1 概述

随着电动汽车，无人驾驶汽车技术的快速发展，以及对汽车高级驾驶辅助系统和人机交互的增加，传统的CAN总线在传输速率和带宽等方面越来越显得力不从心，因此改进版的CAN总线应运而生。从2012年第13届ICC大会上发布，到2015年提交国际标准化ISO 11898系列，CAN FD（CAN with Flexible Data rate）正在步入快速的发展时期。

速度与稳定两者得兼

　　相比“传统”的CAN协议，CAN FD具有两大优势：

　　1、 CAN FD采用可变速率，最高速率可达10Mb/s，而传统的CAN协议只有1Mb/s;

　　2、 能够支持更高的负载，在单个数据框架内传送率可达64字节，避免了经常发生的数据分裂状况。

　　CAN-FD标准将CAN报文的数据段可提升到更高的位速度，其中可提升通信速率的数据段包括两个控制位、数据长度位，数据位以及CRC校验位。CAN-FD报文通信时，在仲裁段和紧接着的数据控制段都是使用标准的通信波特率，当来到数据段时，CAN-FD总线的通信波特率就会切换到更高的通信波特率。此时在CAN总线上只有一个CAN节点传输，其他节点进入监听模式。当这个数据段传送完毕后，通信波特率又重新切换到标准模式下。

　　CAN-FD通信时经常会使用到两种通信波特率，因此对“FD”解释为（灵活的数据速率）“Flexible Data rate”

　　另一个CAN-FD新的功能是减少控制位的开销。目前CAN2.0标准最大8个字节的数据，CAN-FD数据位最大的字节数提高至64位，CAN-FD具有更高的有效传输负载。例如：CAN-FD总线以2Mbit/s的速率、64位数据与CAN 250Kbit/s、8位数据传输对比，很明显在相同时间下，CAN-FD的有效传输负载是CAN传输负载的8倍。CAN-FD标准向下兼容CAN2.0A/B标准，CAN-FD节点可以与现存的CAN2.0协议的节点进行通信，当然在这点情况下不能够使用CAN-FD帧。这种兼容性为了CAN2.0设备能够平滑地过渡到CAN-FD功能的硬件上。所以，我们对CAN-FD有了另一种说法，为“CAN3.0”。

CAN-FD：可以理解成CAN协议的升级版，只升级了协议，物理层未改变。

CAN与CAN-FD主要区别：传输速率不同、数据长度不同、帧格式不同、ID长度不同。

2 传输速率不同

CAN：最大传输速率1Mbps。

CAN-FD：速率可变，仲裁比特率最高1Mbps（与CAN相同），数据比特率最高8Mbps，CAN-FD的传输格式如下图所示。

3 数据长度不同

CAN：一帧数据最长8字节

CAN-FD：一帧数据最长64字节。

4 帧格式不同

CAN-FD新增了FDF、BRS、ESI位。

FDF：表示CAN报文还是CAN-FD报文。

BRS：表示位速率转换，该位隐性时，速率可变（即BSR到CRC使用转换速率传输），该位为显性时，以正常的CAN-FD总线速率传输（恒定速率）。CAN FD采用了两种位速率：从控制场中的BRS位到ACK场之前（含CRC分界符）为可变速率，其余部分为原CAN总线用的速率，即仲裁段和数据控制段使用标准的通信波特率，而数据传输段时就会切换到更高的通信波特率，数据传输速率可大于。两种速率各有一套位时间定义寄存器，它们除了采用不同的位时间单位TQ外，位时间各段的分配比例也可不同。

ESI:表示发送节点状态。

5 ID长度不同

CAN标准帧ID长度最长11bit。

CAN-FD标准帧ID长度可扩展到12bit。

6 CRC-stuff count

CAN FD还在安全性上有了提高。为了避免位填充对CRC的影响，CAN FD在CRC场中增加了stuff count记录填充位的个数对应8的模，并用Grey Code表示（图48），还增加了奇偶校验位。FSB（fixed stuff-bit）固定为前一位的补码。

Stuff Count由以下两个元素组成：

格雷码计算：CRC区域之前的填充位数除以8，得到的余数（Stuff bit count modulo 8）进行格雷码计算得到的值（Bit0-2）

奇偶校验：通过格雷码计算后的值的奇偶校验（偶校验）

图48 CAN FD中的stuff count

7 CRC

随着数据场的扩大，为了保证信息发送的质量，CAN FD的CRC计算不仅要包括数据段的位，还包括来自SOF的Stuff Count和填充位。通过比较CRC的计算结果，可以判断接收节点是否能够正常接收。

在CAN中，CRC的位数是15位，而在CAN FD中，CRC场扩展到了21位，详见以下：

Ø 当传输数据为16字节或更少时：CRC 17位

Ø 当传输数据超过16个字节时：CRC 21位

8.位填充法

与CAN一样，填充位插入到SOF和数据场的末尾之间。插入的填充位数值是经过格雷码计算转换后的值，并且用奇偶校验位保护（Stuff Count）。

在CRC校验场中，填充位被放置在固定的位位置，这称为固定填充位（Fixed Stuff Bit FSB）。固定填充位的值是上一位的反码。

Ø CRC校验场的第一位

Ø 每间隔4位添加一个固定填充位

9.波形实例

本实例使用 Kingst LA5016 usb 逻辑分析仪检测CAN FD数据通讯。LA5016的CAN FD解析模块，不仅可以解析CAN FD协议，同时也兼容CAN协议解析，以下几图是一个完整的数据包分析截图。从图中可以看到，CAN FD协议可以区分CAN FD及CAN协议，CAN FD协议将协议数据分析为 ID（协议id号）, ExternId（扩展id）， DLC（数据长度），Data（传输数据）， StuffCount，CRC， ACK/NAK 。

协议解析参数设置：

图1数据包的ID号为0x010， RTR：false（数据帧）， DLC:0x8（8个数据），Data：0x00~0x07，CRC为0x0C5E7（17位）， ACK：应答。

圆形白点：逻辑数据。

方形白点：填充位。