CAN XL通信技术在车载毫米波雷达中的应用（2）

上篇文章介绍道，在智能辅助驾驶的进化之路上，传统CAN协议因其成本低、抗干扰强的特性广泛应用于汽车电子系统。而面对高阶辅助驾驶对数据量和实时性的更高要求，CAN XL——第三代CAN通信协议，因其更高的通讯效率以及和CAN FD的兼容性，能显著提升毫米波雷达的通信能力。

CAN XL不仅有效解决了带宽瓶颈、减少了总线数量，还在保证通信质量的同时降低系统成本。本文将通过实际雷达通信架构为例，深入解析CAN XL在三种5颗毫米波雷达（5R）配置方案的通信能力，并展示其如何成为高阶辅助驾驶通信方案中的“黄金搭档”。

5颗毫米波雷达（5R）方案的通讯架构

由于市场对高阶辅助驾驶系统的装配率要求逐渐上升，越来越多的主机厂选择全车搭载5颗毫米波雷达的方案——1颗前向雷达，4颗角雷达。我们根据性能要求假设了三种使用场景。以下篇幅分别对于这三种场景给出了当前CAN FD通讯连接形式以及升级至CAN XL所带来的优势。

CAN XL在Premium和High-End场景中

显著提高信号质量、减少总线数量

注：此图是CAN节点的连接形式的示意图

不代表真实的拓扑结构

在整车中央大脑的算力越发丰富的情况下，集中式电子电气架构要求传感器发送“点云”数据给中央大脑做传感器融合。当前，Premium和High-End的5R配置一般会使用5条点对点（P2P：Point-to-Point）的CAN FD总线分别将5颗毫米波雷达和ADAS ECU连接。

在此我们做个理论计算：在Premium和High-End场景下的CAN的总线负载率。从下表的计算结果中看出 5 Mbps速率的CAN FD总线负载率达到50%以上甚至到87%，这在实际使用时通常是不可接受的。我们再来看一下使用CAN XL作为通信媒介的情况， CAN XL在速率和带宽的优势使得我们可以仅使用2条总线连接5颗毫米波雷达（前雷达使用P2P和ADAS ECU相连，4颗角雷达使用线型总线和ADAS ECU相连）。在20 Mbps CAN XL网络中，不仅总线负载显著降低至40%左右的水平，并且前雷达可以有更强的传输能力，传输2000个点云的总线负载只有39%。

CAN XL的另一优势在于更低的成本。与CAN FD需要5个点对点（P2P）连接相比，CAN XL方案仅需1个线型（Linear）总线和1个点对点（P2P）的CAN总线。对于每个与ADAS ECU的连接，都需要外部组件（收发器、扼流圈、EMC元件、连接器、线缆等）。针对ADAS ECU，采用CAN XL方案时仅需2个总线接口，而CAN FD方案需要5个总线接口。CAN XL雷达方案所需外部元件数量仅为CAN FD方案的40%。这种较低的成本（更少的外部组件）抵消了支持20 Mbit/s速率的CAN SIC XL收发器的较高成本。相较于CAN FD方案，CAN XL雷达方案既能实现更高的性能，又能降低总体成本。

CAN XL在Mid-End场景中通过混合网络

逐步提升信号质量

注：此图是CAN节点的连接形式的示意图

不代表真实的拓扑结构

Mid-End的使用场景属于经济型的配置方案，因为雷达传感器仅传输目标数据，数据量不大，通常使用3条CAN FD总线：前雷达通过1条点对点（P2P）总线、4颗角雷达两两组合成2路线型总线（Linear）连接ADAS ECU。当前市场普遍使用2 Mbps CAN FD，可以获得相对不错的总线负载率（见下表）。

让我们尝试使用混合网络（Mixed-Network）将3条CAN总线整合为1条CAN总线，即在混合网络总线中传输两种速率和协议的CAN数据（CAN FD数据，CAN XL数据）。首先，当前雷达和ADAS ECU更新为CAN XL接口，其他雷达维持CAN FD接口。在2 Mbps CAN FD + 8 Mbps CAN XL的配置下总线负载率为61%，这个结果是可以预见的，因为3条总线的数据被合并到1条总线上了。

让我们继续提高速率，使用5 Mbps CAN FD + 8 Mbps CAN XL的配置可以获得不错的总线负载率（34%）。当角雷达也升级为CAN XL接口后，在8 Mbps纯CAN XL的网络下，数据量翻倍的情况下（前雷达传输64个目标，角雷达传输44个目标）的总线负载率仍然可维持在35%。

相较于采用1条点对点（P2P）连接加2条线型（Linear）的总线方案，使用1条总线型的解决方案可实现更低成本。正如之前的雷达架构所验证的，CAN SIC收发器成本的增加，通过减少外部组件的使用得到了有效抵消。这种优化使得雷达解决方案在实现更高性能的同时，整体成本进一步降低。

总结

本文论证了在车载毫米波雷达的应用中，更先进的CAN XL通信协议给雷达数据传输带来的好处。下图展示了经典CAN，CAN FD，CAN XL三种通讯协议在不同速率下的净比特率的比较：明显地，由于CAN XL协议的有效载荷可达到2048字节，相比经典CAN和CAN FD，CAN XL的净比特率有着明显的优势，这也表明使用CAN XL通讯协议可以显著改善CAN网络的通信质量。相信随着技术发展愈发成熟，CAN XL会成为智驾辅助系统的典型通信接口。