CANFD每秒最多可以发送多少帧报文？CAN FD结构详解

我们知道CANFD比CAN拥有更长的数据长度（最长64字节），更高的波特率（8Mbps甚至更高）。那么波特率更高，数据更长的CANFD，一秒钟最高可以发送多少帧CANFD报文呢？

想知道问题的答案，那么我们就要知道一帧CANFD报文由多少个位组成，再由具体波特率算出报文时间，最后就可以得出每秒能发送的帧数了。接下来，我们就一步步来算出答案。

要想知道CANFD报文由多少个位组成，那么我们就要了解CANFD帧结构，知道每个段占用位数从而得出CANFD报文位数。

如上图所示，分别为CANFD标准帧和扩展帧，其组成如下：

帧起始：起始信号，由1个显性位组成；

仲裁段：

• SRR：替代CAN标准帧中的RTR位；

• IDE：扩展帧标志位；

• r1：保留位，为显性；

• 标准帧仲裁段由11位ID和r1位（显性）、IDE（显性）组成，总共13位；

• 扩展帧仲裁段由29位ID和SRR（隐性）、IDE（隐性）、r1位（显性）组成，总共32位；

控制段：由EDL、r0、BRS、ESI、DLC总共8个位组成；

• EDL：CANFD帧标识，CANFD为隐性, CAN为显性;

• r0：保留位，为显性；

• BRS：位速率切换，该位显性则仍采用仲裁域波特率；该位为隐性，则该位发送到采样点后，采用数据域波特率；

• ESI：错误状态指示位，指示发送节点为主动错误状态（显性），还是被动错误状态（隐性）；

• DLC：数据段长度指示，4个位组成；

数据段：0 ~ 64字节，也就是0 ~ 512个位；

CRC段：由固定填充位FSB（6/7位）、填充位计数（4位）、CRC（17/21位）、CRC界定符（1位）组成，总共28或33位组成。

固定填充位（FSB)：CRC段中每4个位固定填充一个与上位相反的位；

• 采用CRC17时，FSB为6个位；

• 采用CRC21时，FSB为7个位；

填充位计数：由填充位计数（3位）和奇偶校验位（1位）组成；

CRC：

• 报文长度小于16时，采用CRC17，17位组成；

• 报文长度大于16时，采用CRC21，21位组成；

CRC界定符：固定为隐性位；从该位采样后，切换为仲裁域波特率；

ACK段：由ACK位和ACK界定符位组成，总共2位；

• ACK：接收节点应答位，接收节点应应答显性位；

• ACK界定符，固定为隐性；

帧结束：固定为7个隐性位；

帧间隔：每次发送一帧报文后，需留3位时间作为帧间隔；

知道CANFD帧结构组成后，我们可以算出：

CANFD报文位数 = 帧起始（1位）+ 仲裁段（13/32位）+ 控制段（8位）+ 数据段（0~512位）+ CRC段（28/33位）+ ACK段（2位）+ 帧结束（7位）

