CAN XL：打破2048字节壁垒的下一代CAN总线，到底强在哪？

引言

作为最早的车载与工业通信总线标准，传统CAN（包括CAN CC和CAN FD）在数十年的发展中奠定了嵌入式通信的基础，但随着智能化、网联化需求的爆发，其技术瓶颈逐渐凸显。面对传统CAN的局限性，行业迫切需要一种既能兼容现有生态，又能突破性能瓶颈的新一代CAN技术。

CAN XL正是在这一背景下应运而生 —— 由国际CAN标准化组织CiA（CAN in Automation）主导开发，核心目标很明确：保住传统CAN「简单、可靠、低成本」的优势，同时突破「速度」 和 「容量」的天花板。

01.传统CAN的局限性：容量不够，速度也跟不上

■ 数据长度受限：CAN CC仅支持最大8字节数据，即使CAN FD扩展至64字节，仍无法满足现代场景的大容量需求。

例如，激光雷达的单帧点云数据、高清摄像头的图像片段、工业设备的全量状态参数等，均需数百至数千字节的传输能力，传统CAN难以承载。

■ 速率天花板明显：CAN CC最高速率为1Mbps，CAN FD数据阶段最高为8Mbps，无法匹配高带宽场景。（虹科PCAN设备均支持CAN FD波特率高达12Mbps）

以汽车智能驾驶为例，域控制器与传感器之间的实时数据交互（如毫米波雷达的高频探测结果）需要更高的传输效率，传统速率会导致数据延迟或丢失。

02. CAN XL技术诞生：从物理层到协议层的全面升级

CAN XL技术的核心竞争力，本质是「在兼容基础上的精准突破」—— 既保留传统CAN总线低成本、高可靠的优势，又通过物理层优化和协议层重构，实现性能与功能的全面升级。其技术设计可从物理层和协议层两个维度深入解析。

物理层 兼容旧系统，突破速率限制

CAN XL直接沿用了CAN FD的「基础设施」：双线制（CAN_High/CAN_Low）、120Ω终端电阻、线型拓扑。这意味着车企不用拆车里的线，工厂不用改车间的布线，直接换支持CAN XL的设备就能升级，迁移成本大幅降低。

CAN XL收发器

收发器是「提速关键」，目前已有多种类型适配 CAN XL。

CAN SIC XL收发器依据CiA610-3标准，在数据阶段最高可达20Mbit/s，有SIC模式和FAST模式。SIC模式下，其行为类似CAN SIC收发器，采用显性/隐性信号；FAST模式用于实现更高的比特率，TX节点采用推挽（0/1）方式，RX节点调整阈值，但此模式下不支持错误帧。在仲裁阶段，采用CAN SIC收发器概念（SIC模式），在数据阶段，选用推挽收发器概念（FAST模式），通过这种模式切换，CAN XL可实现高达20Mbit/s的比特率。在CAN XL协议的ADS（仲裁到数据序列）阶段，收发器从SIC模式切换到FAST模式，模式切换由CAN XL协议控制器通过TxD引脚控制。

帧结构 新增功能位，满足复杂场景

CAN XL重构了帧结构，加了不少「智能功能键」，既能承载2048字节的大数据，又能精准对接CAN、以太网等不同场景。

仲裁域（Arbitration Field）

PID(Priority ID)：11位，仅用于总线仲裁，进行优先级判定，不再承担地址功能，地址功能则由后面的AF段完成。

XL段：包含RRS、IDE、FDF、XLF四位。RRS远程请求不再支持远程帧；IDE只支持11位ID，固定为显性；FDF和XLF表示该帧是CAN FD帧或CAN XL帧。

控制域（Control Field）

ADS（Arbitration Data Sequence）：4位，标识从仲裁阶段到数据阶段的比特率切换（从仲裁阶段≤1Mbit/s切换至数据阶段最高20Mbit/s）。

SDT（SDU Type）：8位，定义数据字段中嵌入的协议类型（类似以太网的EtherType），支持256种类型。

SEC：1位，表示是否位加密数据。

DLC（Data Length Code）：11位，定义数据字段的长度，支持1-2048字节。

SBC（Stuff Bit Count）：3位，记录 SOF（帧起始）和仲裁场的位填充数量，辅助接收节点正确处理位填充，确保数据传输的正确性和规范性。

PCRC（Preface CRC）：13位，位对仲裁字段和控制字段的前半部分（至PCRC为止）进行校验，实现「早期错误检测」，减少无效数据传输（若帧头错误，可快速终止处理）。

