CAN FD (Controller Area Network Flexible Data-Rate) es un protocolo de comunicación de datos que se usa normalmente para transmitir datos de sensores e información de control en interconexiones de 2 cables entre diferentes partes de la instrumentación electrónica y el sistema de control. Este protocolo se utiliza en vehículos modernos de alto rendimiento. CAN FD es una extensión del protocolo de bus CAN original que se especificó en ISO 11898-1. [1] Desarrollado en 2011 y lanzado en 2012 por Bosch , CAN FD [2] fue desarrollado para satisfacer la necesidad de aumentar la velocidad de transferencia de datos hasta 5 veces más rápido y con tamaños de mensaje / marco más grandes para su uso en unidades de control electrónico automotrices modernas .(ECU) s. Como en el CAN clásico, el protocolo CAN FD está diseñado para transmitir y recibir datos de sensores, comandos de control y detectar errores de datos entre dispositivos de sensores electrónicos, controladores y microcontroladores . Aunque CAN FD se diseñó principalmente para su uso en ECU de vehículos de alto rendimiento (unidades de control electrónico), la omnipresencia del CAN clásico en las diferentes industrias conducirá a la inclusión de este protocolo de comunicación de datos mejorado en una variedad de otras aplicaciones también, como en sistemas electrónicos utilizados en robótica, defensa, automatización industrial, vehículos submarinos, equipos médicos, aviónica, sensores de perforación de fondo de pozo, etc.
CAN FD versus CAN clásico
La principal diferencia entre la CAN clásica (Controller Area Network) y la CAN FD son los datos flexibles (FD). Con CAN FD, las unidades de control electrónico (ECU) pueden cambiar dinámicamente a diferentes velocidades de datos y con tamaños de mensaje más grandes o más pequeños. Las características mejoradas en CAN FD incluyen la capacidad de seleccionar y cambiar dinámicamente a una velocidad de datos más rápida o más lenta, según sea necesario, y de empaquetar más datos dentro de la misma trama / mensaje CAN y transportarlos a través del CAN BUS / red en menos tiempo. Una mayor velocidad de datos y más mejoras en la capacidad de datos dan como resultado varias ventajas operativas del sistema en comparación con el CAN clásico. Con CAN FD, el software ECU (Unidad de control electrónico) puede enviar y recibir datos de sensores y de control mucho más rápido. Los comandos emitidos por el software de la ECU en ejecución llegan al controlador de salida mucho más rápido. CAN FD se utiliza normalmente en ECU de alto rendimiento de vehículos modernos. Un vehículo moderno puede tener más de 70 ECU que usan CAN FD para intercambiar información a través del CAN Bus cuando el motor está en marcha o cuando el vehículo está en movimiento.
En CAN FD, la ID de la trama / mensaje utiliza el formato de 29 bits utilizado en la versión de ID ampliada de CAN clásico (la ID estándar tiene una longitud de 11 bits). El tamaño de la carga útil del mensaje se ha aumentado a 64 bytes de datos en cada trama CAN / mensaje, en comparación con solo 8 bytes en la trama CAN clásica. CAN FD también puede manejar tramas / mensajes CAN con ID de 11 bits. Una trama es un mensaje transmitido como una secuencia de patrones de bits binarios. En CAN FD, la velocidad de datos (es decir, el número de bits transmitidos por segundo) aumenta para ser 5 veces más rápido que el CAN clásico (5 Mbit / s solo para la carga útil de datos, la tasa de bits de arbitraje todavía está limitada a 1 Mbit / s por compatibilidad ). La especificación del protocolo CAN FD también incluye algunas otras mejoras, como una mejor detección de errores en el mensaje CAN recibido y la flexibilidad del software de ejecución para seleccionar dinámicamente (de una lista) y cambiar a una transferencia de velocidad de datos más rápida o más lenta, según sea necesario. En el CAN FD BUS, algunos sensores pueden funcionar a una velocidad de datos más lenta mientras que otros a una velocidad de datos más rápida. CAN BUS es un par de cables compartidos a los que se conectan sensores electrónicos, unidades de control y ECU. El bus CAN se utiliza para intercambiar información entre unidades operativas periódicamente o bajo demanda. La condición eléctrica y la configuración del bus CAN, es decir, el número total de unidades conectadas, la longitud de los cables del bus CAN y otros factores electromagnéticos determinan la velocidad de transferencia de datos más rápida posible en ese bus CAN. El protocolo CAN (y por extensión CAN FD) tiene un excelente mecanismo de resolución de colisiones que depende del tiempo de propagación de la señal y de la configuración de la red (anillo, bus o estrella) y, en menor medida, del número de unidades en el autobús. Por tanto, una red físicamente larga puede limitar la velocidad de datos por debajo del máximo teórico.
