CAN 与 CAN FD 总线协议 | 概念 / 特性 / 应用

注：本文为 “CAN 与 CAN FD 总线协议” 相关合辑。
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CAN 和 CAN FD

小幽余生不加糖 已于 2023-04-08 21:33:48 修改

一、CAN 和 CAN FD

1. CAN

CAN 是 Controller Area Network 的缩写（以下简称 CAN），是 ISO 国际标准化的串行通信协议。该协议由德国电气商博世公司于 1986 年率先提出，此后通过 ISO 11898 及 ISO 11519 完成标准化，目前在欧洲已成为汽车网络的标准协议。

CAN 协议经 ISO 标准化后形成两个标准：ISO 11898 标准与 ISO 11519-2 标准。其中，ISO 11898 针对通信速率为 125 Kbps ~ 1 Mbps 的高速通信场景，ISO 11519-2 则针对通信速率为 125 Kbps 以下的低速通信场景。

CAN 具有极高的可靠性，广泛应用于汽车电子、工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等领域。

2. CAN 协议的特点

① 多主控制。总线空闲时，所有节点均可发送消息；当两个及以上节点同时开始发送消息时，通过标识符（ID，非地址）确定优先级。此时，各节点会对消息 ID 的每一位进行逐个仲裁比较，仲裁获胜（优先级最高）的节点可继续发送消息，仲裁失利的节点则立即停止发送并转入接收状态。

② 系统灵活性。连接至总线的节点无类似“地址”的信息，因此在总线上新增节点时，已连接的其他节点的软硬件及应用层均无需修改。

③ 速度与距离特性。最高通信速率为 1 Mbps（传输距离 < 40 m），最远传输距离可达 10 km（速率 < 5 Kbps）。

④ 错误处理功能。所有节点均具备错误检测能力（错误检测功能）；检测到错误的节点会立即通知总线上的其他所有节点（错误通知功能）；正在发送消息的节点若检测到错误，会强制终止当前发送，并反复重发该消息直至成功（错误恢复功能）。

⑤ 故障封闭功能。CAN 可区分总线上的错误类型：暂时的数据错误（如外部噪声干扰）或持续的数据错误（如节点内部故障、驱动器故障、断线等）。当总线上出现持续数据错误时，该功能可将引发故障的节点从总线上隔离。

⑥ 多节点连接能力。CAN 总线为可连接多个节点的总线，理论上连接节点总数无限制，但实际受总线上的时间延迟及电气负载限制。降低通信速度可增加连接节点数，提高通信速度则会减少连接节点数。

正是由于上述特点，CAN 特别适用于工业过程监控设备的互连，因此受到工业界的广泛重视，已被公认为最具发展前景的现场总线之一。

3. CAN 物理层特征

CAN 控制器通过 CAN_L 和 CAN_H 上的电位差判断总线电平，总线电平分为显性电平和隐性电平，且二者必居其一。发送方通过改变总线电平将消息传输至接收方。

• 显性电平对应逻辑 0，此时 CAN_H 和 CAN_L 之差约为 2 V。
• 隐性电平对应逻辑 1，此时 CAN_H 和 CAN_L 之差为 0 V。

显性电平具有优先权，只要有一个节点输出显性电平，总线即呈现显性电平；隐性电平具有包容性，仅当所有节点均输出隐性电平时，总线才呈现隐性电平（显性电平强于隐性电平）。此外，CAN 总线的两端均需接入 120 Ω 的终端电阻以实现阻抗匹配，减少回波反射。

