CAN FD イントロダクション

(1)

CAN FDイントロダクション

(2)

u CAN FD導入の背景 CAN FD概要

CAN FD ユースケース車載アプリケーションドメイン CAN FD フレーム (ISO) CAN FD コントローラー CAN FD パフォーマンス CAN FD デバイス

CAN FD 標準化

ベクター製品のCAN FD対応状況

CANoeとCANalyzerのCAN FD 対応機能比較まとめ

(3)

u

多くの CAN バスでバス負荷が 50% ～ 95% に到達

1. 1Mbit/sに制限されたバス速度(一般的な車両は500 Kbit/s以下)

u ACKスロットでの応答処理等が必要なため、配線の物理特性に制限:

u CANコントローラーでのACK生成遅延

u トランシーバーでの信号伝播遅延

u ワイヤー上での信号伝播遅延

2. CANメッセージのオーバーヘッドは50%以上

u 他のプロトコルと比較してオーバーヘッドが大きい

u Ethernet UDP – 最大1500バイト/データグラム、オーバーヘッド：64バイト(ipV4)

u FlexRay – 254バイト/フレーム、オーバーヘッド：8バイト CAN_H

CAN_L

CAN ECU

R_T

CAN ECU

(4)

CAN FD導入の背景 u CAN FD概要

CAN FD 標準化

(5)

(6)

u CANプロトコル（CAN 2.0ベース）を拡張した次世代ネットワークプロトコル

u CAN FDの主な特徴

1. 転送速度の高速化（一つのメッセージ内で二段階の転送速度）

u アービトレーション領域 – CANと同じ転送速度

u データ領域 – 1Mbps以上の転送速度（最大転送速度はアプリケーション等に依存）

※ベクター製IFおよびCANoe/CANalyzerを用いたシミュレーション環境では最大8Mbpsまで設定可能

2. データ長の拡張

u 最大64バイト/メッセージ

(7)

u システム構成がCANとほぼ同等

u コントローラー、水晶体、トランシーバー、ハーネスなど

u 既存のCANトランシーバーで2～8Mbit/sの転送速度に対応可能

（最大転送速度はアプリケーション等に依存）

u CANと同様のイベントトリガーシステム

u マイグレーションコストが比較的リーズナブル

u CANとCAN FDは特定の条件下で混在可能

(8)

CAN と CAN FD の混在

シナリオ 1

u ネットワーク上にCAN FD非対応のノードがある場合：

u CANメッセージによる通信 or 非対応ノードをオフにしてCAN FD通信

（例：リプログラミング）

シナリオ 2

u ネットワーク上のすべてのノードがCAN FDに対応している場合：

u CANとCAN FDのメッセージを混在可能

(9)

CAN FD のユースケース

u ソフトウェアダウンロードの高速化

u データの複数フレーム分散を回避

u 既存バスのバス負荷を減少

u バス上のECUの増加を抑制

u ネットワークの分割を回避

u 大容量データ通信への対応

u トラック/バスなど、長距離バスライン上の通信を加速

(10)

帯域幅とコスト

Sensors &

Convenience Powertrain &

chassis

Assistance &

X-by-wire

LIN

CAN LS CAN HS

FlexRay

Driver

Assistance Infotainment

MOST150 Ethernet, BroadR-Reach^®, IEEE RTPGE

CAN FD

データ転送速度

(11)

CAN FD vs. FlexRay

u CAN(1 MBit/s) と FlexRay(10 MBit/s) のギャップを縮小

u FlexRayへのマイグレーションは比較的労力が大きい

u FlexRayは比較的フレキシビリティーは低いが、通信予測等が容易（バス負荷など）

u FlexRayでのECUリプログラミングは効率性が低い

CAN FD vs. Ethernet

u Ethernetは、Car2xやカメラアプリケーションに最適

u Ethernetへのマイグレーションは比較的労力が大きい

u Ethernet (UDP)は、ストリーミングアプリケーションに最適

u イベントトリガーシステム vs. スイッチ型ネットワーク

(12)

CAN FD導入の背景 CAN FD概要

CAN FD ユースケース車載アプリケーションドメイン u CAN FD フレーム (ISO)

