Evolución del protocolo: de CAN a CAN FD

CAN FD (Flexible Data-rate), abreviatura de "CAN with Flexible Data-rate", representa una actualización de la capa de protocolo a la CAN tradicional. En particular, CAN FD retiene la capa física original mientras mejora el protocolo de comunicación. Este diseño garantiza la compatibilidad con versiones anteriores al tiempo que aborda los cuellos de botella críticos en los sistemas CAN clásicos.

A medida que los sistemas electrónicos de automoción se vuelven cada vez más complejos con interacciones de datos frecuentes, el bus tradicional CAN 2.0 se enfrenta a severas limitaciones de ancho de banda, con tasas de carga que alcanzan hasta el 95% en algunos escenarios. Las principales limitaciones de la CAN clásica incluyen:

• Velocidad de transmisión máxima limitada a 1 Mbit/s (comúnmente 500 kbit/s en la práctica);

• Sobrecarga de trama excesiva, con menos del 50% del ancho de banda asignado a la transmisión de datos real;

• Carga útil limitada de datos de 8 bytes, insuficiente para las demandas modernas de alto volumen de datos;

• Restricciones de latencia de la arquitectura física (por ejemplo, retardos de respuesta de ACK, retardos de propagación de transceptor/cableado).

En comparación, otros protocolos exhiben una menor sobrecarga:

• UDP : sobrecarga de 64 bytes en un paquete de datos de 1500 bytes;

• FlexRay : sobrecarga de control de 8 bytes en una trama de 254 bytes.

Dada la necesidad de la industria automotriz de retener la infraestructura CAN existente al tiempo que mejora el rendimiento y controla los costos de actualización, surgió CAN FD. El desarrollo comenzó en 2011, y en 2015, se integró formalmente en la norma ISO 11898-1, coexistiendo con la clásica CAN.

Los avances centrales de CAN FD sobre el CAN tradicional son:

1. Carga útil de datos ampliada (hasta 64 bytes);

2. Velocidades de transmisión más altas durante la fase de datos (hasta 8 Mbit/s).

Estas mejoras aumentan significativamente la eficiencia de la comunicación, reducen la carga del bus y se alinean mejor con las demandas modernas de transferencia de datos de alta velocidad y alta capacidad. Por lo tanto, CAN FD no es solo una evolución de CAN, sino también un paso crítico hacia futuras redes vehiculares.

CAN vs. Comparación CAN-FD

2. Diferencias de estructura de marco entre CAN y CAN FD

La trama CAN FD conserva el marco básico de CAN clásica, pero introduce expansiones clave en los campos de control y datos para admitir un mayor ancho de banda y cargas útiles más grandes:

• Inicio de fotograma (SOF): Marca el inicio del marco, idéntico al clásico CAN.

• Campo de arbitraje : Incluye ID de 11 bits y un bit reservado (r1) para el arbitraje de bus.

• Campo de control : Expandido en CAN FD:

• EDL (longitud de datos extendidos): distingue CAN FD de CAN clásico.

• BRS (Bit Rate Switch): Permite tasas más altas para los datos y las fases de CRC posteriores a la arbitraje.

• ESI (indicador de estado de error): refleja el estado de error del transmisor para la tolerancia a fallos.

• Campo de datos: Mejora del núcleo, ampliable hasta 64 bytes a través del campo DLC.

• Campo CRC: Fortalecido con CRC de 17 o 21 bits basado en la longitud de los datos.

• ACK, EOF, IFS : idéntico a clásico CAN para compatibilidad con versiones anteriores.

3. ISO CAN FD vs. Bosch CAN FD

Bosch CAN FD (propuesta temprana):

• Introdujo una carga útil de 64 bytes y una velocidad de datos de 8 Mbit/s.

• Se utiliza CRC de 17 bits sin resincronización de tiempo de bits.

ISO CAN FD (11898-1:2015):

• Retiene las características de Bosch, pero agrega CRC de 21 bits para mayor robustez.

• Optimiza el formato de fotograma y los mecanismos de manejo de errores.

• Físicamente compatible pero difiere en la estructura de la trama, los algoritmos CRC y la tolerancia a fallas.

Hoy en día, ISO CAN FD ha reemplazado en gran medida la versión experimental de Bosch debido a su fiabilidad y estandarización superiores.