Busload CAN-FD que fue desarrollado por la ecuación de "De Andrade" basada en la ecuación de Tindel. [1] [3] [4]
β = τ / ω (1) (β = Busload), (τ = tiempo de bits lentos más bits más rápidos), ω (tiempo en segundos de medición). τ = Ts + Tf (2)
El protocolo CAN-FD define cinco mecanismos de detección de errores diferentes: dos de ellos funcionan a nivel de bit y los otros tres a nivel de mensaje. Estos son: (i) Monitoreo de bits, (ii) Relleno de bits, (iii) Verificación de tramas, (iv) Verificación de acuse de recibo y (v) Verificación de redundancia cíclica. Hay dos opciones de CRC que deben indicarse como para una longitud de CRC de 17 bits o para una longitud de CRC de 21 bits.
Ts = ([(SOF + ID + r1 + IDE + EDL + r0 + BRS / 2 + CRCdel / 2) * 1,2] + ACK + DEL + EOF + IFS) / t_x (3) Tf = (〖[( D〗 _f + BRS / 2 + ESI + DLC + CRCdel / 2) * 1,2] + 〖CRC〗 _17 + 5) / t_y (4)
donde SOF (inicio de trama) + ID (identificador) + r1 (bit reservado 1) + IDE + EDL (longitud de datos extendida) + r0 (bit reservado 0) + BRS / 2 (cambio de velocidad de bits) + CRCdel / 2 (CRC delimitador) = 17 bits, 1.2 es el factor del peor relleno de bits del caso, lo que significa que es necesario dividir por 5. Se considera BRS y CRCdel divididos por 2, porque están exactamente en el cambio de transición de la velocidad de bits. ACK (reconocimiento) + DEL (delimitador) + EOF (fin de trama) + IFS (espaciado entre tramas) = 12 bits sin relleno de bits. El tamaño de la carga útil CAN-FD puede ser de 0, 8, 12, 16, 20, 24, 32, 48, 64 bytes. t_X es el ancho de banda de transmisión para el encabezado del mensaje (hasta 1 Mbps).
Para datos <16 bytes
β = ((SOF + ID + r1 + IDE + EDL + r0 + BRS / 2 + CRCdel / 2 * 1,2) + ACK + DEL + EOF + IFS) / t_x + (〖[(D〗 _f + BRS / 2 + ESI + DLC + CRCdel / 2) * 1,2] + 〖CRC〗 _17 + 5) / t_y) / ω (5)
Para datos> = 16 bytes β = ((SOF + ID + r1 + IDE + EDL + r0 + BRS / 2 + CRCdel / 2 * 1,2) + ACK + DEL + EOF + IFS) / t_x + (〖[( D〗 _f + BRS / 2 + ESI + DLC + CRCdel / 2) * 1,2] + 〖CRC〗 _21 + 6) / t_y) / ω (6)
CAN FD también ha disminuido el número de errores no detectados mediante aumentos en el rendimiento del algoritmo CRC . [5] Además, CAN FD es compatible con las redes CAN 2.0 existentes, lo que permite que el nuevo protocolo funcione en la misma red que la CAN clásica. [6] Se ha estimado que CAN FD transmite datos hasta 30 veces más rápido que el CAN clásico.
