CAN FD、传统CAN以及RS-485通信介绍
CAN FD
- 定义：CAN FD（Controller Area Network with Flexible Data Rate）即具有灵活数据速率的控制器局域网，它是对传统 CAN 协议的扩展和升级。
- 特点
- 更高的数据传输速率：传统 CAN 协议最高速率一般为 1Mbps，而 CAN FD 的数据段速率可高达 5Mbps 甚至更高。
- 更大的数据长度：传统 CAN 的数据帧数据段最大为 8 字节，CAN FD 则可扩展至 64 字节，能一次传输更多数据。
- 灵活的数据速率：在同一个数据帧中，仲裁段和数据段可以采用不同的波特率，仲裁段维持原有速率保证兼容性，数据段可提高速率以加快数据传输。
- 应用场景：常用于对数据传输速率和实时性要求较高的场景，如汽车的高级驾驶辅助系统（ADAS）、自动驾驶系统、工业自动化中的高速数据采集和控制等。
传统 CAN
- 定义：传统 CAN（Controller Area Network）即控制器局域网，是一种国际上应用最广泛的现场总线之一，由德国博世公司在 20 世纪 80 年代为汽车行业开发。
- 特点
- 多主通信：网络上的任意节点在任意时刻都可以主动向网络上的其他节点发送信息，不分主从。
- 仲裁机制：当多个节点同时发送信息时，采用非破坏性位仲裁技术，优先级高的节点优先发送，避免总线冲突。
- 可靠性高：具有完善的错误检测、错误标定和错误恢复机制，当节点出现严重错误时，能自动脱离总线。
- 低成本：硬件实现简单，通信介质可以使用双绞线、同轴电缆或光纤等。
- 应用场景：在汽车电子领域应用广泛，如发动机控制、车身电子、底盘控制等；也用于工业自动化、船舶、航空航天等领域的设备通信。
RS - 485
- 定义：RS - 485 是一种串行通信标准，是由美国电子工业协会（EIA）制定并发布的。它是在 RS - 422 基础上发展而来，支持多点通信，是一种常用的工业通信接口。
- 特点
- 差分信号传输：采用平衡发送和差分接收方式，具有较强的抗共模干扰能力，传输距离远。
- 多节点通信：可以在总线上连接多个收发器，最多可连接 32 个节点，通过增加中继器可扩展节点数量。
- 半双工通信：同一时刻数据只能在一个方向上传输。
- 速率范围广：传输速率可以在较宽的范围内选择，最高可达 10Mbps，但传输速率与传输距离成反比。
- 应用场景：广泛应用于工业自动化领域，如 PLC（可编程逻辑控制器）之间的通信、传感器和执行器与控制系统的连接等；也用于楼宇自动化、安防监控等领域的数据传输。
CAN FD 被认为更快速，主要是因为以下几个方面：
- 更高的数据传输速率：传统的 CAN 协议最大传输速率为 1Mbps，而 CAN FD 的传输速率最高可达 8Mbps 甚至更高4。例如，在一些需要快速处理大量数据的场景，如汽车的高级驾驶辅助系统（ADAS）和无人驾驶系统中，CAN FD 能够以更快的速度传输数据，满足系统对高带宽的需求2。
- 更大的数据负载：CAN FD 允许数据帧最大扩展至 64 字节，相比传统 CAN 的 8 字节数据负载有显著提升4。这意味着在传输相同大小的数据块时，CAN FD 使用的帧数更少。例如在传输传感器采集的大量数据时，CAN FD 可以将更多的数据封装在一个帧中进行传输，减少了帧的发送数量，从而提高了数据传输的效率1。
- 灵活的数据速率切换4：CAN FD 可以在数据部分使用不同的传输速率，在消息的控制部分和数据部分之间采用不同的速率。在仲裁阶段，比特率取决于网络拓扑，通常限制为 1Mbit/s；在数据阶段，比特率受收发器特性的限制，可高达 5Mbit/s 甚至更高。通过在数据阶段使用更高的传输速率，CAN FD 能够显著提高带宽利用率，进而提升整体通信效率。
- 优化的帧结构2：CAN FD 扩展了传统的 CAN 帧格式，增加了 CAN FD 协议标识（FDF）、位速率切换标识（BRS）用以支持高速数据传输，增加了错误状态指示标识（ESI），增加了 CRC 位数，并引入固定填充机制和 CRC 域的奇偶校验机制。这些改进提高了错误检测能力，确保数据传输的可靠性，在保证数据准确的同时，也有助于提高传输效率。
CAN 总线的通信速率因标准和应用场景而异，具体如下：
- 传统 CAN 总线1：根据 ISO 11898 标准，CAN 总线最高通信速率可达 1Mbit/s，此时通信距离最长为 40 米。当通信距离最远达到 10 公里时，速率在 5kbit/s 以下。此外，还有一些常见的标准速率，如 10kbps（低速 CAN）、50kbps（标准 CAN）、125kbps（高速 CAN）、250kbps、500kbps 等。
- CAN FD（灵活数据速率 CAN）2：是 CAN 协议的扩展，支持更高的传输速率。其最高传输速率可达 8Mbit/s 或更高，同时支持更大的数据帧长度，提高了数据传输的效率和灵活性。
- CAN XL7：进一步扩展了 CAN FD，支持更大的数据帧和更高的传输速率，为未来的汽车应用提供了更多的扩展性和性能潜力，但具体速率标准尚未明确统一。
实际应用中，CAN 总线的通信速率会受到多种因素的影响，如总线长度、传输介质、网络负载、节点数量以及信号质量等3。较长的总线长度、较大的网络负载、较多的节点数量或较差的信号质量等都可能导致数据传输速率降低。