如何高效低成本地从CAN过渡到CAN FD？

时间：2019-06-26 18:29:10

关键字： can can总线技术专访控制器收发器 fd

[导读]近年来，新能源汽车与自动驾驶逐渐成为了汽车发展进程“趋之若鹜”的大热门。传统工艺中汽车的CAN总线通讯，已跟不上当下的数据量需求，CAN FD应运而生，讲到CAN FD，就不得不提到CAN FD控制器和收发器，2019年6月21日，德州仪器（TI）推出了业界新款汽车系统基础芯片（SBC）TCAN4550-Q1，21IC中国电子网记者受邀参加此次发布会。

近年来，新能源汽车与自动驾驶逐渐成为了汽车发展进程“趋之若鹜”的大热门。传统工艺中汽车大多使用CAN总线通讯，而在过去近30年的技术的发展下，更多的辅助系统与人机交互使得通讯数据越来越庞大，经典的CAN总线通讯已跟不上当下的数据量需求。现在已不再是车载“节点数少，数据量小”的年代，因此CAN FD应运而生，以满足车载网络日益提高的带宽和数据速率灵活性的要求。

讲到CAN FD，就不得不提到CAN FD控制器和收发器，简单来说，它就像连接汽车神经网络的大脑，帮助车载网络数据发挥出最大的功效。那么有没有一款芯片整合所有CAN FD所需的这些功能？2019年6月21日，德州仪器（TI）推出了业界新款汽车系统基础芯片（SBC）TCAN4550-Q1，21IC中国电子网记者受邀参加此次发布会。

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，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。

他表示，此款芯片支持向下兼容经典CAN总线，所以可以最少量地对硬件进行改动。另外，4.5mm x 3.5mm的20引脚QFN，支持在小封装内完成升级和扩展。正因新产品拥有如此众多优异的特性，所以在产业从CAN过度到CAN FD的进程中，相信该产品也将是产业升级的关键。

图1：德州仪器（TI）接口产品部门产品线经理Charles（Chuck）Sanna

成本和尺寸：行业转折的关键点

CAN FD是一种基于原始CAN总线标准（经典CAN）而构建的通信协议。与传统经典CAN相比，从之前的1Mbps升级到了 5 Mbps的最大数据传输速率，支持高达 64 字节的有效负荷。

CAN FD在兼容性上也非常优秀，CAN FD仍旧可以向下兼容CAN，但CAN没有办法向上升级。因此一些现有的网络架构，仍旧可以使用TCAN4550-Q1达到升级，无需新的连接器或电缆。但另一方面，需要更新的处理器，新处理器需要包含CAN FD控制器和相关的CAN FD收发器。

值得一提的是，CAN FD和现有方案对比，在减少成本和PCB尺寸上拥有不可替代的优势。

现今板载空间随着车载技术的提升限制越来越大，行业急需更高的成本和板载空间的多芯片解决方案，CAN FD正是适用于现今发展阶段的技术。

据Chuck表示，从需求上来看，2019年及以前，对CAN FD的需求还没有那么高。但2019年过年后，在沟通时发现整体需求突然间上升，主要原因是新能源汽车以及自动驾驶的爆发，两个方面产生的数据量非常大，传统CAN传输数据是达不到的，因此需要升级CAN FD来传输。

图2：CAN FD相较经典CAN数据传输率提高5倍，数据有效负荷增加8倍

系统基础芯片（SBC）：并不是纯粹的“叠加”

系统基础芯片（SBC）是一个集成组件，SBC的概念在市场上并不是一个新兴的概念，不同于SoC的数字电源集成芯片，SBC是将汽车ECU所需的常见功能集成在一起，诸如网络通信收发器、电压调节器、诊断监控、开关和唤醒输入等。

那么将所有功能结合在一起又与离散式方案有何区别，仅仅是单纯地“叠加”在一起？答案是否定的。

对于这个问题，Chuck表示，集中式方案（即SBC）对比离散式方案有着不可替代的优势。一方面，SBC相较离散式解决方案，PCB Layout占用面积会更小，可以让工程师在有限的板载空间上大展拳脚。

另一方面，离散式方案的成本未必会比集成式的好，因为SBC是从芯片层级进行整合，成本会更优。

值得一提的是，离散式解决方案需要同时考虑收发器、控制器、看门狗以及供电的设计，还要考虑失效模式和保护模式，工程师所承担的压力会更多、更大，并且从安全性来说，不一定可以达到定制化的SBC的安全性，其实也存在一定风险成本。

当然，市场上也存在经典CAN与CAN FD混合使用的场景，如果只需改动其中一部分，TI也提供CAN FD的离散式解决方案，客户可以根据需求自由选择最适合或成本最优的方案。

图3：TI的CAN、LIN和SBC收发器接口系列

当然，从经典CAN升级到CAN FD进程中，必然有一定过渡期，不可能所有节点都直接转换CAN FD，从成本上考虑这是不现实的，可能存在两者共存的现象。那么这会对通信传输产生影响吗？Chuck对此解释表示，CAN FD是可以向下兼容到CAN的，CAN是没有办法和CAN FD互通的，极端情况是存在混合框架的，但这并不影响CAN FD方面的传输速率。另外，从与车厂沟通来看，目前也已慢慢在向整体CAN FD总线转变，因为成本也不是非常高。

TCAN4550-Q1：解决时下最关注的的问题

问题一：成本问题

Chuck表示，在CAN FD 升级过程中，事实上传统架构中MCU需要配备CAN控制器，扩展系统比较简单的方式，就是再去装配一个一样的设备，而在此过程中，MCU中的CAN控制器就会被重复利用。因此每增加一个接口的同时相当额外再购买一个CAN控制器，这样其实也是在浪费MCU资源。但如果在现有架构下，利用TCAN4550-Q1升级CAN FD总线，MCU不会被重复利用，同时接口数量也增加了。