浅谈CAN FD总线协议帧格式
假期更新了一文搞懂can总线协议帧格式，can fd总线协议怎能错过？本篇博文将讲解can fd总线协议帧格式。
1为什么会出现can fd？
随着总线技术在汽车电子领域越来越广泛和深入的应用，特别是自动驾驶技术的迅速发展，汽车电子对总线宽度和数据传输速率的要求也越来也高，传统can（1mbit/s，8bytes payload）已难以满足日益增加的需求。
因此在2012年，bosch发布了新的can fd标准 (can with flexible data rate) ，can fd继承了can的绝大多数特性，如同样的物理层，双线串行通信协议，基于非破坏性仲裁技术，分布式实时控制，可靠的错误处理和检测机制等，同时can fd弥补了can在总线带宽和数据长方面的不足。
2015年6月30日，国际标准化组织（iso）已经正式认可can fd，并无反对票通过iso 11898-1作为国际标准草案。
2什么是can fd？
can fd协议是由bosch以及行业专家预研开发的，并于2012年发布。通过标准化对其进行了改进，现已纳入iso 11898-1:2015。一开始的bosch can fd版本（非iso can fd）与iso can fd是不兼容。
can fd具有以下4个主要优点：
1、增加了数据的长度
can fd每个数据帧最多支持64个数据字节，而传统can最多支持8个数据字节。这减少了协议开销，并提高了协议效率。
2、增加传输的速度
can fd支持双比特率：与传统can一样，标称（仲裁）比特率限制为1 mbit/s，而数据比特率则取决于网络拓扑/收发器。实际上，可以实现高达5 mbit/s的数据比特率。
3、更好的可靠性
can fd使用改进的循环冗余校验（crc）和“受保护的填充位计数器”，从而降低了未被检测到的错误的风险。这在汽车和工业自动化等安全攸关的应用中至关重要。
4、平滑过渡
在一些特定的情况下can fd能用在仅使用传统can的ecu上，这样就可以逐步引入can fd节点，从而为oem简化程序和降低成本。
实际上，与传统can相比，can fd可以将网络带宽提高3到8倍，从而为数据的增长提供了一种简单的解决方案。
3can fd和can总线协议帧异同
can fd和can总线协议帧格式如下所示：
can fd和can总线协议帧不同点如下所示：
1、传输速率不同
can fd的速率可变，从控制场中的brs位到ack场之前（含crc分界符）为可变速率，最高速率可达到8mbps，其他部分与can相同。
2、数据长度不同
can fd支持的最大数据长度为64byte，can支持的最大数据长度为8byte。
3、帧格式不同
can fd新增了fdf、brs、esi位：
fdf 位（flexible data rate format）：原 can 数据帧中的保留位 r。表示 can 报文还是 can-fd 报文，fdf 位常为隐性（1），表示 can fd 报文；
brs 位（ bit rate switch）：表示位速率转换，当 brs 为显性位（0）时数据段的位速率与仲裁段的位速率一致（恒定速率），当 brs 为隐性位（1）时速率可变（即 bsr 到 crc 使用转换速率传输）；
esi 位（error state indicator）：发送节点错误状态指示，主动错误时发送显性位（0），被动错误时发送隐性位（1）。
4、id长度不同
can fd标准帧id长度可扩展至12bit，can的标准帧id为11bit。
4解析can fd帧结构
can fd节点可以正常收、发can报文，但can节点不能正确收、发can fd报文，因为其帧格式不一致。
与can一样，can fd一共具有：帧起始，仲裁段，控制段，数据段，crc段，ack段和帧结束，7部分组成。
4.1、帧起始
can与canfd使用相同的sof标志位来标志报文的起始。帧起始由1个显性位构成，标志着报文的开始，并在总线上起着同步作用。
4.2、仲裁段
与can不同，can fd取消了对远程帧的支持，用rrs位替换了rtr位，为常显性。ide用于区分标准帧和扩展帧。
