為何CAN FD不容錯過呢?
在“走紅”數(shù)年、在總線領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的CAN(控制器局域網(wǎng)絡(luò))終要回歸“幕后”——隨著新能源汽車、自動駕駛技術(shù)的快速發(fā)展,以及對于ADAS和人機交互需求的增加,CAN總線在傳輸速率和帶寬等方面越來越顯得“力不從心”,其升級版——CAN FD(可變速率應(yīng)運而生。它繼承了傳統(tǒng)CAN總線主要特性,同時支持高達(dá)5 Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率,并改善了錯誤幀漏檢率,被視為是下一代主流汽車總線系統(tǒng)。此外,CAN總線在工業(yè)自動化等領(lǐng)域的應(yīng)用也面臨同樣的訴求。但從CAN走向CAN FD的升級路上,仍需攻克多重關(guān)卡。
需求起飛
在博世2011年提出CAN FD之后,雖然應(yīng)用一直波瀾不驚,但近些年已然發(fā)生了變化。
德州儀器(TI)接口產(chǎn)品部門產(chǎn)品線經(jīng)理Charles (Chuck) Sanna介紹,近年來在與整車廠進(jìn)行溝通時,發(fā)現(xiàn)需求已在上量,無論是新能源汽車的電機、ADAS的互連、自動駕駛產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)等等,都在催生對CAN FD的需求。
不只在汽車領(lǐng)域借勢走高,工業(yè)自動化的CAN FD總線需求亦在擴大。Charles Sanna提到,這樣各種分立式的馬達(dá)驅(qū)動以及傳感器,有望通過CAN FD來傳輸更高帶寬數(shù)據(jù)。
對于具體的需求量,Charles Sanna分析說,一般情況下,傳統(tǒng)汽車和新能源汽車數(shù)量級差別較大,傳統(tǒng)汽車大概需20個CAN FD芯片,新能源汽車則有望達(dá)到四五十個。
雖然CAN FD的升級是延續(xù)性創(chuàng)新,但相對于顛覆性的汽車以太網(wǎng),Charles Sanna的觀點是未來汽車以太網(wǎng)和CAN FD會共存。因以太網(wǎng)傳輸速率高,主要傳輸高帶寬的大數(shù)據(jù),但其只能點對點,而CAN FD的優(yōu)勢是可點對多點。兩者未來會共存發(fā)展,各司其職。
SBC解決挑戰(zhàn)
雖然升級需求已在路上,但隨之而來的挑戰(zhàn)卻是軟硬件如何架構(gòu)?
一般來說,實現(xiàn)CAN總線需要CAN控制器、收發(fā)器以及相應(yīng)的MCU等組合。對于CAN FD的實現(xiàn),Charles Sanna解釋了兩種實現(xiàn)方法,指出這不只是將CAN控制器升級到CAN FD控制器這么簡單,相應(yīng)地MCU也需要升級,或整合多個控制器和收發(fā)器等分立器件,或重新設(shè)計MCU,來集成CAN FD控制器。而后者不僅需集成CAN FD的IP,要重新設(shè)計開發(fā),并且之后還要進(jìn)行車規(guī)級認(rèn)證,既耗時又成本高昂,很不經(jīng)濟。
在這一情形下,SBC(系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片)成為“理性”選擇。Charles Sanna指出,它將CAN控制器和收發(fā)器與功率器件如LDO或DC/DC轉(zhuǎn)換器等高水平的集成,可在保留汽車MCU現(xiàn)有架構(gòu)的情形下,簡化CAN FD升級或擴展,同時實現(xiàn)更便利和更低成本設(shè)計。而分立方案要同時考慮收發(fā)器、控制器、看門狗以及電源,還要考慮失效模式和保護(hù)模式,不僅開發(fā)時間長,成本更高,開發(fā)難度也高。
在此趨勢下,TI為此開發(fā)業(yè)界首款集成了CAN FD控制器和收發(fā)器的SBC TCAN4550-Q1,助力CAN FD的實現(xiàn)。
此外,NXP、瑞薩、ST等國外廠商以及國內(nèi)的廣州致遠(yuǎn)等也在開發(fā)相應(yīng)的總線芯片。
簡化升級及擴展
而SBC TCAN4550-Q1帶來的優(yōu)勢也顯而易見。
此單芯片解決方案可基于MCU的現(xiàn)有架構(gòu),簡化CAN FD 升級或擴展。Charles Sanna詳細(xì)說到,有兩種情況:一是MCU內(nèi)置CAN控制器,可直接與TCAN4550-Q1相連實現(xiàn);二是通常的MCU不含CAN/CAN FD控制器,但有各種各樣的SPI串行接口,此時MCU可通過SPI接口連接TCAN4550-Q1,而不用額外再添加CAN控制器。無論從系統(tǒng)成本角度還是時間考量都是最經(jīng)濟的,因為這意味著在不更換MCU的情況下,就可輕松擴展到CAN FD,而原有的軟件和硬件架構(gòu)都不受影響。
而在擴展時,通過MCU更多的SPI端口添加TCAN4550-Q1就可實現(xiàn)。
除以上優(yōu)勢之外,TCAN4550-Q1的高集成度包括兩個LDO、CAN控制器、CAN收發(fā)器,再加上看門狗,不僅提高了設(shè)計靈活性,并提供對1.8V、3.3V和5V I/O的支持以及喚醒、休眠等功能。而且,它支持高達(dá)8Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率,超過了5Mbps的CAN FD最高數(shù)據(jù)傳輸率,并大幅減少了五成的PCB布板面積。
而現(xiàn)實的情形是整車可能有諸多節(jié)點,有的可能是CAN,有的是CAN FD,此時會如何通信?Charles Sanna對此表示,這取決于環(huán)狀、星型或混合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),也取決于是哪一種模組。因CAN FD可向下兼容CAN,成為高價值的方案。
而除了此次發(fā)布的CAN FD的SBC外,TI還有諸多滿足車規(guī)的收發(fā)器,如車用CAN收發(fā)器、LIN收發(fā)器、隔離式CAN收發(fā)器等,可滿足客戶不同的應(yīng)用需求。
“未來,CAN和LIN SBC將繼續(xù)集成關(guān)鍵功能,以支持以前需要多個分立器件提供的諸多功能,包括更多LDO、用于提高輸出電流的DC/DC轉(zhuǎn)換器、用于開/關(guān)處理器的高壓側(cè)開關(guān)以及多種協(xié)議支持。”Charles Sanna最后指出。