4. CAN 帧种类介绍

CAN 通信通过以下 5 种类型的帧实现：

其中，数据帧和遥控帧均包含标准格式与扩展格式：标准格式的标识符（ID）为 11 位，扩展格式的 ID 为 29 位。

5. CAN 数据帧介绍

数据帧由 7 个段组成：

① 帧起始：表示数据帧开始的段。

② 仲裁段：表示该帧优先级的段（11 ~ 29 位）。

③ 控制段：表示数据字节数及保留位的段（6 位）。

④ 数据段：数据内容，一帧可传输 0 ~ 8 字节的数据。

⑤ CRC 段：用于检测帧传输错误的段（15 位）。

⑥ ACK 段：表示确认正常接收的段（2 位）。

⑦ 帧结束：表示数据帧结束的段（7 位）。

6. CAN 总线仲裁

仲裁规律如下：

1. 总线空闲时，最先发送的节点获得发送优先权，一旦开始发送，其他节点无法抢占。
2. 若多个节点同时发送，连续输出显性电平更多的节点具有更高优先级。

仲裁从 ID 开始比较，若 ID 相同，还可能比较 RTR 和 SRR 等位。

7. CAN FD

CAN FD 是 CAN with Flexible Data rate 的缩写，可视为传统 CAN 的升级版。为适应新能源汽车与智能汽车的发展需求，CAN FD 由 CAN 2.0 演变而来，是一种新的 CAN 通信协议。

当前汽车产业的发展聚焦于新能源与智能化两大方向。汽车已成为人们生活中不可或缺的一部分，用户不仅将其视为代步工具，更期望其成为生活及工作范围的延伸。

为此，汽车制造商为提升产品竞争力，在汽车上集成了越来越多的功能，导致电子控制单元（ECU）数量大幅增加，总线负载率急剧上升，传统 CAN 总线逐渐难以满足需求，CAN FD 应运而生。

2011 年，CAN FD 协议的开发工作启动；2015 年，包含传统 CAN 与 CAN FD 的 ISO 11898-1 修订版发布。

与传统 CAN 总线技术相比，CAN FD 主要有两方面升级：

1. 支持可变速率，最大速率可达 5 Mbit/s；
2. 支持更长数据长度，最长数据长度为 64 bytes。

二、CAN 和 CAN FD 区别

CAN FD 可理解为 CAN 协议的升级版，仅升级协议，物理层未作改变。

1. 传输速率不同

• CAN：最大传输速率为 1 Mbps。
• CAN FD：速率可变，仲裁比特率最高为 1 Mbps（与 CAN 相同），数据比特率最高为 8 Mbps，据调研，目前应用中多为 5 Mbps。

2. 数据长度不同

• CAN：一帧数据最长为 8 字节。
• CAN FD：一帧数据最长为 64 字节。

3. 帧格式不同

CAN FD 新增了 FDF、BRS、ESI 位：

• FDF：用于区分 CAN 报文与 CAN FD 报文。
• BRS：表示位速率转换，该位为隐性时，速率可变（即从 BRS 到 CRC 采用转换速率传输）；该位为显性时，以正常的 CAN FD 总线速率传输（恒定速率）。
• ESI：表示发送节点的状态。

4. ID 长度不同

• CAN 标准帧的 ID 长度最长为 11 bit。
• CAN FD 标准帧的 ID 长度可扩展至 12 bit。

5. CAN FD 与 CAN 的主要区别

（1）可变速率

CAN FD 采用两种位速率：从控制场中的 BRS 位到 ACK 场之前（含 CRC 分界符）为可变速率，其余部分采用原 CAN 总线的速率。两种速率各有一套位时间定义寄存器，除位时间单位 TQ 不同外，位时间各段的分配比例也可不同。

（2）新的数据场长度

CAN FD 大幅扩充了数据场长度，数据长度码（DLC）最大支持 64 字节。当 DLC ≤ 8 时，与原 CAN 总线一致；当 DLC > 8 时，数据长度呈非线性增长，因此最大数据场长度可达 64 字节。

三、CAN 和 CAN FD 硬件区别

1. 控制器接口相似，物理层保持不变。

2. CAN FD 的硬件支持（引自《车载网络技术革新——CAN FD 浅析》）

在 CAN 总线基础上发展的 CAN FD 协议，实际应用时需对原有 CAN 网络的物理层进行部分修改，而对软件及应用程序的修改较少。通常，在车载 CAN 网络中实现 CAN FD 通信时，需添加 CAN FD 控制器。目前 CAN FD 控制器尚未有成品问世，博世公司在实验室中通过将 CAN IP 模块嵌入 FPGA 实现了 CAN FD 控制器的功能，该方法目前主要用于仿真验证与实验室测试。CAN IP 模块如图 3 所示，其由 2 个 CAN FD IP core 在 FPGA 上运行，上层由 CPU 控制。

