מבוא ל- CAN FD עבור High-Speed Auto Networking

האבולוציה של אלקטרוניקה לרכב דחקה פרוטוקולים מסורתיים ברשת בתוך הרשת לגבולותיהם.כמו מערכות סיוע מתקדמות (ADAS), פלטפורמות מידע, וחשמל חשמלי דורש החלפת נתונים מהירה יותר, פרוטוקול רשת המידע גמישה של אזור הבקר (CAN FD) התפתח כשיפור קריטי של יישומים מודרניים, אשר הותקנו במקור על ידי בוש ומאוחר יותר פורמלית ב- ISO 11898-1:2015, CAND מרחיבה את ה-FD הקלאסי שיכול לספק סטנדרטים ל- 8D של טכנולוגיות סטנדרטיים יותר מ- 8D.

הבנה: עקרונות הליבה וההבדלים מקלאסיקות

מה זה יכול FD?

FD הוא הרחבה של פרוטוקול CAN הקלאסי הפועל על אותה שכבת פיזיות וארכיטקטורה אוטובוס תוך הוספת שני שיפורים מרכזיים: FLT:0flexable Data RateFLT:1 ו-FLT:2larger payloads (שלב 3) קיים מסגרת 3D בקלאסיקה יכול, שדה הנתונים המקסימלי הוא 8 ע"י סנטימטרים, ואת שיעור ה bit הוא קבוע עד 1b.

הבדל קריטי נוסף הוא פורמט הנתונים של CANFD:0 (Flexible Data Format (FDF)FLT:1 bit, אשר מבחין מסגרות קלאסיות יכולות ממסגרות CAN FD.

מפרט טכני מפתח

  • שיעור הנתונים של מקסימום במהלך שלב הנתונים: ההרחבה 1 (עד 8 Mbps (מגבלות פרקטיות תלויות באורך האוטובוס ובטופולוגיה ברשת; בדרך כלל 2-5 Mbps עבור כלי רכב לייצור)
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) קצב שלב ההמראה: 1 (FreaLT:1) כמו קלאסי יכול (1 Mbps max, לעתים קרובות 500 kbps)
  • (FLT:0) פורמט FLT:1 ISO CAN FD (ISO 11898-1:2015) ולא-ISO CAN FD (התאימות הישן, עכשיו deprecated)
  • אורך ה- 0(CRC:FLT:1 17 ביטים (לתשלום עד 16 ע"י וואט) או 21 ביטים (לתוספת תשלום) כדי להבטיח זיהוי שגיאות חזק

(ב) לסקירה טכנית מפורטת, ה-FLT:0.2002S יכול FD ספציפי דף סעיף 1FIRLT:1 מספק תיעוד רשמי ומסמכים לבנים.

יתרונות של CAN FD במערכות רכב מודרניות

נתונים גבוהים יותר באמצעות חישוב והפחתה של עומס האוטובוס

מכיוון ש-FD יכול לשלוח עד שמונה פעמים יותר נתונים להודעה, מספר מסגרות הנדרשות לשורה מסוימת של אותות מופחת באופן דרסטי. זה מוריד את בוררות האוטובוס מעל פני רוחב פס עבור הודעות נוספות.לדוגמה, מערכת ניהול סוללות שצריכה בעבר ארבעה 8-byte הודעות יכול לדווח על מתחים תאים, טמפרטורות, ומעמד יכול כעת להעביר את אותם נתונים ב-64-by- יכול FD.

תמיכה ב-Bandwidth-Intensive Applications

מערכות כגון FLT:0 רזולוציה גבוהה מכ"ם, Lidar, מודולי מצלמה, over-the-air (טא) לעדכן מנהלים מתקדמים FLT:1 דורשות גבוה יותר באמצעות מחשב מאשר קלאסי יכול לספק. יכול FD ישירות כתובות אלה מבלי לדרוש שינוי ארכיטקטוני מלא כדי Ethernet או FlexRay.S פונקציות ADAS רבות מסתמכות על חיישן מצטבר ממקורות מרובים; FD מאפשר תשלום גדול יותר כדי לפשט נתונים על מנת לפשטה.