从上述公式中可以看出，影响报文位数主要为仲裁段（帧ID长度）和数据段（CRC段受数据段长度影响）。那么我们通过帧类型、帧长度组合出不同情况报文位数：

• 标准帧，数据0字节：

帧起始（1位）+ 仲裁段（13位）+ 控制段（8位）+ 数据段（0位）+ CRC段（28位）+ ACK段（2位）+ 帧结束（7位）= 59位

• 标准帧，数据64字节：

帧起始（1位）+ 仲裁段（13位）+ 控制段（8位）+ 数据段（512位）+ CRC段（33位）+ ACK段（2位）+ 帧结束（7位）= 576位

• 扩展帧，数据0字节：

帧起始（1位）+ 仲裁段（32位）+ 控制段（8位）+ 数据段（0位）+ CRC段（28位）+ ACK段（2位）+ 帧结束（7位）= 78位

• 扩展帧，数据64字节：

帧起始（1位）+ 仲裁段（13位）+ 控制段（8位）+ 数据段（512位）+ CRC段（33位）+ ACK段（2位）+ 帧结束（7位）= 590位

仲裁域和数据域所占报文位数

由于CANFD采用了双波特率形式：标准波特率（也称仲裁域波特率）和数据域波特率，所以帧结构中不同段采用的波特率也不同。

• 仲裁域波特率所占位数：

帧起始（1位）+ 仲裁段（13位）+ 控制段的EDL、r0、BRS(3位)+ ACK段（2位）+ 帧结束（7位）

• 数据域波特率所占位数：

控制段的ESI、DLC(5位)+ 数据段（0~512位）+ CRC段（28/33位）

主要说明的是，BRS位和CRC界定符位均同时使用了两个波特率：

BRS位：由仲裁域波特率 * 仲裁域采样点 + 数据域波特率 * （1 - 仲裁域采样点）组成；

CRC界定符：由数据域波特率 *  数据域采样点 + 仲裁域波特率 * （1 - 数据域采样点）组成；

我们此处将BRS认定采用仲裁域波特率、CRC界定符采用数据域波特率以方便计算。

位填充

当然，上述报文位数中，还未包含填充位个数。在CAN/CANFD协议中规定：每5个相同的位就必须填充一个相反位，该位即为填充位。

我们知道字节0x55或0xAA，其二进制分别为0101 0101或1010 1010，也就是每个位与上一位均相反，若此时ID和数据均为0x55或0xAA，则可以使填充位个数最少。

同理，字节0xFF或0x00，其二进制位1111 1111或0000 0000，也就是所有位均一致，若此时ID和数据均为0x00或0xFF，此时报文的填充位个数最多。

不同类型报文所占位数

基于以上报文位数的计算，我们可以得出算出不同类型报文所占位数，如下表所示。

从上表可知：

当报文为CANFD标准帧ID为0x555，数据长度为0时，报文位数最少，为59位。

当报文为CANFD扩展帧ID为0x0，数据长度为64字节，数据全为0xFF时，报文位数最多，为703位。

最后，我们就可以根据波特率算出不同类型报文时间了，计算公式如下：

报文时间 = 仲裁域位时间 * 仲裁域位数 + 数据域位时间 * 数据域位数

我们以位数最少的CANFD报文为例，在仲裁域波特率为1Mbps（位时间1us），数据域波特率为5Mbps（位时间200ns）时，其报文时间 = 1us * 26 + 33 * 200ns = 32.6us。

那么一秒钟最多可以发送报文呢？由于报文发送成功后，需经过帧间隔（3个位）后才能发送下一帧报文，也就说仲裁段要在原来基础上加3个位，就可以算出每秒发送多少帧了。那么上述位数最少报文的发送时间耗时 =  1us * （26 + 3） + 33 * 200ns = 35.6us，也就是1秒钟最多可以发送1000000us / 35.6us = 28089帧报文。也就是说，1M/5M波特率下，发送CANFD标准加速帧，最多可以发送28089帧。

下面我们给出一些常用波特率下，不同类型报文每秒最多可以发送的CANFD报文帧数（下表中报文BRS位为1，ESI位为0），供大家参考。

500K/2M波特率

1M/5M波特率

1M/8M波特率

既然CANFD每秒最多可以发送28000帧报文（1M/5Mbps），那么什么样的设备可以能拥有如此高性能的收发能力呢？答案就是，致远电子最新发布八通道CANFD卡——USBCANFD-800U。

USBCANFD-800U采用创新型的ARM+FPGA架构,使得多路CANFD同时实现高性能收发。即使在1M/5M波特率下，也能够轻松实现满载收发不丢帧。

此外，其还具有硬件采集CAN总线负载、微秒级别的收发报文时间戳、微秒级别的定时发送精度等一系列特性，以满足用户的高阶需求

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