CAN总线技术，新里程碑

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凭借 CAN XL，博世彰显了其在控制器局域网 (CAN) 开发和实施领域的核心领导地位。CAN 最初由博世于 20 世纪 80 年代开发，现已成为车载通信的骨干，也是现代电子架构的关键要素。自那时起，博世一直是 CAN 技术的主要推动者，并持续引领着 CAN 技术向更高性能和更高灵活性方向发展。

CAN技术的演进——由博世提供技术支持

CAN 的发展历程分为两条路径：收发器性能和协议本身。1990 年，首批 CAN CC（经典 CAN）设备问世。到 2016 年，CAN FD（灵活数据速率）协议发布，配合 CAN FD 收发器，支持高达 2 Mbit/s 的数据速率。三年后，新型信号增强能力 (SIC) 收发器实现了高达 8 Mbit/s 的比特率，进一步提升了数据吞吐量和可靠性。

图 1：CAN 从 1990 年到 2025 年的发展历程

2023年，CAN XL的问世标志着CAN技术发展的一个新里程碑，其开发旨在弥合CAN FD和100Base-T1以太网之间的性能差距。当时，汽车OEM厂商主要依赖于2 Mbit/s的CAN FD和100 Mbit以太网。CAN XL通过提供一种经济高效的≤20 Mbit/s解决方案来补充这些技术，该方案保留了CAN的经典优势，例如仲裁、鲁棒性和长短截线长度，同时引入了增强的安全性和可靠性功能、更高的服务质量以及对面向服务架构（SOA）的支持。CAN XL可与所有收发器（CAN HS/FD/SIC）配合使用。使用最新的CAN SIC XL收发器，其传输速率可达20 Mbit/s。

这一发展历程表明博世如何不断推进 CAN 生态系统，将久经考验的可靠性与下一代汽车架构的现代带宽要求相结合。

图 2：CAN XL 的开发是为了弥合 CAN FD 和 100Base-T1 以太网之间的性能差距。

CAN XL是什么？

CAN XL 包含物理硬件和通信协议两部分。

收发器是连接物理总线的硬件接口，它将控制器发出的数字信号转换为电信号，从而实现 CAN XL 消息的发送和接收。博世开发并供应这些收发器，作为其硬件产品组合的一部分。最新的 NT156 收发器支持高达 20 Mbit/s 的比特率。

博世开发并授权用于 CAN XL 控制器的 IP 核，这些 IP 核集成到微控制器和 ASIC 中。XS_CAN 是博世最新的 CAN XL IP 模块。它显著缩小了 CAN XL 实现所需的尺寸，使其成为紧凑型设备或具有多个 CAN 接口的大型 SoC 的理想选择。它仅需 1-2 KB 的本地内存，即可实现高效且经济的系统架构。CAN

XL 协议定义了通信方式，包括消息格式、错误处理和仲裁机制。它确保 CAN XL 网络中所有连接设备之间可靠的数据交换。该协议已在 ISO 11898-1:2024 中标准化。

CAN XL：关键成功因素和技术特点

CAN XL 通过在单一网络拓扑结构中为三种类型的流量（CAN FD、CAN XL 和以太网）提供单一总线，从而实现成本效益最优的电子电气 (E/E) 架构。其数据速率高达 20 Mbit/s，在速度、成本和网络复杂性之间实现了平衡。CAN XL 可与所有 CAN 收发器配合使用，包括 HS-CAN、CAN FD、SIC 和 SIC XL，从而简化了与现有系统的集成。

高达 2,048 字节的大有效载荷容量足以满足几乎所有应用的需求，而以太网隧道技术则支持传输 TCP/IP 或 SOME/IP 等高层协议。这使得面向服务的通信能够无缝集成到基于 CAN 的网络之中。此外，CAN XL 支持增量升级，允许 CAN FD 和 CAN XL 节点在同一网络（最高 8 Mbit/s）上共存。其出色的可扩展性使其能够适应各种应用场景，从对成本敏感的应用到高性能应用，均可胜任。

