[嵌入式系统-152]：CAN总线最大数据只有8个字节，CAN FD最大才64个字节，这么小的数据量，如何进行稍大一点的数据传输？
- 经典 CAN：单帧最大 8 字节
- CAN FD：单帧最大 64 字节
虽然 CAN FD 提升了 8 倍，但对于传输固件升级包、传感器配置、诊断数据、状态日志等稍大一点的数据（如几 KB 到几 MB），仍然远远不够。
那么，如何在 CAN/CAN FD 总线上实现“大”数据传输？
答案是：通过分包传输协议（Segmented Transfer Protocol），将大数据“拆成小包”，在总线上一帧一帧发送，接收端再“重新组装”。
一、核心解决方案：分包传输协议
1. ISO 15765-2：传输协议与网络层（TP）
这是最主流、最标准的解决方案，常被称为 CAN TP 或 DoCAN（Diagnostic communication over CAN）。
✅ 它是 ISO 14229 UDS（统一诊断服务）和 ISO 15031（车载排放诊断）的基础。
🔧 工作原理
| 帧类型 | 说明 |
|---|---|
| 单帧（Single Frame, SF） | 数据 ≤ 7 字节（CAN）或 ≤ 62 字节（CAN FD），一帧发完 |
| 首帧（First Frame, FF） | 数据 > 7/62 字节时，发送首帧，包含总长度（0–4095 字节） |
| 连续帧（Consecutive Frame, CF） | 后续数据帧，按序发送，带序列号（0–15 循环） |
| 流控帧（Flow Control, FC） | 接收方控制发送节奏（避免溢出） |
🔄 传输流程（以 CAN 为例，传输 200 字节）
发送方（Tester） 接收方（ECU）│ ││ FF: [0x10][0xC8][data_0..5] ││─────────────────────────────────────▶│ ← 首帧：总长 200 字节，发前 6 字节│ ││ FC: [0x30][0x03][0xFF] ││◀─────────────────────────────────────│ ← 流控：允许发3帧，间隔≥1ms│ ││ CF: [0x21][data_6..13] ││─────────────────────────────────────▶││ CF: [0x22][data_14..21] ││─────────────────────────────────────▶││ CF: [0x23][data_22..29] ││─────────────────────────────────────▶│ ← 连续帧，每帧8字节│ ││ FC: [0x30][0x03][0xFF] ││◀─────────────────────────────────────│ ← 再次流控│ ││ ...（继续发送 CF）... ││ ││ CF: [0x18][...][data_199] ││─────────────────────────────────────▶│ ← 最后一帧│ ││ ← ECU 处理完成，返回响应 │✅ 总数据量：200 字节，通过 1 FF + 25 CF = 26 帧完成。
2. CAN FD 下的 UDS TP（ISO 15765-2 扩展）
CAN FD 支持最大 64 字节数据，因此分包效率更高：
| 帧类型 | CAN FD 可用数据字节数 |
|---|---|
| SF | 最多 62 字节（2 字节控制信息） |
| FF | 最多 61 字节（3 字节控制信息） |
| CF | 最多 61 字节（3 字节控制信息） |
📈 效率对比：
- 传输 1000 字节：
- CAN：需 ~125 帧（每帧 8 字节有效数据）
- CAN FD：仅需 ~17 帧（每帧 61 字节有效数据） → 效率提升 7 倍！
二、其他大数传方案（非 UDS）
1. 基于应用层的自定义分包协议
适用于非诊断场景，如：
- 固件升级（Bootloader）
- 参数批量写入
- 日志上传
示例：自定义分包格式
// 首帧
[0x01] [总长度低8] [总长度高8] [数据...]
// 连续帧
[0x02] [序号] [数据...]
// 结束帧（可选）
[0x03] [校验和]优点：灵活、轻量
缺点：需自定义，无标准工具支持
2. 使用 CANopen 协议栈（工业领域）
- SDO（Service Data Object）：支持分段上传/下载对象字典数据
- PDO（Process Data Object）：用于实时小数据，不适用大数传
3. 网关 + 其他高速总线（混合架构）
当数据量极大（如摄像头、地图更新），不依赖 CAN 总线：
[主控 SoC] │├── CAN FD ───→ [电机控制器]（实时控制）├── Ethernet ──→ [激光雷达]（点云数据）├── USB ───────→ [固态硬盘]（日志存储）└── Wi-Fi/5G ──→ [云端]（OTA 升级包下载）✅ 现代智能汽车/机器人采用“多总线融合”架构：
- CAN FD：实时控制、状态同步
- Ethernet：高带宽传感器
- 5G/Wi-Fi：大文件传输、远程诊断
三、实际应用案例
| 场景 | 数据量 | 传输方式 |
|---|---|---|
| UDS 诊断读取 DTC | < 100 字节 | 单帧或少量连续帧 |
| 读取电池单体电压（100节） | ~200 字节 | UDS TP 分包 |
| 写入电机控制参数（50个） | ~300 字节 | UDS TP 或自定义协议 |
| OTA 固件升级（1MB） | 1,048,576 字节 | ❌ 不走 CAN ✅ 通过以太网/5G 下载，再通过 CAN FD 分块写入 Flash |
| 机器人关节校准数据上传 | 5 KB | CAN FD + 自定义分包协议 |
四、性能估算（CAN FD）
假设：
- 波特率：仲裁段 500 kbps，数据段 2 Mbps
- 每帧有效数据：61 字节
- 帧间隔：1 μs
传输 1 KB（1024 字节）所需时间：
- 帧数：
ceil(1024 / 61) = 17 帧 - 每帧时间 ≈ 400 μs（含传输+间隔）
- 总时间 ≈ 6.8 ms
✅ 完全满足大多数非实时大数传需求（如诊断、配置）。
五、总结
| 问题 | 解决方案 |
|---|---|
| CAN/CAN FD 单帧数据小 | ✅ 使用 分包协议（如 ISO 15765-2 / UDS TP） |
| 如何保证可靠性 | ✅ 流控（FC）、序列号、超时重传 |
| 大数据（>100KB）怎么办 | ✅ 采用 多总线架构：CAN FD 用于控制，Ethernet/5G 用于大文件 |
| 如何提升效率 | ✅ 优先使用 CAN FD，减少分包数量 |
🔑 核心思想：
CAN/CAN FD 不是“高速公路”，而是“高可靠的小型快递网络”。
它通过“分拆包裹 + 编号投递 + 签收确认”的机制，安全、可靠、标准化地传输任意大小的数据，是汽车和机器人系统中不可或缺的“神经末梢通信方式”。