恩智浦（NXP）宣布将于 2013 年上半年发布 TJA1145 FD 收发器样片，该收发器支持 CAN 局部网络（PN, Partial Networking），并配置额外寄存器以忽略 CAN FD 消息，为 CAN FD 节点与传统 CAN 节点在同一网络中的兼容提供了条件——即 CAN FD 节点通信时，CAN 节点进入睡眠状态；CAN FD 通信结束后，通过 CAN 唤醒消息唤醒 CAN 节点。同时，恩智浦宣布将于 2013 年第三季度发布 SJA1145 样片，这是一款集成片上收发器的 CAN FD 协议控制器，支持 64 字节的传输负载与 2 M 的传输速率，但 SJA1145 需要精确的外部时钟。Etas 和 Vector 等工具厂商也已推出支持 CAN FD 总线通信的工具及相关发展计划。

3. TC277 支持 4 路 CAN FD

4. TC397 支持 12 路 CAN FD

四、CAN 和 CAN FD 组网问题

当传统 CAN 网段的部分节点升级至 CAN FD 时，需特别注意：CAN FD 节点可正常收发传统 CAN 报文，但传统 CAN 节点无法正确收发 CAN FD 报文，原因在于帧格式不一致，这会导致传统 CAN 节点发送错误帧。

针对上述场景，为解决传统 CAN 与 CAN FD 的兼容性问题，芯片厂商提出一种解决方案：在传统 CAN 节点上采用 CAN FD Shield 模式的收发器。当收到 CAN FD 报文时，该收发器会将其过滤，防止传统 CAN 节点发出错误帧，从而实现网络兼容。

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一文搞懂 CAN 和 CAN FD 总线协议

心觉 001 已于 2024-01-16 17:06:31 修改

一、CAN 与 CAN FD 的概念

1. CAN 是什么

控制器局域网总线（CAN，Controller Area Network）是一种用于实时应用的串行通讯协议总线，可通过双绞线传输信号，是目前世界上应用最广泛的现场总线之一。CAN 协议用于汽车中各类元件之间的通信，以替代昂贵且笨重的配电线束。该协议的健壮性使其应用延伸至其他自动化及工业领域。CAN 协议的特性包括完整的串行数据通讯、实时支持、传输速率高达 1 Mb/s、11 位寻址能力及检错能力。

CAN 连线图

2. CAN FD 是什么

CAN FD 是 CAN with Flexible Data rate 的缩写，译为“可变速率的 CAN”，可视为传统 CAN 的升级版，且仅升级协议，物理层未作改变。

3. 为什么需要 CAN FD？

主要原因是汽车功能日益增多且复杂，传统 CAN 总线（CAN 2.0）的负载率不断升高，甚至可达 95%，同时传统 CAN 总线存在一定局限性。

传统 CAN 总线的局限性包括：

• 最大传输率为 1 Mb/s（典型应用中 ≤ 500 kbit/s）；
• 传统 CAN 数据帧的额外开销超过 50%（overhead > 50%）。

与其他协议相比，其额外开销比例显著更高，例如 UDP（1500 bytes/datagram，64 bytes overhead）、FlexRay（254 bytes/frame，8 bytes overhead）。

此外，出于历史原因，汽车行业无法直接放弃现有传统 CAN 总线技术重新开发。因此，为解决 CAN 总线负载率问题，同时兼顾兼容性且控制研发成本，2015 年发布了包含传统 CAN 与 CAN FD 的最新修订版 ISO 11898-1。

当前众多应用对通讯数据量和速率的要求不断提高，尤其是当速率高于 1 MBit/s 时，传统 CAN 通讯无法满足需求，基于此应用需求，CAN FD 应运而生。鉴于此，CAN FD 的出现旨在解决传输速率与传输字节数的问题，基于这一思路可更易理解 CAN FD 协议及其产生的必要性。

二、CAN 与 CAN FD 的比较

CAN 与 CAN FD 的主要区别体现在传输速率、数据域长度、帧格式及ID 长度四个方面。

1. 传输速率不同

CAN 的传输速率

工程中常用的通讯速率为 500 K 每秒，该速率在实际测试中可靠性较高。CAN 总线上任意两个节点的最大传输距离与其位速率相关，最大通信距离指同一条总线上两个节点之间的距离。由下图可知，速率越低，通讯距离越远，即 CAN 总线的通讯距离与波特率成反比。CAN 的最大传输速率为 1 Mbps。

