【图解CAN总线】-8-CANFD总线网络“负载率”计算

目录

1 Classic CAN/CANFD帧长度

2 Interframe space帧间空间的介绍

2.1 Intermission间歇

2.2 Bus idle总线空闲

2.3 Suspend transmission

3 CANFD总线网络“负载率”计算

3.1 单个帧的“负载率”

3.2 通过CAN DBC/Arxml来计算一个CAN网络的理论“负载率”

4 拓展

END

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Vector工具链

CAN Matrix DBC

CAN Matrix Arxml

CANFD/经典CAN/CANXL

1 Classic CAN/CANFD帧长度

不管是Classic CAN还是CANFD，其帧结构都由以下7个段组成：

—   SOF帧起始;

—   arbitration field仲裁段；

—   control field控制段;

—   data field数据段;

—   CRC field;

—   ACK field;

—   EOF.

Classic CAN Standard Frame标准帧（不考虑位填充）共：108Bit

帧起始（1bit）、仲裁段（12bit）、控制段（6bit）、数据段（8×8bit）、循环冗余码段（16bit）、应答段（2bit）和帧结束（7bit）

Classic CAN Extended Frame扩展帧（不考虑位填充）共：128Bit

帧起始（1bit）、仲裁段（32bit）、控制段（6bit）、数据段（8×8bit）、循环冗余码段（16bit）、应答段（2bit）和帧结束（7bit）

CANFD Standard Frame标准帧（不考虑位填充；DLC = 8）共：117Bit

帧起始（1bit）、仲裁段（12bit）、控制段（9bit）、数据段（8×8bit）、循环冗余码段（22bit）、应答段（2bit）和帧结束（7bit）

CANFD Standard Frame标准帧（不考虑位填充；DLC = 64）共：569Bit

帧起始（1bit）、仲裁段（12bit）、控制段（9bit）、数据段（64×8bit）、循环冗余码段（26bit）、应答段（2bit）和帧结束（7bit）

CANFD CAN Extended Frame扩展帧（不考虑位填充；DLC = 8）共：136Bit

帧起始（1bit）、仲裁段（32bit）、控制段（8bit）、数据段（8×8bit）、循环冗余码段（22bit）、应答段（2bit）和帧结束（7bit）

CANFD CAN Extended Frame扩展帧（不考虑位填充；DLC = 64）共：588Bit

帧起始（1bit）、仲裁段（32bit）、控制段（8bit）、数据段（64×8bit）、循环冗余码段（26bit）、应答段（2bit）和帧结束（7bit）

2 Interframe space帧间空间的介绍

Data frame数据帧和remote frame远程帧应通过一个称为interframe space帧间空间的bit field与前面的帧分开，不管是什么类型的帧(data frame数据帧、remote frame远程帧、error frame错误帧、overload frame过载帧)。

注意：

• overload frame过载帧和error frame错误帧的前面不应有interframe space帧间空间；
• 多个overload frame过载帧之间也不应有interframe space帧间空间。

inter-frame space帧间空间应包含bit field：intermission和bus idle time。 对于已经是前一帧的发送方的error-passive node，inter-frame space帧间空间还应包含该节点的suspend transmission time（参见图9和图10）。

图2-1 非前一帧的error-passive或receiver的节点的帧间空间

图2-2 作为前一帧发送方的error-passive node的Interframe space

2.1 Intermission间歇

intermission field应包括三个隐性位。在intermission期间，任何节点不得开始发送data frame数据帧或remote frame远程帧。只允许发出overload条件的信号。

在intermission期间的第三位检测到总线上的显性位应解释为SOF。

2.2 Bus idle总线空闲

bus idle总线空闲期间可以是任意长度。当intermission的第3位被认为是隐性的时，receiver和error active transmitter应将总线识别为空闲。当suspend transmission time的第8位是隐性的时，由error passive transmitter应识别为空闲；或当离开bus integrating state时。当总线处于空闲状态时，任何节点都可以访问总线进行发送。

在发送另一帧的过程中，等待发送的帧，应在intermission后的第1位开始。

在总线空闲时间内检测到总线上的显性位，应解释为SOF。

2.3 Suspend transmission

一个error-passive node，如果是前一帧的发送方，应在intermission后发送8个隐性位后，开始发送另一帧。如果另一个节点在该suspend transmission time内开始发送，则该节点将成为该Data Frame数据帧或Remote Frame远程帧的接收方。

3 CANFD总线网络“负载率”计算

通过第2章我们可以知悉，CAN总线网络正常的发送过程中，帧与帧之间至少有3个隐性位。

根据这些信息，来介绍一种“CANFD总线网络“负载率”计算”的方法。

3.1 单个帧的“负载率”

对Classic CAN Standard Frame标准帧来说，发送一帧实际长度（不考虑位填充；帧间隔3Bit；DLC = 8）：

108+3=111Bit；

比特率/波特率	一个Bit的位时间	单个帧的“负载率”
250 Kbps	4000纳秒	((111 * 4000纳秒) / 1秒) *100%= 0.0444 %
500 Kbps	2000纳秒	((111 * 2000纳秒) / 1秒) *100%= 0.0222 %
1 Mbps	1000纳秒	((111 * 1000纳秒) / 1秒) *100%= 0.0111 %