CAN FD コントローラー CAN FD パフォーマンス CAN FD デバイス

CAN FD 標準化

(13)

アービトレーションフェーズ・データフェーズ

SOF

1

RRS IDE FDF res ESI ACK ACK Delimiter

CRC Delimite

r

1

BRS

1 1 1 1 1 1 1 1

Identifier

11

DLC

4

Data

0..512

CRC

17 / 21

EOF

7

IFS

3 Stuff

Count 4

1 1 1 1

EOF

7 1 1 1

SOF RSS FDF res ESI ACK ACK Delimiter

CRC Delimiter

BRS

Identifier

11

DLC

4

Data

0..512

CRC

17 / 21

IFS

3 IDE Extended

Identifier 18

SRR

1 1 1 1

Stuff Count

4

アービトレーションフェーズ

(CANと同様の転送速度) データフェーズ

(転送速度を高速化可能) アービトレーションフェーズ

(CANと同様の転送速度)

アービトレーションフェーズデータフェーズアービトレーションフェーズ

拡張CAN FD フレーム(拡張ID) CAN FD フレーム(標準ID)

(14)

CAN FD フレーム領域

CAN FD Frame

Start Of Frame

CRC Field

ACK Field

End Of Frame u 7つのビット領域 – SOF、アービトレーション、コントロール領域、データ領域、

CRC (Stuff Count + CRCシーケンス)、ACK、 EOF

SOF

1

CRC Delimite

r

1

BRS

1

1 1 1 1 1 1 1

Identifier

11

DLC

4

Data

0..512

CRC

17 / 21

EOF

7

IFS

3 Stuff

Count 4

アービトレーション領域コントロール領域データ領域

(15)

Start of Frame

u SOFはCANと同様 – 1ビットの“ドミナント”ビット CAN frame

CAN FD frame

レセッシブ

ビットの状態

ドミナント

レセッシブ

ビットの状態

ドミナント ¹

SOF r1 IDE EDL r0 ESIBRS

1

1 1 1 1 1

Identifier

11

DLC

4

Data

0..512 1

SOF RTR IDE / r1

1 1

r0

1 Identifier

11

DLC

4

Data

0..64

(16)

アービトレーション領域

u CANとCAN FDのアービトレーション領域での違い

u アドレス方式は標準フォーマットと拡張フォーマットで共通

u CAN FDではRTRビットを使用せず、RRSビットとしてドミナントに固定

CAN frame

CAN FD frame

Data

0..512 1

SOF

1

RRS IDE FDF res ESI

BRS

1 1 1 1 1 Identifier

11

DLC

4

SOF

1

RTR r1

1 1

r0

1 Identifier

11

DLC

4

Data

0..64

(17)

コントロール領域

u CANおよびCAN FDで共通のビット:

u IDE, 予約ビット(r0), DLCビット

u CAN FDで追加されたビット :

u FDF – FD Format

u CAN(ドミナント) / CAN FD(レセッシブ)を識別

u BRS – Bit Rate Switch

u CAN FDのデータ領域とアービトレーション領域の速度を切替え

u BRSがレセッシブの場合にクロックレートを高速モードに切替え

u ESI – Error State Indicator (error active/passive)

1

1 1

SOF

1

RRS IDE FDF res ESI

BRS

1 1 1

Identifier

11

DLC

4

Data

0..512

(18)

コントロール領域： DLC

u データ長コード (DLC)

u DLCはCAN・CAN FDともに4ビット構成

u DLC=7まではビット値もCANとCAN FDで同様

u CANはDLC=8の場合、最上位ビット以外(1xxxのxxx部)を無視するが、

CAN FDでは無視しない(つまりDLC=8の値は1000で固定)

u CAN FDではDLCが8以上の場合、以下のように定義

1000 = 8 1100 = 24 1001 = 12 1101 = 32 1010 = 16 1110 = 48 1011 = 20 1111 = 64

CRC

17 / 21

SOF RRS IDE FDF res ESI ACK ACK Delimiter

CRC Delimiter

BRS

Identifier DLC Data

0-8, 12, 16, 20, 24 32, 48, or 64 bytes

EOF IFS Stuff

Count

(19)

