CANXL協(xié)議解讀系列 | (2)一文讀懂ISO 11898-2：2024 CANXL物理層

       2024年3月22日， ISO 推出11898-2：2024版本，標(biāo)志著CAN總線收發(fā)器的最高速率由CANFD行業(yè)認(rèn)可的8Mbit/s提速到最高20Mbit/s（2024年5月24日ISO 11898-1 2024已發(fā)表）。20Mbit/s的傳輸帶寬不僅填補(bǔ)了CAN與Ethernet之間速率差距，2048Byte的payload和實(shí)時(shí)性的保留也給CAN網(wǎng)絡(luò)本身帶來更大的設(shè)計(jì)開發(fā)空間。英飛凌、ST、Vector和NXP等廠商目前已推出CAN SIC XL收發(fā)器的樣片，比如NXP的”Albi”收發(fā)器，大大推進(jìn)了CAN XL技術(shù)的行業(yè)落地。

CANXL 收發(fā)器

       CAN XL（Controller Area Network eXtended Length）作為CAN通信技術(shù)的最新進(jìn)展，在PCS和PMA子層中增加了PWM編/解碼機(jī)制，用以在高速數(shù)據(jù)傳輸時(shí)切換PMA子層的總線驅(qū)動(dòng)方式由顯性/隱性變?yōu)閘evel_0/level_1以達(dá)到20Mbit/s的傳輸速率。并且，Kavser在底斯律通過NXP的CAN SIC XL收發(fā)器已驗(yàn)證20Mbit/s的速率，并認(rèn)為CANXL技術(shù)仍有技術(shù)空間到達(dá)30Mbit/s。

       CAN SIC為目前市面已量產(chǎn)的CAN收發(fā)器，行業(yè)內(nèi)認(rèn)可在多節(jié)點(diǎn)的總線通信中，最高可支持8Mbit/s。其僅支持顯性/隱性的驅(qū)動(dòng)方式，即不進(jìn)行FAST mode的模式轉(zhuǎn)換。

       CAN SIC XL目前仍處于“樣片“階段，最高速率為20Mbit/s。支持顯性/隱性和level_0/level_1兩種總線驅(qū)動(dòng)方式，數(shù)據(jù)段可通過模式轉(zhuǎn)換進(jìn)入FAST Mode（level_0/level_1）并達(dá)到20Mbit/s的傳輸速率。

    · CAN XL Controller + CAN SIC

       作為CAN SIC XL的過度方案，CAN XL Controller + CAN SIC方案無需在目前的硬件進(jìn)行更新，即可延用目前CAN FD的SIC收發(fā)器進(jìn)行CAN XL數(shù)據(jù)的傳輸。在應(yīng)用場(chǎng)景上，智駕域數(shù)據(jù)（比如毫米波雷達(dá)多個(gè)點(diǎn)位數(shù)據(jù)）可通過CAN XL 2048Byte的數(shù)據(jù)場(chǎng)整幀傳輸，有效彌補(bǔ)CAN FD 64Byte的限制，減少中央處理器的處理壓力。（注：此方案需要對(duì)CAN SIC驅(qū)動(dòng)進(jìn)行適應(yīng)性處理）

    · CAN XL Controller + CAN SIC XL

       CAN XL Controller + CAN SIC XL方案作為CAN XL技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)方案，硬件要求上需要CAN收發(fā)器支持SIC mode和FAST mode的模式轉(zhuǎn)換功能，即支持顯性/隱性和level_0/level_1兩種總線驅(qū)動(dòng)方式以達(dá)到20Mbit/s的傳輸速率。應(yīng)用場(chǎng)景上，CAN XL Controller + CAN SIC XL方案可滿足CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)大數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟛⑶铱梢詮浹a(bǔ)CAN與Ethernet之間的速率差距。除此之外，該方案也給CAN與Ethernet之間的數(shù)據(jù)交互帶來更大的便捷性。

CAN XL電氣屬性

       如前文所述，CAN XL支持兩種總線驅(qū)動(dòng)方式，即顯性/隱性的總線驅(qū)動(dòng)方式和level_0/level_1的總線驅(qū)動(dòng)方式，兩種總線驅(qū)動(dòng)方式總線上的電氣屬性是有所差異的。顯性/隱性的驅(qū)動(dòng)方式的電氣屬于與CAN FD一致（NRZ編碼）并且可以兼容。level_0/level_1的總線驅(qū)動(dòng)方式不再采用NRZ。