חזרה ל-Compettibility and Incremental Slide Path

יצרני רכב יכולים לפרוס את CAN FD באופן מצטבר.קלאסי יכול עדיין לפעול על אותו אוטובוס, וניתן ל-FD nodes פשוט להיות מוגדר לציית לחוקי הבוררות.זה מאפשר ליצרנים להציג את CAN FD על ECUs חדשים תוך שמירה על מודולים מורשת ללא שינוי - יתרון גדול על פרוטוקולים כמו Ethernet, אשר לעתים קרובות דורש עמוד השדרה חדש.

שיפור פרוטוקול יעילות

ניתן גם להפחית את הפרוטוקול על פני פיסת מידע שימושי.ה bit overhead עבור מסגרת 64-byte הוא קטן יחסית מאשר 8-byte מסגרות, וכתוצאה מכך יעיל יותר באמצעות חישוב עבור אותו רוחב פס אוטובוס.רווח יעילות זה הוא מועיל במיוחד לתקשורת אבחון (UDS על FD) ופלאש תכנות על רשת, שבו בלוקים גדולים של נתונים חייבים לעבור בזמן הקצר ביותר.

יישום יכול להיות FD ברשתות הרכב

דרישות קשיחות ובחירת

כדי לבנות רשת CAN FD, כל ECU חייב להיות FLT:0 (CAN FD-capureFLT:1 ו- AFLT:2CAN FD transceiverLT 3) ; מיקרו-בקר מודרני רבים, כגון ICrix TC3xx, NXP 32K, ו-Mielectronics FPC יכול לשלב את ה-F המהיר 145 IC3DLCS) .

מהנדסים חייבים גם לשקול שלמות אות.ב5 מ"בפס, האוטובוס יכול להתנהג יותר כמו קו שידור.אחרון התנגדות, אורך עוקץ, איכות המחבר הופכת קריטית.

Network Topology and Design Considerations

(הופנה מהדף CAN FD) הטופולוגיה של האוטובוס הקלאסי – אוטובוס ליניארי עם סיום בכל סוף – נשמר עבור CAN FD. עם זאת, אורך האוטובוס המקסימלי מופחת בשיעורי ביט גבוהים יותר. ככלל של אצבע, עבור שיעור של 2 Mbps, אורך האוטובוס יכול להיות עד 50 מטרים; עבור 5 Mbps, הוא מוגבל ל -20 מטרים; ו 8 Mbology, אורך בדרך כלל מתחת ל אורכו של 10 מטרים (Fub) אבל הוא מוגבל ל , אבל הוא מוגבל ל רכזות (בדרך כלל) אבל הוא פחות מ"מגובה (בדרך כלל) עם עלות) עם עלות (בדרך כלל פחות מ"מ"מ"מגובה 1 מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מגובה) אבל"מ) אבל"מ) עם עלות"מאט"מ) אבל הוא מוגבל ל אורכו הוא מוגבל ל אורכו הוא מוגבל ל אורכו הוא מוגבל ל אורכו הוא מוגבל ל אורכו הוא פחות מ"מגובה 1 מ"מגובה 1 מ"מגובה 1 מ"מ

סודיות ו- bit Timing

(ה-FD דורש תצורה זהירה של קצב ה bit ו-Data bit rate. Both rate חייב להיות מסונכרן בכל נקודות FD. .השיטה הפשוטה ביותר היא להשתמש במערך מוגדר מראש של פרמטרים מה CAN in Automation (CiA) או הערכים המומלצים של היצרן כמו FLT:0Vector CANalyzerFLT:1 אוLTF:2ANDUS:

  • בונוס: 500 kbps, מדגם נקודת מבט ב 80-87.5%
  • שלב הנתונים: 2 Mbps או 4 Mbps, נקודת הדגימה ב 70-75%

חשוב לוודא כי כל הצמתים באוטובוס יכולים לסבול את סובלנות התזמון הקטן המפורטת על ידי ISO 11898-1:2015. רוחב הקפיצה הסינכרון מחדש (SJW) וקטעי buffer שלב יש לבחור לטפל סובלנות אוסטרולטור - באופן זניח ±0.1% או טוב יותר עבור שלב הנתונים.