データ領域

u CANの場合、0-8バイト

u CAN FDでは0-8、 12、 16、 20、 24、 32、 48、 64バイトに対応

u データバイトはMSB first(ビックエンディアン)で転送

u DLC = 0の場合、データフィールドの値は0

SOF

1

CRC Delimiter

1

BRS

1

1 1 1 1 1 1 1

Identifier

11

DLC

4

Data

0-8, 12, 16, 20, 24 32, 48, or 64 bytes

0..512

EOF

7

IFS

3 Stuff

Count

4

CRC

17 / 21

(20)

CRC 領域： Stuff Count

CRC Delimiter

1

ACK ACK Delimiter

1 1 Data

0..512

CRC

17 / 21

EOF

7

IFS

3 Stuff

Count

4

1 1 1 1

Parity

Bit 2 Bit 1 Bit 0

u CAN FDのCRC 計算方法では直前までのスタッフビットを考慮

u CANのCRC 計算方法ではスタッフビットを考慮しない

u Stuff bit count 値（modulo 8）のセーフガード：

以下の2つのセーフガードを実装

(21)

CRC 領域： CRC シーケンス

CRC Delimiter

1

ACK ACK Delimiter

1 1 Data

0..512

CRC

17 / 21

EOF

7

IFS

3 Stuff

Count

4

u CRCのサイズはCAN/CAN FDのデータ長に応じて決定

u 通常のCANでは15ビット

u データ長が16バイト以下のCAN FDでは17ビット

u データ長が16バイトより大きいCAN FDでは21ビット

u CAN FDのCRCデリミタは常に1ビットで送信されるが、ノード間の位相のずれを考慮し、受信側で最大2ビット時間を許容

u CAN FDフレームのデータ領域(高速化可能な領域)はCRCデリミタの最初の 1ビットのサンプリングポイントまで

(22)

ACK 領域

u CRCデリミタビットの終わりにACKが送信される

u CANとCAN FDの違い

u CAN FDの受信ノードは最大2ビット時間まで有効なACKとして認識

u 追加の1ビット時間は、高速なデータ領域から低速なアービトレーション領域へのクロック切替え時に発生する可能性があるトランシーバーの位相のずれおよびバスの伝播遅延の補完に使用

End of Frame

u 7ビットのレセッシブ(CAN FDフレームのデリミタ)

CRC Delimiter

1

ACK ACK Delimiter

1 1 Data

0..512

CRC

17 / 21

EOF

7

IFS

3 Stuff

Count

4

(23)

CAN FD 波形 ( オプション Scope を利用 )

Arbitration Phase

Data Phase

Arbitration Phase

※上記波形はCAN FD (non ISO)

(24)

CAN FD ユースケース車載アプリケーションドメイン CAN FD フレーム (ISO) u CAN FD コントローラー

CAN FD パフォーマンス CAN FD デバイス

CAN FD 標準化

(25)

u コントローラーによりCANとCAN FDを切替え

u 4種類のフレームフォーマットに対応：

u 標準CANフォーマット – ID：11ビット、転送速度固定

u 拡張CANフォーマット – ID：29ビット、転送速度固定

u 標準CAN FDフォーマット – ID：11ビット、2段階の転送速度

u 拡張CAN FDフォーマット – ID：29ビット、2段階の転送速度

u エラーフレーム:

u CANのエラーフレームと同等

u エラーフレームはアービトレーション領域と同様の転送速度で送信

u コントローラーで自動的にアービトレーション領域の転送速度に切替え

(26)

u リモートフレーム:

u 標準CANフォーマットでのリモートフレーム

u 拡張CANフォーマットでのリモートフレーム

u CAN FDではリモートフレームの定義はなし

u RTRビットはCAN FDでは使用しない

u オーバーロードフレーム:

u CANのオーバーロードフレームと同等

u オーバーロードフレームはアービトレーション領域の転送速度で送信

(27)

