从CAN快速升级到CAN FD，你可能需要系统基础芯片

CAN 是Controller Area Network 的缩写（以下称为CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。在汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，在欧洲已是汽车网络的标准协议。

CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

目前，随着ECU大量地增加使总线负载率急剧增大，传统的CAN总线越来越显得力不从心。因此，CAN FD（CAN with Flexible Data-Rate）协议诞生了。

它继承了CAN总线的主要特性，提高了CAN总线的网络通信带宽，改善了错误帧漏检率，同时可以保持网络系统大部分软硬件特别是物理层不变。这种相似性使ECU供应商不需要对ECU的软件部分做大规模修改即可升级汽车通信网络。CAN FD做出的改进CAN FD采用了两种方式来提高通信的效率：一种方式为缩短位时间提高位速率；另一种方式为加长数据场长度减少报文数量降低总线负载率。在CRC校验段采用了三种多项式来保证高速通讯下的数据可靠性。

CAN基础知识

CAN非常受欢迎，以至于有诸多微控制器都包含一个集成的CAN收发器。以下是CAN的基本特性和特性的总结：

多点差分总线，最多可处理127个节点。

传输介质是屏蔽或非屏蔽双绞线，具有120Ω端接。

数据传输是通过带有起始位和停止位的标准异步字节。

接入方法采用具有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA / CD）。

协议帧允许最大8字节的数据块，并使用16位循环冗余校验（CRC）进行错误检测。

最大数据速率为1 Mb/s至40米。使用低至40 kb/s的数据速率，范围可以扩展到1000米的限制。

具有国际标准:ISO-11898，ISO-11519等。

具有整体良好的抗噪能力。

尽管有些传输指标不是非常优秀，但由于其坚固性和可靠性，它已被广泛采用。

CAN FD

CAN灵活数据速率的明显基本特征（主要由汽车制造商寻求）包括：

每个协议帧传输更多数据，基本帧现在最多可以传输64个字节。

减少较高网络层的协议开销。

较长的CRC（最多21位）可改善错误检测。

较高的基本数据速率（高达3.7 Mb/s）。根据电缆的质量及其长度和节点数量，可以将更高的数据速率扩展到10到12 Mb/s的范围。

这些改进非常适合新设计，但是，许多系统MCU不集成CAN或CAN FD电路。这个问题可以用SBC（system basis chips，系统基础芯片）解决。

系统基础芯片

SBC是一种特殊的IC，有些类似于SoC，它将CAN或CAN FD控制器和接口与LDO等电源电路相结合。当您需要额外的输出功率或布板时，如果还需要使用额外的收发器、分立LDO或DC-DC转换器等分立方案时，选择SBC也许是一个很好的解决方案。

德州仪器（TI）的TCAN4550-Q1正是这么一种SBC产品，它提供符合最新ISO-11898标准的完整CAN和CAN FD功能，并且符合AEC-Q100标准，适用于-40至125°C温度范围的汽车应用。SBC支持CAN FD数据速率达到8 Mb / s，但也与CAN向后兼容。

该简化图显示了TCAN4550-Q1系统基础芯片（SBC）的主要部分。SBC和系统微控制器之间的通信链路是系统外设接口（SPI实现）。

该图显示了如何使用SBC。它通过系统外设接口（SPI）总线连接到系统MCU-- SPI是大多数MCU上的标准接口，SBC连接到CAN总线。TCAN4550-Q1采用LDO稳压器供电，可为外部器件提供高达70 mA的5 V电压。此外，SBC的集成看门狗功能允许设计人员无需使用带看门狗的MCU。TCAN4550-Q1采用20引脚，3.5×4.5 mm SOIC封装。

此外，TI还为流行的LIN总线提供了SBC产品，这是另一种广泛使用的汽车接口。 TLIN1441-Q1集成了一个完整的LIN收发器和LDO，它允许在现有设计中快速地添加LIN。

TI已集成！CAN FD让汽车神经网络强化升级

CAN FD通信协议是基于原始CAN总线标准（又称为“经典CAN”）而设计的，有助于确保多种车载网络数据传输率和吞吐量在继续演进的同时，汽车微控制器和连接的系统能够以各种速率高效通信。CAN FD协议支持高达5 Mbps的数据传输率和高达64字节的有效负荷，有效提升了设计师的能力，使其能够在其下一代汽车应用中更快速地移动数据。

什么是CAN FD？

随着电子、半导体、通讯等行业的快速发展，汽车智能化的诉求也越来越强。为了提高汽车的安全性和舒适性，实现汽车的电动化和智能化，以及增强网络连接，汽车制造商将越来越多功能集成到了汽车上，ECU（电子控制单元）大量地增加使总线负载率急剧增大。

目前在市场上的商用车中广泛使用的是车载网络CAN(Controller Area Network)。但是由于CAN总线的最高传输速率为1Mbit/s（通常汽车CAN系统的实际使用速率最高为500kbit/s），ECU大量增加使总线负载率急剧增大以致造成网络拥堵，影响信息传输的可靠性和实时性。为了满足日益增长的汽车网络需求，所以我们需要能够传输更多信息的高速车载网络。

因此，在2012年Bosch发布了CAN的替代总线CAN FD（CAN with Flexible Data rate，灵活数据传输率）协议。

CAN FD的设计优势

首先是传输速率方面，CAN FD比CAN更加快。ECU是汽车的大脑，如果ECU大量增加，处理器ROM容量也将随之增加。在进行ECU研发时，需要将软件写入ROM，这个写入的过程是通过CAN来完成的。但是，通过CAN重写大容量的软件，需要花费非常长的时间。因此要引入速度更快的CAN FD。

其次是带宽方面，CAN FD更加能满足需求。由于功能不断增加，CAN总线的负荷将逐渐达到极限，从而出现延迟时间增加和网络带宽不足（网络传输能力较差）。在这种情况下，根据功能来划分局部网络的方式可以解决带宽不足的问题。CAN的最高传输速率可达1Mbps, CAN FD可达 8Mbps，如果用CAN FD来代替CAN，就不必为了解决带宽问题而使用划分局部网络的方式了。

最后是信息安全方面。对车载通信敏感数据的认证和完整性保护，是确保车辆通信系统安全的必要条件。以往的车辆CAN总线通信传输的都是未经加密的数据，一旦被第三方侵入，便可直接读取车辆的关键数据，如转速、转向、刹车等信息，一旦被非法利用，后果不堪设想。而在CAN FD中，几乎毫不费力就能实现多个节点的加密数据传输。

TI集成CAN FD控制器和收发器的系统基础芯片

TI近日推出了业界新款汽车系统基础芯片（SBC）TCAN4550-Q1。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。

TCAN4550-Q1功能方框图

以往，在升级至或扩展CAN FD功能时，设计师不得不在其设计中整合多个分立的组件或彻底修改微控制器，通常来说这既耗时又成本高昂。借助TCAN4550-Q1系统基础芯片（SBC），设计师能够保有汽车电子和照明、高级驾驶员辅助系统（ADAS）及汽车网关设计的基于微控制器的现有架构，简化了CAN FD的升级或扩展。

点击了解更多，查看使用TCAN4550-Q1的参考设计，包括：

• 短距离雷达 (SRR) 参考设计

• 可通过双 CAN FD 进行目标数据输出的汽车 RFCMOS 77GHz 雷达模块参考设计

• 具有以太网和 CAN 的汽车类独立网关参考设计

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