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CAN FD:突破传统局限的新一代总线技术

来源:www.cechina.cn2015.05.07阅读 14368

    随着电动汽车、无人驾驶汽车技术的快速发展,以及对于汽车高级驾驶辅助系统和人机交互需求的增加,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大会上正式发布,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。在4月15日天津举办的CAN/CANopen 技术发布会上,CEC记者有幸与CAN总线组织CiA(CAN in Automation)国际用户与制造商联合组织主席Holger Zeltwanger先生进行了交流,他介绍了CAN FD的最新进展和未来的发展计划,并对CAN FD的未来前景充满信心。

CiA国际用户与制造商联合组织主席Holger Zeltwanger先生 
    
    速度与稳定可以兼得
    相比于“传统” CAN协议,CAN FD具有两大优势,Zeltwanger主席说:“第一个是CAN FD采用可变速率,最高速率可达到10Mb/s,而传统CAN协议只能达到1Mb/s;第二个优势是CAN FD对数据场的长度作了很大的扩充,数据长度码(DLC)最大可以传输64字节有效数据。这意味着CAN FD具有更高的有效传输负载。在相同时间下,CAN FD的有效传输负载是CAN传输负载的8倍。” 
    作为国际应用最广泛的现场总线之一,CAN总线以其优良的可靠性和稳定性获得了用户的肯定。改进后的CAN是否会保持这一优势呢?“由于CAN FD控制器可以和兼容性收发器芯片及先前的电缆接头一并使用,所以丝毫不影响传输的出色鲁棒性。其可靠性也同样不输于应用至今的CAN 网络。”Zeltwanger主席坦言。在保证原有的鲁棒性和可靠性的同时,CAN FD实现了更高速率和更长有效载荷的突破。此外在成本方面,CAN FD控制器的成本只是略高于目前的CAN芯片,也不会给用户带来更多负担。
    与时俱进的CANopen 
    作为CiA定义的CAN应用层标准之一,CANopen以其实时性、协议完整性和可互操作性较强等特点,在轨道交通、工程机械、电机驱动等领域有着广泛应用。那么CAN FD对CANopen 的各项通信服务,尤其是对服务数据对象(SDO)和过程数据对象(PDO)有什么影响。Zeltwanger主席说:“根据已确认的SDO服务,可以通过CAN FD传输参数更长的报文。在一个4字节SDO开销中,针对一条报文可以读写60 字节参数。在SDO分段传送时,因为开销相对减小,从而可以加速传输。未确认的PDO传输所具备的优势更关键。比如,凭借CAN FD,带一个PDO的主机控制器可以为多轴系统提供16位控制字和不同的规定值。因为只使用一条CAN FD报文,所以无需像之前那样进行同步。”
    预计在2015年年中,CiA将正式发布CANopen FD规范(CiA301 5.0版本)。据Zeltwanger主席介绍,CANopen FD将利用改进的数据链路层协议CONTROL ENGINEERING China版权所有,特别是过程数据对象(PDO)得以改进:更高的负载。一个PDO可以包含多个长度从1到64个字节的过程数据。更大的PDO提供了一种允许更高吞吐量的改进协议效率。另外,系统设计人员可以配置更高的数据段比特率。现实2Mbit/s的传输速度以及根据网络拓扑可达到5Mbit/s的传输速度。


4月15日在天津举办的CAN/CANopen技术发布会座无虚席。

    下一个“黄金时代”
    2015年对于CAN FD来说是重要的一年,CiA组织将在全世界举办CAN FD技术交流会以及Plug-fest测试活动。Plug-fest可以有效地检测CAN FD产品在不同制造商系统中的互操作性,目前已经有大众、戴姆勒、通用汽车 、英飞凌、NI等多家厂商参与进来,为CAN FD的标准化推广提出了宝贵的意见。“未来我们希望来自中国的企业也能更多地参与,在2015年举行第一个CAN FD中国的Plug-fest。” Zeltwanger主席说道。
    截止到2014年,CiA组织已有585家会员公司www.cechina.cn,其中20多家来自中国。虽然中国经济已经进入“新常态”的发展阶段,2015年第一季度制造业也屡现低迷,不过专家预计中国汽车市场仍将以7%的增速蝉联全球汽车产销第一的位置。作为车载网络市场占有率最高的总线,中国市场对于CAN FD成功推广的重要性也是不言而喻的。 
    Zeltwanger主席发现,中国人对于自动驾驶车辆很感兴趣,65%的人相信自动驾驶车辆将在10-15年内出现。此外,中国司机更愿意采用紧急刹车辅助系统、盲点检测以及自动停车的系统等高级驾驶辅助系统。据IHS预计,到2019年中国将有8%的新车装备这类系统。而这些系统中大量采用的雷达、超声波等感应元器件,需要高速、可靠和稳定的车载网络接入到系统中,而这正是CAN FD的优势所在。
    除了传统的汽车领域,CAN系列总线系统在非汽车应用中也是非常成功的,比如在数控机床、机器人、伺服电机等工业自动化领域CANopen都有广泛的应用,每年全球安装8亿以上的CAN节点。CAN FD以及CANopen FD推出,在继承原有CAN总线优势的基础上,将为用户带来更快更好的应用体验。
    从一个想法到成为国际标准,CAN FD的迅速推广也需要周边硬件厂商的积极配合。据Zeltwanger主席介绍,目前市场领先的芯片制造商已提供了芯片上CAN FD模块的微控制器工程实例,收发器芯片供应商也提出了符合2-Mbit / s和5-Mbit / s的传输速度的产品。此外,工具制造商也纷纷推出了符合CAN FD的协议分析仪和示波器等产品。而令人惊讶的是,中国企业在CAN FD产品研发中也走在来前列控制工程网版权所有,例如致远电子研发的ZDS2024 Plus,就是全球第一款免费标配CAN FD协议解码的示波器。
    “我们可以看见CAN FD技术有着光明的未来,” Zeltwanger主席说, “改进的数据链路层将把CAN技术至少延长15-20年,而且不仅仅局限于汽车工业。”满足应用所需的可靠性和鲁棒性以及合理的成本,CAN FD将成为引领下一代的网络技术。(CEC 金蕾 采写)