CAN FD ユースケース車載アプリケーションドメイン CAN FD フレーム (ISO) CAN FD コントローラー u CAN FD パフォーマンス

CAN FD デバイス CAN FD 標準化

参考文献

(28)

Frame Type No. Data Bytes Arb. Bit-Rate Opt. Bit-Rate Avg. Bit-Rate Frame Duration

CAN 8 500 Kbit/s - 222 us

CAN FD 8 500 Kbit/s 2 Mbit/s 1.16 Mbit/s 103.5 us

u 測定条件:

u スタッフビットは除外

u CANフレーム長は111ビット(最大長)

u (ISO) CAN FDフレーム長は120または572ビット(最大長)

(29)

u CAN FDの平均転送速度はアービトレーション領域とデータ領域の転送速度の合算

u データ領域の速度によってはデータ領域よりもアービトレーション領域がフレームに占める割合が高い

> データ領域の転送速度が増加しても全体のフレーム長は大幅には短くならない

(30)

CAN FD ユースケース車載アプリケーションドメイン CAN FD フレーム (ISO) CAN FD コントローラー CAN FD パフォーマンス u CAN FD デバイス

CAN FD 標準化

(31)

CAN コントローラー

u 複数のMCUでCAN FD(non-ISO)に対応

u Freescale, ST, Renesas, Spansion, Infineon …

u ISO 11898-1:2015 (ISO CAN FD)

u 一部MCUで対応

CAN トランシーバー

u CAN FD用自動車トランシーバーの一般的な転送速度

u 制御メッセージ：2 Mbit/s

u リプログラミング：5 – 8 Mbit/s

u すでに複数の半導体メーカーでCAN FD用のトランシーバーに対応

u 現状のノイズ許容限度を考慮し、上限は2 Mbit/s

(32)

u CAN FD 標準化

(33)

CAN ISO 11898

u ISO 11898の改訂版でCAN FDを規定  2012/10策定開始

> 進捗状況

ISO 11898-1:2015 ^： ^発行済み ISO 11898-2 ： DIS

u CANコンフォーマンステスト ISO 16845の更新  同時進行

> 進捗状況

ISO 16845-1 ： DIS AUTOSAR

u CAN FD (8 byte) in AUTOSAR 4.1.1  リリース済み

u CAN FD (64 byte) in AUTOSAR 4.2.1  リリース済み J1939

u CAN FD アップグレード  SAEで検討中

(34)

ISO 15765-2:2016 ISO TP

u 最大64バイトのデータ領域を持つCAN FDデータリンクレイヤーへの対応

> 進捗状況：発行済み

CANopen

u CiA SIG CANopenでCAN FDデータリンクレイヤーをサポートするために CiA301アプリケーションレイヤーを更新中

(35)

CAN FD 標準化

u ベクター製品のCAN FD対応状況

参考文献

(36)

u CAN FD (ISO 11898-1:2015)

u Stuff-Bit-Counter:CANoe/CANalyzer 8.5から対応

u AUTOSAR 4.2.1：CANoe/CANalyzer 9.0から対応

u CAN FD (non ISO)

u CANoe/CANalyzer 8.1(2013年5月リリース)から対応

u ビットレートを任意に設定可能(最大8Mbpsまで設定可能)

u 64バイトのデータ長に対応

u 診断機能

u CANoe 8.2から対応

u ISO 15765-2 CD (Committee Draft)ベース

CANoe/CANalyzer

(37)

u オプションScope

u CAN FDフレームのデコード：CANoe/CANalyzer 8.1 から対応

u Stuff-Bit-Counter：CANoe/CANalyzer 8.5 から対応

u オプションXCP/AMD： CANoe 8.2から対応

u オプションCANoe.DiVa：CANoe/CANalyzer 8.1 から対応

CANoe オプション製品

(38)

