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整车厂如何快速实现测试设备CANFD升级?

摘要：随着CAN FD与车载以太网的诞生与应用，给新一代智能网联车的整车架构带来显著的变化，也给整车厂和工程师们带来新的机会和挑战 。针对目前CANFD升级较复杂的现状，致远电子提供了有效解决方案，本文对此做简单的介绍 。
一、新一代智能网联车CANFD的应用
传统的汽车网络架构主要是由CAN总线组成，车内分布式电控单元ECU按照功能划分为动力总成、车身控制、辅助驾驶等总线区域;车窗、车灯、天窗等则通过LIN总线接入CAN网络 。
在新一代智能网联车的浪潮下，随着车载ECU的与日倍增以及处理器运算能力和硬件的高速发展，连接ECU的网络需要更大的带宽，这一需求远超CAN等传统车载网络的容量极限 。
因此，比较明确的趋势是向CAN FD过渡，CAN FD提供了64字节的数据吞吐量以及最高5Mbps的传输速率 。由于车载以太网具有高带宽、低延迟、低成本的特性，在新一代整车架构中将替代CAN总线成为优选网络架构 。
如图1所示，以车载以太网作为骨干网络，将核心域控制器(动力总成、车身、娱乐、ADAS)连接在一起 。各个域控制器在实现专用的控制功能的同时，还提供强大的网关功能 。从图 1可以发现，在各个域控制器的下方，各部件之间通讯通过CANFD来实现数据共享 。
图1 新一代智能汽车网络架构
(图片参考网络图片绘制)
CANFD以及车载以太网的引入，使得新一代智能网联汽车整车架构上发生了较为明显的变动 。要实现从传统汽车到智能网联汽车的升级，从整车生产线控制、实验室、ECU单元的设计都将做出很大的改动，其中涉及的CAN节点很多且复杂，如果全部升级为CANFD节点来实现ECU单元的设计、测试以及生产等，将会是一个比较漫长的过程 。
二、如何快速实现设备CANFD升级?
随着新一代智能汽车的发展，很多车厂都在考虑使用CAN FD来替代CAN实现数据量传输的提速 。目前各大车厂并未完全实现车载域控制，在生产线或实验室存在CAN与CANFD并存的现象，例如，新一代智能汽车ADAS系统中毫米波雷达等设备需要采用CANFD提高通讯速率，保证安全驾驶 。同时，ADAS也是目前智能汽车中最为重要的一环 。如图2所示，在现有的整车系统中以CAN网络为主，在调试阶段ADAS系统无法与动力控制、车身控制通讯，所以打通CAN与CANFD之间的通讯极为重要 。
图 2 CANFD通讯现状
由于CANFD向下兼容CAN，而普通CAN节点无法正常解析CANFD报文 。如图3所示，CAN节点和CANFD节点的波特率明显是不匹配的，CANFD最高5Mbps，进而导致通讯故障，就会一直报错，导致网络通讯异常 。
图3 CAN与CANFD波形对比
【整车厂如何快速实现测试设备CANFD升级?】 那么如何保证CAN/CANFD节点正常通讯测试，快速地升级到CAN FD呢?
1. 网络中所有CAN节点升级到CANFD
这种方式虽然能够保证网络中既可以存在CAN报文也可以存在CANFD报文，但是由于整体网络全部更替为CANFD，对于前期车厂测试或生产部分单元来说，成本较高且使用率低
2. CAN节点自动忽略CANFD报文
这种方式是让网络中CAN 2.0节点不对CANFD报文进行识别，能够保证网络中不存在错误帧，但是CAN节点与CANFD节点不能进行通讯是存在的弊端，只能作为临时方案适用 。
3. 实现CAN与CANFD的转化
对于CAN FD的升级，如果不是全部节点都进行升级，大部分整车厂都会采用先将动力域升级成CANFD，然后再进行各个功能域的升级，所以，为了避免与CAN总线的冲突，需要首先将CAN网络与CANFD节点的通讯打通，保证在生产线或实验室能够进行通讯测试 。这种情况，使用CANFD网桥作为转换来完成是更好的方法 。如图4所示，工程师可以不用在意如何完成CAN与CAN FD报文之间的转换，只需要进行一些参数的配置选择，既可以实现CAN/CANFD的相互转换，也可以将工作重心放到产品功能的实现上，降低前期测试的成本，提高使用率 。
图 4 CANFD网桥实现CAN与CANFD通讯
除此之外，对CANFD设备的测试、调试以及数据的读取与存储也是目前存在的痛点，面对诸如此类现象,致远电子针对常用的接口，例如：USB、串口、网口、WiFi、PCIe等，推出了如图5所示一系列CANFD卡及记录仪，助力工程师完成CANFD网络和车载以太网的设计、验证、调试、故障排查以及维护 。
图5 CANFD系列产品
三、CANFDBridge助力整车厂CANFD快速升级
CANFDBridge是广州致远电子有限公司开发的高性能CAN/CANFD智能协议网桥 。集成2路CAN/CANFD可切换接口，支持ISO标准CANFD与Bosch CANFD标准 。每个接口具备独立的2500VDC电气隔离保护电路，支持设置波特率范围50K~5Mbps;支持CAN转CAN、CAN转CANFD、CANFD转CAN、CANFD转CANFD等报文默认转换处理，除此之外，具有如下特性：
1. 灵活的转换组合还原数据
采用直转、合并、拆分三种方式实现传统CAN的8字节长度和CANFD的64字节长度的相互转换，无损还原原有数据 。
2. 支持64组ID过滤，有效过滤无需数据
每个CAN通道支持设置64组标准帧ID/标准帧组ID/扩展帧ID/扩展帧组ID的过滤配置，有效过滤无需数据，降低总线负载 。
3. 支持CAN ID与数据转换映射功能
CANFDBridge支持ID与数据的转换映射，可以把输入的报文进行特定ID和数据的转换输出，实现相同设备的联网接入 。
4. 灵活设置波特率采样点，内置终端电阻使能
CANFDBridge内置可配置的终端电阻，用户通过软件即可使能或者去除;自带自定义波特率计算器，可以计算出匹配网络的TESG1、TESG2、SJW、采样点的波特率寄存器，提高设备的适应性 。
5. 总线错误回传功能，提高故障预警能力
CANFDBridge具备发送错误信息回传功能，让本侧设备获知另外一侧的总线运行情况，提高故障预警能力 。
6. 配置接口读取总线错误状态
通过CANFDBridge的配置接口，具备读取通讯错误状态的功能，可以方便的查找到故障的大概方向，以便于paicha 软硬件问题 。
7. 支持ECU刷写和E2E安全算法，完美匹配AUTOSAR标准
ZCANPRO支持ECU刷新和E2E安全算法，提供UDS协议服务，添加刷写文件并应用执行器，可轻松完成ECU数据安全快速刷新 。

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