תוכנה והתאמה

קיימות מחסניות תוכנה קלאסיות צריכות שינויים כדי להתמודד עם עומסי השכר הגדולים יותר ואת BRS אופציונלי bit. רוב מערכות הפעלה בזמן אמת (RTOS) המשמשות במכוניות (למשל, AUTOSAR) עכשיו תמיכה יכול FD. הנהג חייב לזהות מסגרות FD, לנהל את שדה הנתונים הגדול, ולהבטיח כי ההודעה ו- DLC (אורך נתונים) הם מפורשים כראוי.

פרוטוקולים דיגנוסטיים כמו UDS (ISO 14229) הורחבו לעבוד על CAN FD, המאפשרת ל- ECU מהירה יותר תכנות מחדש והנתונים .לדוגמה, UDS "RequestDownload" על CAN FD יכול להעביר מודולים תוכנה גדולים בפחות הודעות, חיתוך זמן תכנות פלאש בהשוואה ל- 70% CAN הקלאסי.

בדיקות ואימות של רשתות CAN FD

בדיקות שכבתיות

(ב) בכל אוטובוס מהיר, בדיקות שכבתיות פיזיות חיוניות. השתמש ב-oscilloscope עם בדיקות שונות כדי למדוד את האות FD CAN בכל צומת. פרמטרים מרכזיים כדי לאמת: FLT:0 אדישות רמות מתח של 1FLT:1 (הידוע: 1.5-3.0; Reessive: 0.0–0.5), V; FLT:2bit תזמון דיוק FIRREE3 (במיוחד שלב פתוח)

כמו כן, ביצוע ההרחבה:0 (הבדיקה של בדיקות FLT:1 , על פי ISO 11898-2 (הקדמה להגדרה) ו- ISO 11898-5 (יחידות גישה בינונית במהירות גבוהה) ספקים רבים מציעים סוויטות מבחן.לדוגמה, ה-FLT:2CAN באוטומציה (CiA) התאגדות 3 מספקת בדיקת תאימות ספציפית (CDC) ).

פרוטוקול ובדיקה

בדיקת פרוטוקול מבטיחה כי כל הצומת מטפל כראוי בבוררות, מסגרות שגיאה, ואת נקודות ה- FD ספציפית. השתמש מנתח אוטובוס CAN FD (למשל, Vector VN1630, Kvaser USBcan FD) כדי ללכוד ולפענוח מסגרות.בדוק כי bit BRS מוגדר במהלך שלב הנתונים וכי ה- CRC תואם גם תרחישים: תרחישים, שגיאות, שגיאות, שגיאות CRC ו- C.

בדיקה

מאחר תאימות לאחור היא תכונה מרכזית, עליך לבדוק רשתות שממערבות את המסכים הקלאסיים CAN ו- FD. The Classic CAN Nodes צריך ליצור מסגרות שגיאה כאשר הם רואים מסגרת FD (בשל הפרה הדומיננטית של CRC), אבל ה-FD CAN צריך להיות מסוגל להתעלם ממסגרות השגיאות הללו ולפתור מחדש אם יש צורך בקרי יש "FD-D-פאסיבי" מיוחד כדי למנוע כל המקרים האלה.

אתגרים ושיקולים הנדסיים

עלויות וזמינות

בעוד בקרים FD יכולים עכשיו נפוץ, transceivers התומכים את שלב 8 המלא של נתונים הם עדיין יקר יותר מאשר טרנזירים מהירים קלאסיים. סינון נוסף ומחזור בידוד עשוי להיות נחוץ עבור תאימות של רכב EMC. עבור ייצור נמוך כרכים או יישומים רטרוfit, העלות העליונה יכול להיות משמעותי.

