第三代CAN-XL通信技术规范

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来源 | 麦克泰技术

CAN XL是基于ISO 11898 1:2015规定中提出的概念，自2018年12月以来，CiA SI（兴趣小组）CAN XL正是在该规定下确定了CAN XL协议功能和规范。CiA工作小组确定并于最近发布了第三代CAN通信协议CAN XL——CIA610。发布后我们发现CAN XL和我们之前发的文章中的数据链路层和物理层还是有一定的区别，主要新增和变动的部分是为了向下兼容传统的CAN和CAN FD以及向上衔接车载以太网。

截止目前CAN XL协议规范发布的有以下内容：

• CiA 610:CAN XL规范和测试计划

• CiA 611:CAN XL高层服务

• CiA 612:CAN XL应用指南说明

• CiA 613:CAN XL附加服务

本次发布的CiA 610规范和测试计划内容大致如下：

CiA 610-1规定了CAN XL数据链路层（DLL）和物理层（PCS）。

CAN XL DLL支持从1字节到2048字节的数据字段。对于XL数据段，CAN XL DLL提供了如何从标准比特率切换到XL数据比特率，反之亦然，以及如何将CAN收发器模式从仲裁模式切换到数据发送模式/数据接收模式或反之亦然（PWM编码）。是否支持CAN收发器模式切换通过本地配置完成。当连接支持模式切换的适当CAN收发器时，可启用该功能。CAN XL数据链路层还提供更高层的管理信息，并通过两个CRC字段提高数据的可靠性。

需要注意，CiA 610-1中的DLL和CiA 610-3中的PMA（物理连接层）子层中使用了不同的术语，如下所示。

CAN收发器信号模式：

数据链路层（LLC and MAC 子层）

ISO 11898规定了两个数据链路子层：

• LLC（逻辑链路控制）：它充当OSI网络层和MAC子层之间的子层。

• MAC（媒体访问控制）：负责将帧从LLC子层移动到PMA子层，并通过填充位、CRC字段等保护传输。

LLC框架结构应包含所有CAN框架格式和类型所需的所有内容，包括特定CAN框架格式的选择。在LLC和MAC之间的交互中，LLC帧中未用于所选CAN帧格式的部分的内容将被忽略。只有CiA 610 1中规定的LLC帧可以传输到LLC子层。

LLC 帧格式

FTYP: frame type
BRS: bit-rate switch
ESI: error state indicator
SDT: service data unit type
SEC: simple extended content
DLC: data length code
VCID: virtual CAN network ID
AF: acceptance field
LLC data: logical link layer data

CAN XL帧格式（XL FF）中的MAC帧格式（DF）

可变长度的DF型XLFF的帧来执行并控制CAN XL节点之间的数据传输和接收。CAN XL DF可以在数据字段中传输1个字节到2048个字节，而数据长度可以在一个字节内改变。CAN XL节点能够传输和接收ISO 11898 1:2015中规定的所有帧格式。

传输时，LLC帧转换为MAC帧。接收时，MAC帧转换为LLC帧。XLFF中的MAC DFs由以下七个不同的位字段组成。

MAC Data Frame in XLFF

Arbitration Field

Control Field

优先级（优先级和寻址分离）

在经典CAN和CAN FD中，CAN-ID字段（11位或29位）用于仲裁和寻址。在CAN XL中，这些功能是分开的。CAN XL协议将优先级功能（11位优先级ID）和寻址（32位AF）分开。

• 11位优先级：该字段提供CAN XL DF的唯一分配优先级。

• 32位AF（验收字段）：该字段包含在CAN XL控制器的64位硬件验收过滤器中。它可能包含节点地址或指示信息的内容。

校验CRC（真实汉明距离为6）

CAN XL DF包括两个CRC（循环冗余校验）字段：控制字段中的13位PCRC（前导CRC）和CRC字段中的32位FCRC（帧CRC）。两个CRC是在一起的，这意味着FCRC可以校验整个帧包括PCRC。两个CRC都能够检测任意五个随机分布的位错误。这对应于6的汉明距离。斯图加特大学为PCRC和FCRC提出了CRC多项式，并在ICC 2020程序中发表了他们的论证。University of Kassel评估CRC多项式在CAN XL MAC层具有双重校验检测能力。

SDT（SDU型）

8 位 SDT 指示使用的下一个 OSI 层协议。它是 ISO 7498-4:1998 中描述的嵌入式 OSI 层配置信息。SDT 类似于指示使用的下一个更高层协议的 EtherType 函数。CiA 611-1 指定了 SDT 值和相应的用法以及展开该字段的功能。CiA 611-1 的第一个版本为以下各项指定了 SDT 值：

基于内容的寻址（即使用消息 ID）

节点寻址

经典 CAN 和 CAN FD 映射隧道

以太网帧的节点隧道

VCID（虚拟CAN网络ID）

8位VCID字段允许在单个CAN XL物理网段上运行多达256个逻辑网络。这使得能够实现由同一SDT确定的多个同质网络。这意味着，CAN XL能够使用相同的SDT在同一根电缆上运行多个逻辑（虚拟）网络应用程序。该字段也是ISO 7498-4:1998中描述的OSI层管理信息。

DLL安全性

CADsec数据链路层安全协议正在开发中。控制字段中的SEC位指示CAN XL DF是否使用CADsec协议。CADsec协议具有一个包含密码控制信息的4字节报头、CAN安全通道ID和数值。16字节的尾部包含身份验证标签。CADsec协议是一项可选功能，它可以保护数据的安全性。

物理层主要表现在比特率切换和CAN收发器模式切换

CAN XL在比特率和PMA子层方面是可伸缩的。CAN XL节点可以使用ISO 11898-2中规定的CAN高速收发器和CiA 601-4中规定的CAN SIC收发器。为了支持10 Mbit/s及以上的比特率，CAN XL节点需要使用CiA 610-3中规定的CAN SIC XL收发器。CAN SIC XL收发器有三种模式，可以从仲裁模式切换到XL数据阶段的专用操作模式（数据发送模式和数据接收模式）。这种机制称为“收发器模式切换”。为保持收发器模式切换，CAN XL协议提供CiA 610-1中规定的可选PWM编码功能，以链接到CiA 610-3中规定的CAN SIC XL收发器提供的PWM解码功能。

在数据发送模式下，推挽式PMA总线驱动器特性（电平0和电平1）被激活，而不是显性和隐性特性。接收机阈值也相应地改变。

在ADS字段中的ADH位和DH1位之间的边界处，比特率从标称比特率切换到XL数据比特率。在DAS字段中FCP0位和DAH位之间的边界处，比特率从XL数据比特率切换回标称比特率。

当CAN收发器模式切换启用时，ADH位和DAH位的持续时间用于向CAN收发器发送切换其工作模式的信号。（文章原文可点击最下方“阅读原文”查看）

参考来源：
https://www.can-cia.org/can-knowledge/can/can-xl/

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