向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了
广告

汽车电子升级支持CAN FD协议需要更高集成度的系统基础芯片(SBC)

时间:2019-06-24 作者:顾正书 阅读:
相比“经典”CAN协议,CAN FD具有两大优势:CAN FD采用可变速率,可达5Mb/s,而传统的CAN协议只有1Mb/s;能够支持更高的负载,在单个数据框架内传送率可达64字节,避免了经常发生的数据分裂状况。
ASPENCORE

为什么要升级到CAN FD

1986年博世(Bosch)提出CAN(Controller Area Network,控制器域网络)通信和总线协议方案以来,这种高速、可靠且易用的通信总线就一直在汽车电子领域广泛应用,用于连接需要进行微处理器通信的分布式应用。经过20多年的发展与沉淀,CAN通信目前已经成为车载网络领域最成熟、应用最广泛的通信总线之一。除汽车应用外,CAN也已经广泛应用于工业控制、现场总线、电器、航空航天等市场。这种协议的简单性源于这样一个事实,即大部分繁重的工作都是在CAN控制器外围设备的硬件中完成的。总线拓扑的灵活性也有助于其广泛的采用。97xEETC-电子工程专辑

随着ADAS、电动化、联网和无人驾驶技术的快速发展,汽车电子对数据传输的带宽和速度要求越来越高,传统的CAN总线在传输速率和带宽等方面越来越显得力不从心,因此CAN总线的改进就自然提上日程了。CAN FDCAN with Flexible Data rate)于2015年成为国际标准化ISO 11898系列,开始步入快速发展时期。相比经典”CAN协议,CAN FD具有两大优势:97xEETC-电子工程专辑

  • CAN FD采用可变速率,可达5Mb/s,而传统的CAN协议只有1Mb/s;
  • 能够支持更高的负载,在单个数据框架内传送率可达64字节,避免了经常发生的数据分裂状况。

微信截图_20190624153245.jpg97xEETC-电子工程专辑

CAN-FD通信时会用到两种通信波特率,因此对“FD”可解释为灵活的数据速率(Flexible Data rate)。另一个新的功能是减少控制位的开销。目前CAN 2.0标准最大8个字节的数据,CAN-FD数据位最大的字节数提高至64位,CAN-FD具有更高的有效传输负载。例如:CAN-FD总线以2Mbit/s的速率、64位数据与CAN 250Kbit/s8位数据传输对比,很明显在相同时间下,CAN-FD的有效传输负载是CAN传输负载的8倍。97xEETC-电子工程专辑

此外,CAN-FD标准向下兼容CAN 2.0 A/B标准,CAN-FD节点也可以与现存的CAN 2.0协议的节点进行通信。这种兼容性可确保CAN 2.0设备能够平滑地过渡到CAN-FD功能的硬件上。97xEETC-电子工程专辑

HIS预计,2019年中国将有8%的新车装备支持CAD FD总线的系统,而这些系统中大量采用的雷达、超声波等感应元器件,需要高速、可靠和稳定的车载网络接入到系统中,而这正是CAN FD的优势所在。除了传统的汽车领域,CAN系列总线在工业自动化领域也有着广泛的应用,比如数控机床、机器人和伺服电机等,每年全球安装8亿以上的CAN节点。CAN FD的推出,在继承CAN总线优势的基础上,将为用户带来更快更好的使用体验。97xEETC-电子工程专辑

微信截图_20190624153622.jpg97xEETC-电子工程专辑

尽管CAN FD可为汽车电子网络系统的设计师带来诸多好处,但要从现有的CAN升级到CAN FD也面临很多挑战。很多微控制器并没有集成CAN FD支持功能,需要在设计中增加多个分立器件才能创建CAN FD接口。即便一些新的微控制器内置CAN FD控制器功能,但要升级和更换微控制器,还要增加CAN FD收发器,也会增加额外的成本和PCB空间。下图是现在的典型CAN/CAN FD配置简化机构,即使增加单独的CAN FD控制器和收发器,也只能工作于CAN模式。97xEETC-电子工程专辑

什么是系统基础芯片(SBC)

在汽车电子设计中,SBC是指系统基础芯片,即将CAN或本地互联网络(LIN)收发器与内部/外部功率器件集成在一个芯片上。所集成的功率器件可以是低压差线性稳压器(LDO)、DC/DC转换器或两者兼用。当设计师需要更多输出功率,或选择需要收发器和离散式LDODC/DC转换器的离散式解决方案时,SBC是理想的选择。97xEETC-电子工程专辑

虽然SBC并非新的芯片产品类型,但近几年在集成和性能方面的创新拓展了这类芯片的使用范围。更高的集成度和可靠性使汽车设计师可以实现质量更轻且成本更低的设计。从经典CANCAN FD升级就要求相应的解决方案能够弥补CAN FD控制器与微处理器之间的差距,同时也要能够增加经典CAN/CAN FD总线的数量。97xEETC-电子工程专辑

CANLIN收发器提供其相应技术的输入和输出。一旦收到数据包,这些收发器就会将数据传送给微控制器或微处理器进行进一步的操作。反之,它们会从同一处理器接收信息,经由相关总线进行出站通信。97xEETC-电子工程专辑

