“CAN FD”對專用機械中的現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)提出挑戰(zhàn)
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實時能力
將多個獨立的數(shù)據(jù)包組合成單獨的報文使得數(shù)據(jù)管理更為簡便，因為單獨的報文無需付出昂貴的成本即可同步。和傳統(tǒng)的CAN相比，能快速傳輸更大數(shù)據(jù)包的CAN FD所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量（64個字節(jié)）是傳統(tǒng)8字節(jié)CAN報文的8倍左右。這樣，可以更快速地傳輸高優(yōu)先級報文，同時提高實時能力。
數(shù)據(jù)安全
數(shù)據(jù)安全是一個重要話題：盡管和傳統(tǒng)的CAN相比CAN FD增加了數(shù)據(jù)包的大小，但它同樣能滿足數(shù)據(jù)安全的要求，例如通過擁有適配算法的更長的CRC校驗碼來實現(xiàn)。根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)字節(jié)的數(shù)量可使用三種不同的CRC算法：在8個字節(jié)數(shù)據(jù)報文之前的CRC校驗公式，以及兩個擁有16個或大于16個字節(jié)數(shù)據(jù)報文的加強版算法。CAN控制器使用的算法依數(shù)據(jù)長度代碼而定。
為了提高數(shù)據(jù)的安全性，還可采用額外的建議。所以，CAN FD報文中的CRC總是從一個填充位開始；在5個位之后再新增一個填充位——這與CAN填充位規(guī)則相反，并與之前的位的位值相互獨立。每個填充位都是之前的位的補償值。
圖2：CAN FD 2的優(yōu)勢
圖2顯示了位于時間軸上的CAN報文：假設此處傳統(tǒng)的CAN的數(shù)據(jù)速率為250kBit/s。擁有8個字節(jié)用戶數(shù)據(jù)（1個字節(jié)的傳輸協(xié)議和示例中7個字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)）和最大填充位數(shù)量的傳統(tǒng)CAN報文需要大約500微秒的總線時間。如果發(fā)送節(jié)點能連續(xù)無延遲地發(fā)送六幀報文，總線在傳輸42個字節(jié)用戶數(shù)據(jù)時會完全阻塞3毫秒。相比之下，擁有48個字節(jié)用戶數(shù)據(jù)，250 kbit/s仲裁速率和2MBit/s數(shù)據(jù)比特率的CAN FD報文只需約365微秒的總線時間——其填充位的數(shù)量也是最大。更快的數(shù)據(jù)傳輸還提高了CAN系統(tǒng)的實時行為，由于它大幅縮短了響應時間，同時提高了數(shù)據(jù)傳輸速率并降低了數(shù)據(jù)管理的復雜性！
反向兼容性
從CAN轉換到更快的通信系統(tǒng)的一個缺點是需要經(jīng)常完全轉換：所有與CAN相關的東西如EtherCAT等必須適配新的系統(tǒng)，還可擴展機器控制器以使用多種不同的網(wǎng)絡。這兩種方式均有優(yōu)缺點。在使用CAN FD時，可采用“溫和”選項：由于CAN FD控制器也能作為傳統(tǒng)的CAN節(jié)點，所以所有的網(wǎng)絡節(jié)點可被CAN FD功能設備逐步取代。一旦整個網(wǎng)絡都擁有了CAN FD功能，那么它的優(yōu)點將會發(fā)揮到極致。這對專用機械尤其受用，因為它們通常會使用無法被自由節(jié)點替換的網(wǎng)絡——特別是客戶特定的設備或內(nèi)部開發(fā)的設備。
CAN FD的工具
現(xiàn)有大量解決方案可用于開發(fā)CAN FD設備和網(wǎng)絡——特別是適用范圍廣的PC接口的PC-CAN FD接口卡，如HMS網(wǎng)絡公司的IXXAT CAN -IB 500/600 PCIe卡。這些CAN卡包含全面的用于Windows、Linux和其它操作系統(tǒng)的驅動程序包，并能方便地連接到現(xiàn)有的系統(tǒng)中，還可將現(xiàn)有的軟件包快速添加到CAN FD網(wǎng)絡中，因為它們支持CAN和CAN FD。
除了需要驅動程序軟件相關的硬件接口外，若想有效利用CAN FD還需要測試和分析工具。為此，HMS將在不久之后推出一款高性能完整解決方案，價格實惠，并采用知名的IXXAT canAnalyser的CAN FD功能版本。
在業(yè)界開放CAN FD課題
除了上面提到的工具外，在生產(chǎn)環(huán)境中使用CAN FD還有更為重要的方面。明智的做法是在工業(yè)應用中采用標準化的更高層的協(xié)議：非營利組織CiA（CAN in Automaion）正致力于將CANopen總線轉換為CAN FD——CANopen V5規(guī)范，這包括對CAN FD的擴展，預計可在今年年中推出。
采用CAN FD另一個重要方面在于它可以批量提供實惠的微控制器，并集成了CAN/CAN FD控制器。截至目前，現(xiàn)有的設備大多使用含CAN FD IP模塊的FPGA。另外，集成了CAN FD邏輯的微控制器通常為含有CPU模塊的高性能組件，可用于含復雜控制器設備的車輛。在推出簡單且具有成本效益的CAN FD微控制器后，F(xiàn)PGA系統(tǒng)將成為最靈活的解決方案。
前景
CAN FD通過顯著提高數(shù)據(jù)的傳輸速率，簡單的配置以及保留傳統(tǒng)現(xiàn)場總線中的分析選項擴大了CAN解決方案的應用領域。即將推出的用于CAN FD的CANopen總線意味著新的網(wǎng)絡系統(tǒng)將用于工業(yè)部門，并為100kbit/sec至5Mbit/sec數(shù)據(jù)傳輸速率的網(wǎng)絡提供了有效的解決方案。由于可選用更高的數(shù)據(jù)速率或使用單獨/組合式擴展數(shù)據(jù)框架，設計靈活的CAN FD非常適用于專用機械中適應性強的現(xiàn)場總線系統(tǒng)。
作者：Thomas Waggershauser
HMS集團旗下IXXAT自動化有限公司銷售總監(jiān)
HMS 工業(yè)網(wǎng)絡有限公司
HMS 工業(yè)網(wǎng)絡有限公司是工業(yè)通信，包括遠程管理產(chǎn)品的領先獨立供應商。 HMS 憑借Netbiter、Anybus和IXXAT品牌，開發(fā)并制造聯(lián)接自動化設備和系統(tǒng)到工業(yè)網(wǎng)絡的解決方案。
開發(fā)和生產(chǎn)均在其位于瑞典哈爾姆斯塔德和德國魏恩加騰的總部進行。 而本地銷售和支持，則由設置在中國、丹麥、法國、德國、印度、意大利、日本、英國和美國的分部提供。 HMS 有超過350名員工，且2013年銷售額為5700萬歐元。 HMS 在斯德哥爾摩的納斯達克-OMX交易所上市。
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