מורכבות של תזמון

מהנדסי רשת מתמודדים עם עקומת למידה תלולה כאשר המעבר מקלאסי יכול יכול להיות FD. תזמון ה bit הוא רגיש יותר, והאינטראקציה בין קצב הבוררות וקצב הנתונים דורשת ניתוח זהיר.כלי כמו FLT:0VIOctor CANoeFLT 1 לספק סביבות סימולציה שבו ניתן מודל תזמון וכבד לפני הפריסה פיזית נאותה, שגיאות אוטובוס או זמן בלתי צפוי עלול להתרחש, במיוחד תחת עומס כבד.

שילוב עם Legacy Systems

כלי רכב קיימים רבים עדיין להסתמך על פורמטים קלאסיים CAN.FD לעתים קרובות דורש שדרוג מודולים של שער כי הודעות המסלול בין תחומים שונים לאוטובוס. השערים אלה חייבים להיות מסוגלים לתרגם בין פורמטים קלאסיים CAN FD - לא על ידי קיצוץ או ⁇ ⁇ ⁇ ותיקון CRCs. תרגום זה יכול להציג שקיפות ומורכבות. במקרים מסוימים, זה יכול להיות פשוט יותר לשמור על המורשת של אוטובוס קלאסי כמו קלאסי ולהוסיף מצע Fnet עבור קיבולת חדשה.

תאימות אלקטרומגנטית (EMC)

שיעורי ביט גבוהים יותר מייצרים באופן טבעי פליטות גבוהות יותר של סיבולת גבוהה יותר. CAN FD ב 5-8 Mbps עלול לגרום פליטות קורנות כי מעבר ל-CSSPR 25 גבולות, אלא אם כן יישומי הגנה וסינון מתאימים הם חנקות Common-mode, fer beads, ופריסת PCB זהירה הם חיוניים. , הרבה טרנזירים של רכב עכשיו תכונות "שליטה בקצב מהיר" עבור הנתונים כדי להפחית את EMI.

שימוש אמיתי בעולם במקרים ויישומים

ADAS ו- האוטונומית

יחידות ADAS המודרניות חייבות לעבד נתונים ממצלמות מרובות, מכ"מים וחיישנים לידרים.בעוד שמרבית נתוני החיישן הנטושים בפסוויים מטופלים באמצעות Ethernet או SerDes, רשימות האובייקטים המצטברות ותוצאות ההיתוך ניתן לשלוח על CAN FD למפקח הראשי במהירות גבוהה.לדוגמה, מודול מצלמה המזהה סימונים נתיבים, כלי רכב, והולכי רגל יכולים להעביר אובייקט של כמה מאות פשטות לכדי קיבולת נמוכה יותר.

רכב חשמלי (EV) Battery Management

מערכות ניהול סוללות EV (BMS) דורשות ניטור בזמן אמת של מתחים תאים, טמפרטורות, המדינה-of-טעון למודול.חבילה סוללה של 96 תאים עשוי להיות צריך לדווח 96 מתחים, 32 טמפרטורות, ודגל סטטוס. Classic יכול לדרוש מספר מסגרות למודול, הגדלת עומס האוטובוס ולהציג את זמן הדגימה עם CAN FD, מסגרת אחת לכל מודול יכול לשאת את כל הנתונים, המאפשרים מהר יותר ויצרנים מדויקים יותר.

Over-the-Air (טא) עדכון

5.4 הם דרישה גוברת עבור מחזורי תוכנה של התוכנה הרכב.דמית ECU יחיד יכול להיות 10 MB או יותר.שימוש קלאסי יכול ב 500 kbps, העברת 10 MB ייקח מעל שלוש דקות. עם CAN FD ב 4 Mbps, אותו העברה לוקח מתחת 30 שניות.הזמן הבזק מופחת פירושו פחות זמן ירידה וסיכון נמוך יותר של ההפרעה במהלך העדכונים של UDS על פרוטוקול CAN FD (D) 15.7-4 ISO הוא סטנדרטי עבור מנגנון ה- 15.

