2019年08月21日 | 从CAN快速升级到CAN FD，你可能需要系统基础芯片

2019-08-21 来源：EEWORLD

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。

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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。

CAN FD

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