大红大紫的CAN FD

在“走红”数年、在总线领域应用广泛的CAN(控制器局域网络)终要回归“幕后”——随着新能源汽车、自动驾驶技术的快速发展，以及对于ADAS和人机交互需求的增加，CAN总线在传输速率和带宽等方面越来越显得“力不从心”，其升级版——CAN FD(可变速率应运而生。它继承了传统CAN总线主要特性，同时支持高达5 Mbps的数据传输率，并改善了错误帧漏检率，被视为是下一代主流汽车总线系统。此外，CAN总线在工业自动化等领域的应用也面临同样的诉求。但从CAN走向CAN FD的升级路上，仍需攻克多重关卡。

需求起飞

在博世2011年提出CAN FD之后，虽然应用一直波澜不惊，但近些年已然发生了变化。

德州仪器(TI)接口产品部门产品线经理Charles (Chuck) Sanna介绍，近年来在与整车厂进行沟通时，发现需求已在上量，无论是新能源汽车的电机、ADAS的互连、自动驾驶产生的大数据等等，都在催生对CAN FD的需求。

不只在汽车领域借势走高，工业自动化的CAN FD总线需求亦在扩大。Charles Sanna提到，这样各种分立式的马达驱动以及传感器，有望通过CAN FD来传输更高带宽数据。

对于具体的需求量，Charles Sanna分析说，一般情况下，传统汽车和新能源汽车数量级差别较大，传统汽车大概需20个CAN FD芯片，新能源汽车则有望达到四五十个。

虽然CAN FD的升级是延续性创新，但相对于颠覆性的汽车以太网，Charles Sanna的观点是未来汽车以太网和CAN FD会共存。因以太网传输速率高，主要传输高带宽的大数据，但其只能点对点，而CAN FD的优势是可点对多点。两者未来会共存发展，各司其职。

SBC解决挑战

虽然升级需求已在路上，但随之而来的挑战却是软硬件如何架构?

一般来说，实现CAN总线需要CAN控制器、收发器以及相应的MCU等组合。对于CAN FD的实现，Charles Sanna解释了两种实现方法，指出这不只是将CAN控制器升级到CAN FD控制器这么简单，相应地MCU也需要升级，或整合多个控制器和收发器等分立器件，或重新设计MCU，来集成CAN FD控制器。而后者不仅需集成CAN FD的IP，要重新设计开发，并且之后还要进行车规级认证，既耗时又成本高昂，很不经济。

在这一情形下，SBC(系统基础芯片)成为“理性”选择。Charles Sanna指出，它将CAN控制器和收发器与功率器件如LDO或DC/DC转换器等高水平的集成，可在保留汽车MCU现有架构的情形下，简化CAN FD升级或扩展，同时实现更便利和更低成本设计。而分立方案要同时考虑收发器、控制器、看门狗以及电源，还要考虑失效模式和保护模式，不仅开发时间长，成本更高，开发难度也高。

在此趋势下，TI为此开发业界首款集成了CAN FD控制器和收发器的SBC TCAN4550-Q1，助力CAN FD的实现。

此外，NXP、瑞萨、ST等国外厂商以及国内的广州致远等也在开发相应的总线芯片。

简化升级及扩展

而SBC TCAN4550-Q1带来的优势也显而易见。

此单芯片解决方案可基于MCU的现有架构，简化CAN FD 升级或扩展。Charles Sanna详细说到，有两种情况：一是MCU内置CAN控制器，可直接与TCAN4550-Q1相连实现;二是通常的MCU不含CAN/CAN FD控制器，但有各种各样的SPI串行接口，此时MCU可通过SPI接口连接TCAN4550-Q1，而不用额外再添加CAN控制器。无论从系统成本角度还是时间考量都是最经济的，因为这意味着在不更换MCU的情况下，就可轻松扩展到CAN FD，而原有的软件和硬件架构都不受影响。

而在扩展时，通过MCU更多的SPI端口添加TCAN4550-Q1就可实现。

除以上优势之外，TCAN4550-Q1的高集成度包括两个LDO、CAN控制器、CAN收发器，再加上看门狗，不仅提高了设计灵活性，并提供对1.8V、3.3V和5V I/O的支持以及唤醒、休眠等功能。而且，它支持高达8Mbps的数据传输率，超过了5Mbps的CAN FD最高数据传输率，并大幅减少了五成的PCB布板面积。

而现实的情形是整车可能有诸多节点，有的可能是CAN，有的是CAN FD，此时会如何通信?Charles Sanna对此表示，这取决于环状、星型或混合网络架构，也取决于是哪一种模组。因CAN FD可向下兼容CAN，成为高价值的方案。

而除了此次发布的CAN FD的SBC外，TI还有诸多满足车规的收发器，如车用CAN收发器、LIN收发器、隔离式CAN收发器等，可满足客户不同的应用需求。

“未来，CAN和LIN SBC将继续集成关键功能，以支持以前需要多个分立器件提供的诸多功能，包括更多LDO、用于提高输出电流的DC/DC转换器、用于开/关处理器的高压侧开关以及多种协议支持。”Charles Sanna最后指出。