4.3、控制段
can fd与can有着相同的ide、res和dlc位，同时增加了fdf、brs、esi三个bit位。
fdf 位（flexible data rate format）：原 can 数据帧中的保留位 r。表示 can 报文还是 can-fd 报文，fdf 位常为隐性（1），表示 can fd 报文；
brs 位（ bit rate switch）：表示位速率转换，当 brs 为显性位（0）时数据段的位速率与仲裁段的位速率一致（恒定速率），当 brs 为隐性位（1）时速率可变（即 bsr 到 crc 使用转换速率传输）；
esi 位（error state indicator）：发送节点错误状态指示，主动错误时发送显性位（0），被动错误时发送隐性位（1）。
4.4、数据段
can fd兼容can的数据格式，同时最大还能支持：12、16、 20、 24、 32、 48和64byte。
像在传统can中一样，can fd dlc是4位，表示帧中数据字节的数量。为了维持4位dlc，can fd使用从9到15的其余7个值来表示所使用的数据字节数（12、16、20、24、32、48、64）。
4.5、crc段
传统can中的循环冗余校验（crc）为15位，而在can fd中为17位（最多16个数据字节）或21位（20-64个数据字节）。在传统can中，crc中可以包含0到3个填充位，而在can fd中，总是有四个固定填充位以提高通信可靠性。
4.6、ack段
ack紧跟着crc结束标识位。不同的是，can fd支持2bits的ack的识别。
4.7、帧结束
与can一样，can fd的帧结尾也为连续7位的隐性位。
5can fd的改进
can fd采用了两种方式来提高通信的效率：一种方式为缩短位时间提高位速率；另一种方式为加长数据场长度减少报文数量降低总线负载率。
can fd在 crc 校验段采用了三种多项式来保证高速通讯下的数据可靠性。
1、缩短位时间提高位速率
can fd支持双比特率，与传统can一样，标称（仲裁）比特率限制为1 mbit/s，而数据比特率则取决于网络拓扑/收发器。实际上，可以实现高达5 mbit/s的数据比特率。
从控制段中的 brs 位到 ack 段之前（含 crc 分界符）为可变速率，其余部分为原 can 总线用的速率。两种速率各有一套位时间定义寄存器，它们除了采用不同的位时间单位 tq 外，位时间各段的分配比例也可不同。
2、加长数据段长度减少报文数量降低总线负载率
can fd每个数据帧最多支持64个数据字节，而传统can最多支持8个数据字节，这减少了协议开销，并提高了协议效率。
dlc 最大支持 64 个字节，在 dlc 小于等于 8 时与原 can 总线是一样的，大于 8 时则有一个非线性的增长，最大的数据场长度可达 64 字节。如下所示为 dlc 数值与字节数的非线性对应关系。
3、crc校验段
can fd使用改进的循环冗余校验（crc）和“受保护的填充位计数器”，由于 dlcs 的长度不同，在 dlc 大于 8 个字节时，can fd选择了两种新的 bch 型 crc 多项式，从而降低了未被检测到的错误的风险。
6如何从传统的can升级到can fd
尽管 canfd 继承了绝大部分传统 can 的特性，但是从传统 can 到 canfd 的升级， 我们仍需要做很多的工作。
1、在硬件和工具方面，要使用 canfd，首先要选取支持 canfd 的 can 控制器和收发器，还要选取新的网络调试和监测工具。
2、在网络兼容性方面，对于传统 can 网段的部分节点需要升级到 canfd 的情况要特别注意，由于帧格式不一致的原因，canfd 节点可以正常收发传统 can 节点报文，但是传统 can 节点不能正常收发 canfd 节点的报文。
can fd 协议是 can-bus 协议的最新升级，将 can 的每帧 8 字节数据提高到 64 字节，波特率从最高的 1mbps 提高到 8-15mbps，使得通讯效率提高 8 倍以上，大大提升了车辆的通讯效率。
