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

經緯恒潤 ? 2024-07-17 13:31 ? 次閱讀

2024年3月22日, ISO 推出11898-2:2024版本,標志著CAN總線收發器的最高速率由CANFD行業認可的8Mbit/s提速到最高20Mbit/s(2024年5月24日ISO 11898-1 2024已發表)。20Mbit/s的傳輸帶寬不僅填補了CAN與Ethernet之間速率差距,2048Byte的payload和實時性的保留也給CAN網絡本身帶來更大的設計開發空間。英飛凌、ST、Vector和NXP廠商目前已推出CAN SIC XL收發器的樣片,比如NXP的”Albi”收發器,大大推進了CAN XL技術的行業落地。

CANXL 收發器

CAN XL(Controller Area Network eXtended Length)作為CAN通信技術最新進展,在PCS和PMA子層中增加了PWM編/解碼機制,用以在高速數據傳輸時切換PMA子層的總線驅動方式由顯性/隱性變為level_0/level_1以達到20Mbit/s的傳輸速率。并且,Kavser在底斯律通過NXP的CAN SIC XL收發器已驗證20Mbit/s的速率,并認為CANXL技術仍有技術空間到達30Mbit/s。

CAN SIC為目前市面已量產的CAN收發器,行業內認可在多節點的總線通信中,最高可支持8Mbit/s。其僅支持顯性/隱性的驅動方式,即不進行FAST mode的模式轉換。

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_1兩種總線驅動方式,數據段可通過模式轉換進入FAST Mode(level_0/level_1)并達到20Mbit/s的傳輸速率。

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  • 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行更新,即可延用目前CAN FD的SIC收發器進行CAN XL數據的傳輸。在應用場景上,智駕域數據(比如毫米波雷達多個點位數據)可通過CAN XL 2048Byte的數據場整幀傳輸,有效彌補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CAN SIC驅動進行適應性處理)

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  • CAN XL Controller + CAN SIC XL

CAN XL Controller + CAN SIC XL方案作為CAN XL技術的標準方案,硬件要求上需要CAN收發器支持SIC mode和FAST mode的模式轉換功能,即支持顯性/隱性和level_0/level_1兩種總線驅動方式以達到20Mbit/s的傳輸速率。應用場景上,CAN XL Controller + CAN SIC XL方案可滿足CAN網絡節點大數據傳輸的需求并且可以彌補CAN與Ethernet之間的速率差距。除此之外,該方案也給CAN與Ethernet之間的數據交互帶來更大的便捷性。

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CAN XL電氣屬性

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

  • SIC mode(顯性/隱性)

11898-2:2024中聲明,SIC mode下總線Biasing active狀態下隱性信號的電平識別區間為-3V到+0.5V之間。顯性信號的電平識別區間為+0.9V到+8V之間。

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SIC mode下總線Biasing inactive狀態下隱性信號的電平識別區間為-3V到+0.4V之間。顯性信號的電平識別區間為+1.15V到+8V之間。

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  • FAST mode(level_0/level_1)

11898-2:2024中聲明,FAST mode下level_0信號的電平識別區間為+0.1V到8V之間。level_1信號的電平識別區間為-8V到-0.1V之間。

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CAN XL模式轉換

  • SIC mode to FAST mode

resXL和ADH字段之間會進行模式轉換,由SIC mode模式轉換為FAST mode模式并啟用PWM編碼。其中,ADH字段的前兩個PWM信號為logical0以保證模式轉換的過程中信號不發生跳變。當模式轉換完成后,ADH字段的PWM信號為logical1代表ADH位為level_1。

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  • FAST mode to SIC mode

FCP0和DAH字段之間會進行模式轉換,由FAST mode模式轉換為SIC mode模式并停止使用PWM編碼。

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CANXL應用場景

  • CANFD & CANXL 混合網絡

CAN XL和CAN FD節點都使用CAN SIC收發器進行通信,傳輸速率最高為8Mbit/s。當CANXL節點進行通信時,CAN FD節點進入靜默狀態。

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  • CANXL 低速網絡

網絡中都為CAN XL 節點并且使用CAN SIC收發器進行通信,傳輸速率最高為8Mbit/s。當CANXL節點以較低速率進行大數據傳輸。該方案可作為CAN SIC XL量產前的替代方案或低成本方案。

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  • CANXL 高速網絡

網絡中都為CAN XL 節點并且使用CAN SIC XL收發器進行通信,傳輸速率最高為20Mbit/s。

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總結

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技術迎來了它的序幕。CAN XL在保持CAN總線低延時和高可靠性等優勢下,更進一步將帶寬提升到了20Mbit/s。除此之外,CANXL的2048 Byte的數據端也為大數據傳輸和Ethernet交互需求提供了更多的便捷。

2024年5月24日,ISO 11898-1第三版發表并作為新一代CAN總線通信的國際標準。CAN SIC XL收發器也即將量產投入到新一代車載網絡的應用中。屆時,期待CAN XL將作為車載網絡的新星,給汽車行業注入新的動力和活力。

經緯恒潤作為OPEN聯盟會員和AUTOSAR聯盟的高級合作伙伴,長期為國內外各大OEM和供應商提供涵蓋TCP/IP、SOME/IP、DoIP、AVB、TSN、DDS等技術領域的設計和測試咨詢服務,積極研發和探索車載網絡前沿技術的工程應用。通過多個項目的實踐經驗,已建立了高質量、本土化的設計與測試一體化解決方案,為整車網絡架構提供可靠支持。

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