מערכות פיתוח ו- Gateway

יחידות ראש מודרניות מצטברות נתונים ממקורות מרובים - אבחון של שיער, סמארטפון מראה, מצלמות מקיפים. CAN FD מספק עמוד השדרה המהיר עבור זרמי נתונים אלה ללא עלות ומורכבות של Ethernet מלא.ספקי Tier-1 רבים כמו בוש ו-Continental מציעים כעת מודולים שער המשלבים את CAN FD עם Ethernet, ומאחד את שני התחומים עבור ארכיטקטורות עתידיות.

השוואה עם פרוטוקולים אחרים של רכב מהיר

FD לעומת FlexRay

FlexRay הוא פרוטוקול ⁇ , זמן-מעורפל עם שיעורי נתונים עד 10 Mbps ומשכורות עד 254 על ידיtes.זה מציע ⁇ גבוה יותר וסובלנות לקויה אבל בעלות גבוהה יותר ומורכבות. CAN FD הוא פשוט יותר, זול יותר, ואומץ יותר בייצור. FlexRay איבד תאוצה בשנים האחרונות, בעוד FD ממשיך להתרחב לאזורים שהופעלו בעבר על ידי Flexy, כגון כח ובקרת כ"כ"כ.

FD לעומת Ethernet

Ethernet (100BASE-T1, 1000BASE-T1) מציע רוחב פס גבוה בהרבה (100 Mbps-1 Gbps) והוא פרוטוקול הבחירה עבור יישומים רוחב פס כמו וידאו מצלמה גולמי ואבחון מהיר במהירות גבוהה. עם זאת, Ethernet דורש סיליקון יקר יותר, מחברים מיוחדים, וטופולוגיה מובנת, עלייה במשקל ועלויות.

תחזית עתיד והתאמה

תעשיית הרכב נעה לכיוון ארכיטקטורה מבוססת דומיין וארגונונל, שבה רשתות אחוריות מהירות גבוהה (לעתים קרובות Ethernet) מתחברות לשערי שטח שמשתמשים ב- CANFD לתקשורת מקומית לחיישנים ולפועלים.האבולוציה הבאה, (FLT:0CAN XLFLT:1 (כיום תחת פיתוח על ידי CiA), שואפת לתמוך בשיעורים של עד 20bps ולשלם על ידי 20 עד 20 מטרים, כדי פרוטוקולים יכולים להישאר עם בסיס ראשון, עם זאת, עם בסיס FD.

תקנים בינלאומיים ממשיכים לחדד את מפרט ה- CANFD. ISO 11898-1:2015 הוא הבסיס הנוכחי, עם תיקונים המתייחסים לאורכו של אוטובוסים, תזמון ו- EMC. סדרת ה-SiA 601 מספקת מפרטי מבחן עבור CAN FD Transceivers. for the latest Update, מתייחס ל-FLT:0CiA's CAN FD's CAN FD's FD'R1FLT:1 ו-FLT298: 181: 181

מסקנה

פרוטוקול FD מייצג שדרוג מעשי ורב עוצמה לקלאסיקה CAN, המאפשר העברת נתונים במהירות גבוהה ללא נטישת הפשטות המוכחת והעוצמה של האוטובוס CAN.ה תאימות לאחור, עומסי תשלום גדולים יותר, ושיעורי נתונים גבוהים יותר הופכים אותה לבחירה אידיאלית עבור מערכות רכב מודרניות הדורשות ביצועים ויעילות בזמן אמת.מ- ADAS וניהול סוללות לעדכונים ומידע, FD יכול לספק רוחב פס הדרוש לניסויים עתידיים, תוך כדי הפעלת כלי רכב מאובטחים.