此项技术一直被欧美企业垄断，直至 2016 年，中国 can-bus 领导者—广州致远电子股份有限公司，基于拥有完全知识产权的 can fd ip 核代码，研制出中国第一款 can fd 接口卡，使中国的总线技术水平与世界最高水平同步。
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随着总线技术在汽车电子领域越来越广泛和深入的应用，特别是自动驾驶技术的迅速发展，汽车电子对总线宽度和数据传输速率的要求也越来也高，传统can（1mbit/s，8bytes payload）已难以满足日益增加的需求。
因此在2012年，bosch发布了新的can fd标准 (can with flexible data rate) ，can fd继承了can的绝大多数特性，如同样的物理层，双线串行通信协议，基于非破坏性仲裁技术，分布式实时控制，可靠的错误处理和检测机制等，同时can fd弥补了can在总线带宽和数据长方面的不足。
2015年6月30日，国际标准化组织（iso）已经正式认可can fd，并无反对票通过iso 11898-1作为国际标准草案。
2什么是can fd？
can fd协议是由bosch以及行业专家预研开发的，并于2012年发布。通过标准化对其进行了改进，现已纳入iso 11898-1:2015。一开始的bosch can fd版本（非iso can fd）与iso can fd是不兼容。
can fd具有以下4个主要优点：
1、增加了数据的长度
can fd每个数据帧最多支持64个数据字节，而传统can最多支持8个数据字节。这减少了协议开销，并提高了协议效率。
2、增加传输的速度
can fd支持双比特率：与传统can一样，标称（仲裁）比特率限制为1 mbit/s，而数据比特率则取决于网络拓扑/收发器。实际上，可以实现高达5 mbit/s的数据比特率。
3、更好的可靠性
can fd使用改进的循环冗余校验（crc）和“受保护的填充位计数器”，从而降低了未被检测到的错误的风险。这在汽车和工业自动化等安全攸关的应用中至关重要。
4、平滑过渡
在一些特定的情况下can fd能用在仅使用传统can的ecu上，这样就可以逐步引入can fd节点，从而为oem简化程序和降低成本。
实际上，与传统can相比，can fd可以将网络带宽提高3到8倍，从而为数据的增长提供了一种简单的解决方案。
3can fd和can总线协议帧异同
can fd和can总线协议帧格式如下所示：
can fd和can总线协议帧不同点如下所示：
1、传输速率不同
can fd的速率可变，从控制场中的brs位到ack场之前（含crc分界符）为可变速率，最高速率可达到8mbps，其他部分与can相同。
2、数据长度不同
can fd支持的最大数据长度为64byte，can支持的最大数据长度为8byte。
3、帧格式不同
can fd新增了fdf、brs、esi位：
fdf 位（flexible data rate format）：原 can 数据帧中的保留位 r。表示 can 报文还是 can-fd 报文，fdf 位常为隐性（1），表示 can fd 报文；
brs 位（ bit rate switch）：表示位速率转换，当 brs 为显性位（0）时数据段的位速率与仲裁段的位速率一致（恒定速率），当 brs 为隐性位（1）时速率可变（即 bsr 到 crc 使用转换速率传输）；
esi 位（error state indicator）：发送节点错误状态指示，主动错误时发送显性位（0），被动错误时发送隐性位（1）。
4、id长度不同
can fd标准帧id长度可扩展至12bit，can的标准帧id为11bit。
4解析can fd帧结构
can fd节点可以正常收、发can报文，但can节点不能正确收、发can fd报文，因为其帧格式不一致。
与can一样，can fd一共具有：帧起始，仲裁段，控制段，数据段，crc段，ack段和帧结束，7部分组成。
4.1、帧起始
can与canfd使用相同的sof标志位来标志报文的起始。帧起始由1个显性位构成，标志着报文的开始，并在总线上起着同步作用。
4.2、仲裁段