ネットワークインターフェイス

u CAN FD (ISO 11898-1:2015)対応

u VN16xxファミリー

u VN5610(A)/40

u VN7570/72、VN7610/40、VN8970/72、VT6204

u CANpiggy 1057Gcapも利用可能

VN1611

1 LIN/K-Line + 1 CAN/CAN FD

VN1610

2 CAN/CAN FD

VN1640A

4 CAN/CAN FD or LIN/K-Line (as piggy)

VN1630A

2 CAN/CAN FD or LIN/K-Line (as piggy) + 2 CAN/CAN FD

VN1630 log

2 CAN/CAN FD or LIN/K-Line (as piggy) + 2 CAN/CAN FD

+ recording function (CAN/CAN FD,LIN)

(39)

CAN FD Stress

u CAN FD Stress: 2017/Q3 頃の対応を計画中（詳細は未定）

(40)

vFlash

u vFlash 2.6から対応

u ISO CAN FDはvFlash 3.0から対応

u ISO 15765-2 CD (Committee Draft)ベースのTPを実装

u 多様なフラッシングに対応

u 各種データフォーマットに対応

u 各種フラッシュシーケンスに対応

u 各種バスシステム（CAN FDを含む）に対応

(41)

CANape

u CANape 12.0から対応

u CAN FDフレームのモニタリング(最大データ長：64バイト)

u XCP on CAN FD対応(最大データ長：64バイト)

u CANape 13.0から診断機能でCAN FDに対応

u ISO 15765-2 CD (Committee Draft)ベース

u CANape 14.0 SP2からISO CAN FD対応

(42)

vTESTstudio

u vTESTstudio 1.1 SP2から対応 (CANoe 8.2 SP3以降必須)

(43)

PREEvision

u PREEvision 7.0からCAN FD ネットワーク設計に対応

u DBCデータベースのインポート・エクスポートへの対応

u AUTOSAR 4.2.1 フォーマットのインポート・エクスポートにPREEvision 7.5 で対応

(44)

u CAN FD対応コンパクトロガー VN1630 log

u ロギング機能

u CAN FDチャンネル x 最大4ch

u SD(HC)カードへのロギング

ロガー

(45)

Basic Software

u AUTOSAR：64バイトのペイロードにはMICROSARのロードマップの一部として対応予定

u CANbedded：市場要求/リクエストベースで対応検討

(46)

CAN FD 標準化

u CANoeとCANalyzerのCAN FD 対応機能比較まとめ

(47)

機能 CANoe CANalyzer

CAPL Yes Yes

CAPLテスト機能

テストモジュール用のウェイト関数

Yes No

テストモジュール Yes No

インタラクションレイヤー

リメイニングバスシミュレーション

Yes No

診断機能 Yes Yes

トレース解析

トレースWindowでのCAN FD 解釈

Yes Yes

(48)

CAN FD 標準化

CANoeとCANalyzerのCAN FD 対応機能比較 u まとめ

(49)

シリアル通信ネットワークには帯域幅の増加が必要

u 高バス負荷への対策

u フラッシュアプリケーションへの適用

CAN FDによる帯域幅の大幅な増加

u データ領域のクロックレートを高速化

u ペイロードデータの拡張

CAN FDはCANを拡張したプロトコル

u イベントトリガーによるシステム

u 調停と肯定応答のメカニズムは同様

(50)

CAN FD 標準化

(51)

u Paper “CAN with Flexible Data Rate” – Florian Hartwich, Robert Bosch GmbH;CAN in Automation, iCC 2012, March 2012

u Presentation “CAN FD CAN with Flexible Data Rate” – Florian Hartwich, Robert Bosch, GmbH; Feb. 15, 2012

u CAN with Flexible Data Rate – Specification Version 1.0 (Released April 17, 2012), Robert Bosch, GmbH; April, 2012

u http://www.bosch-

semiconductors.de/en/ubk_semiconductors/safe/ip_modules/can_fd/can.ht ml

u M_CAN Controller Area Network User’s Manual, Revision 2.0.1, Robert Bosch, GmbH; March 12, 2012

u Press Articles from Vector:

u http://vector.com/portal/medien/cmc/press/Vector/CAN_FD_ElektronikA utomotive_201304_PressArticle_DE.pdf

u http://vector.com/portal/medien/cmc/press/RDI/Security_CAN_Newslett er_201411_PressArticle_EN.pdf

(52)

www.vector-japan.co.jp

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