CAN模組-2

在先前的文章中，我們已介紹CAN模組的部分功能，包括CAN 2.0A（Standard CAN）、CAN 2.0B（Extended CAN）等協議，以及MR2操作介面之CAN通訊相關設定。本文將進一步介紹CAN模組所支援的CAN FD（CAN Flexible Data-Rate）協議。本文將說明如何於MR2操作介面配置CAN FD，以協助使用者應用於更高速與更高效能的情境，例如結合第三方RT系統進行聯合仿真或自動化操作等應用。

(圖1) CAN Bus模組之實體圖

CAN FD與CAN 2.0 A/B之間有些明顯的差異，首先CAN FD的Data field最多可傳輸至64 bytes，遠高於CAN2.0的8 bytes限制，並支援在資料傳輸階段切換至較高的傳輸速率，如(圖2)、(圖3)所示。此外，CAN FD不再支援Remote frame，因為CAN FD著重於高效能傳輸大量資料，故Remote frame的實用性大幅降低，即使CAN FD與CAN 2.0 A/B有許多差異，但仍然維持CAN Bus的核心特性，一個Bus上，可允許有CAN 2.0 A/B與CAN FD等裝置同時存在。

(圖2) CAN FD傳輸速率變化[1]

(圖3) CAN FD之各Field[1]

首先介紹CAN FD的Arbitration field，此部分與CAN 2.0A/B相似，如(圖4)所示，因此讀者可參考前一篇CAN 2.0的說明，其中值得注意的是RRS Bit，這裡對應到CAN 2.0 A/B中的RTR Bit，由於CAN FD移除Remote frame，因此RRS Bit將維持Dominant。

(圖4) CAN FD Arbitration field[1]

接著介紹CAN FD的Control field，其中IDE bit與CAN 2.0 A/B相同，用於表示是否為Extended format；FDF bit則用於表示是否為FD format；res bit為保留位元，BRS bit決定是否於Data phase調整傳輸速率，而ESI bit則標示此CAN device為Error active或Error Passive狀態；DLC bits代表Data field傳輸資料量，如(圖5)所示。CAN FD使用者通常只須了解Arbitration field、Control field與Data field即可，而CRC Field通常由硬體負責計算，故本節將不再詳述，至於ACK Field、EOF、IMF等，與CAN 2.0A/B機制相同。

(圖5) CAN FD Control field[1]

於MR2操作介面中，開啟CAN Message視窗，可以看到CAN Type提供兩種CAN FD選項，如(圖6)所示，其中「CAN FD」於整個傳輸過程使用BaudRate設定的速率，而「CAN FD+BRS」則為傳輸過程區分為兩種速率，Arbitration phase使用BaudRate，而Data phase則切換至FD BRS BaudRate，最後傳輸ACK phase則恢復為BaudRate傳輸。我們的CAN模組最高可支援至8Mbps的傳輸速率，可滿足使用者在高速通訊與即時應用等需求。

(圖6) CAN Message視窗

於CAN Message下，各配置一個Receive message與Send message，Receive message負責接收CAN Bus上ID=0x64(100)的封包，此時外部裝置可透過傳輸該封包對MR2進行寫入操作，而Send message則負責傳遞MR2 Scope data資訊，由於CAN FD 一個frame最大可傳輸64 Bytes，而MR2 Scope data的資料型態為SGL，每筆資料佔用4 bytes，因此可在一個frame中填入16種Scope data，若使用者需要傳輸更多Scope data，只需額外新增Send message，即可依需求調整資料內容，而我們這次實驗發送的16種Scope data，其中CH_01對應的Scope index為0，因此其發送數值為Scope選單內的「0: DC Bus」。

我們可從外部CAN裝置觀察到ID=0xC8(200)的封包中，前面4 bytes為0x440659AD，進一步將其轉換為SGL後數值為537.401，該值正好對應「0: DC Bus」當前的數值，如(圖7)所示。

(圖7) 讀取範例圖

我們從外部CAN裝置對CAN Bus發送ID=0x64(100)的封包，並設定Group=3、Index=36，代表此封包將對MR2 「Traction Speed」參數進行寫入，並且Data=50，意味著將「Traction Speed」設為50，發送後我們可從示波器觀察RPM從0上升至50，代表封包順利寫入，如(圖8)所示。

(圖8) 寫入範例圖

於前一篇文章我們已介紹CAN Bus的Topology、Data frame與Remote frame等基本概念，並說明CAN 2.0A與2.0B協議之間在Frame結構上的差異。本文我們進一步延伸向讀者說明CAN FD的特性，並比較其與CAN 2.0A/B協議之間有何不同。當讀者具備這些基礎知識後，即可透過手邊現有的CAN Bus Transceiver與我們的CAN Bus模組進行通訊。我們的CAN Bus模組最高可支援1M/8M的傳輸速率，因此讀者可根據實際應用需求，例如自動化控制，或是結合第三方即時系統進行聯合仿真，選擇適合的 CAN Bus 協議版本與配置傳輸速率，因應各種不同的應用情境。

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參考資料

[1].    “CAN FD (flexible data rate) - The basic idea,” https://www.can-cia.org/can-knowledge/can-fd-the-basic-idea, Retrieved on Jun 2025.