与can不同，can fd取消了对远程帧的支持，用rrs位替换了rtr位，为常显性。ide用于区分标准帧和扩展帧。
4.3、控制段
can fd与can有着相同的ide、res和dlc位，同时增加了fdf、brs、esi三个bit位。
fdf 位（flexible data rate format）：原 can 数据帧中的保留位 r。表示 can 报文还是 can-fd 报文，fdf 位常为隐性（1），表示 can fd 报文；
brs 位（ bit rate switch）：表示位速率转换，当 brs 为显性位（0）时数据段的位速率与仲裁段的位速率一致（恒定速率），当 brs 为隐性位（1）时速率可变（即 bsr 到 crc 使用转换速率传输）；
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4.5、crc段
传统can中的循环冗余校验（crc）为15位，而在can fd中为17位（最多16个数据字节）或21位（20-64个数据字节）。在传统can中，crc中可以包含0到3个填充位，而在can fd中，总是有四个固定填充位以提高通信可靠性。
4.6、ack段
ack紧跟着crc结束标识位。不同的是，can fd支持2bits的ack的识别。
4.7、帧结束
与can一样，can fd的帧结尾也为连续7位的隐性位。
5can fd的改进
can fd采用了两种方式来提高通信的效率：一种方式为缩短位时间提高位速率；另一种方式为加长数据场长度减少报文数量降低总线负载率。
can fd在 crc 校验段采用了三种多项式来保证高速通讯下的数据可靠性。
1、缩短位时间提高位速率
can fd支持双比特率，与传统can一样，标称（仲裁）比特率限制为1 mbit/s，而数据比特率则取决于网络拓扑/收发器。实际上，可以实现高达5 mbit/s的数据比特率。
从控制段中的 brs 位到 ack 段之前（含 crc 分界符）为可变速率，其余部分为原 can 总线用的速率。两种速率各有一套位时间定义寄存器，它们除了采用不同的位时间单位 tq 外，位时间各段的分配比例也可不同。
2、加长数据段长度减少报文数量降低总线负载率
can fd每个数据帧最多支持64个数据字节，而传统can最多支持8个数据字节，这减少了协议开销，并提高了协议效率。
dlc 最大支持 64 个字节，在 dlc 小于等于 8 时与原 can 总线是一样的，大于 8 时则有一个非线性的增长，最大的数据场长度可达 64 字节。如下所示为 dlc 数值与字节数的非线性对应关系。
3、crc校验段
can fd使用改进的循环冗余校验（crc）和“受保护的填充位计数器”，由于 dlcs 的长度不同，在 dlc 大于 8 个字节时，can fd选择了两种新的 bch 型 crc 多项式，从而降低了未被检测到的错误的风险。
6如何从传统的can升级到can fd
尽管 canfd 继承了绝大部分传统 can 的特性，但是从传统 can 到 canfd 的升级， 我们仍需要做很多的工作。
1、在硬件和工具方面，要使用 canfd，首先要选取支持 canfd 的 can 控制器和收发器，还要选取新的网络调试和监测工具。
2、在网络兼容性方面，对于传统 can 网段的部分节点需要升级到 canfd 的情况要特别注意，由于帧格式不一致的原因，canfd 节点可以正常收发传统 can 节点报文，但是传统 can 节点不能正常收发 canfd 节点的报文。
can fd 协议是 can-bus 协议的最新升级，将 can 的每帧 8 字节数据提高到 64 字节，波特率从最高的 1mbps 提高到 8-15mbps，使得通讯效率提高 8 倍以上，大大提升了车辆的通讯效率。
此项技术一直被欧美企业垄断，直至 2016 年，中国 can-bus 领导者—广州致远电子股份有限公司，基于拥有完全知识产权的 can fd ip 核代码，研制出中国第一款 can fd 接口卡，使中国的总线技术水平与世界最高水平同步。
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