CANFD 協(xié)議在標(biāo)定監(jiān)控中的研究與應(yīng)用

潘文卿， 周善政， 王飛飛， 宋炳雨

（濰柴動力股份有限公司， 山東 濰坊 261061）

在電控系統(tǒng)開發(fā)過程中有大量的標(biāo)定監(jiān)控數(shù)據(jù)， 通常采用的是基于CAN的XCP/CCP協(xié)議， 因為傳統(tǒng)的CAN協(xié)議支持的最大波特率是1000kb/s， 每一條報文最多可以傳輸8個字節(jié)的數(shù)據(jù)。 隨著控制邏輯的不斷增加， 尤其是智能駕駛的興起， 需要標(biāo)定監(jiān)控的數(shù)據(jù)量不斷加大， 繼續(xù)采用基于傳統(tǒng)CAN的標(biāo)定監(jiān)控方法， 會降低數(shù)據(jù)采集速度， 限制數(shù)據(jù)單次采集量， 總線負(fù)載率還會不斷攀升， 影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。 為了解決負(fù)載率問題同時還要兼容傳統(tǒng)的CAN協(xié)議， CANFD協(xié)議應(yīng)運而生， 其可以向下兼容傳統(tǒng)的CAN， 同時在數(shù)據(jù)段可以將波特率最大提升到5000kb/s， 數(shù)據(jù)段長度可以增加到64字節(jié)， 可以用更快速度來傳輸更多的數(shù)據(jù)。

1 CANFD協(xié)議的特性

CANFD的幀結(jié)構(gòu)如圖1所示， CANFD的幀結(jié)構(gòu)中分為兩段： 仲裁段和數(shù)據(jù)段。 在仲裁段有一個BRS （Bit Rate Switch） 位， 1表示進(jìn)行速率切換， 0表示不進(jìn)行速率切換，仲裁段最大可支持的波特率是1000kb/s， 如果數(shù)據(jù)段要提升速率從此位開始， 最大可支持5000kb/s。 CANFD的數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)場可以最大支持64字節(jié)的數(shù)據(jù)， 同時CRC校驗在傳統(tǒng)CAN的基礎(chǔ)上進(jìn)行了軟件升級， 如果數(shù)據(jù)段長度大于16字節(jié)時， CRC的長度為21bits， 采用CRC_21多項式校驗算法， 小于16字節(jié)時， 采用CRC_17多項式校驗算法。 根據(jù)數(shù)據(jù)長度采用更加可靠的校驗算法， 能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

圖1 CANFD幀結(jié)構(gòu)圖

2 CANFD在標(biāo)定監(jiān)控中的研究與應(yīng)用

當(dāng)前的標(biāo)定監(jiān)控協(xié)議一般是采用XCP 或者CCP 協(xié)議，XCP協(xié)議更具有靈活性， 定義了不同的傳輸層， XCP逐漸取代了古老的CAN標(biāo)定協(xié)議CCP， 其在功能上有了很多改進(jìn)，包括： 支持任何物理層， 不僅限于CAN， 還包括以太網(wǎng)、Flexray、 LIN、 USB等， 優(yōu)化了控制單元資源的利用率， 同步數(shù)據(jù)激勵， 支持啟動測量， 通過塊傳輸命令優(yōu)化通信，即插即用配置， 通過測量控件內(nèi)的時間戳， 從而精確測量數(shù)據(jù)采集。 在數(shù)據(jù)采集方面， 主要采用DAQ模式， 在這種模式的應(yīng)用下， 加持CANFD的特性， 會大大提升數(shù)據(jù)的監(jiān)控量和數(shù)據(jù)的傳輸速度， 同時還會降低總線負(fù)載率。

2.1 XCP協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸DAQ介紹

在數(shù)據(jù)采集過程中首先通過連接指令建立上位機(jī)與下位機(jī)的連接， 然后通過seedkey校驗， 完成功能解鎖， 然后獲取通信模式， 設(shè)置內(nèi)存空間和接收傳來的地址和數(shù)據(jù)長度。 下位機(jī)會通過報文告訴上位機(jī)工作模式， 可以用的DAQ通道數(shù)和允許發(fā)送的最大包數(shù)， 上位機(jī)收到信息后， 會整理要監(jiān)控的數(shù)據(jù)地址和數(shù)據(jù)長度， 通過報文下發(fā)給下位機(jī)， 下位機(jī)收到相關(guān)信息后將按照順序?qū)?shù)據(jù)地址和數(shù)據(jù)長度存放到一個結(jié)構(gòu)體中， 然后在周期任務(wù)中逐條發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)的值。 此過程如圖2所示。

圖2 XCP_DAQ配置過程

2.2 基于CANFD的數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化

在建立連接、 安全訪問以及DAQ準(zhǔn)備的過程中都是采用問答形式， 所以傳統(tǒng)的8 字節(jié)傳輸形式就可以滿足要求，此過程中僅僅提升數(shù)據(jù)段的波特率即可。 在DAQ配置過程和數(shù)據(jù)傳輸過程因為數(shù)據(jù)量會特別大，采用最大64字節(jié)的數(shù)據(jù)傳輸形式， 根據(jù)實際數(shù)據(jù)量確定數(shù)據(jù)段的長度。 如圖3所示， 在本文中， 通過0xC7命令寫多個DAQ時， 最多每次最大可以傳輸64個字節(jié)， 將更多的數(shù)據(jù)地址和數(shù)據(jù)長度相關(guān)信息同時傳遞給下位機(jī)， 下位機(jī)收到信息后， 根據(jù)傳入的順序?qū)?shù)據(jù)地址和長度存儲到結(jié)構(gòu)體中， 并在周期任務(wù)中 （10ms或100ms） 向總線上發(fā)送這些地址和長度對應(yīng)的數(shù)據(jù)。 在本文的測試中采用仲裁段1000kb/s， 數(shù)據(jù)段4000kb/s的波特率。 傳輸數(shù)據(jù)是以16個字節(jié)的長度， 10ms周期發(fā)送到總線上。 如果有100ms采集數(shù)據(jù)的需求， 會在10ms采集數(shù)據(jù)的后面配置100ms的DAQ， 實現(xiàn)DAQ動態(tài)可配置的功能， 方便靈活。

圖3 CANFD_XCP的應(yīng)用

3 結(jié)論

本文基于CANFD的優(yōu)勢特性， 在數(shù)據(jù)標(biāo)定監(jiān)控中， 通過提升數(shù)據(jù)段的波特率， 增加數(shù)據(jù)段的長度， 可以使XCP監(jiān)控數(shù)據(jù)量， 報文容量提升至少3倍， 同時還可以降低總線的負(fù)載率， 使得通信更加穩(wěn)定可靠， 可以滿足當(dāng)前控制邏輯日益復(fù)雜化的標(biāo)定監(jiān)控需求。