尽管CANLIN收发器在本质上看是相当基础的技术,但芯片供应商持续添加更多功能,在力求增加保护功能的同时,削减设计的复杂性、空间和成本。这些功能通常包括总线故障保护和静电释放保护,以及通过1.8V - 3.3V 1.8V - 5V输入/输出(也称为VIO)与处理器往返数据的能力。97xEETC-电子工程专辑

下面我们以TI最新发布的TCAN4550-Q1为例来说明基于LDOSBC功能特性,不过同样的概念也适用于具有更高输出的DC/DC转换器。TCAN4550-Q1在单一封装内同时集成了CAN FD控制器、CAN FD收发器和LDO,它串行外围接口(SPI)与微控制器或微处理器通信,可为汽车电子设计增添CAN FD的先进功能。下图是带LDOTCAN4550-Q1如何连接到微处理器的基本方框图。97xEETC-电子工程专辑

 微信截图_20190624162748.jpg97xEETC-电子工程专辑

该器件提供的其它功能包括VIO1.8V3.3V5V支持)、唤醒、休眠,以及在非正常可用情况下支持处理器功能的超时看门狗等。其集成式LDO可提供125 mA电流,其中约50 mA用于为CAN FD收发器供电,还有70 mA的输出可为嵌入式微控制器或其它器件供应电流。97xEETC-电子工程专辑

微信截图_20190624163022.jpg97xEETC-电子工程专辑

通过TCAN4550-Q1升级到CAN FD可以实现如下好处:97xEETC-电子工程专辑

  • 简化BOM和削减系统成本:设计师依托高度集成的SBC器件可以简化设计,包括集成式±58-VDC总线故障保护、看门狗计时器及故障切换模式。
  • 便捷地在汽车设计中扩展总线:如果微控制器的CAN FD端口数量有限,设计师还可以使用这款芯片经由汽车系统中现有的SPI端口添加更多的CAN FD总线。
  • 更小的电源设计占用空间:凭借集成式125 mA低压差(LDO)线性稳压器,该器件可以为自己供电,此外,还能够为传感器或其它组件供应70 mA的外部输出。由于减少了对外部电源组件的需要,电源设计所占的空间也因此变小。
  • 降低功耗:帮助设计师藉由唤醒和休眠功能降低待机时的系统功耗。
  • 提高最大数据传输率:这种新的SBC支持汽车在组装期间能够以8 Mbps最高数据传输率来更快速地编写汽车软件程序,超越了CAN FD协议要求的5 Mbps最高数据传输率。

 97xEETC-电子工程专辑

ASPENCORE
本文为EET电子工程专辑 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
顾正书
电子工程专辑(EETimes China)主分析师。以深圳为坐标原点,扫描全球电子和半导体行业。专注于China Fabless和SoC设计细分市场的分析和学习,欢迎交流。
您可能感兴趣的文章
  • 上海厂Model 3交付特斯拉股价大涨,马斯克脱衣跳舞感谢 1月7日,特斯拉在上海超级工厂庆祝了Model 3的首次交付,马斯克专程从美国洛杉矶来到中国上海。会上除了透露有关Model Y的更多信息,马斯克还兴奋地脱掉了自己的西装来了一场尬舞,对比一年前特斯拉深陷产能地狱、股价被做空和破产传闻,如今马斯克感到高兴并真心实意“感谢中国”是有理由的……
  • 即日起,IDT作为“瑞萨电子美国”开始运营 2020 年 1 月 6 日,瑞萨电子株式会社今日宣布,于2019年3月30日完成收购的Integrated Device Technology, Inc.(原“IDT”)在美国完成整合,自2020年1月1日起,作为瑞萨电子美国正式开始运营。
  • 美国限制AI软件出口中国,影响无人机/自动驾驶行业 虽然即将与中国达成第一阶段的贸易协定,但这并不意味着美国将放松对中国的科技战。最细消息显示,美国已经针对中国出台最新出口管制措施——限制人工智能(AI)软件出口,主要包含无人机、自动驾驶等领域的必要软件,因为此类成像软件“让美国拥有巨大的军事或情报优势”……
  • 汇顶CEO张帆新年致辞,盘点2019年Design Wins 汇顶科技CEO张帆在2020新年致辞中表示,2019年,汇顶科技走过了一段充满创新激情与收获的征途,如今采用汇顶屏下光学指纹方案的商用手机机型已达101款。汇顶PC触控方案已经打入HP、华为和联想等全球顶尖品牌的供应链,汽车触控芯片也已经在吉利、长安、奇瑞等自主汽车品牌实现了规模商用……
  • 芯片设计如何跑赢汽车电子系统的安全性和可靠性竞赛? 无论是此前自动驾驶汽车失控导致车毁人亡,还是近段时间发生的多起高端新能源汽车因为电池/电路原因导致自燃的事件,都不禁让人感叹,这些电子技术制成的创新汽车产品,什么时候才能让人开起来更安心,停在车库里更放心呢?在笔者看来,新时代的汽车电子如果要实现安全性和可靠性,主要有以下四个障碍需要跨越。
  • 用智能手机“召唤”汽车时可能面临哪些潜在威胁? 消费级手机设计是否足够安全以控制任务关键型系统?我们是否已考虑清楚用智能手机来“召唤”汽车时可能面临的潜在威胁?
相关推荐
    广告
    近期热点
    广告
    广告
    广告
    可能感兴趣的话题
    广告