CAN FD

CAN FD

CAN FD(Controller Area Network Flexible Data-Rate)는 일반적으로 센서 데이터와 제어 정보를 전자 계측기와 제어 시스템의 서로 다른 부분 간에 2개의 와이어 상호 연결로 브로드캐스트하는 데 사용되는 데이터 통신 프로토콜입니다.이 프로토콜은 최신 고성능 차량에 사용됩니다.CAN FD는 ISO 11898-1에 [1]지정된 원래 CAN 버스 프로토콜의 확장입니다.프레임의 일부를 오버클럭하여 페이로드를 오버사이징하는 기본 개념은 1999년으로 거슬러 올라갑니다.[2]2011년에 개발되어 Bosch에서 2012년에 출시한 CAN[3] FD는 최신 자동차 ECU(전자 컨트롤 유닛)에 사용하기 위해 데이터 전송 속도를 최대 5배까지 높이고 더 큰 프레임/메시지 크기를 제공하도록 개발되었습니다.기존의 CAN과 마찬가지로 CAN FD 프로토콜은 센서 데이터, 제어 명령을 안정적으로 송수신하고 전자 센서 장치, 컨트롤러 및 마이크로 컨트롤러 간에 데이터 오류를 감지하도록 설계되었습니다.CAN FD는 주로 고성능 차량 ECU에서 사용하도록 설계되었지만, 다양한 산업에서 고전적인 CAN의 보급으로 인해 로봇 공학, 국방, 산업 자동화, 수중 VE에 사용되는 전자 시스템과 같은 다양한 다른 애플리케이션에도 향상된 데이터 통신 프로토콜이 포함될 것입니다.히클, 의료기기, 항전장치, 다운홀 시추센서 등

CAN FD와 기존 CAN 비교

기존의 CAN(Controller Area Network)과 CAN FD의 주요 차이점은 유연한 데이터(FD)입니다. CAN FD를 사용하면 ECU(Electronic Control Unit)가 다른 데이터 속도로 더 크거나 더 작은 메시지 크기로 동적으로 전환할 수 있습니다.CAN FD의 향상된 기능에는 필요에 따라 더 빠르고 느린 데이터 속도를 동적으로 선택 및 전환하고 동일한 CAN 프레임/메시지 내에서 더 많은 데이터를 압축하여 더 짧은 시간 내에 CAN 버스/네트워크를 통해 전송할 수 있는 기능이 포함됩니다.데이터 속도가 빨라지고 데이터 용량이 향상되므로 기존 CAN에 비해 몇 가지 시스템 운영상의 이점이 있습니다.CAN FD를 사용하면 ECU(전자 컨트롤 유닛) 소프트웨어를 통해 센서 및 컨트롤 데이터를 훨씬 빠르게 보내고 받을 수 있습니다.실행 중인 ECU 소프트웨어에 의해 발행되는 명령은 출력 컨트롤러에 훨씬 더 빨리 도달합니다.CAN FD는 일반적으로 최신 차량의 고성능 ECU에 사용됩니다.최신 차량에는 엔진이 작동 중이거나 차량이 이동할 때 CAN FD를 사용하여 CAN 버스를 통해 정보를 교환하는 ECU가 70개 이상 있을 수 있습니다.

CAN FD에서는 11비트 식별자(FDBF FD 기본 프레임 형식) 또는 29비트 식별자(FEF FD 확장 프레임 형식)를 사용할 수 있습니다.메시지 페이로드 크기는 기존 CAN 프레임의 8바이트에 불과했던 것에 비해 각 CAN 프레임/메시지 내의 데이터 크기가 64바이트로 증가했습니다.프레임은 바이너리비트 패턴의 시퀀스로 송신되는 메시지입니다.CAN FD에서는 데이터 전송 속도(즉 초당 전송 비트 수)가 기존 CAN보다 5~8배 빨라집니다(데이터 페이로드의 경우 5~8Mbit/s, 호환성을 위해 중재 비트 전송 속도는 여전히 최대 1Mbit/s로 제한됩니다).데이터 레이트는 버스 네트워크의 토폴로지 및 사용되는 트랜시버에 따라 달라집니다.CAN FD 프로토콜 사양에는 수신된 CAN 메시지의 오류를[4] 더 잘 감지하고 (목록에서) 동적으로 선택하고 필요에 따라 더 빠르거나 더 느린 데이터 전송으로 전환할 수 있는 소프트웨어 유연성과 같은 몇 가지 다른 향상된 기능이 포함되어 있습니다.CAN FD 버스에서 일부 센서는 느린 데이터 속도로 작동하는 반면 다른 센서는 더 빠른 데이터 속도로 작동할 수 있습니다.CAN 버스는 전자 센서, 컨트롤러 유닛 및 ECU가 연결되는 공유 와이어 쌍입니다.CAN 버스는 주기적으로 또는 온디맨드 방식으로 작동 장치 간에 정보를 교환하는 데 사용됩니다.CAN 버스의 전기적 상태 및 구성, 즉 연결된 총 장치 수, CAN 버스 와이어의 길이 및 기타 전자기 요인에 따라 해당 CAN 버스에서 가능한 가장 빠른 데이터 전송 속도가 결정됩니다.CAN 프로토콜(및 확장 CAN FD)은 신호의 전파 시간과 네트워크 구성(링, 버스 또는 별), 그리고 더 적은 범위로 버스의 장치 수에 따라 달라지는 우수한 충돌 해결 메커니즘을 가지고 있습니다.따라서 물리적으로 긴 네트워크에서는 데이터 레이트가 이론상 최대치 이하로 제한될 수 있습니다.

