CAN-FD概述

1.1 基于OSI参考模型的CAN-FD 协议分层

CAN-FD 的协议架构（网络分层）与传统 CAN 保持一致，故后文中对协议架构部分的说明将不对CAN与CAN-FD进行区分。

CAN 协议也是基于 ISO/IEC 7498-1 中规定的开放系统互联（OSI）基本参考模型，该模型将通信系统结构划分为 7层。自上而下分别为应用层（层 7）、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层（层 1）。

考虑到 CAN 作为工业测控底层网络，其信息传输量相对较少，信息传输的实时性要求较高，网络连接方式相对较简单，因此，CAN 总线网络底层只采用了OSI 7 层通信模型的最低 2 层，即物理层和数据链路层，而在高层只有应用层。CAN的数据链路层又分为逻辑链路控制（LLC）子层和媒体访问控制（MAC）子层。物理层定义信号怎样传输，完成电气连接，实现驱动器/接收器特性；MAC 子层是实现CAN协议的核心，它的功能主要是传送规则，即控制帧结构、执行仲裁、错误检测、出错标定和故障界定；LLC子层的功能主要是报文滤波、超载通知和恢复管理。

物理层和数据链路层的功能可由 CAN 接口器件来完成。应用层的功能是由微处理器完成的。在ISO 11898中对 CAN 协议层级与OSI模型层级的关系进行了说明，图 1 描述了 CAN 协议中数据链路层和物理层与 OSI模型的关系。

图1 CAN分层结构与OSI模型对比

1.2 CAN-FD优势分析

CAN-FD相比传统CAN总线，其优势主要有以下3点。

（1）传输速率更快

FD全称是 Flexible Data-Rate，顾名思义，表示CAN-FD的帧报文具有数据场波特率可变的特性，即仲裁场合数据控制场使用标准的通信波特率，而到数据场就会切换为更高的通信波特率，车端常用的为2Mbit/s和5Mbit/s，从而达到提高通信速率的目的。

（2）有效数据场更长

传统CAN报文标准帧的有效数据场只有8bytes，每帧携带的数据量很少，CAN-FD对有效数据场的长度进行了很大的扩充，标准帧的有效数据场最大可达到64bytes，大大提高了每帧报文中所能携带的数据量。

（3）更小的改动

CAN-FD保留了传统CAN总线协议的核心特征，这使得在ECU和收发器等硬件层面上相较于车载以太网更易实现和应用，且由于CAN-FD与传统CAN对物理层的要求基本一致，CAN-FD的ECU 和收发器对传统CAN兼容，OEM不论是采用直接升级为CANFD总线的方案还是在切换过渡的阶段先采用混网的方案，在技术实现和开发成本控制层面都可以达到预期。