这些特性确保 CAN XL 保留了 CAN 的传统优势，例如仲裁、鲁棒性和对长短截线的容忍度，同时将其应用范围扩展到 SOA 和下一代数据服务。凭借在汽车微控制器中的广泛应用，CAN XL 有望成为未来车载通信系统的基石。

博世致力于技术、知识转移和CAN XL的推广——通过出版物、演讲以及在汽车行业内外开展合作。博世与CAN自动化协会（CiA）携手合作，该协会致力于推动CAN XL标准的制定，从而为下一代CAN技术的建立和标准化做出贡献。—— 安德烈亚斯·柯尼希，产品管理知识产权总监

应用案例：汽车雷达系统中的 CAN XL

现代雷达传感器会产生大量数据，这些数据必须在车辆的不同区域之间实时交换。精确的时间同步对于一致地解读目标数据至关重要。XS_CAN IP 集成了基于硬件的时间戳功能，分辨率高达 64 位/秒，从而实现了多个雷达节点之间的精确时间对齐。

与 10Base-T1S 等以太网解决方案相比，CAN XL 提供了一种经济高效的替代方案。它支持多种收发器选项，例如 CAN、CAN SIC 和 CAN SIC XL，并具有可扩展的节点配置。使用 CAN SIC 收发器时，CAN XL 的带宽最高可达 8 Mbit/s，在相同的物理层成本下，其带宽比 CAN FD 高出 84%。而使用新型 CAN SIC XL 收发器时，带宽优势更加显著：比 CAN FD 高出 340%。网络仿真表明，CAN XL 能够在 50 毫秒内处理多达 4,000 个位置条目（每个条目 20 字节，总线负载为 77%）或 1,400 个雷达目标（每个目标 60 字节，总线负载为 83%）。

此外，CAN XL 支持以太网帧隧道技术，可用于基于 IP 的诊断 (DoIP)，兼具高带宽、灵活性和成本效益。这使其成为面向未来的雷达汽车应用解决方案。

图 3：CAN FD 和 CAN XL 之间的带宽差异

选择 CAN XL 的 5 个理由

面向未来的电子电气架构：由于高级驾驶辅助系统 (ADAS) 功能、自动驾驶功能、互联性和电气化程度的提高，车载数据量呈指数级增长。CAN XL 提供必要的带宽和灵活性——有效载荷大小可变，最高可达 2,048 字节——同时保留了 CAN 协议久经考验的优势，例如稳健性、可靠性和成本效益。

向后兼容性：CAN XL 与 CAN FD 兼容（并且部分与传统 CAN 兼容），使汽车 OEM 和供应商能够顺利迁移，而无需进行完整的系统重新设计。

CAN XL专为汽车行业设计，并已完全集成到AUTOSAR生态系统中。它同时支持经典平台和自适应平台，确保了跨代车辆的长期兼容性和简化的软件集成。

成本效益：与同样提供高带宽的汽车以太网相比，CAN XL 通常是一种更经济的解决方案，尤其是在不需要以太网的复杂性和协议开销的应用中。

技术领先与可靠性：作为CAN协议的发明者和其持续发展背后的推动力量，博世代表着长期的专业技术、技术的延续性和可靠性。这种持续的承诺使博世成为车载通信领域值得信赖的市场领导者，确保每一代CAN技术的进步都建立在成熟可靠的基础之上，同时满足未来的性能和安全要求。

塑造未来的出行方式

从首个 CAN 原型到最新的 CAN XL，博世始终致力于提升车载通信标准。博世与众多行业伙伴携手，共同推动 CiA（CAN 自动化）框架内 CANsec 标准（一种二层安全协议）的开发，这对于构建安全的 SDV 架构至关重要。博世对性能、互操作性和可靠性的长期投入，不仅引领着 CAN 生态系统的发展，也巩固了其作为技术领导者和未来车辆架构值得信赖的合作伙伴的地位。凭借 CAN XL，博世再次展现了如何将自身优势与前瞻性解决方案相结合，为下一代互联出行奠定坚实的基础。

（来源：编译自design-reuse）

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