引言
隨着電子、半導體、通訊等行業的快速發展，汽車電子智能化的訴求也越來越強，消費者希望駕駛動力性、舒適性、經濟性以及娛樂性更強的汽車。汽車制造商為了提高產品競爭力，將越來越多的電子控制系統加入到汽車控制中，例如ESP（Electronic Stability Program，電子穩定程序）、PEPS（Passive Entry Passive Start無鑰匙進入和啟動系統）等。但是由於CAN總線的最高傳輸速率為1Mbit/s（通常汽車CAN系統的實際使用速率最高為500kbit/s），ECU（Electronic Control Unit，電子控制單元）的大量增加使總線負載率急劇增大以致造成網絡擁堵，影響信息傳輸的可靠性和實時性。
隨着當今工業的發展，尤其是在CAN總線運用較多的汽車領域，總線通訊的數據量越來越大，例如電動汽車上，汽車內部出現更多的輔助系統和人機交互系統，這就使得傳統的CAN總線在傳輸速率和帶寬方面越來越力不從心。因此CAN-FD孕育而生。
CAN-FD比CAN總線的帶寬更高，具有與CAN總線相似的控制器接口，這種相似性使ECU供應商不需要對ECU的軟件部分做大規模修改，降低了開發難度和成本。CAN-FD是CAN總線的升級換代設計，它繼承了CAN總線的主要特性，提高了CAN總線的網絡通信帶寬，改善了錯誤幀漏檢率，同時可以保持網絡系統大部分軟硬件特別是物理層不變。CAN-FD協議充分利用CAN總線的保留位進行判斷以及區分不同的幀格式。在現有車載網絡中應用CAN-FD協議時，需要加入CAN-FD控制器，但是CAN-FD也可以參與到原來的CAN通信網絡中，提高了網絡系統的兼容性。
CAN-FD幀格式
對比CAN總線幀格式，CAN-FD幀增加或改變了一些位的功能，包括：
◆EDL(Extended Data Length)擴展數據長度，在標准的CAN幀中，控制場包含的保留位被指定為顯性位發送，但是在CAN-FD幀中EDL以隱性位發送，EDL主要用於區分標准CAN幀格式和CAN-FD的幀格式。由於在CAN-FD中EDL總是以隱形位發送，后面的位r0為顯性位，因此可在BRS(Bit Rate Switch)位速率開關位之前提供一個重同步沿，這個沿也可用於在收發器延遲補償中測量收發器的延遲；
◆r1，r0，保留位並以顯性位發送，在CAN FD中接收節點忽略r1和r0位的值；
◆BRS(Bit Rate Switch)位速率轉換開關，當BRS為顯性位時數據段的位速率與仲裁段的位速率一致，當BRS為隱性位時數據段的位速率高於仲裁段的位速率；
◆ESI(Error State Indicator)錯誤狀態指示，主動錯誤時發送顯性位，被動錯誤時發送隱性位。
CAN-FD協議中沒有遠程幀，標准CAN幀中的RTR位由保留位r1（顯性位）替代，因此可將CAN遠程幀用於CAN-FD系統中。
CAN-FD一幀最多可以傳輸64個字節，因此DLC將重新定義CAN-FD的數據長度，值的范圍將由原來的0000b~1000b（覆蓋8個字節）擴大至0000b~1111b以滿足需求，如圖所示為DLC數值與字節數的對應關系
CRC算法
CAN總線通常進行位填充以保持同步，但是位填充會干擾CRC的計算，從而造成錯誤漏檢率達不到設計目標。因為有兩種位錯誤在個別的情況下檢測不出來，一種位錯誤產生位填充條件，另外一種位錯誤失去位填充條件，這兩種位錯誤都會改變幀位。CAN-FD對CRC算法作了改變，即CRC以含填充位的位流進行計算。在校驗和部分為避免再有連續位超過6個，就確定在第一位以及以后每4位添加一個填充位加以分割，這個填充位的值是上一位的反碼，作為格式檢查，如果填充位不是上一位的反碼，就作出錯處理。
CAN-FD保留了所有的CAN錯誤界定機制，包括錯誤幀、錯誤計數器、主動錯誤/被動錯誤狀態等。CAN-FD的CRC場擴展到了21位。由於數據場長度有很大變化區間，所以要根據DLC大小應用不同的CRC生成多項式，CRC_17，適合於幀長小於210位的幀，CRC_21，適合於幀長小於1023位的幀。
CAN-FD位時間轉換
CAN-FD有兩套位時間配置寄存器，應用於仲裁段的第一套的位時間較長，而應用於數據段的第二套位時間較短。首先對BRS位進行采樣，如果顯示隱性位，即在BRS采樣點轉換成較短的位時間機制，並在CRC界定符位的采樣點轉換回第一套位時間機制。為保證其他節點同步CAN FD選擇在采樣點進行位時間轉換。
CAN-FD應用意義
CAN-FD可以有效提高車載網絡的數據傳輸速率，並且保持現有軟硬件不做大的改變。圖為Bosch提供的位速率增長曲線，從曲線可以看出當仲裁段的位速率一定時，隨着數據段速率的增大數據幀的平均位速率是逐漸增大的，隨着幀數據場長度的增加平均位速率也是變大的。當仲裁段位速率選定1Mbit/s、數據場長度為64個字節、數據段的位速率為8Mbit/s時，CAN-FD總線的帶寬可以提高到5 Mbit/s多，這是相當可觀的。
CAN-FD顯著提高了車載CAN網絡的帶寬，更長的數據場長度可以避免使用多包傳輸。CAN-FD的成本與CAN總線基本接近，並且對目前的軟件和應用程序改動較小，CAN-FD保留了車載CAN網絡的物理層和拓撲結構，能夠提供CAN總線網絡的無縫升級，這些優越性為CAN-FD提供了良好的發展前景。
參考：http://article.cechina.cn/13/0821/10/20130821104920.htm