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汽车CAN-FD总线通信应用研究

传统的车载CAN总线最高支持500kbit/s的传输速率，每帧只能承载8bytes

的数据，由于传输速率和数据长度的限制，在自动驾驶和智能网联对网络通信

的高要求背景下，使用传统CAN通信势必会导致总线负载率过高从而导致网

络拥堵，传统CAN总线通信的瓶颈逐渐凸显。

2011年，为满足带宽和可靠性的需求，Bosch首次发布了CAN-FD(CAN

WithFlexibleData-Rate)方案，CAN-FD继承了传统CAN总线的主要特性，

使用改动较小的物理层，双线串行通信协议，依然基于非破坏性仲裁技术，分

布式实时控制，可靠的错误处理和检测机制，在此基础上对带宽和数据长度进

行优化，将逐步取代传统CAN成为下一代主流汽车总线系统，与车载以太网

搭配构建未来汽车的网络骨架。

1.CAN-FD概述

1.1基于OSI参考模型的CAN-FD协议分层

CAN-FD的协议架构（网络分层）与传统CAN保持一致，故后文中对协议

架构部分的说明将不对CAN与CAN-FD进行区分。

CAN协议也是基于ISO/IEC7498-1中规定的开放系统互联(OSI)基本参考

模型，该模型将通信系统结构划分为7层。自上而下分别为应用层（层7）、

表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层（层1）。

考虑到CAN作为工业测控底层网络，其信息传输量相对较少，信息传输的实

时性要求较高，网络连接方式相对较简单，因此，CAN总线网络底层只采用

了OSI7层通信模型的最低2层，即物理层和数据链路层，而在高层只有

应用层。CAN的数据链路层又分为逻辑链路控制（LLC）子层和媒体访问控
制（MAC）子层。物理层定义信号怎样传输，完成电气连接，实现驱动器/接

收器特性；MAC子层是实现CAN协议的核心，它的功能主要是传送规则，

即控制帧结构、执行仲裁、错误检测、出错标定和故障界定；LLC子层的功能

主要是报文滤波、超载通知和恢复管理。

物理层和数据链路层的功能可由CAN接口器件来完成。应用层的功能是由微

处理器完成的。在ISO11898中对CAN协议层级与OSI模型层级的关系进

行了说明，图1描述了CAN协议中数据链路层和物理层与OSI模型的关

系。

图1CAN分层结构与OSI模型对比

1.2CAN-FD优势分析

CAN-FD相比传统CAN总线，其优势主要有以下3点。

（1）传输速率更快

FD全称是FlexibleData-Rate,顾名思义，表示CAN-FD的帧报文具有数据

场波特率可变的特性，即仲裁场合数据控制场使用标准的通信波特率，而到数
据场就会切换为更高的通信波特率，车端常用的为2Mbit/s和5Mbit/s,从而

达到提高通信速率的目的。

图2CAN标准帧结构

图3CAN-FD标准帧结构（数据长度最大为16bytes）

图4CAN-FD标准帧结构（数据长度为20~64bytes）

（2）有效数据场更长

传统CAN报文标准帧的有效数据场只有8bytes，每帧携带的数据量很少，

CAN-FD对有效数据场的长度进行了很大的扩充，标准帧的有效数据场最大

可达到64bytes，大大提高了每帧报文中所能携带的数据量。

（3）更小的改动

CAN-FD保留了传统CAN总线协议的核心特征，这使得在ECU和收发器等硬

件层面上相较于车载以太网更易实现和应用，且由于CAN-FD与传统CAN对

物理层的要求基本一致，CAN-FD的ECU和收发器对传统CAN兼容，OEM
不论是采用直接升级为CANFD总线的方案还是在切换过渡的阶段先采用混

网的方案，在技术实现和开发成本控制层面都可以达到预期。

2.CAN-FD在产品车型上的应用

以某车型为例，该项目已对CAN-FD网络进行了量产化应用，该项目基于电

子电气功能架构搭建了集合多种车载网络协议的网络架构，集信息域、互联域、

自动驾驶域、底盘动力域的多域融合的一汽新一代整车网络架构，该架构具备

支持拓展L2+级自动驾驶和整车级OTA技术的能力，具有高功能安全、高

信息安全的技术优势。

2.1功能定义

本车型CAN-FD部分主要实现ADAS自动驾驶和动力车控等功能，ADAS功

能分为驾驶智能辅助功能和自动驾驶功能，包括拨杆换道、自动换道、自适应

巡航、高速代驾、拥堵跟车、自动泊车等基本或高阶的功能，涉及到ADAS域

控制器与感知传感器、底盘、动力等执行控制器的控制交互。

2.2方案设计

对于2.1章节所描述的功能需求，在以往项目设计时多采用CAN总线进行

传输相关报文，但随着ADAS功能水平升级，这些ADAS功能的实现对网络

通信有着更高性能、低