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(dòng)駕駛技術(shù)的快速發(fā)展，以及對(duì)于ADAS和人機(jī)交互需求的增加，CAN總線在傳輸速率和帶寬等方面越來(lái)越顯得“力不從心”，其升級(jí)版——CAN FD(可變速率應(yīng)運(yùn)而生。它繼承了傳統(tǒng)CAN總線主要特性，同時(shí)支持高達(dá)5 Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率，并改善了錯(cuò)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(dòng)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(jí)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(lái)在與整車廠進(jìn)行溝通時(shí)，發(fā)現(xiàn)需求已在上量，無(wú)論是新能源汽車的電機(jī)、ADAS的互連、自動(dòng)駕駛產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)等等，都在催生對(duì)CAN FD的需求。

不只在汽車領(lǐng)域借勢(shì)走高，工業(yè)自動(dòng)化的CAN FD總線需求亦在擴(kuò)大。Charles Sanna提到，這樣各種分立式的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)以及傳感器，有望通過(guò)CAN FD來(lái)傳輸更高帶寬數(shù)據(jù)。

對(duì)于具體的需求量，Charles Sanna分析說(shuō)，一般情況下，傳統(tǒng)汽車和新能源汽車數(shù)量級(jí)差別較大，傳統(tǒng)汽車大概需20個(gè)CAN FD芯片，新能源汽車則有望達(dá)到四五十個(gè)。

雖然CAN FD的升級(jí)是延續(xù)性創(chuàng)新，但相對(duì)于顛覆性的汽車以太網(wǎng)，Charles Sanna的觀點(diǎn)是未來(lái)汽車以太網(wǎng)和CAN FD會(huì)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)，而CAN FD的優(yōu)勢(shì)是可點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)。兩者未來(lái)會(huì)共存發(fā)展，各司其職。

SBC解決挑戰(zhàn)

雖然升級(jí)需求已在路上，但隨之而來(lái)的挑戰(zhàn)卻是軟硬件如何架構(gòu)?

一般來(lái)說(shuō)，實(shí)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(duì)于CAN FD的實(shí)現(xiàn)，Charles Sanna解釋了兩種實(shí)現(xiàn)方法，指出這不只是將CAN控制器升級(jí)到CAN FD控制器這么簡(jiǎn)單，相應(yīng)地MCU也需要升級(jí)，或整合多個(gè)控制器和收發(fā)器等分立器件，或重新設(shè)計(jì)MCU，來(lái)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(jì)開(kāi)發(fā)，并且之后還要進(jìn)行車規(guī)級(jí)認(rèn)證，既耗時(shí)又成本高昂，很不經(jīng)濟(jì)。

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(jiǎn)化CAN FD升級(jí)或擴(kuò)展，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更便利和更低成本設(shè)計(jì)。而分立方案要同時(shí)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(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，成本更高，開(kāi)發(fā)難度也高。

在此趨勢(shì)下，TI為此開(kāi)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(shí)現(xiàn)。

此外，NXP、瑞薩、ST等國(guó)外廠商以及國(guó)內(nèi)的廣州致遠(yuǎn)等也在開(kāi)發(fā)相應(yīng)的總線芯片。

簡(jiǎn)化升級(jí)及擴(kuò)展

而SBC TCAN4550-Q1帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)也顯而易見(jiàn)。

此單芯片解決方案可基于MCU的現(xiàn)有架構(gòu)，簡(jiǎn)化CAN FD 升級(jí)或擴(kuò)展。Charles Sanna詳細(xì)說(shuō)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(shí)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(shí)MCU可通過(guò)SPI接口連接TCAN4550-Q1，而不用額外再添加CAN控制器。無(wú)論從系統(tǒng)成本角度還是時(shí)間考量都是最經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)檫@意味著在不更換MCU的情況下，就可輕松擴(kuò)展到CAN FD，而原有的軟件和硬件架構(gòu)都不受影響。

而在擴(kuò)展時(shí)，通過(guò)MCU更多的SPI端口添加TCAN4550-Q1就可實(shí)現(xiàn)。

除以上優(yōu)勢(shì)之外，TCAN4550-Q1的高集成度包括兩個(gè)LDO、CAN控制器、CAN收發(fā)器，再加上看門狗，不僅提高了設(shè)計(jì)靈活性，并提供對(duì)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(guò)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(shí)的情形是整車可能有諸多節(jié)點(diǎn)，有的可能是CAN，有的是CAN FD，此時(shí)會(huì)如何通信?Charles Sanna對(duì)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(jià)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(lái)，CAN和LIN SBC將繼續(xù)集成關(guān)鍵功能，以支持以前需要多個(gè)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(kāi)/關(guān)處理器的高壓側(cè)開(kāi)關(guān)以及多種協(xié)議支持。”Charles Sanna最后指出。