Rozšírené používateľské dáta
Riadiace dáta sú stále prenášané nižšou prenosovou rýchlosťou, a tým obmedzujú dosiahnuteľnú celkovú prenosovú rýchlosť. Zväčšením oblasti používateľských dát v každom telegrame až na 64 bajtov je možné v rýchlejšom prenosovom pásme preniesť naraz viac dát, a tým sa efektívne zvyšuje celková prenosová rýchlosť.
Klasická zbernica CAN má v jednom telegrame iba osem bajtov užívateľských dát, a to pre mnohé úlohy už nevyhovuje – napr. pre prenos vysoko presných analógových hodnôt alebo pre riadenie viacosových robotov s rôzne zakódovanými hodnotami polohy a povelmi pre pohony. K tomu je nutné pridať servisné dáta: ak je potrebné prenášať správy s dĺžkou cez osem bajtov, je nutné implementovať transportný protokol, ktorý pre svoju prácu potrebuje prenášať servisné dáta, a tým výrazne znižuje efektivitu komunikácie.
CAN FD umožňuje v jednom telegrame prenášať väčšie bloky dát, až 64 bajtov. To je užitočné obzvlášť v prípade prevádzkových dát zo zložitejších zariadení, ktoré je možno teraz kompletne prenášať len jedným telegramom. Konfiguračné a servisné dáta sú vo väčšine prípadov prenášané len jedným telegramom. Transportný protokol na rozdelenie dát nie je potrebný.
Na obmedzenie objemu riadiacich dát používa CAN FD pre kódovanie dĺžky dátového bloku len štyri bity: hodnoty 0 až 8 sú prevzaté priamo z klasickej zbernice CAN, avšak pre predĺženú dĺžku dát sú potrebné hodnoty, ktoré doposiaľ neboli definované (9 až 15, t.j. 1001 až 1111): okrem dĺžky 0 až 8 bajtov sú teraz pre používateľské dáta k dispozícii bloky dát s dĺžkou 12, 16, 20, 32, 48 a 64 bajtov. Bloky dát inej dĺžky teda nie je možné použiť, čo znamená, že nevyužitá oblasť musí byť vyplnená nevýznamovými bitmi. Okrem urýchlenia prenosu dát zvyšuje CAN FD efektívnu prenosovú rýchlosť a výrazne skracuje dobu cyklu. Sieť CAN FD s arbitrážnym prenosovým pásmom 500 kb, dátovým prenosovým pásmom 4 Mb a dĺžkou dátového bloku 64 bajtov môže dosiahnuť efektívnu rýchlosť prenosu viac než 5 Mb/s.
Schopnosť práce v reálnom čase
Kombinácia nezávislých dátových paketov v jednom telegrame zjednodušuje správu dát, pretože jednotlivé telegramy nemusia byť nákladne synchronizované. Rýchly prenos veľkých dátových paketov v porovnaní s klasickou zbernicou CAN umožňuje za približne rovnakú dobu, ktorá je potrebná na prenos klasického osembajtového telegramu CAN, preniesť osemkrát väčší objem dát (64 bajtov). Týmto spôsobom môžu byť správy s vysokou prioritou prenášané oveľa rýchlejšie a zvyšuje sa schopnosť komunikačného systému pracovať v reálnom čase.
Zabezpečenie dát
Zabezpečenie dát je veľmi dôležitým aspektom: navzdory väčšej veľkosti dátových paketov v porovnaní s klasickou zbernicou CAN musí CAN FD z hľadiska zabezpečenia dát spĺňať úplne rovnaké prísne požiadavky. Dosahuje sa to napr. dlhšími kontrolnými kódmi CRC s adaptovanými algoritmom kontroly. Podľa počtu prenášaných bajtov sa používa jeden z troch rôznych algoritmov CRC: pre telegramy do ôsmych bajtov sa používa rovnaký vzorec ako u klasickej zbernice CAN, pre dlhšie správy sa používajú pokročilé algoritmy: jeden do 16 bajtov dát, druhý nad 16 bajtov dát v telegrame. To, ktorý algoritmus riadiaca jednotka CAN použije, sa rozhoduje podľa kódu dĺžky dát. Na zlepšenie bezpečnosti dát sú implementované ešte ďalšie odporučenia. Napríklad CRC v CAN FD vždy začína nevýznamovým bitom; po ďalších piatich bitoch sa opäť vkladá nevýznamový bit; na rozdiel od pravidiel pre výplňové bity v klasickej zbernici CAN je nevýznamový bit nezávislý na hodnote predchádzajúceho bitu.
