1 CAN通讯的发展趋势
在没有CAN通讯之前，汽车电子系统相对简单，各控制单元之间的通信方式主要通过点对点连接或专用的、单一功能的总线。这意味着每增加一个新的电子设备，就需要在车辆内部布设额外的线束，连接到相应的控制单元，这不仅增加了车辆的重量，而且也增加了系统的复杂性和故障率。比如发动机管理系统、制动系统和灯光控制等都有自己的独立控制单元，它们之间的数据交换是通过直接的硬连线或简单的通信协议来完成，这种点对点的连接方式缺乏灵活性，对于系统扩展和维护来说非常不便，同时也限制了数据共享和实时性要求高的应用。
因此在这样的背景下，这种传统的连接方式逐渐无法满足现代汽车复杂电子系统的需求，CAN总线就被提出来了。CAN总线允许多个电子设备共享同一数据总线，实现了设备间高效、实时的通信，大大减少了车内线束的数量，降低了成本，提高了系统的可靠性和可维护性。可以说CAN总线的出现是汽车电子领域的一次革命，为现代汽车复杂电子网络的构建奠定了基础。
source: CAN 协议 ： 完整信息
回溯CAN总线的历史，如下所示：
起点是1986 年， 博世在美国底特律举行的汽车工程师协会 （SAE） 会议上正式发布CAN 。
在1991 年，博世发布了 CAN 2.0 版本（A 部分：CAN 2.0A（11 位标识符），B 部分：CAN 2.0B（29 位标识符））。
随后在 1993年，CAN 标准 ISO 11898 被发布，CAN 进一步重组为两部分：涵盖数据链路层的 ISO 11898-1 和涵盖高速 CAN 的 CAN 物理层的 ISO 11898-2。在2003 年，ISO 11898 成为标准系列。
在2012 年，博世发布了 CAN FD 1.0，并于 2015 年标准化 （ISO 11898-1）。
2 CAN
帧起始 （SOF）。 仲裁字段，由标识符和 RTR 位组成，仲裁字段确定消息的优先级，其中值越低表示优先级越高。 控制字段，由 IDE 位（标准 11 位标识符占主导地位）、保留位和数据长度代码组成。 数据字段 ，可以包含 0 到 8 个字节的数据。 循环冗余校验 （CRC） 。 确认槽 （ACK）。 帧结束（所有位都是隐性的）。
这里为啥需要扩展格式？这是因为在商用车中的应用表明，要映射的大量报文需要更长的标识符。因此，除了 11 位标识符之外，还定义了使用 29 位标识符的附加扩展格式（两部分：11 位长的基本标识符和 18 位长的扩展标识符），这样可以区分多达 5.12 亿条报文。
除此之外，经典CAN的传输速度高达1Mbps，传输数据高达8个字节，其发展已将近30年，应用非常广泛，至今如此。但随着汽车行业的快速发展，对能够传输大量数据的需求不断增长，不管经典CAN的传输速率还是数据负载都有点不够了。出于这个原因，博世在2012年推出了熟悉的经典CAN的扩展版本- CAN FD。
3 CAN FD
相对于经典CAN，CAN FD 改善了3个关键问题：
传输速率：CAN FD引入了一种双速率机制，数据段位速率（最高达8 Mbps），同时仍能维持仲裁阶段和其他部分的标准速率（1 Mbps）,这意味着在需要高速度的地方可以选择加速，而不影响整体网络的稳定性。
数据负载能力：提供了多种选项来适应不同类型的应用程序，数据负载可以从12、16、20等逐步递增直到最大64个字节。
错误检测功能：采用了更先进的循环冗余校验(CRC)算法，能够更好地保护数据完整性并减少误码的可能性。
通过这些改进，CAN FD不仅提升了系统的处理能力和响应速度，还能有效地管理复杂的车载网络环境中的大量数据流。但是随着自动驾驶和高级驾驶辅助系统（ADAS）的发展，对数据传输量的需求仍在急剧增加，CAN FD仍然无法满足某些极端应用的需求，因此CAN XL又被提出来。
4 CAN XL
