车载以太网新挑战：CAN XL总线技术解析！

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[为什么需要 CAN XL？](#为什么需要 CAN XL？)

背景

[CAN XL标准规范](#CAN XL标准规范)

[CAN XL的主要特点](#CAN XL的主要特点)

[CAN-XL 协议数据链路层](#CAN-XL 协议数据链路层)

[第 2 层的新功能：](#第 2 层的新功能：)

[SDU 类型（SDT）定义](#SDU 类型（SDT）定义)

[与 CAN FD 的兼容性：](#与 CAN FD 的兼容性：)

[CAN FD 和 CAN XL 的兼容性实现了：](#CAN FD 和 CAN XL 的兼容性实现了：)

[MAC 帧格式](#MAC 帧格式)

应用场景

[CAN XL VS CAN FD VS CAN](#CAN XL VS CAN FD VS CAN)

[比较 -- CAN 协议（第 2 层）](#比较 – CAN 协议（第 2 层）)

[比较 -- 帧格式](#比较 – 帧格式)

[比较 -- 净比特率与有效载荷大小](#比较 – 净比特率与有效载荷大小)

[比较 -- 兼容性](#比较 – 兼容性)

[比较 -- 第 1 层和第 2 层的功能](#比较 – 第 1 层和第 2 层的功能)

[比较 -- 应用相关属性](#比较 – 应用相关属性)

[比较 -- 净比特率与有效载荷大小](#比较 – 净比特率与有效载荷大小)

[比较 -- 技术](#比较 – 技术)

[比较 -- 价格](#比较 – 价格)

[CAN XL 节点 (CiA610-1) 可用性矩阵](#CAN XL 节点 (CiA610-1) 可用性矩阵)

[示例1：混合 CAN FD / CAN XL 网络](#示例1：混合 CAN FD / CAN XL 网络)

[示例2：纯 CAN XL 网络](#示例2：纯 CAN XL 网络)

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为什么需要 CAN XL？

背景

随着车辆变得越来越复杂和互联，CAN 的局限性也变得越来越明显。例如，CAN 的最大数据速率为 1 Mbps，不足以支持高级驾驶辅助系统 (ADAS)、信息娱乐或无线更新等高带宽应用。此外，CAN 的帧大小固定为 8 字节，这限制了单个消息中可以传输的数据量。此外，CAN 不支持加密或身份验证，这引发了安全和隐私问题。

为了应对这些挑战，CAN in Automation ( CiA ) 组织开发了一种名为 CAN XL 的新协议。CAN XL 是CAN FD 协议的扩展，而 CAN FD 协议本身是对传统 CAN 协议的改进。CAN XL 旨在为汽车网络提供更高的数据速率、更大的有效载荷和增强的安全功能

CAN XL协议简介

CAN 数据链路层的第三版完全支持所有三种协议类型，即传统 CAN、CAN FD 和 CAN XL 协议。与CAN FD类似，指定了两种不同的位定时设置。数据字段长度已扩展，可容纳 1 字节至 2048 字节。一个新颖的功能是将 CAN-ID 字段划分为 11 位优先级字段和 32 位接受字段。

CAN XL 为更高层提供了一些额外的协议嵌入式配置选项。还有一些可选的配置功能，例如禁用错误信号并在连接单元接口处启用脉冲宽度调制 (PWM) 编码，而不是标准的非归零 (NRZ) 编码。使用 PWM 编码，可以实现高达 10 Mbit/s 或更高的比特率，具体取决于物理网络设计。

CAN XL 专为主干网和次干网应用而设计，旨在与TCP/IP网络系统无缝集成。

CAN XL标准规范

CAN XL 的基础基于 ISO 11898-1:2015 中概述的原则。CAN XL 协议的功能由 CiA SIG（特别兴趣小组）于 2018 年 12 月定义。随后，CAN in Automation（CiA）小组于 2020 年正式发布了 CAN-XL 协议。

CiA 610： CAN XL 规范和测试计划。
CiA 611： CAN XL 高层服务。
CiA 612： CAN XL 指南和应用说明。
CiA 613： CAN XL附加服务。

CAN XL的主要特点

可变有效载荷高达 2048 字节
可扩展数据比特率高达 20 Mbit/s
通过调整比特率实现复杂拓扑
提高错误检测能力
轻松集成到以太网环境中

支持面向服务的通信
分离优先级和寻址功能
CANsec 提供可选的安全性
实现 CAN FD 节点集成到 CAN XL 网络
支持虚拟 CAN 网络
指示多个高层协议
符合ISO 11898-1和ISO 11898-2标准
Autosar支持

CAN-XL 协议数据链路层

CAN XL DLL 能够处理大小从 1 字节到 2048 字节的数据字段。它提供了有关如何从标称比特率转换为 XL 数据相位比特率以及反之亦然的说明，以及如何在仲裁模式和数据 TX 模式/数据 RX 模式之间切换 CAN 收发器模式（使用 PWM 编码）。切换 CAN 收发器模式的能力取决于本地配置以及所连接的 CAN 收发器是否支持模式切换。

此外，CAN XL数据链路层通过使用两个CRC字段包含更高层的管理信息和增强的可靠性。

比特率
- 仲裁阶段：≤ 1 Mbit/s
- 数据阶段：1 ... 高达 20 Mbit/s，用户配置，比特率与网络拓扑之间的权衡
标识符
- 优先级 ID（总线访问优先级）：短（11 位） 允许短有效载荷的高净比特率
- 消息 ID（识别（32 位）-> 在 XL 数据阶段的"接收字段"中发送
数据字段长度
- 范围：1 ... 2048 字节
- 支持：传统 CAN 应用程序 ... 透明以太网帧隧道、使用 TCP/IP 等

第 2 层的新功能：

第 2 层 MAC 帧包含 3 个新字段：

SDT ： SDU 类型（8 位）
- 指示数据字段中嵌入的协议类型
- 类似于以太网中的 EtherType
- CiA611-1 为以太网隧道定义了 2 个 SDT 值

VCID：虚拟 CAN 网络 ID（8 位）
- 允许将 CAN 网络/总线划分为虚拟网络
- 类似于以太网中的 VLAN ID

AF ：接收字段（32 位）
- 基于内容的寻址（消息 ID）
- 基于节点的寻址（源地址、目标地址）
- AF 字段的解释取决于 SDT，并支持以下两种方式：

SDU 类型（SDT）定义

指示数据字段中嵌入的协议类型，类似于 EtherType
CiA611-1 在首个版本中指定了 5 种 SDU 类型：
- 基于内容的寻址
- 节点寻址
- 经典及 FD 帧 Tunneling
- IEEE 802.3（以太网）Tunneling
- IEEE 802.3（以太网）映射Tunneling