CAN總線技術，新里程碑

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憑借 CAN XL，博世彰顯了其在控制器局域網 (CAN) 開發和實施領域的核心領導地位。CAN 最初由博世于 20 世紀 80 年代開發，現已成為車載通信的骨干，也是現代電子架構的關鍵要素。自那時起，博世一直是 CAN 技術的主要推動者，并持續引領著 CAN 技術向更高性能和更高靈活性方向發展。

CAN技術的演進——由博世提供技術支持

CAN 的發展歷程分為兩條路徑：收發器性能和協議本身。1990 年，首批 CAN CC（經典 CAN）設備問世。到 2016 年，CAN FD（靈活數據速率）協議發布，配合 CAN FD 收發器，支持高達 2 Mbit/s 的數據速率。三年后，新型信號增強能力 (SIC) 收發器實現了高達 8 Mbit/s 的比特率，進一步提升了數據吞吐量和可靠性。

圖 1：CAN 從 1990 年到 2025 年的發展歷程

2023年，CAN XL的問世標志著CAN技術發展的一個新里程碑，其開發旨在彌合CAN FD和100Base-T1以太網之間的性能差距。當時，汽車OEM廠商主要依賴于2 Mbit/s的CAN FD和100 Mbit以太網。CAN XL通過提供一種經濟高效的≤20 Mbit/s解決方案來補充這些技術，該方案保留了CAN的經典優勢，例如仲裁、魯棒性和長短截線長度，同時引入了增強的安全性和可靠性功能、更高的服務質量以及對面向服務架構（SOA）的支持。CAN XL可與所有收發器（CAN HS/FD/SIC）配合使用。使用最新的CAN SIC XL收發器，其傳輸速率可達20 Mbit/s。

這一發展歷程表明博世如何不斷推進 CAN 生態系統，將久經考驗的可靠性與下一代汽車架構的現代帶寬要求相結合。

圖 2：CAN XL 的開發是為了彌合 CAN FD 和 100Base-T1 以太網之間的性能差距。

CAN XL是什么？

CAN XL 包含物理硬件和通信協議兩部分。

收發器是連接物理總線的硬件接口，它將控制器發出的數字信號轉換為電信號，從而實現 CAN XL 消息的發送和接收。博世開發并供應這些收發器，作為其硬件產品組合的一部分。最新的 NT156 收發器支持高達 20 Mbit/s 的比特率。

博世開發并授權用于 CAN XL 控制器的 IP 核，這些 IP 核集成到微控制器和 ASIC 中。XS_CAN 是博世最新的 CAN XL IP 模塊。它顯著縮小了 CAN XL 實現所需的尺寸，使其成為緊湊型設備或具有多個 CAN 接口的大型 SoC 的理想選擇。它僅需 1-2 KB 的本地內存，即可實現高效且經濟的系統架構。CAN

XL 協議定義了通信方式，包括消息格式、錯誤處理和仲裁機制。它確保 CAN XL 網絡中所有連接設備之間可靠的數據交換。該協議已在 ISO 11898-1:2024 中標準化。

CAN XL：關鍵成功因素和技術特點

CAN XL 通過在單一網絡拓撲結構中為三種類型的流量（CAN FD、CAN XL 和以太網）提供單一總線，從而實現成本效益最優的電子電氣 (E/E) 架構。其數據速率高達 20 Mbit/s，在速度、成本和網絡復雜性之間實現了平衡。CAN XL 可與所有 CAN 收發器配合使用，包括 HS-CAN、CAN FD、SIC 和 SIC XL，從而簡化了與現有系統的集成。

高達 2,048 字節的大有效載荷容量足以滿足幾乎所有應用的需求，而以太網隧道技術則支持傳輸 TCP/IP 或 SOME/IP 等高層協議。這使得面向服務的通信能夠無縫集成到基于 CAN 的網絡之中。此外，CAN XL 支持增量升級，允許 CAN FD 和 CAN XL 節點在同一網絡（最高 8 Mbit/s）上共存。其出色的可擴展性使其能夠適應各種應用場景，從對成本敏感的應用到高性能應用，均可勝任。