CAN XL的传输速率可超过10Mbit/s，甚至高达20 Mbit/s，同时在仲裁场使用较低速率，确保兼容性和稳定性； CAN XL帧的数据字段大小高达2048 字节，这使得以太网帧现在也可以首次在CAN报文中传输。 CAN XL通过增加的CRC校验位和更复杂的帧结构来增强错误检测，确保在传输大量数据时的可靠性。
source：CAN、CAN FD、CAN XL - 有什么区别？
PID（Priority ldentifier）：优先级ID，指定优先级，将传统CAN ID的仲裁、寻址两功能拆分为CAN XL的PID优先级和下述AF寻址两部分，先说仲裁段： RRS（Remote Request Substitution）：远程请求，不支持远程帧； IDE（Identifier Extension）：ID拓展，只支持11位ID，固定为显性； XLF（XL Format）：XL格式，隐性电平表明为CAN XL帧；
source: 1.26_CAN-XL介绍—CiA.pdf
resXL（reserved bit XL format）：XL格式预留位，为之后可能的拓展更新预留； ADS（Arbitration-to-Dataphase Switch）：仲裁段向数据段转换，包括四个固定位，从ADH位之后开始加速，CANXL强制数据段加速； SDT（Service Data Unit Type）：服务数据单元类型，表示数据field使用的OSI协议。类似以太网帧中的EtherType。CiA 611-1的第一个版本指定了以下的SDT值: 基于内容的寻址(即使用消息ID) 节点寻址 CAN和CAN FD映射隧道 以太网帧的节点隧道 SEC（Simple Extended Content）：简单拓展内容，指明是否有进一步的链路层功能，比如QoS或安全功能； DLC（Data Length Code）：DLC是一个11位整数，其中数据字节数是该整数加1； SBC（Stuff Bit Count）：填充位计数； PCRC（Preamble CRC）：前导CRC，保证头部数据传输正确； VCID（Virtual CAN network ID）：虚拟CAN网络ID，划分CAN虚拟逻辑网络，类似以太网帧中的VlanID； AF（Acceptance Field）接受域，该字段包含在CAN XL控制器的64位硬件接受过滤器中，可能包含节点地址或内容指示信息。
FCRC（Frame CRC）：帧CRC，整个帧的CRC，包括PCRC； FCP（Format Check Pattern）：格式校验模式，对固定位检查。
综上，CAN XL是针对现代高数据量需求的通信协议，它在数据传输能力、速率灵活性、错误检测和未来扩展性方面都进行了重大升级，以适应更复杂和数据密集的应用场景。
CAN XL设计时考虑了未来技术的发展，提供了更大的扩展空间，以适应未来可能的通信标准和更高的数据传输要求。
通过以上对CAN，CAN FD和CAN XL的介绍，它们三者主要在以下这些方面存在差异：
数据传输能力：CAN XL在数据传输能力上远超CAN和CAN FD，适合大数据量传输需求。 数据传输速度：CAN XL和CAN FD都提高了数据传输速率，CAN XL更是达到了一个新的高度，但CAN XL在物理层和数据链路层的设计上更为复杂。 兼容性：CAN和CAN FD在兼容性上表现良好，尤其是CAN FD向后兼容CAN。CAN XL虽然努力保持兼容性，但在某些特性上（如远程帧和29位ID）有所牺牲。 应用领域：CAN适用于简单的控制网络，CAN FD适合需要更高数据速率的应用，而CAN XL则面向需要大量数据传输的高级应用，如自动驾驶系统中的传感器数据传输。 标准化与成熟度：CAN和CAN FD有成熟的标准化和广泛应用，而CAN XL尚在发展过程中，规范有待进一步完善。
source：20230717_can_xl_overview.pdf
创作不易，欢迎关注点赞再看收藏！
汽车研发交流群，有兴趣的朋友请添加群主：prOmiseyes，备注：公司+职务入群。仅限汽车从业人员。