CAN 总线的通讯距离和波特率的关系图

CAN FD 的传输速率

CAN FD 采用两种位速率：从控制场中的 BRS 位到 ACK 场之前（含 CRC 分界符）为可变速率，其余部分采用原 CAN 总线的速率。两种速率各有一套位时间定义寄存器，除位时间单位 TQ 不同外，位时间各段的分配比例也可不同。

因此，CAN FD 在 CAN 的基础上增加了数据域的传输速率，数据传输速率大于等于原 CAN 总线的速率。即 CAN FD 支持两种传输速率，且两种速率可相同或不同。其速率可变，仲裁比特率最高为 1 Mbps，数据比特率最高为 8 Mbps。

标准帧对比

扩展帧对比

2. 数据域长度不同

CAN 的数据域长度最长为 8 字节，CAN FD 的数据域长度最长为 64 字节。

传统 CAN 报文与 CAN FD 报文的 DLC 长度区别如下所示：

传统 CAN 报文与 CAN FD 报文的最大区别有两点：① CAN FD 可传输更多数据；② CAN FD 报文传输过程中采用两种传输速率，一种是标称 CAN 总线速率（用于传输非数据域字段），另一种是数据域传输速率（用于传输数据域字段）。

3. 帧格式不同

CAN 总线上传输的信息称为报文，总线空闲时，任何连接的节点均可开始发送新报文。CAN 通信通过以下 5 种类型的帧实现：数据帧、遥控帧、错误帧、过载帧、帧间隔。

CAN 总线数据帧格式

CAN 遥控帧

3.1. CAN Framing 帧格式

• 标准帧

  • 标准数据帧（11 bit ID + 0 ~ 8 bytes data）
  • CAN ID 为 11 bit，如下可通过示波器查看
  • 
  • 标准远程帧（11 bit ID + 0 byte data）

• 扩展帧

  • 扩展数据帧（29 bit ID + 0 ~ 8 bytes data）
  • 扩展远程帧（29 bit ID + 0 byte data）

• SOF：值为 0（显性电位为 0，隐性电位为 1，总线空闲时默认值为 1），作为帧起始，接收节点收到帧起始后会与总线时钟进行同步（硬同步，此处为硬同步）。

• 仲裁字段

  • ID：高位在前。
  • RTR：远程帧请求位，数据帧中该位为 0，远程帧中该位为 1。远程帧表明接收该帧的节点不主动发送数据，仅当收到远程帧时才开始发送，以减少对 CAN 通信的占用。

• 控制字段

  • IDE：表示是否为扩展帧，IDE 为 1 时为扩展帧。
  • r：保留位。
  • DLC：数据长度码，合理范围为 0 - 8，超出则表示 8 字节。

• 数据字段

• 校验字段

  • CRC：15 位校验位。
  • DEL（delimter）：分隔符，无实际意义，值为 1。

• 确认字段

  • ACK：发送节点发送该位时均置为 1；接收节点若 CRC 校验正确，则在 ACK 位时将其置为 0，否则保持为 1。若发送节点回读 ACK 位为 0，继续发送；否则停止发送，下次发送错误帧。
  • DEL：分隔符。

• EOF + ITM：结束字段 + 帧间隔

扩展帧结构

• 位填充
  • 当出现 5 个连续相同的位（包括填充位）时，在后续位置填充一个相反的位。
  • 位填充范围从 SOF 开始至 CRC 段结束。

帧错误检测机制

• 位监控：回读发送出去的位数据。
• ACK 位：发送节点回读 ACK 位为 0 时继续发送，否则表明发生错误，停止发送。
• Stuff Check：填充检测。
• CRC 检测。
• Form 检测：对分隔符（del）等进行检测。
• 帧错误处理：当某一节点检测到发送或接收的帧存在错误时，会通过发送错误帧告知其他参与通信的节点，当前发送或接收的帧存在问题。

