摘要：CAN FD（Flexible Data-rate）是“可变数据速率CAN”的缩写，可以理解为传统CAN总线的一次协议层升级。需要注意的是，CAN FD只升级了通信协议，物理层保持不变。这种设计是为了在保证兼容性的前提下，解决传统CAN的一些瓶颈问题。

1. CAN协议演进：从CAN到CAN FD

CAN FD（Flexible Data-rate）是“可变数据速率CAN”的缩写，可以理解为传统CAN总线的一次协议层升级。需要注意的是，CAN FD只升级了通信协议，物理层保持不变。这种设计是为了在保证兼容性的前提下，解决传统CAN的一些瓶颈问题。

随着汽车电子系统功能日益复杂，数据交互频繁，传统的CAN 2.0总线面临着严重的负载问题，部分场景下负载率甚至高达95%。与此同时，CAN总线还存在以下主要局限性：

• 最大传输速率限制在1 Mbit/s（实际常见速率为500 kbit/s）；

• 帧开销过大，传统CAN一帧中仅有不到50%的带宽用于有效数据传输；

• 帧数据段仅8字节，难以满足现代应用对大数据量通信的需求；

• 延迟受限于物理架构，如ACK响应延迟、收发器与布线的传播延迟等。

相较之下，其他通信协议的开销明显更小，例如：

• UDP：1500字节数据包中仅64字节为开销；

• FlexRay：254字节中只有8字节为控制开销。

由于汽车行业不可能完全抛弃现有CAN架构重新设计，为兼容现有系统、控制升级成本、并提升总线性能，CAN FD应运而生。CAN FD的研发始于2011年，并在2015年正式被纳入ISO 11898-1标准中，与经典CAN协议并存。

CAN FD相比传统CAN的核心改进有两个：

• 数据段长度扩展至64字节；

• 在数据阶段支持更高的传输速率（最大8 Mbit/s）。

这些改进大幅提升了通信效率，降低了总线负载，使其更适应当今对高速、大容量数据传输的需求。因此，CAN FD不仅是传统CAN的延续，更是面向未来车载网络的重要演进。

CAN与CAN FD对比：

2. CAN 与 CAN FD 帧结构差异

CAN与CAN FD的帧结构如图下所示：

从图中可以看到，CAN FD帧的整体结构沿用了经典CAN帧的基本框架，但为了支持更高的带宽与更大的数据传输量，在控制字段及数据字段上做了显著扩展。

帧起始位OF用于标识一帧数据的开始，与传统CAN相同，紧随其后的仲裁字段包含11位标识符与一个保留位r1，用于总线仲裁和帧优先级判定。控制字段部分是CAN FD的关键扩展区域，除了沿用IDE位外，新增的EDL（Extended Data Length）位用于明确区分CAN FD与传统CAN报文，而BRS（Bit Rate Switch）位的引入使得在仲裁阶段之后，数据段与CRC字段可切换至更高速率进行传输；ESI（Error State Indicator）则用于表征发送节点的错误状态，从而辅助系统进行容错判断。

数据段是CAN FD提升带宽的核心，其长度可由DLC字段指定，从传统CAN的最多8字节扩展至最多64字节使单帧有效载荷大幅提升；随之而来的是CRC校验字段也相应增强，根据数据长度使用17位或21位CRC，提升数据完整性保障能力。帧末部分的ACK、EOF以及IFS与传统CAN保持一致，确保CAN FD具备良好的向后兼容性。

3. 标准CAN FD与博世CAN FD的区别

CAN FD最早由Bosch提出，称为Bosch CAN FD，作为对传统CAN总线的扩展，主要引入了更大的数据长度（最多64字节）以及更高的数据段速率（可达8 Mbps），其帧结构中使用的是17位CRC校验码，无需支持位时间重同步。然而，随着实际应用中通信速率和负载上升，Bosch版本在数据可靠性方面存在一定局限，因此在2015年，ISO组织发布了正式标准ISO 11898-1:2015，即为现在所称的标准CAN FD，在保留Bosch版本主要特性的基础上，引入了更强的21位CRC校验机制，并对帧格式进行了微调，增强了抗干扰能力。两者在物理层兼容，但在帧结构、校验算法和协议容错机制上存在差异。因此，标准CAN FD节点更具通用性和可靠性，而Bosch版则是早期的实验性版本，现阶段已逐渐被ISO标准替代。

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