相关介绍:
CAN FD和它的伙伴们 
Etas公司
    ETAS成立于1994年,是博世集团(Bosch Group)的全资子公司。1986年CAN首次被Bosch公司提出并于1992年在首次在奔驰汽车上使用,随着车载系统的不断扩大,汽车厂商对CAN总线的需求也随之增加,2012年初,博世提出了CAN FD技术,一种可调节数据传输速度的技术,作为现有CAN网络中增加数据传输量的解决方案。CAN FD正在通过ISO11898-1协议进行国际标准化认证。而且这项技术已提供给多家芯片制造商。第一批装有CANFD系统的微控制器已经上市。
    CAN FD技术符合现代汽车与工业的应用需求。作为CiA会员公司,ETAS为汽车行业以及相关嵌入式行业的嵌入式系统开发提供创新解决方案,提供CAN FD支持的CAN总线测试分析设备。作为系统供应商,ETAS提供多层面的产品组合,涵盖范围从集成工具到工具解决方案,以及工程服务、咨询、培训和客户支持。
Kvaser公司
    Kvaser是始于1983年的行业领导者和定义者。自上世纪八十年代初就开始对分布式嵌入控制系统进行专门研究。几年后,控制器区域网络(CAN)协议发布,第一枚CAN芯片也研发成功,并于1988年正式发布。Kvaser的创始人很快地认识到CAN的众多优异特性以及它将对分布式控制网络的未来产生的影响。他们做出了将Kvaser的资源投入到开发CAN解决方案的战略决策,从1994年的CanKingdom高层协议初次登场至今,Kvaser公司成为最早涉足现在几乎无处不在的CAN行业的公司之一,并在CAN及相关总线协议领域中积累了雄厚的研发经验和专业知识。Kvaser对研发的投资承诺以及与其他备受尊敬的科技公司的战略合作,是引领Kvaser品牌成为CAN同义词的因素之一。Kvaser的目标是成为一家受认可的具备创新性和高性价比的CAN解决方案领先提供商,并把重点放在通过创新性的思维方式和经验帮助客户解决问题上。
    Kvaser很早就介入了CAN FD的研发,并且还嵌入了CAN FD逻辑控制器在里面,Kvaser可以用它来提供CAN比特位的配置信息来优化现有CAN网络时间设置并且在现有线缆的情况下确定CAN FD的最大速率。配合公司的愿景,Kvaser会给工程师提供新颖创新和经济实惠的CAN解决方案,一旦CAN FD MCU和新标准的认证测试方案出炉以后,Kvaser会全力以赴支持CAN FD协议标准并发布和CAN FD兼容的硬件和数据记录仪等产品。
广州致远电子公司
    2009年加入CiA协会,是国内最早成为CiA会员公司的中国本土公司之一。由于 CAN强大的可靠性和鲁棒性控制工程网版权所有,国内各个行业,如车辆工业,工程机械,智能建筑,医疗器械,实验室器材及研究领域都广泛的应用了CAN技术。作为CAN应用层标准之一,CANopen也以其实时性,协议完整性和不同厂家设备的可互操作性强等特点,在国内有了非常普遍的应用。
广州致远电子经常参与用户的CAN故障处理,在用用层协议的故障排查中发现,造成应用层错误的原因往往是底层CAN的设计,因此从CANopen应用层的现象可以分析CAN底层的设计问题。致远电子针对国内CAN用户需求,开发生产了系列CAN总线产品,如CAN总线分析仪与记录仪,工业CAN卡与转换器,CAN数据采集模块等等。
    广州致远电子在高端测量仪器市场、工业自动化市场积累了丰富的经验,为国内外用户提供全套硬件、软件、定制服务与后台支持。并在近几年一直致力于国内CAN总线网络的标准化和规范化的支持CONTROL ENGINEERING China版权所有,自2013年起,协助CiA协会在全国各地进行CAN/CANopen技术发布会,为中国的工程技术人员介绍CAN及CANopen的最新信息和技术案例。
广州虹科电子
    广州虹科电子科技有限公司成立于1995年,涉及领域包括测试测量、汽车电子、自动化和软件工程,为各个行业提供系统开发,测试和诊断最专业的技术和知识。近几年来,虹科电子高速发展,并加入CiA协会,成为所在领域的知名公司。虹科是多家外国名企,如德国PEAK,英国Pico在中国的经销商,并为中国客户提供二次开发、维护和培训服务。虹科开发和提供创新的全面的解决方案。随着系统开发的综合性和广泛性不断提高,其公司的经验和专业技术也有很大成长。其主要代理产品有:电子测试(如示波器、逻辑分析仪)、汽车电子、自动化产品、软件工程、开发工具、各种数据记录仪(如湿/温度记录仪、变送器)等。

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