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从CAN到CAN FD,汽车通信升级只隔着一颗集成型芯片

2019-06-27
关键词: 德州仪器 CAN CANFD

  CAN是控制器局域网络(ControllerAreaNetwork,CAN)的简称,是由德国BOSCH公司开发的,并最终成为国际标准(ISO11898),在国际上应用最广泛。但是随着汽车应用的发展,汽车中总线通讯的数据量越来越大,例如电动汽车上,汽车内部出现更多的辅助系统和人机交互系统,传统的CAN总线在传输速率和带宽方面显得越来越力不从心,CAN-FD技术随之出现。

  CAN FD和CAN主要的区别有两点:第一,可变速率,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。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;第二,新的数据场长度,CAN-FD对数据场的长度作了很大的扩充,DLC最大支持64个字节,在DLC小于等于8时与原CAN总线是一样的,大于8时有一个非线性的增长,所以最大的数据场长度可达64字节。

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  德州仪器(TI)接口产品部门产品线经理Charles (Chuck) Sanna

  基于CAN FD的技术优势,越来越多汽车开始采用这项技术,但是由于原来的车用MCU都支持CAN,从CAN升级到CAN FD比较复杂。TI的新款汽车系统基础芯片(SBC)TCAN4550-Q1有望简化升级的难度。据德州仪器(TI)接口产品部门产品线经理Charles (Chuck) Sanna介绍,“该芯片集成了使用灵活数据速率控制器局域网(CAN FD)的控制器和收发器,旨在满足车载网络对高带宽和数据速率灵活性的需求。它采用了几乎所有微控制器的串行外围接口(SPI)总线来部署CAN FD接口或提高系统中CAN FD总线端口的数量,同时最少量地对硬件进行改动。”

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  升级CAN FD的两大优势

  传统的MCU不支持CAN FD,有的内置CAN,有的没有,如果厂商要从CAN升级到CAN FD只能自行搭建外围电路,设计流程比较复杂。而TCAN4550-Q1集成了CAN FD控制器和收发器额系统基础芯片(SBC),外围设计比较简单。

  当然,站在MCU厂商的角度也可以考虑将CAN升级为CAN FD,但是这个过程比较复杂。Charles (Chuck) Sanna认为,“这设计到芯片的IP,MCU厂商首先面对的是IP,不是只把CAN 升级到CAN FD,MCU需要做很多事情,还要做认证,因此需要几年时间,周期很长。采用我们的芯片,在不增加MCU资源的情况下,通过SPI接口加入系统中,从系统成本角度来讲是非常低,从时间上讲只需要增加接口,不需要动原来的接口。”

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  传统的汽车中一般需要20个CAN,而新能源汽车是传统汽车的两倍,由于CAN FD的性能更高,这就意味着从CAN到CAN FD的升级需求潜力巨大,因此汽车厂商需要扩展CAN FD的数量。从上图可以看出,在扩展的过程中,TCAN4550-Q1由于集成了CAN FD,只需要通过SPI就可以实现从CAN 到CAN FD的升级,如果MCU带有CAN,只需要通过TCAN 104x就可以完成升级。

  Charles (Chuck) Sanna解释,“这两条线速度不产生干扰,软件和架构也不受到影响,唯一要做的是通过我们的芯片将CAN升级功能CAN FD,也不需要工程师增加软件资源。”

  CAN FD向下兼容CAN

  在汽车通讯中,涉及很多网络节点,不是所有客户都需要从CAN升级到CAN FD,也不是一辆车中所有CAN都需要升级到CAN FD,那么就可能出现两者共存的情况,这时候会出现什么问题?

  Charles (Chuck) Sanna表示,“从模组角度看,CAN FD可以兼容CAN,但是CAN无法兼容CAN FD,从汽车的角度分析,CAN和CAN FD也可以协同工作,当然用户选择哪种技术还要看具体需求。”

  从技术角度分析,Charles (Chuck) Sanna表示,“这一方案具有更小的电源设计占用空间,凭借集成式125 mA低压差(LDO)线性稳压器,TCAN4550-Q1可以为自己供电,此外,还能够为传感器或其它组件供应70 mA的外部输出。由于减少了对外部电源组件的需要,电源设计所占的空间也因此变小。另外,降低功耗,TCAN4550-Q1可帮助设计师藉由唤醒和休眠功能降低待机时的系统功耗。提高最大数据传输率:全新SBC支持汽车在组装期间能够基于8 Mbps最高数据传输率来更快速地编写汽车软件程序,超越了CAN FD协议的5 Mbps最高数据传输率。 ”


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