    · SIC mode（顯性/隱性）

       11898-2：2024中聲明，SIC mode下總線Biasing active狀態(tài)下隱性信號(hào)的電平識(shí)別區(qū)間為-3V到+0.5V之間。顯性信號(hào)的電平識(shí)別區(qū)間為+0.9V到+8V之間。

       SIC mode下總線Biasing inactive狀態(tài)下隱性信號(hào)的電平識(shí)別區(qū)間為-3V到+0.4V之間。顯性信號(hào)的電平識(shí)別區(qū)間為+1.15V到+8V之間。

    · FAST mode（level_0/level_1）

       11898-2：2024中聲明，F(xiàn)AST mode下level_0信號(hào)的電平識(shí)別區(qū)間為+0.1V到8V之間。level_1信號(hào)的電平識(shí)別區(qū)間為-8V到-0.1V之間

CAN XL模式轉(zhuǎn)換

    · SIC mode to FAST mode

       resXL和ADH字段之間會(huì)進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換，由SIC mode模式轉(zhuǎn)換為FAST mode模式并啟用PWM編碼。其中，ADH字段的前兩個(gè)PWM信號(hào)為logical0以保證模式轉(zhuǎn)換的過程中信號(hào)不發(fā)生跳變。當(dāng)模式轉(zhuǎn)換完成后，ADH字段的PWM信號(hào)為logical1代表ADH位為level_1。

    · FAST mode to SIC mode

       FCP0和DAH字段之間會(huì)進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換，由FAST mode模式轉(zhuǎn)換為SIC mode模式并停止使用PWM編碼。

CANXL應(yīng)用場(chǎng)景

    · CANFD & CANXL 混合網(wǎng)絡(luò)

       CAN XL和CAN FD節(jié)點(diǎn)都使用CAN SIC收發(fā)器進(jìn)行通信，傳輸速率最高為8Mbit/s。當(dāng)CANXL節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)，CAN FD節(jié)點(diǎn)進(jìn)入靜默狀態(tài)。

    · CANXL 低速網(wǎng)絡(luò)

       網(wǎng)絡(luò)中都為CAN XL 節(jié)點(diǎn)并且使用CAN SIC收發(fā)器進(jìn)行通信，傳輸速率最高為8Mbit/s。當(dāng)CANXL節(jié)點(diǎn)以較低速率進(jìn)行大數(shù)據(jù)傳輸。該方案可作為CAN SIC XL量產(chǎn)前的替代方案或低成本方案。

    · CANXL 高速網(wǎng)絡(luò)

       網(wǎng)絡(luò)中都為CAN XL 節(jié)點(diǎn)并且使用CAN SIC XL收發(fā)器進(jìn)行通信，傳輸速率最高為20Mbit/s。

總結(jié)

       總的來說，伴隨著ISO 11898-2：2024版本的更新，第三代CAN總線通信CAN XL技術(shù)迎來了它的序幕。CAN XL在保持CAN總線低延時(shí)和高可靠性等優(yōu)勢(shì)下，更進(jìn)一步將帶寬提升到了20Mbit/s。除此之外，CANXL的2048 Byte的數(shù)據(jù)端也為大數(shù)據(jù)傳輸和Ethernet交互需求提供了更多的便捷。

       2024年5月24日，ISO 11898-1第三版發(fā)表并作為新一代CAN總線通信的國際標(biāo)準(zhǔn)。CAN SIC XL收發(fā)器也即將量產(chǎn)投入到新一代車載網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中。屆時(shí)，期待CAN XL將作為車載網(wǎng)絡(luò)的新星，給汽車行業(yè)注入新的動(dòng)力和活力。

       經(jīng)緯恒潤(rùn)作為OPEN聯(lián)盟會(huì)員和AUTOSAR聯(lián)盟的高級(jí)合作伙伴，長(zhǎng)期為國內(nèi)外各大OEM和供應(yīng)商提供涵蓋TCP/IP、SOME/IP、DoIP、AVB、TSN、DDS等技術(shù)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)和測(cè)試咨詢服務(wù)，積極研發(fā)和探索車載網(wǎng)絡(luò)前沿技術(shù)的工程應(yīng)用。通過多個(gè)項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，已建立了高質(zhì)量、本土化的設(shè)計(jì)與測(cè)試一體化解決方案，為整車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提供可靠支持。

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