帧错误检测机制

3.2. CAN FD Framing 帧格式

硬件及协议略有改动。CAN FD 数据段最多为 64 字节，最高支持 8 MB/s 的传输速率，且采用可变速率，数据字段传输速度更快。

CAN FD 无远程帧，仅分为两种：标准帧（标识符 11 位）和扩展帧（标识符 29 位）。

CAN FD 标准帧中的数据帧

CAN FD 标准帧和扩展帧结构

• SOF：帧起始。
• 标识符 ID。
• RRS：替代原 CAN 帧中的 RTR。
• IDE：表示是否为扩展帧。
• FDF：表示是 CAN 帧还是 CAN FD 帧。
• r：保留位。
• BRS（Bit Rate Switch）：用于指示数据段传输是否变换速度。BRS 之前为仲裁段，以低速传输；从 BRS 开始至 CRC 分隔符为止为数据段，可高速传输。CRC 分隔符之后因需 ACK 应答，恢复为低速传输。
  • BRS = 0 时，保持低速传输；BRS = 1 时，数据段以高速传输。

• ESI：用于告知其他节点发送方的错误状态。ESI = 1 时，发送节点（Tx Node）处于被动错误状态；ESI = 0 时，发送节点处于主动错误状态。
• DLC：0 - 8 线性表示数据长度，9 - 15 离散表示数据长度。

• CRC：根据数据长度采用不同长度的 CRC 校验。CAN 采用 15 位 CRC 校验，且不包含填充位；CAN FD 的 CRC 包含数据填充位。CAN FD 在 CRC 字段的前四位增加对前面填充位的计数校验，填充规则为每出现 5 个相同位后跟随一个相反位。CRC 字段不采用前述填充方式，而是采用固定位填充：从 CRC 字段起始位置开始，每 4 位填充 1 位，填充位取前一位的相反值。
  • 首先统计从 SOF 开始至 CRC 字段之前的填充位个数对 8 取模，将结果以格雷编码形式存储在高三位，最后一位为偶校验位，用于校验前三位。
  • 当数据段长度 > 16 字节时，采用 21 位 CRC。
  • 当数据段长度 ≤ 16 字节时，采用 17 位 CRC。

3.3. CAN FD 新增了 FDF、BRS、ESI 位

• FDF：用于区分 CAN 报文与 CAN FD 报文。
• BRS：表示位速率转换，该位为隐性（1）时，速率可变（即从 BRS 到 CRC 采用转换速率传输）；该位为显性（0）时，以正常的 CAN FD 总线速率传输（恒定速率）。
• ESI：表示发送节点的状态。

4. ID 长度不同

CAN 标准帧的 ID 长度最长为 11 bit，CAN FD 标准帧的 ID 长度可扩展至 12 bit。

三、CAN 与 CAN FD 的优劣势

1. CAN 优势

• 实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低。
• 采用双线串行通信方式，检错能力强，可在高噪声干扰环境中工作。
• 具有优先权和仲裁功能，多个控制模块通过 CAN 控制器连接至 CAN-bus，形成多主机局部网络。
• 可根据报文的 ID 决定接收或屏蔽该报文。
• 具备可靠的错误处理和检错机制。
• 发送的信息若遭到破坏，可自动重发。
• 节点在错误严重时可自动退出总线。
• 报文不包含源地址或目标地址，仅通过标志符指示功能信息、优先级信息。

2. CAN 缺点

不一致性

CAN 总线各节点质量的不一致可能引发系统瘫痪、错误、死机等问题，因此 CAN 一致性测试成为保证 CAN 网络安全运行的重要手段。

不可预测性

CAN 总线将节点状态分为 Error Active、Error Passive 和 Bus Off 三种，这三种状态在特定条件下可相互转换，不同状态下节点的发送延迟不同。此外，由于 CAN 的原子广播特性，其他节点的发送或接收错误会触发错误帧，进而影响该节点的接收错误计数器值及节点状态。

信道出错堵塞

节点可能因干扰或其他原因暂时或永久失效，出错的主机会命令 CAN 收发器持续发送消息，即所谓的“Babbling Idiot”错误。由于该信息格式合法，CAN 无相应机制处理此类情况。

