2024年3月22日，期待已久的ISO 11898-2：2024版本橫空出世，標誌着新一代CAN總線的時代即將到來（ISO/FDIS 11898-1：2023也處於最終投票階段）。搭載着2048Byte的CANXL列車已蓄勢待發，決心突破10M的高速通道。Autosar、英飛凌、ST、Vector和NXP等行業風向標早已準備迎接CANXL高速通道給整車SoA架構帶來新的變革。
1、第三代CAN總線（CANXL）
CAN XL（Controller Area Network eXtended Length）作爲CAN通信技術的最新進展，展現了顯著的優勢和廣闊的應用前景。它旨在填補CAN FD與以太網之間的空白，成爲車載網絡通信的重要補充。
CAN XL目前的發展狀態和優勢
- 高數據傳輸速率：CAN XL支持高達20 Mbit/s的數據傳輸速率，顯著高於CAN FD的8 Mbps上限，滿足了現代汽車和其他應用中對高速數據傳輸的需求 。
- 更大的數據字段長度：CAN XL允許的數據字段長度最大可達2048字節，遠超過CAN FD的64字節限制，適用於需要傳輸大量數據的應用 。
- 兼容性和靈活性：CAN XL與現有CAN和CAN FD技術兼容，允許在同一網絡上共存，形成混合網絡。這爲現有的CAN系統向CAN XL的升級提供了便利 。
- 標準化和生態支持：CAN XL的標準化工作正在積極推進，CiA牽頭的610-1和CiA610-3規範已發佈。ISO目前也已發佈CAN XL的ISO_DIS11898-1 和 ISO 11898-2標準。此外，AUTOSAR的CAN XL標準已發佈。同時CAN XL得到了汽車Tier1和芯片廠商的廣泛支持。例如，博世、英飛凌、恩智浦等知名廠商已推出基於CAN XL的MCU產品，且多數處於樣品階段。此外，是德科技等工具供應商也推出了適用於CAN XL協議的測試設備 。
- 應用前景：CAN XL適用於多種應用場景，包括需要更高帶寬的應用、支持面向服務的架構（SOA）的應用以及安全應用。其成本效益高，能夠在結合CAN和以太網功能的同時，保持CAN的低價格優勢。
CANXL & OSI 模型
由於CANXL數據段支持2048Byte數據量的傳輸，所有在OSI協議棧上CANXL技術理論上可以適配以太網的高層協議，比如SOME/IP和TCP/IP等以太網協議。但是，具體的以太網協議兼容還需要更進一步的驗證。
除此之外，CANXL也在PCS和PMA子層之間增加了PWM編解碼機制，用以切換PMA子層的兩種總線驅動方式（顯性/隱性 && level0/level1）以達到20Mbit/s的傳輸速率。
2、CANXL幀結構
仲裁場
- SOF、ID、IDE（CANXL無擴展幀）、RRS（禁用遠程幀）、FDF字段與CANFD一致
- XLF字段：用以區分是否爲CANXL幀
控制場
- reXEL：保留位
- ADH、DH1、DH2和DL1（ADS）：模式轉換和速率轉換字段，由SIC mode 切換爲FAST mode。CANXL收發器包含兩種總線驅動方式（顯性/隱性 && level0/level1），並在仲裁場採用顯性/隱性驅動和數據場採用level0/level1。（PMA模式轉換由PCS子層發送PWM編碼控制）
- SDT、SEC和DLC字段：指出數據段數據類型（類似以太網Type字段）；功能保留位；指明數據場長度
- SBC字段：指明SOF和仲裁場bit填充數（動態bit填充）
- PCRC字段：前向CRC校驗（仲裁場、reXEL、ADS、SDT、SEC、DLC和SBC）
- VCID：虛擬CAN網絡ID（類似以太網VLAN）
- AF：用於尋址功能，具體內容取決於SDT（e.g. SDT=0x05時，AF爲以太網目的MAC地址）
數據場
- Data字段：CANXL數據段，可封裝以太網上層協議（e.g. TCP/IP...）
CRC場
- FCRC字段：用於整幀CRC校驗
- PCP：格式檢驗字段
ACK場
- DAH、AH1、AL1和AH2字段（DAS）：模式轉換和速率轉換字段，由FAST mode切換爲SIC mode
- ACK字段：用於確認報文被成功接收
3、PCS&PWM編碼
CAN XL物理編碼子層（PCS）與CAN FD的PCS子層類似，負責數據幀的發送和接收，進行信號編碼和解碼，錯誤檢測和處理，信號調製和解調，物理層參數管理（如比特率、位定時、同步等），以及與PMA子層交互等功能。
但是，CANXL在PCS子層和PMA子層之間引入PWM編碼機制，以實現PMA子層兩種總線驅動方式的切換。
PWM編碼是一種採用長相和短相來區分PWM符號的編碼機制。如圖所示，在發送機上，TXD會以上升沿開始，並先發送短相在發送長相。在接收機上，RXD會以下降沿開始，並先發送短相在發送長相。
4、總結
在應用場景方面，CAN XL可以用於多種網絡拓撲，包括總線型、點對點、菊花鏈、星形或雙星形網絡。它還支持與以太網的無縫銜接，可以通過更大數據段傳輸高層協議數據。此外，CAN XL的新增比特位，如SDT（Service Data Unit Type）和VCID（Virtual CAN ID），使其能夠更好地適配SOA架構的發展趨勢。
總體而言，CAN XL作爲CAN技術的下一代，以其高數據傳輸速率、大容量、兼容性和經濟性等優勢，在汽車電子電氣架構中展現出巨大的應用潛力。
經緯恆潤作爲OPEN聯盟會員和AUTOSAR聯盟的高級合作伙伴，長期爲國內外各大OEM和供應商提供涵蓋TCP/IP、SOME/IP、DoIP、AVB、TSN、DDS等技術領域的設計和測試諮詢服務，積極研發和探索車載網絡前沿技術的工程應用。通過多個項目的實踐經驗，已建立了高質量、本土化的設計與測試一體化解決方案，爲整車網絡架構提供可靠支持。