“CAN FD”对专用机械中的现场总线和工业以太网提出挑战

图2：CAN FD 2的优势

图2显示了位于时间轴上的CAN报文：假设此处传统的CAN的数据速率为250kBit/s。拥有8个字节用户数据（1个字节的传输协议和示例中7个字节的用户数据）和最大填充位数量的传统CAN报文需要大约500微秒的总线时间。如果发送节点能连续无延迟地发送六帧报文，总线在传输42个字节用户数据时会完全阻塞3毫秒。相比之下，拥有48个字节用户数据，250 kbit/s仲裁速率和2MBit/s数据比特率的CAN FD报文只需约365微秒的总线时间——其填充位的数量也是最大。更快的数据传输还提高了CAN系统的实时行为，由于它大幅缩短了响应时间，同时提高了数据传输速率并降低了数据管理的复杂性！

反向兼容性

从CAN转换到更快的通信系统的一个缺点是需要经常完全转换：所有与CAN相关的东西如EtherCAT等必须适配新的系统，还可扩展机器控制器以使用多种不同的网络。这两种方式均有优缺点。在使用CAN FD时，可采用“温和”选项：由于CAN FD控制器也能作为传统的CAN节点，所以所有的网络节点可被CAN FD功能设备逐步取代。一旦整个网络都拥有了CAN FD功能，那么它的优点将会发挥到极致。这对专用机械尤其受用，因为它们通常会使用无法被自由节点替换的网络——特别是客户特定的设备或内部开发的设备。

CAN FD的工具

现有大量解决方案可用于开发CAN FD设备和网络——特别是适用范围广的PC接口的PC-CAN FD接口卡，如HMS网络公司的IXXAT CAN -IB 500/600 PCIe卡。这些CAN卡包含全面的用于Windows、Linux和其它操作系统的驱动程序包，并能方便地连接到现有的系统中，还可将现有的软件包快速添加到CAN FD网络中，因为它们支持CAN和CAN FD。

除了需要驱动程序软件相关的硬件接口外，若想有效利用CAN FD还需要测试和分析工具。为此，HMS将在不久之后推出一款高性能完整解决方案，价格实惠，并采用知名的IXXAT canAnalyser的CAN FD功能版本。

在业界开放CAN FD课题

除了上面提到的工具外，在生产环境中使用CAN FD还有更为重要的方面。明智的做法是在工业应用中采用标准化的更高层的协议：非营利组织CiA（CAN in Automaion）正致力于将CANopen总线转换为CAN FD——CANopen V5规范，这包括对CAN FD的扩展，预计可在今年年中推出。

采用CAN FD另一个重要方面在于它可以批量提供实惠的微控制器，并集成了CAN/CAN FD控制器。截至目前，现有的设备大多使用含CAN FD IP模块的FPGA。另外，集成了CAN FD逻辑的微控制器通常为含有CPU模块的高性能组件，可用于含复杂控制器设备的车辆。在推出简单且具有成本效益的CAN FD微控制器后，FPGA系统将成为最灵活的解决方案。

前景

CAN FD通过显著提高数据的传输速率，简单的配置以及保留传统现场总线中的分析选项扩大了CAN解决方案的应用领域。即将推出的用于CAN FD的CANopen总线意味着新的网络系统将用于工业部门，并为100kbit/sec至5Mbit/sec数据传输速率的网络提供了有效的解决方案。由于可选用更高的数据速率或使用单独/组合式扩展数据框架，设计灵活的CAN FD非常适用于专用机械中适应性强的现场总线系统。

作者：Thomas Waggershauser
HMS集团旗下IXXAT自动化有限公司销售总监

HMS 工业网络有限公司

HMS 工业网络有限公司是工业通信，包括远程管理产品的领先独立供应商。 HMS 凭借Netbiter、Anybus和IXXAT品牌，开发并制造联接自动化设备和系统到工业网络的解决方案。

开发和生产均在其位于瑞典哈尔姆斯塔德和德国魏恩加腾的总部进行。 而本地销售和支持，则由设置在中国、丹麦、法国、德国、印度、意大利、日本、英国和美国的分部提供。 HMS 有超过350名员工，且2013年销售额为5700万欧元。 HMS 在斯德哥尔摩的纳斯达克-OMX交易所上市。