3. CAN FD 的优势

CAN FD 提高位速率的同时提供更短的 CAN 帧

• 延迟时间更短。
• 实时性能更优。
• 带宽更高。

CAN FD 可在 CAN 帧中容纳 8 至 64 字节更多的数据

• 系统开销相对更少，数据吞吐量更优。
• 发送较大数据对象时，软件更简单高效。

CAN FD 具有更高性能的 CRC 算法

• 降低未检测到错误的风险。
• 但受产品稳定性考验、改造成本等因素限制，CAN FD 尚未快速全面普及。

四、CAN FD 通信 CANoe 配置

若需两个 CAN 节点对发信息，CANoe 配置（以 VN1640A 为例）如下：

将 VN1640A 的 CH1 和 CH2 配置为 CAN FD 时，发送的数据类型配置为 CAN Data 或 CAN FD 均可发送。

将 VN1640A 的 CH1 和 CH2 配置为 CAN 时，发送的数据类型配置为 CAN Data 或 CAN FD 均可发送。

五、小结

总体而言，随着车辆所需的通讯数据量不断增加，原有 CAN 总线的负载率逐年升高。考虑到传统 CAN 通讯架构已十分庞大，若完全推翻并更换全新通讯方式，成本过高。因此，需要一种既能兼容原有 CAN 通讯，又不会显著增加成本的方案，CAN FD 便是这样一种折中方案，同时它还能提高数据传输量。

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通信总线协议之 CAN-FD 协议详解

由园长 QwQ 于 2024 年 3 月 11 日 22:27:17 发布

1. CAN-FD 简介

1.1 什么是 CAN FD

• 在《通信总线协议之 CAN 总线协议详解》中介绍了 CAN 2.0 A/B 总线协议，然而，随着总线技术在汽车电子领域的应用日益广泛，特别是自动驾驶技术的快速发展，汽车电子对 总线宽度 和 数据传输速率 的要求不断提高，传统 CAN（$1\text{MBit/s}$，$8\text{Bytes Payload}$）已难以满足不断增长的需求。

• 因此，一种能够与 CAN 2.0 A/B 兼容，且通信速率更高、有效载荷更大的 CAN 总线 ——CAN-FD 总线协议 应运而生。2012 年，Bosch 发布了新的 CAN FD 标准（CAN with Flexible Data Rate）。

• CAN FD 继承了 CAN 的绝大多数特性，例如相同的物理层、双线串行通信协议、基于非破坏性仲裁技术、分布式实时控制、可靠的错误处理与检测机制等，同时弥补了 CAN 在总线带宽和数据长度方面的不足。

1.2 CAN FD 的特点

• CAN FD传输速率可变：从控制场中的 BRS 位到 ACK 场之前（含 CRC 分界符）为可变速率，最高速率可达 $8\text{Mbps}$。

• CAN FD数据长度不同：CAN FD 每个数据帧最多支持 $64$ 个数据字节，而传统 CAN 最多支持 $8$ 个数据字节，这减少了协议开销，提高了协议效率。

• CAN FD帧格式存在差异：CAN FD 新增了 FDF、BRS、ESI 位。

• FDF 位（Flexible Data Rate Format）：原 CAN 数据帧中的保留位 $r$，用于区分 CAN 报文与 CAN-FD 报文。FDF 位常为 隐性 1，表示为 CAN FD 报文；

• BRS 位（Bit Rate Switch）：表示位速率转换。当 BRS 为 显性位 0 时，数据段的位速率与仲裁段的位速率一致（恒定速率）；当 BRS 为 隐性位 1 时，速率可变（即 BSR 到 CRC 使用转换速率传输）；