這些特性確保 CAN XL 保留了 CAN 的傳統優勢，例如仲裁、魯棒性和對長短截線的容忍度，同時將其應用范圍擴展到 SOA 和下一代數據服務。憑借在汽車微控制器中的廣泛應用，CAN XL 有望成為未來車載通信系統的基石。

博世致力于技術、知識轉移和CAN XL的推廣——通過出版物、演講以及在汽車行業內外開展合作。博世與CAN自動化協會（CiA）攜手合作，該協會致力于推動CAN XL標準的制定，從而為下一代CAN技術的建立和標準化做出貢獻。—— 安德烈亞斯·柯尼希，產品管理知識產權總監

應用案例：汽車雷達系統中的 CAN XL

現代雷達傳感器會產生大量數據，這些數據必須在車輛的不同區域之間實時交換。精確的時間同步對于一致地解讀目標數據至關重要。XS_CAN IP 集成了基于硬件的時間戳功能，分辨率高達 64 位/秒，從而實現了多個雷達節點之間的精確時間對齊。

與 10Base-T1S 等以太網解決方案相比，CAN XL 提供了一種經濟高效的替代方案。它支持多種收發器選項，例如 CAN、CAN SIC 和 CAN SIC XL，并具有可擴展的節點配置。使用 CAN SIC 收發器時，CAN XL 的帶寬最高可達 8 Mbit/s，在相同的物理層成本下，其帶寬比 CAN FD 高出 84%。而使用新型 CAN SIC XL 收發器時，帶寬優勢更加顯著：比 CAN FD 高出 340%。網絡仿真表明，CAN XL 能夠在 50 毫秒內處理多達 4,000 個位置條目（每個條目 20 字節，總線負載為 77%）或 1,400 個雷達目標（每個目標 60 字節，總線負載為 83%）。

此外，CAN XL 支持以太網幀隧道技術，可用于基于 IP 的診斷 (DoIP)，兼具高帶寬、靈活性和成本效益。這使其成為面向未來的雷達汽車應用解決方案。

圖 3：CAN FD 和 CAN XL 之間的帶寬差異

選擇 CAN XL 的 5 個理由

面向未來的電子電氣架構：由于高級駕駛輔助系統 (ADAS) 功能、自動駕駛功能、互聯性和電氣化程度的提高，車載數據量呈指數級增長。CAN XL 提供必要的帶寬和靈活性——有效載荷大小可變，最高可達 2,048 字節——同時保留了 CAN 協議久經考驗的優勢，例如穩健性、可靠性和成本效益。

向后兼容性：CAN XL 與 CAN FD 兼容（并且部分與傳統 CAN 兼容），使汽車 OEM 和供應商能夠順利遷移，而無需進行完整的系統重新設計。

CAN XL專為汽車行業設計，并已完全集成到AUTOSAR生態系統中。它同時支持經典平臺和自適應平臺，確保了跨代車輛的長期兼容性和簡化的軟件集成。

成本效益：與同樣提供高帶寬的汽車以太網相比，CAN XL 通常是一種更經濟的解決方案，尤其是在不需要以太網的復雜性和協議開銷的應用中。

技術領先與可靠性：作為CAN協議的發明者和其持續發展背后的推動力量，博世代表著長期的專業技術、技術的延續性和可靠性。這種持續的承諾使博世成為車載通信領域值得信賴的市場領導者，確保每一代CAN技術的進步都建立在成熟可靠的基礎之上，同時滿足未來的性能和安全要求。

塑造未來的出行方式

從首個 CAN 原型到最新的 CAN XL，博世始終致力于提升車載通信標準。博世與眾多行業伙伴攜手，共同推動 CiA（CAN 自動化）框架內 CANsec 標準（一種二層安全協議）的開發，這對于構建安全的 SDV 架構至關重要。博世對性能、互操作性和可靠性的長期投入，不僅引領著 CAN 生態系統的發展，也鞏固了其作為技術領導者和未來車輛架構值得信賴的合作伙伴的地位。憑借 CAN XL，博世再次展現了如何將自身優勢與前瞻性解決方案相結合，為下一代互聯出行奠定堅實的基礎。

（來源：編譯自design-reuse）

*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯系半導體行業觀察。

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