Debido a la mayor velocidad de comunicación, las restricciones de CAN FD son más estrictas en términos de capacitancia parásita de línea. Por lo tanto, todos los componentes de la línea han visto su presupuesto de "capacitancia" reducido en comparación con el bus CAN normal . Esa es la razón por la que los proveedores de semiconductores han lanzado nuevos componentes aprobados por los fabricantes de automóviles. Esta aprobación refleja la necesidad de interoperabilidad entre todos los sistemas CAN FD. De hecho, los componentes de protección ESD seleccionados son compatibles con todos los transceptores (CAN o CAN FD) y soportan ISO7637-3. [7]
A pesar de un voltaje de separación más alto (37 V), los dispositivos para aplicaciones de camiones también deben cumplir con el requisito de baja capacitancia (3,5 pF). [8]
Cabeceras CAN y CAN FD TP
7 .. 4 (byte 0) | 3 .. 0 (byte 0) | 15 .. 8 (byte 1) | 23..16 (byte 2) | (byte 3) | (byte 4) | (byte 5) | (byte 6) | .... | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Marco único (SF) | 0 | tamaño (0..7) | Datos | ||||||
0 | tamaño (0..62) | Datos | |||||||
Primer fotograma (FF) | 1 | tamaño (8..4095) | Datos | ||||||
0 | 00 | tamaño (4bytes ~ 4GB) | Datos | ||||||
Cuadro consecutivo (CF) | 2 | índice (0..15) | Datos | ||||||
Marco de control de flujo (FC) | 3 | Bandera FC (0,1,2) | Tamaño de bloque | S T | No usado |
La tabla anterior explica el protocolo de transferencia definido para CAN + CANFD.
Específicamente para CANFD,
- si el primer byte de SF = 0, el segundo byte especifica el tamaño de los datos.
- si los primeros 2 bytes de FF = 0x10 00, los siguientes 4 bytes especifican el tamaño de los datos en primer orden de bytes altos. Esto virtualmente permite enviar datos de ~ 4GB (aprox.) En CAN FD.
CAN FD en acción
Se predijo que 2017 CAN FD se utilizaría en la mayoría de los vehículos en 2019/2020. [9]
Partidarios de CAN FD
Algunas de las empresas detrás del nuevo estándar incluyen STMicroelectronics , Infineon , [10] NXP , Texas Instruments , Kvaser, Daimler y GM .
Ver también
Referencias
- ^ a b "CAN en Automatización (CiA): CAN FD - La idea básica" . www.can-cia.org . Consultado el 25 de enero de 2017 .
- ^ "Bosch CAN FD Specification Version 1.0 (publicada el 17 de abril de 2012)" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 11 de diciembre de 2015 . Consultado el 2 de enero de 2019 .
- ^ de Andrade, R .; Hodel, KN; Justo, JF; Laganá, AM; Santos, MM; Gu, Z. (2018). "Evaluaciones de rendimiento analíticas y experimentales del bus CAN-FD" . Acceso IEEE . 6 : 21287–21295. doi : 10.1109 / ACCESS.2018.2826522 ..
- ^ https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-06082015-111553/publico/Dissertacao_Ricardo_rev2_17.pdf
- ^ https://www.kvaser.com/wp-content/uploads/2016/10/comparing-can-fd-with-classical-can.pdf
- ^ "El bus CAN FD de alta velocidad está llegando a los automóviles, dice Microchip" . Electrónica semanal . 2015-10-26 . Consultado el 26 de enero de 2017 .
- ^ "Protección ESD bus CAN para sistemas de 12V" . STMicroelectronics-ESDCAN03-2BWY .
- ^ "Protección ESD de bus CAN para sistemas de 24V" . STMicroelectronics-ESDCAN05-2BWY .
- ^ "CAN 2020: El futuro de la tecnología CAN" . www.can-cia.org . Consultado el 26 de enero de 2017 .
- ^ Kelling, Ursula (abril de 2014). "Microcontroladores Infineon" (PDF) . CAN Newsletter en línea . Consultado el 2 de junio de 2019 .
enlaces externos
- CAN FD: una introducción simple (incluye calculadora de eficiencia y tasa de bits)
- Comparación de CAN FD con CAN clásica
- CAN FD: de la teoría a la práctica
- Protección de bus CAN: proteja lo que le protege
- Linux e ISO 15765-2 con CAN FD: detalles de cómo la longitud de los datos (carga útil) difiere entre CAN y CANFD
- Linux e ISO 15765-2 con CAN FD 15th International CAN Conference 2015
- CAN FD explicado