在近數(shù)十年的車載網(wǎng)絡(luò)標準之爭中，CAN憑借實時、穩(wěn)定、可靠等特性從LIN、FlexRay等通信標準中脫穎而出，現(xiàn)在道路上的大多數(shù)車輛均搭載CAN FD。但伴隨著汽車智能化時代的來臨，車載以太網(wǎng)憑借高帶寬、靈活性及較強的通用性，在車載通信領(lǐng)域逐漸受到關(guān)注和重視。

與此同時，第三代CAN總線CAN XL也正在不斷更新?lián)Q代和升級，那么CAN XL與以太網(wǎng)究竟誰更勝一籌？兩者的優(yōu)勢分別是什么？Kvaser研發(fā)經(jīng)理Kent Lennartsson就此撰寫了本篇文章。

*Kent Lennartsson擁有38年的從業(yè)經(jīng)驗并且他正在參與CAN XL相關(guān)標準制定工作。

以太網(wǎng)的優(yōu)勢

使用以太網(wǎng)的主要原因是通過LAN和Internet與普通計算機通信時，無需任何修改即可使用通常的TCP/IP。如果只需要通過串行通信傳輸信息，以太網(wǎng)是不二之選。Windows、Linux和許多其他操作系統(tǒng)都包含TCP/IP和UDP等軟件支持，為軟件開發(fā)提供了快速通道。

實時視頻傳輸需要使用高帶寬通信信道（0.1Gbit/s至5Gbit/s）。目前使用的MIPI本質(zhì)上是普通的Serdes LVDS（低壓差分信號），設(shè)計用于將相機連接到外殼內(nèi)的計算機。

以太網(wǎng)提供了一種更強大的技術(shù)，可以在相對惡劣的環(huán)境中生存。如果將以太網(wǎng)用于需要高帶寬的相機和其他設(shè)備，那么將其用于目前通過CAN運行的低帶寬信號，也是具有很大的吸引力。盡管音頻和視頻都具有時間關(guān)鍵性，但它們與大多數(shù)其他實時信號存在著一些主要區(qū)別：

◆ 信號傳輸不對稱，來自攝像機的帶寬高，但幾乎沒有信號傳到攝像機。視頻顯示也是如此，但方向相反。

◆ 帶寬恒定，幀率固定。

將用于視頻的時間表擴展到包括其他實時信號是可能的。問題在于，在汽車中，還有大量很少出現(xiàn)但仍必須作為實時數(shù)據(jù)處理的參數(shù)（例如大燈開關(guān)、轉(zhuǎn)向燈）。這就是出現(xiàn)TT-CAN和Flexray等解決方案的主要原因。以太網(wǎng)本身并不用于實時通信（即使速度很快），為了在以太網(wǎng)中提供可預(yù)測的信號，TSN被放置在以太網(wǎng)之上為所有關(guān)鍵數(shù)據(jù)提供具有最大延遲保證的預(yù)定流量。

為了減少延遲，設(shè)計了以太網(wǎng)收發(fā)器來支持PHY級防撞（PLCA），這是一種具有動態(tài)時隙長度的固定順序傳輸。標題為“PLCA第148條概述”的文件中提供了概述和一些模擬。如本文所述，PLCA對于超過60字節(jié)的幀非常有效，但8個節(jié)點的延遲為4毫秒至8毫秒，而當CAN以1Mbit/s的速度傳輸任意節(jié)點時，優(yōu)先級最高的包的延遲為0.25毫秒。對于每個優(yōu)先級較低的數(shù)據(jù)包，還需添加0,125毫秒，這樣就能在前2毫秒發(fā)送15個高優(yōu)先級CAN幀。這相當于從15個節(jié)點發(fā)送120個字節(jié)，在此期間，兩個10base-T1S節(jié)點傳輸了2500字節(jié)。但是，在所有八個節(jié)點都有機會發(fā)送信息之前，還需要6毫秒。

CAN/CAN XL的優(yōu)勢

實時控制系統(tǒng)中的串行通信比下載文件要復(fù)雜得多。CAN針對實時控制進行了優(yōu)化，即使對元件公差要求低、軟件有限和使用低成本布線也是如此。1983年發(fā)明CAN時，MCU（微控制器單元）具有4KiB ROM、128字節(jié)RAM和1.5%的振蕩器容差。要運行以太網(wǎng)，需要50-ppm（百萬分之一）振蕩器。對于微型IP，TCP/IP軟件大小約為6KiB，輕量級IP約為23KiB，而至少2KiB RAM僅允許運行較小的以太網(wǎng)幀。

使用LIN和CAN FD Light的主要理由是通過在沒有任何軟件的情況下制造組件來進一步降低硬件成本。使用不帶軟件或帶有有限軟件的產(chǎn)品也使獲得ISO 26262等功能安全標準變得更加簡單。

借助CAN XL技術(shù)，可以將已安裝電纜布局的帶寬和延遲優(yōu)化到0,125 Mbit/s至20 Mbit/s的范圍內(nèi)。因此，CAN XL在小型軟件、靈活性、成本和性能之間提供了極好的折衷方案。

Kvaser與CAN XL

我們在Kvaser現(xiàn)有的CAN/CAN-FD IP核中增加了CAN XL功能。該IP核主要用于基于FPGA的產(chǎn)品，但也是MCU里面一個主要的參與者。它為Kvaser的CAN XL開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。該設(shè)計的一個挑戰(zhàn)在于封裝尺寸的增加，這就要求CAN緩沖器具有8字節(jié)、64字節(jié)和高達2048字節(jié)的容量。還有一個主要問題是：如何有效處理混合了2048字節(jié)的長幀和少量字節(jié)的短幀？

第一步是確認IP仍然與博世CAN/CAN FD參考模型匹配，然后可以將CAN XL功能添加到現(xiàn)有IP核中。與將CAN FD添加到傳統(tǒng)CAN相比，添加CAN XL功能相對容易，因為它只包含更多的CRC模塊、位時序寄存器、PWM（脈寬調(diào)制）和一些稍微復(fù)雜的功能。

Kent參加在密西根底特律舉辦的CAN XL Plugfest測試會議

盡管沒有CAN XL的參考模型，但Kvaser在與底特律CiA plugfest上出現(xiàn)的所有硬件進行通信時沒有遇到任何問題，同時測試速率達到了20Mbit/s，現(xiàn)在我們?nèi)栽谶M行CAN XL技術(shù)相關(guān)的研究工作。

車載通信作為智能網(wǎng)聯(lián)功能的基礎(chǔ)，對于智能駕駛的性能提升和智能車艙服務(wù)的多樣化發(fā)展都非常重要。CAN XL既保留了CAN本身的優(yōu)勢、特點，又能對以太網(wǎng)進行銜接，結(jié)合以太網(wǎng)等其他車載總線通信技術(shù)，將有力推動智能網(wǎng)聯(lián)電動汽車的形態(tài)升級和業(yè)態(tài)演進。作為CAN總線專家，Kvaser在ISO等相關(guān)標準制定后，就會即刻進行相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)，后續(xù)也會繼續(xù)與大家分享CAN XL的最新動態(tài)。