Tindel의 방정식에 [1][5][6]기초한 De Andrade's 방정식에 의해 개발된 CAN-FD 버스로드.

β = β/busload (1) (β = Busload), (bat = 느린 비트의 시간 + 빠른 비트의 시간), β(측정 초 단위 시간).τ = Ts + Tf (2)

CAN-FD 프로토콜은 5가지 오류 감지 메커니즘을 정의합니다.그 중 2개는 비트레벨로 동작하고 나머지 3개는 메시지레벨로 동작합니다다음과 같은 것이 있습니다.

- (1) 비트 모니터링, (2) 비트 스터핑, (3) Frame Check, - (4) Acknowledgement Check, (5) Cyclic Redundancy Check.CRC에는 CRC 길이 17(데이터 길이 0~16바이트) 또는 CRC 길이 21비트(데이터 길이 17~64바이트)의 2가지 옵션이 있습니다.

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 )

여기서 SOF(Start of Frame) + ID(Identifier) + r1(확장 비트 1) + IDE + EDL(확장 데이터 길이) + r0(확장 비트 0) + BRS/2(비트 속도 스위치) = 17비트; 1.2는 비트 스터핑의 최악의 경우를 의미합니다.이는 BRS와 CRCdel을 2로 나눈 것으로 간주됩니다.이는 BRS와 CRCdel이 정확히 비트환율 천이의 시프트에 있기 때문입니다.ACK(Acknowledge) + DEL(Delimiter) + EOF(End-of-Frame) + IFS(Interframe Spacing) = 비트스탬핑 없음12비트CAN-FD 페이로드 사이즈는 0, 8, 12, 16, 20, 24, 32, 48, 64 바이트입니다.t_X는 메시지헤더의 전송 대역폭(최대 1 Mbit/s)입니다.

  • 데이터가 16바이트 미만인 경우
β = (SOF+ID+r1+IDE+EDL+r0+BRS/2+CRCdel/2*1,2)+ACK+DEL+EOF+IFS)/t_x + ([(Dd_f+BRS/2+ESI+DLC+CRCdel/2)]*1,2]+(CRC__17+5)/t_y)/(5)
  • 데이터 > = 16 바이트의 경우
β = (SOF+ID+r1+IDE+EDL+r0+BRS/2+CRCdel/2*1,2)+ACK+DEL+EOF+IFS)/t_x + ([(Dd_f+BRS/2+ESI+DLC+CRCdel/2)]*1,2]+(CRC__21+6)/t_y )/(6)

또한 CAN FD는 CRC 알고리즘의 [7]성능 향상을 통해 검출되지 않은 오류 수를 줄였습니다.또한 CAN FD는 기존 CAN 2.0 네트워크와 호환되므로 새 프로토콜이 기존 [8]CAN과 동일한 네트워크에서 작동할 수 있습니다.CAN FD 비트 전송률은 우측 CAN SIC(신호 개선 기능) 트랜시버를 사용하면 최대 8MBit/s까지 가능하며, 1MBit/s 데이터 위상의 기존 CAN보다 최대 8배 빠릅니다.

통신 속도가 높기 때문에 CAN FD 제약 조건은 라인 기생 캐패시턴스 측면에서 더 엄격합니다.따라서 라인상의 모든 컴포넌트는 일반 CAN 버스에 비해 "용량" 예산이 절감되었습니다.반도체 공급업체가 자동차 업체에서 승인한 신제품을 내놓은 것도 이 때문이다.이 승인은 모든 CAN FD 시스템 간의 상호 운용성의 필요성을 반영합니다.실제로 선택된 ESD 보호 구성요소는 모든 트랜시버(CAN 또는 CAN FD)와 호환되며 ISO7637-3을 지원합니다.[9]

더 높은 대기 전압(37V)에도 불구하고, 트럭을 사용하기 위한 장치는 낮은 정전 용량 요구 사항(3.5pF)[10]을 준수해야 합니다.

