CAN FD (Velocidad de datos flexible de la red de área del controlador) es un protocolo de comunicación de datos utilizado 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 especificado en ISO 11898-1. CAN FD es la segunda generación del protocolo CAN desarrollado por BOSCH. [1] La idea básica de overclockear parte del marco y sobredimensionar la carga útil se remonta a 1999. [2] Desarrollado en 2011 y lanzado en 2012 por Bosch , CAN FD [3] fue desarrollado para satisfacer la necesidad de aumentar los datos. velocidad de transferencia hasta 5 veces más rápida y con tamaños de marco/mensaje más grandes para uso en unidades de control electrónico (ECU) automotrices modernas.
Al igual que en el CAN clásico, el protocolo CAN FD está diseñado para transmitir y recibir de manera confiable 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, la omnipresencia del CAN clásico en las diferentes industrias conducirá a la inclusión de este protocolo mejorado de comunicación de datos también en una variedad de otras aplicaciones, como en los sistemas electrónicos utilizados en robótica, defensa, automatización industrial, vehículos submarinos, equipos médicos, aviónica, sensores de perforación de fondo de pozo, etc.
La principal diferencia entre la CAN clásica (Red de área de controlador) y CAN FD son los datos flexibles (FD). Al utilizar CAN FD, las unidades de control electrónico (ECU) están habilitadas para cambiar dinámicamente entre diferentes velocidades de datos y mensajes más largos o más cortos. Una velocidad de datos más rápida y más mejoras en la capacidad de datos dan como resultado varias ventajas operativas del sistema en comparación con el CAN clásico. 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 utilizan CAN FD para intercambiar información a través del bus CAN cuando el motor está en marcha o cuando el vehículo está en movimiento.
En CAN FD, es posible utilizar el identificador de 11 bits (formato de trama base FDBF FD) o el identificador de 29 bits (formato de trama extendida FEFF FD). El tamaño de la carga útil del mensaje se ha aumentado a 64 bytes de datos en cada trama/mensaje CAN, en comparación con solo 8 bytes en la trama CAN clásica. Una trama es un mensaje transmitido como una secuencia de patrón de bits binarios. En CAN FD, la velocidad de datos (es decir, el número de bits transmitidos por segundo) aumenta hasta ser de 5 a 8 veces más rápida que la del CAN clásico (de 5 a 8 Mbit/s solo para la carga útil de datos, la velocidad de bits de arbitraje aún está limitada al máximo). 1 Mbit/s para compatibilidad). La velocidad de datos depende de la longitud de la red de autobuses y de los transceptores utilizados . La especificación del protocolo CAN FD también incluye algunas otras mejoras, como una mejor detección de errores [4] 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, como y cuando sea necesario. En el bus CAN FD, algunos sensores pueden funcionar a una velocidad de datos más lenta mientras que otros a una velocidad de datos más rápida. El bus CAN 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 la red. autobús. Por lo tanto, una red físicamente larga puede limitar la velocidad de datos por debajo del máximo teórico.
Carga del bus CAN-FD que fue desarrollada mediante la ecuación de "De Andrade" basada en la ecuación de Tindel. [1] [5] [6]
β = τ/ω (1) (β = Carga de bus), (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 diferentes de detección de errores: dos de ellos funcionan a nivel de bits y los otros tres a nivel de mensajes. Ellos son:
- (1) Monitoreo de bits, - (2) Relleno de bits, - (3) Verificación del marco, - (4) Verificación de Acuse de recibo y - (5) Verificación de Redundancia Cíclica. Hay dos opciones de CRC que deben indicarse como una longitud de CRC de 17 (longitud de datos de 0 a 16 bytes) o una longitud de CRC de 21 bits (longitud de datos de 17 a 64) bytes.
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 (Conmutador de velocidad de bits) + CRCdel/2 (CRC delimitador)= 17 bits; 1,25 es el factor del relleno de bits en el peor de los casos, [7] lo que significa que el cálculo se incrementará en un 25%. Se considera BRS y CRCdel divididos por 2, porque están exactamente en el desplazamiento de la transición de 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 0, 8, 12, 16, 20, 24, 32, 48, 64 bytes. t_X es el ancho de banda de transmisión del encabezado del mensaje (hasta 1 Mbit/s).
β = ( (SOF+ID+r1+IDE+EDL+r0+BRS/2+CRCdel/2 * 1,25)+ACK+DEL+EOF+IFS)/t_x + (〖[(D〗_f+BRS/ 2+ESI+DLC+CRCdel/2)*1,25]+〖CRC〗_17+5)/t_y)/ω (5)
β = ( (SOF+ID+r1+IDE+EDL+r0+BRS/2+CRCdel/2 * 1,25)+ACK+DEL+EOF+IFS)/t_x + (〖[(D〗_f+BRS/ 2+ESI+DLC+CRCdel/2 )*1,25]+〖CRC〗_21+6)/t_y )/ω (6)
CAN FD también ha disminuido la cantidad de errores no detectados mediante aumentos en el rendimiento del algoritmo CRC . [8] 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 el CAN clásico. [9] La velocidad de bits de CAN FD puede ser de hasta 8 Mbit/s con el transceptor CAN SIC (Capacidad de mejora de señal) adecuado y, por lo tanto, hasta 8 veces más rápido que el CAN clásico con una fase de datos de 1 Mbit/s.
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 reducido su presupuesto de "capacitancia" en comparación con el bus CAN normal . Ésta 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. [10]
A pesar de una tensión de aislamiento más alta (37 V), los dispositivos para aplicaciones en camiones también deben cumplir con el requisito de baja capacitancia (3,5 pF). [11]
La transferencia de mensajes se expresa y regula a través de cuatro tipos de tramas distintas en CAN FD. Un DATA FRAME transporta datos desde un Transmisor a los Receptores, con cuatro subtipos bajo la categoría DATA FRAME.
La tabla anterior explica el protocolo de transferencia definido para CAN + CANFD, basado en ISO 15765-2 (ISO-TP).
CAN FD puede utilizar transceptor para CAN clásico y CAN FD. Además, hay un nuevo transceptor CAN SiC (capacidad de mejora de señal) con una velocidad de datos de 5 a 8 Mbit/s. [12]
En 2017, se predijo que CAN FD se utilizaría en la mayoría de los vehículos para 2019-2020. [13]
Algunas de las empresas detrás del nuevo estándar incluyen STMicroelectronics , Infineon , [14] NXP , Texas Instruments , Kvaser, Daimler y GM .
CAN FD forma una capa de enlace de datos básica en algunos protocolos de capa superior como CANopen, CANopen FD y J1939 y es compatible con diferentes empresas con pilas de protocolos.
CAN XL es la tercera versión de la capa de enlace de datos CAN después de CAN clásico y CAN FD. CAN FD es compatible con CAN XL.
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