Spätná kompatibilita
Jednou z nevýhod prechodu od zbernice CAN na rýchlejší komunikačný systém je požiadavka na kompletnú konverziu celej siete: buď musia byť všetky komunikačné uzly prevedené na nový systém, napr. EtherCAT, alebo musí byť doplnená riadiaca jednotka stroja, aby mohla komunikovať súčasne v niekoľkých heterogénnych sieťach. Obe metódy majú svoje výhody a nevýhody, ktoré je potrebné dobre zvážiť. Pri použití CAN FD je teraz k dispozícii ešte „nenásilná“ metóda: ako riadiaca jednotka siete CAN FD môže komunikovať aj v klasickej sieti CAN, takže jednotlivé uzly zbernice CAN môžu byť za uzly schopné komunikovať v CAN FD nahradzované postupne. Ak sú v sieti všetky uzly schopné pracovať s CAN FD, môžu byť prednosti CAN FD využité naplno. To je obzvlášť zaujímavá možnosť pre špeciálne stroje, kde často bývajú účastníci komunikácie uzlov, ktoré nemôžu byť jednoducho modernizované alebo vymenené za iné: sú to hlavne zariadenia vyhotovené na zákazku alebo vznikli ako výsledok vlastného vývoja.
Nástroje pre CAN FD
Pre návrh zariadení a sietí CAN FD je k dispozícii možnosti nástrojov – najmä karty rozhrania medzi PC a CAN FD, určené pre rôzne počítačové štandardy, napr. karta rozhrania IXXAT CAN-IB 500/600 PCIe od HMS Networks. Tieto karty CAN obsahujú úplnú ponuku ovládačov pre Windows, Linux a iné operačné systémy a umožňujú jednoduché pripojenie do existujúceho systému a rýchlu implementáciu existujúcich softvérových balíčkov pre sieť CAN FD, aby bolo zaistená podpora sietí CAN aj CAN FD.
Okrem hardvérových rozhraní s podporou príslušných softvérových ovládačov sú pre efektívnu implementáciu CAN FD potrebné nástroje pre testovanie a analýzu siete. V tomto ohľade spoločnosť HMS pripravuje a onedlho uvedie na trh vysoko výkonné kompletné riešenie za priaznivú cenu, ktoré bude modifikáciou známeho nástroja IXXAT canAnalyser prispôsobeného pre prácu s CAN FD.
Ďalšie aspekty využitia CAN FD v priemysle
Okrem už spomínaných nástrojov sú ešte ďalšie dôležité aspekty použitia CAN FD v priemyselnom prostredí. Odporúča sa používať štandardizované vyššie protokoly určené pre priemyselnú výrobu: združenie CiA (CAN in Automation) už pracuje na konverzii medzi CANopen a CAN FD – zverejnenie špecifikácie CANopen V5, ktorá bude obsahovať aj doplnky pre CAN FD, sa očakáva ešte tento rok. Ďalší dôležitý aspekt použitia CAN FD v priemysle je v tom, že ak budú na trhu dostupné lacné mikroprocesory, vyrábané vo veľkých sériách, už budú mať integrované rozhranie a ovládače pre CAN a CAN FD.
Doteraz sú dostupné prevažne iba mikroprocesorové jednotky s hradlovým poľom FPGA, v ktorom je už implementované jadro CAN FD IP. Mikroprocesorové jednotky s integrovanou logikou CAN FD sú tak väčšinou vysoko výkonné zariadenia s niekoľkými procesorovými jadrami, určené primárne pre zložité riadiace úlohy v dopravných prostriedkoch. Kým nebudú k dispozícii jednoduché a lacné procesory s integrovanou podporou CAN FD, sú procesorové jednotky využívajúce FPGA tým najpružnejším riešením.
Vyhliadky
CAN FD rozširuje možnosti použitia systémov založených na CAN tým, že výrazne zvyšuje rýchlosť prenosu dát, umožňuje jednoduchú konfiguráciu a zachováva rovnaké možnosti a analýzy komunikácie, ako je známe pre klasické priemyselné zbernice. Budúca dostupnosť protokolu CANopen pre CAN FD znamená, že nový komunikačný systém môže byť bez problémov implementovaný aj v priemyselnom prostredí, a ponúka tak efektívne riešenie pre siete s prenosovou rýchlosťou od 100 kb/s do 5 Mb/s. Možnosť použiť väčšiu prenosovú rýchlosť alebo rozšírený dátový rámec telegramov, a to každé zvlášť alebo obidva dohromady, činí z komunikačných sietí založených na CAN FD veľmi flexibilný systém, jednoducho prispôsobiteľný individuálnym požiadavkám výrobcov špeciálnych strojov.