• ESI 位（Error State Indicator）：发送节点错误状态指示。主动错误时发送显性位 0，被动错误时发送隐性位 1。

2. CAN-FD 总线协议

• CAN FD 节点可正常收、发 CAN 报文，但 CAN 节点无法正确收、发 CAN FD 报文，因其帧格式不一致。

• 与 CAN 相同，CAN FD 由以下 $7$ 部分组成：帧起始、仲裁段、控制段、数据段、CRC 段、ACK 段和帧结束。

2.1 帧起始

• CAN FD 与 CAN 使用相同的 SOF 标志位 标志报文的起始。

• 帧起始由 $1$ 个显性位构成，标志着报文的开始，并在总线上起到同步作用。

2.2 仲裁段

• 与传统 CAN 相比，CAN FD 取消了远程帧，用 RRS 位替换了 RTR 位，且 RRS 位为常显性。

• RTR（Remote Transmission Request Bit）：远程发送请求位。RTR 位在数据帧中必须为显性，在远程帧中为隐性；

• RRS（Remote Request Substitution）：远程请求替换位，即传统 CAN 中的 RTR 位，在 CAN FD 中为常显性；

• IDE 位 仍为标准帧和扩展帧的标志位。若标准帧与扩展帧具有相同的前 $11$ 位 ID，则标准帧会因 IDE 位为 $0$ 而优先获得总线。

2.3 控制段

• 控制段中，CAN FD 与 CAN 具有相同的 IDE、res、DLC 位；同时新增了三个控制位，即 FDF、BRS、ESI。

• FDF（Flexible Data Rate Format）：原 CAN 数据帧中的保留位 $r$，FDF 常为隐性，表示为 CAN FD 报文；

• BRS（Bit Rate Switch）：位速率转换。当 BRS 为显性位时，数据段的位速率与仲裁段的位速率一致；当 BRS 为隐性位时，数据段的位速率高于仲裁段的位速率；

• ESI（Error State Indicator）：错误状态指示。主动错误时发送显性位，被动错误时发送隐性位。

• DLC 同样由 $4\text{bit}$ 表示数据段的长度，其对应关系如下：

2.4 数据段

• 数据段为传输的具体数据内容。

• CAN FD 不仅支持传统的 $0\sim 8$ 字节报文，还可支持 $12$、$16$、$20$、$24$、$32$、$48$、$64$ 字节的报文。

2.5 CRC 段

• 为避免位填充对 CRC 的影响，CAN FD 在 CRC 场中增加了 stuff count 以记录填充位个数对 $8$ 的模，并用格雷码表示，同时增加了奇偶校验位；且在 CRC 中加入了填充位 FSB（fixed stuff-bit）。

• Stuff Count 由以下两个元素组成：

1. 格雷码计算：对 CRC 区域之前的填充位数除以 $8$ 得到的余数（Stuff bit count modulo 8）进行格雷码计算后得到的值（Bit 0-2）；

2. 奇偶校验（parity）：对通过格雷码计算后的值进行偶校验。

• CAN FD 对 CRC 算法进行了改进，CRC 计算中包含了填充位；在校验部分，为避免连续位超过 $6$ 个，规定在第一位及之后 每 4 位添加一个填充位加以分割，该填充位的值为上一位的反码，作为格式检查。若填充位不是上一位的反码，则进行出错处理。

• CAN 的 CRC 位数为 $15$ 位，而 CAN FD 的 CRC 场扩展至 $21$ 位，具体如下：

• 当传输数据为 $0\sim 8$ 字节时：CRC 15 位；

• 当传输数据为 $9\sim 16$ 字节时：CRC 17 位；

• 当传输数据为 $17\sim 64$ 字节时：CRC 21 位。

2.6 ACK 段

• 与 CAN 相比，CAN FD 中最多可接受 $2$ 个位时间有效的 ACK，允许额外 $1$ 个位时间以补偿收发器相移和传播延迟。

• 从高速的数据场切换至慢速的仲裁场时，时钟切换会引起收发器相移和总线传播延迟；为补偿该相移和延迟，CAN FD 相比传统 CAN 增加了这额外的 $1$ 个位时间。

• ACK 之后为 ACK 界定符，作为 ACK 结束的分隔符，由 $1$ 位隐性位表示。

2.7 帧结束

• 与 CAN 相同，CAN FD 的帧结尾为 连续 7 位的隐性位。

3. 如何从传统的 CAN 升级到 CAN FD

• 尽管 CAN FD 继承了传统 CAN 的绝大部分特性，但从传统 CAN 升级至 CAN FD 仍需完成多项工作，主要包括：

1. 在 硬件和工具方面：使用 CAN FD 需选取支持 CAN FD 的 CAN 控制器和收发器，以及新的网络调试和监测工具；

2. 在 网络兼容性方面：对于传统 CAN 网段中部分节点需升级至 CAN FD 的情况需特别注意。由于帧格式不一致，CAN FD 节点可正常收发传统 CAN 节点的报文，但传统 CAN 节点无法正常收发 CAN FD 节点的报文。

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via:

• CAN 与 CANFD 详解 - 优快云 博客
  https://mxioum.blog.youkuaiyun.com/article/details/125599782
• 一文搞懂 CAN 和 CAN FD 总线协议_fdcan-优快云 博客
  https://blog.youkuaiyun.com/mengenqing/article/details/132583180
• 通信总线协议之 CAN-FD 协议详解_canfd-优快云 博客
  https://blog.youkuaiyun.com/weixin_44289254/article/details/135508269