Tổng quát

Với số lượng ngày càng tăng của thiết bị điện tử và dữ liệu được truyền trong các phương tiện hiện đại, giao thức CAN với Flexible Data-Rate (CAN FD) đã được tạo ra để đáp ứng nhu cầu của ngành và người tiêu dùng. Do đó, các kỹ sư trong ngành công nghiệp ô tô cần hiểu giao thức ở mức độ sâu hơn để có thể tận dụng các khả năng của nó.

Whitepaper này sẽ đề cập đến động cơ thúc đẩy cho giao thức mới, các thông số kỹ thuật chính làm cho CAN FD khác với CAN truyền thống và giới thiệu các công cụ NI có thể được sử dụng để kiểm tra và mô phỏng các thiết bị CAN FD.

Động cơ thúc đẩy cho giao thức

Giao thức CAN (Controller Area Network) đã xuất hiện từ những năm 1980 và đã trở thành mạng trên xe được sử dụng rộng rãi nhất cho ECU và giao tiếp cảm biến. Với nhu cầu ngày càng tăng của người tiêu dùng, sự an toàn và quy định luật pháp đối với ô tô, số lượng thiết bị điện tử nhúng truyền dữ liệu không ngừng tăng lên và lượng dữ liệu được sử dụng để kiểm soát và dữ liệu chẩn đoán thậm chí còn tăng nhanh hơn. Điều này đã tạo ra nhu cầu có thể truyền nhiều dữ liệu hơn bên trong xe để đạt được chức năng cần thiết cho các phương tiện ngày nay. Nhưng cũng giống như mọi thứ trong ô tô, chi phí để có thể làm được điều này là rất quan trọng và phải được giảm thiểu để ngành có thể áp dụng nó trên quy mô lớn.

Giao thức CAN FD đạt được điều trên bằng cách thực hiện hai yêu cầu chính của ngành:

Tăng băng thông truyền thông điện tử ô tô

Thông số kỹ thuật CAN ban đầu được xác định trong tiêu chuẩn ISO 11898 giới hạn giao tiếp mạng ở băng thông tối đa là 1 Mbit/s. Hạn chế này khiến các nhà cung cấp và nhà sản xuất ô tô muốn tiếp tục sử dụng giao thức CAN để thiết kế các mạng CAN bổ sung vào phương tiện để truyền dữ liệu cần thiết. Tuy nhiên, việc có nhiều mạng hơn trong ô tô dẫn đến yêu cầu hệ thống dây điện bổ sung đáng kể, điều này làm tăng thêm trọng lượng của xe và giảm hiệu suất của xe cũng như hiệu quả sử dụng nhiên liệu.

CAN FD giải quyết vấn đề giới hạn băng thông bằng cách cho phép tốc độ bit cao hơn 1 Mbit/s đồng thời tăng khả năng hỗ trợ tải trong thông điệp CAN FD trên mức tối đa trước đó là 8 byte. Nhiều công ty ô tô vẫn đang xem xét tốc độ bit mà họ sẽ sử dụng trong ô tô, nhưng một số công ty, mức phổ biến nhất là 2 và 5 Mbit/s trong khi những công ty khác đang xem xét sử dụng tới 8 Mbit/s cho các ứng dụng chính như nhấp nháy ECU và truyền đi những thông điệp dài. Các khung được định dạng CAN FD tăng đáng kể hỗ trợ kích thước thông điệp bằng cách cho phép tối đa 64 byte trong một thông điệp.

Chi phí nâng cấp và di chuyển tối thiểu

Ngoài CAN, còn có các mạng trong xe khác có băng thông liên lạc cao hơn 1 Mbit/s. Tuy nhiên, các mạng này, như FlexRay và Ethernet dành cho ô tô, khác biệt đáng kể so với lớp vật lý CAN, điều đó có nghĩa là việc thực hiện thay đổi để hỗ trợ chúng thay vì CAN là rất tốn kém đối với các nhà cung cấp và OEM.

CAN FD cũng giải pháp lý tưởng cho vấn đề này vì lớp vật lý giống như CAN tốc độ cao. Sự khác biệt duy nhất về phần cứng là sử dụng bộ điều khiển giao thức mới với bộ thu phát đủ tiêu chuẩn cho phép tốc độ nhanh hơn. Ngoài ra, các thay đổi phần mềm là tối thiểu vì định dạng thông điệp rất giống nhau. Trên thực tế, không cần thay đổi phần mềm khi sử dụng tin nhắn CAN FD ở tốc độ lên tới 1 Mbit/s và kích thước 8 byte.

Định dạng thông điệp CAN FD

Có nhiều điểm tương đồng giữa định dạng CAN điển hình và định dạng CAN FD, nhưng có một số điểm khác biệt chính cần được xem xét đến. Các bổ sung quan trọng và thông số kỹ thuật định dạng CAN FD được nêu dưới đây:

• Extended Data Length (EDL) - Độ dài dữ liệu mở rộng: bit dành riêng sau IDE hoặc sau bit RTR trong khung CAN tiêu chuẩn được truyền đi.
• r1, r0: r1 được dành riêng cho việc mở rộng giao thức trong tương lai và r0 được sử dụng để đồng bộ hóa lại trước khi chuyển đổi tốc độ bit tùy chọn. Cả hai bit được truyền trên đường truyền chiếm ưu thế.
• Bit Rate Switch (BRS) - Chuyển đổi tốc độ bit: Truyền dẫn chiếm ưu thế có nghĩa là tốc độ bit trong khung Data giống với pha phân xử trong khi truyền dẫn ẩn biểu thị tốc độ bit nhanh hơn cho pha dữ liệu.
• Error State Indicator (ESI) - Chỉ báo trạng thái lỗi: đường truyền ưu tiên đối với lỗi chủ động và đường truyền lặn đối với lỗi thụ động.
• Data Length Code (DLC) - Mã độ dài dữ liệu: Các giá trị DLC nằm trong khoảng từ 1001 đến 1111 được sử dụng để chỉ định độ dài dữ liệu là 12, 16, 20, 24, 32, 48 và 64 byte.
• Cyclic Redundancy Check (CRC) - Kiểm tra dự phòng theo chu kỳ: Độ dài của CRC phụ thuộc vào độ dài của DLC và EDL. CRC là 15 bit cho thông điệp CAN và 17 hoặc 21 bit cho CAN FD.

Công cụ NI cho giao tiếp CAN FD

Dòng sản phẩm thiết bị giao tiếp CAN của NI-XNET được thiết kế để trở thành các mô-đun hiệu suất cao, dễ dàng thích ứng với các tiêu chuẩn và giao thức mới. Do lớp vật lý CAN FD rất giống với lớp CAN tốc độ cao nên tất cả các giao tiếp NI-XNET CAN hỗ trợ giao tiếp CAN tốc độ cao cũng hỗ trợ CAN FD với tốc độ bit lên đến 8 Mbit/s.

Dưới đây là danh sách các giao diện NI-XNET hỗ trợ giao tiếp CAN FD:

• NI 9862
• USB-8502
• NI PXI-8513/2
• NI PXI-8513
• NI PXI-8512/2
• NI PXI-8512
• NI PCI-8513/2
• NI PCI-8513
• NI PCI-8512/2
• NI PCI-8512

Cáp thu phát NI High-Speed/FD CAN cho phép kết nối với bộ điều khiển NI CompactDAQ tương thích

Các giao tiếp này kết hợp với API NI-XNET mạnh mẽ và trực quan trang bị cho các kỹ sư các công cụ linh hoạt để kiểm tra và mô phỏng CAN FD trong toàn bộ chu trình phát triển.

Các thông tin liên quan