CAN 및 CAN FD TP 헤더

CAN + CANFD -TP 헤더
7 .. 4 (바이트 0) 3 .. 0 (바이트 0) 15 ~ 8 (바이트 1) 23 . 16 (바이트 2) (바이트 3) (바이트 4) (바이트 5) (바이트 6) ....
싱글 프레임(SF) 0 크기(0..7) 데이터.
0 크기(0..62) 데이터.
첫 번째 프레임(FF) 1 사이즈(8..4095) 데이터.
0 00 크기(4바이트~4GB) 데이터.
연속 프레임(CF) 2 인덱스(0..15) 데이터.
흐름 제어 프레임(FC) 3 FC 플래그(0, 1, 2) 블록 크기 세인트 미사용

위의 표는 ISO 15765-2(ISO-TP)에 기반하여 CAN + CANFD에 대해 정의된 전송 프로토콜을 설명합니다.

CANFD에 관해서는

  • SF=0의 첫 번째 바이트인 경우 두 번째 바이트는 데이터 크기를 지정합니다.
  • FF=0x10 00의 처음 2바이트인 경우, 4바이트 뒤에 오는 것은 높은 바이트의 첫 번째 순서로 데이터 크기를 지정합니다.이를 통해 CAN FD에서 최대 4GB(약)의 데이터를 전송할 수 있습니다.

CAN 트랜시버

CAN FD는 기존의 CAN 및 CAN FD에 송수신기를 사용할 수 있습니다.또한 데이터 [11]속도가 5~8MBit/s인 새로운 CAN SiC(신호 개선 기능) 트랜시버가 출시되었습니다.

CAN FD 작동 중

2017년에 CAN FD는 2019-2020년까지 [12]대부분의 차량에 사용될 것으로 예측되었다.

CAN FD 서포터

새로운 표준의 배후에 있는 기업에는, STMicroelectronics, Infineon,[13] NXP, Texas Instruments, Kvaser, Daimler, GM등이 있습니다.

CAN FD는 CANopen FD 및 J1939로 CANopen과 같은 상위 계층 프로토콜에서 기본 데이터 링크 계층을 형성하고 프로토콜 스택을 통해 서로 다른 회사에서 지원합니다.

CAN XL

CAN XL은 기존의 CAN 및 CAN FD에 이은 세 번째 버전의 CAN 데이터 링크 계층입니다.CAN FD는 CAN XL과 호환됩니다.

레퍼런스

  1. ^ a b "CAN in Automation (CiA): CAN FD - The basic idea". www.can-cia.org. Retrieved 2017-01-25.
  2. ^ Cena, G.; Valenzano, A. (1999). "Overclocking of controller area networks". Electronics Letters. 35 (22): 1923. doi:10.1049/el:19991289.
  3. ^ "Bosch CAN FD Specification Version 1.0 (released April 17th, 2012)" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2015-12-11. Retrieved 2019-01-02.
  4. ^ "CAN FD and the CRC issue" (PDF).{{cite web}}: CS1 maint :url-status (링크)
  5. ^ 를 클릭합니다de Andrade, R.; Hodel, K. N.; Justo, J. F.; Laganá, A. M.; Santos, M. M.; Gu, Z. (2018). "Analytical and Experimental Performance Evaluations of CAN-FD Bus". IEEE Access. 6: 21287–21295. doi:10.1109/ACCESS.2018.2826522..
  6. ^ https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-06082015-111553/publico/Dissertacao_Ricardo_rev2_17.pdf[베어 URL PDF]
  7. ^ "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2019-04-16. Retrieved 2017-01-25.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 복사(링크)
  8. ^ "High speed CAN FD bus is coming to cars, says Microchip". Electronics Weekly. 2015-10-26. Retrieved 2017-01-26.
  9. ^ "CAN bus ESD protection for 12V systems". STMicroelectronics-ESDCAN03-2BWY.
  10. ^ "CAN bus ESD protection for 24V systems". STMicroelectronics-ESDCAN05-2BWY.
  11. ^ "CAN Signal Improvement". www.nxp.xom. Archived from the original on 2020-08-04. Retrieved February 2, 2022.
  12. ^ "CAN 2020: The future of CAN technology". www.can-cia.org. Retrieved 2017-01-26.
  13. ^ Kelling, Ursula (April 2014). "Infineon Microcontrollers" (PDF). CAN Newsletter Online. Retrieved June 2, 2019.

외부 링크