对Classic CAN Extended Frame扩展帧来说，发送一帧实际长度（不考虑位填充；帧间隔3Bit；DLC = 8）：

128+3=131Bit；

比特率/波特率	一个Bit的位时间	单个帧的“负载率”
250 Kbps	4000纳秒	((131 * 4000纳秒) / 1秒) *100%= 0.0524 %
500 Kbps	2000纳秒	((131 * 2000纳秒) / 1秒) *100%= 0.0262 %
1 Mbps	1000纳秒	((131 * 1000纳秒) / 1秒) *100%= 0.0131 %

对CANFD Standard Frame标准帧来说，发送一帧实际长度（不考虑位填充；帧间隔3Bit；DLC = 8；启用BRS位加速）：117+3=120Bit

其中：

• 29Bit使用仲裁段波特率：1位SOF段，12位仲裁段，1位IDE，1位FDF，1位R0，1位BRS，2位ACK段，7位EOF段，3位帧间隔；
• 91Bit使用数据段波特率；1位ESI，4位DLC，64位数据段，22位CRC段。

比特率/波特率	一个Bit的位时间	单个帧内对应段的负载率
仲裁段500 Kbps	2000纳秒	((29 * 2000纳秒) / 1秒) *100%= 0.0058 %
数据段2 Mbps	500纳秒	((91 * 500纳秒) / 1秒) *100%= 0.00455 %
单个帧的“负载率”		0.01035%

对CANFD Standard Frame标准帧来说，发送一帧实际长度（不考虑位填充；帧间隔3Bit；DLC = 64；启用BRS位加速）：569+3=572Bit；

其中：

• 29Bit使用仲裁段波特率：1位SOF段，12位仲裁段，1位IDE，1位FDF，1位R0，1位BRS，2位ACK段，7位EOF段，3位帧间隔；
• 543Bit使用数据段波特率；1位ESI，4位DLC，512位数据段，26位CRC段。

比特率/波特率	一个Bit的位时间	单个帧内对应段的负载率
仲裁段500 Kbps	2000纳秒	((29 * 2000纳秒) / 1秒) *100%= 0.0058 %
数据段2 Mbps	500纳秒	((543 * 500纳秒) / 1秒) *100%= 0.02715 %
单个帧的“负载率”		0.03295%

对CANFD Extended Frame扩展帧来说，发送一帧实际长度（不考虑位填充；帧间隔3Bit；DLC = 8；启用BRS位加速）：136+3=139Bit；

其中：

• 48Bit使用仲裁段波特率：1位SOF段，32位仲裁段，1位FDF，1位R0，1位BRS，2位ACK段，7位EOF段，3位帧间隔；
• 91Bit使用数据段波特率；1位ESI，4位DLC，64位数据段，22位CRC段。

比特率/波特率	一个Bit的位时间	单个帧内对应段的负载率
仲裁段500 Kbps	2000纳秒	((48 * 2000纳秒) / 1秒) *100%= 0.0096 %
数据段2 Mbps	500纳秒	((91 * 500纳秒) / 1秒) *100%= 0.00455 %
单个帧的“负载率”		0.01415%

对CANFD Extended Frame扩展帧来说，发送一帧实际长度（不考虑位填充；帧间隔3Bit；DLC = 64；启用BRS位加速）：588+3=591Bit；

其中：

• 48Bit使用仲裁段波特率：1位SOF段，32位仲裁段，1位FDF，1位R0，1位BRS，2位ACK段，7位EOF段，3位帧间隔；
• 543Bit使用数据段波特率；1位ESI，4位DLC，512位数据段，26位CRC段。

比特率/波特率	一个Bit的位时间	单个帧内对应段的负载率
仲裁段500 Kbps	2000纳秒	((48 * 2000纳秒) / 1秒) *100%= 0.0096 %
数据段2 Mbps	500纳秒	((543 * 500纳秒) / 1秒) *100%= 0.02715 %
单个帧的“负载率”		0.03675%

3.2 通过CAN DBC/Arxml来计算一个CAN网络的理论“负载率”

如果已知一个CAN总线网络所有CAN ID的DBC/Arxml，并且知道它们的发送方式，我们可以粗略地估算出CANFD总线网络的“负载率”：CANFD总线负载率是各个帧占用总线带宽百分比之和。

下面以比特率/波特率：仲裁段500kbps，数据段2Mbps为例（不考虑位填充；帧间隔3Bit）：

Num	CAN ID	发送周期	帧类型	DLC	对应帧一秒内的负载率
1	0x115	10ms	经典CAN标准帧	8	(1000ms / 10ms)* 0.0222 % = 2.22%
2	0x217	20ms	经典CAN扩展帧	8	(1000ms / 20ms)* 0.0262 % = 1.31%
3	0x3B4	10ms	CANFD标准帧	8	(1000ms / 10ms)* 0.01035% = 1.035%
4	0x475	20ms	CANFD标准帧	64	(1000ms / 20ms)* 0.03295% = 1.6475%
5	0x211	10ms	CANFD扩展帧	8	(1000ms / 10ms)* 0.01415% = 1.415%
6	0x311	20ms	CANFD扩展帧	64	(1000ms / 20ms)* 0.03675% = 1.8375%
…	…	…		…	…
CANFD总线网络的理论“负载率”					9.465 % +…

4 拓展

如果有一个已知的CAN Trace Log，我们也可以按照上述的方法，统计1秒以内发送的帧数，来粗略计算该1秒以内的CANFD总线网络负载率。

推荐阅读（单击下方文字即可跳转至对应博文）：

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《Autosar_BSW高阶配置》总目录_培训教程持续更新中...

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END

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