编码和解码,错误检测和处理,信号调制和解调,物理层参数管理(如比特率、位定时、同步等),以及与PMA子层交互等功能。

但是,CANXL在PCS子层和PMA子层之间引入PWM编码机制,以实现PMA子层两种总线驱动方式的切换。

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      PWM编码是一种采用长相和短相来区分PWM符号的编码机制。如图所示,在发送机上,TXD会以上升沿开始,并先发送短相在发送长相。在接收机上,RXD会以下降沿开始,并先发送短相在发送长相。

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4、总结

      在应用场景方面,CAN XL可以用于多种网络拓扑,包括总线型、点对点、菊花链、星形或双星形网络。它还支持与以太网的无缝衔接,可以通过更大数据段传输高层协议数据。此外,CAN XL的新增比特位,如SDT(Service Data Unit Type)和VCID(Virtual CAN ID),使其能够更好地适配SOA架构的发展趋势。

      总体而言,CAN XL作为CAN技术的下一代,以其高数据传输速率、大容量、兼容性和经济性等优势,在汽车电子电气架构中展现出巨大的应用潜力。

      经纬恒润作为OPEN联盟会员和AUTOSAR联盟的高级合作伙伴,长期为国内外各大OEM和供应商提供涵盖TCP/IP、SOME/IP、DoIP、AVB、TSN、DDS等技术领域的设计和测试咨询服务,积极研发和探索车载网络前沿技术的工程应用。通过多个项目的实践经验,已建立了高质量、本土化的设计与测试一体化解决方案,为整车网络架构提供可靠支持。


       了解更多:请致电 010-64840808转6117或发邮件至market_dept@hirain.com(联系时请说明来自面包房社区)

作者: 经纬恒润, 来源:面包板社区

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