CAN FD（控制器局域網絡靈活數據速率）是一種用于車輛和工業自動化中的通信協議，它是對原始CAN協議的擴展。CAN FD的主要優勢是能夠傳輸更大的數據負載，同時保持與原始CAN協議的向后兼容性。

1. CAN協議簡介

在深入了解CAN FD之前，讓我們先回顧一下CAN協議的基本原理。CAN是一種基于消息的通信協議，它允許多個設備在沒有中央控制單元的情況下相互通信。CAN協議的核心是其數據幀結構，它包括標識符（ID）和數據字段。

1.1 CAN標準幀結構

標準的CAN幀由以下部分組成：

• 起始位 ：表示幀的開始。
• 仲裁段 ：包含11位標識符，用于確定發送消息的優先級。
• 控制段 ：包含6位，其中包含遠程傳輸請求（RTR）和數據長度代碼（DLC）。
• 數據段 ：最多可以包含8個字節的數據。
• CRC段 ：用于錯誤檢測。
• 應答段 ：接收設備發送應答信號。
• 結束位 ：表示幀的結束。

2. CAN FD的引入

隨著技術的發展，原始CAN協議的數據傳輸能力逐漸不能滿足日益增長的需求。因此，CAN FD被引入以提供更高的數據傳輸速率和更大的數據負載。

2.1 CAN FD的主要特點

• 更高的數據速率 ：CAN FD允許在總線上實現更高的數據傳輸速率，最高可達8 Mbps。
• 更大的數據負載 ：CAN FD的數據段可以包含最多64個字節的數據，而標準CAN只有8個字節。
• 向后兼容性 ：CAN FD幀可以被標準CAN節點正確解析，只要它們不嘗試解析擴展的數據段。

3. CAN FD標準幀的ID段

在CAN FD協議中，ID段的擴展是其關鍵特性之一。讓我們詳細探討這一部分。

3.1 ID段的結構

CAN FD幀的ID段由29位組成，這比標準CAN的11位ID段要長得多。這29位ID段被分為兩部分：

• 基本ID ：前11位，與標準CAN的ID段相同。
• 擴展ID ：接下來的18位，為CAN FD協議所獨有。

3.2 基本ID和擴展ID的作用

• 基本ID ：用于在CAN網絡中標識消息的類型。它與標準CAN協議中的ID段功能相同。
• 擴展ID ：提供了額外的標識符位，允許在CAN FD網絡中區分更多的消息類型。

3.3 ID段的優先級

在CAN FD協議中，ID段的優先級由基本ID和擴展ID共同決定。在仲裁過程中，ID段的最低有效位（即基本ID的最低位）具有最高的優先級。這意味著，如果兩個消息的基本ID相同，它們的擴展ID將被用于確定優先級。

4. CAN FD幀的其他部分

除了ID段之外，CAN FD幀還包括其他幾個關鍵部分，它們與標準CAN幀有所不同。

4.1 控制段

CAN FD幀的控制段由8位組成，而不是標準CAN的6位。這8位包括：

• 遠程傳輸請求（RTR） ：1位，用于指示消息是否為遠程請求。
• 數據長度代碼（DLC） ：4位，用于指示數據段的長度。
• FDF（Flexible Data Rate Format） ：1位，用于指示是否使用了CAN FD格式。
• BRS（Bit Rate Switching） ：1位，用于指示是否在數據段使用了更高的數據速率。
• ESI（Error State Indicator） ：1位，用于指示發送節點的錯誤狀態。

4.2 數據段

CAN FD幀的數據段最多可以包含64個字節的數據，這比標準CAN的8個字節要大得多。數據段的長度由DLC字段指定。

4.3 CRC段

CAN FD幀的CRC段用于錯誤檢測，它的長度與標準CAN相同，為15位。然而，CAN FD協議使用了一種不同的CRC算法，以適應更大的數據負載。

4.4 應答段

CAN FD幀的應答段與標準CAN相同，用于接收設備發送應答信號。