VCID（Virtual CAN Network ID）：8位，类似以太网VLAN ID，用于将物理总线划分为256个逻辑虚拟网络，增强网络的隔离性与灵活性，例如可以按照车身域进行划分管理。

AF（Acceptance Field）：32位，用于地址标识，其含义由SDT（数据类型）决定，包含在控制器的64位硬件过滤器中。

数据域（Data Field）

数据字节（Data Bytes，1-2048 字节）：承载实际数据，可直接传输信号、封装CAN FD帧、以太网帧（含IPv6等），无需拆分，减少协议开销。

CRC 字段（CRC Field）

FCRC（Frame CRC）：32位，对整个帧（从仲裁字段到数据字段）进行校验，确保高速传输下的数据正确性。

FCP（Format Check Pattern）：4位，用于接收节点对齐比特流（确认接收与发送的比特同步），避免因同步偏差导致的解析错误。

ACK字段（ACK Field)

DAS（Data Arbitration Sequence）：4位，标识从数据阶段到仲裁阶段的比特率切换（从高速数据阶段切回低速仲裁阶段）。

ACK（Positive Acknowledgement）：1位，与CAN FD机制一致，接收节点通过发送显性位确认帧已正确接收。

EOF（End of Frame）：标识帧传输结束，固定为11个隐性位，与传统CAN兼容。

协议兼容 如何兼容以太网和CAN通信

CAN XL可兼容以太网上层协议和CAN通信，由SDT和AF字段实现。SDT字段长度为8位，这使得它理论上可以定义256种不同的服务数据单元类型 。在实际应用中，其具体的值由相关标准进行规定和扩展。目前，CiA611-1规范在第一版中定义了5种SDU类型（Content Based Addressing、Node Addressing、Classical & FD Frame Tunneling、IEEE 802.3 (Eth) Tunneling、IEEE 802.3 (Eth) mapped Tunneling），后续还计划定义更多的值。

当SDT值为0x01（基于内容的寻址）时，AF被解释为Message ID，用于基于内容的寻址；当SDT值为0x02（节点寻址）时 ，AF承载目标地址（Dest. Address）和源地址（Address Source），实现基于节点的寻址；当SDT值为0x03（CAN CC及FD帧传输）时，AF包含CAN帧ID（11位或29位ID），用于在传输CAN CC或CAN FD帧时进行识别和处理；当SDT值为0x04（IEEE 802.3（Eth）传输）或0x05（IEEE 802.3（Eth）映射传输）时，AF字段用于承载与以太网相关的地址信息（如用户自定义、截断的目的MAC地址等），以便在CAN XL网络中传输以太网帧。

虹科PCAN XL套件：从技术到落地

轻松迈出体验新标准的第一步

虹科PCAN XL套件包含USB转CAN XL接口、专业CAN分析软件PCAN-Explorer 7抢先体验版和PCAN-Basic编程接口，为初步开始使用CAN XL标准的用户提供所需的工具。

考虑到CAN XL通信和CAN CC一样，至少需要两个总线节点，虹科在套件型号的选择上提供了包含一个或两个虹科PCAN USB XL接口的套装选择，即便还没有合适的CAN XL对接设备，也能轻松迈出体验新标准的第一步。

03. 落地问答：CAN XL实操痛点，这样解决

聊完技术和工具，很多人还是会有实操疑问：安全性怎么保障？测试要做什么？行业大咖怎么看趋势？

Q1：CAN XL在安全性方面相比传统CAN有哪些提升？

【A1】 CAN XL本身不提供加密或认证机制，与以太网类似，安全性需通过上层协议或硬件安全模块（如加密引擎实现）。目前CANsec（CAN 安全标准） 正在开发中，预计2025年底完成，用于定义数据加密与身份验证机制。

Q2：快速模式下，总线长度和布线有什么限制？

【A2】 无固定限制，取决于拓扑和电磁环境。例如1Mbps仲裁阶段时，总线长度通常40米；降低比特率可延长长度，分支长度需根据实际信号质量调整。布线约束与CAN FD基本一致，可复用现有总线，仅需替换支持CAN XL的ECU即可提升速率。

Q3：CAN XL的VCID（虚拟局域网）怎么提升扩展性和安全性？难点在哪？

【A3】 通过8位VCID划分虚拟总线，隔离不同域（如车身、动力域），硬件级过滤非授权VCID流量，防止ECU被未授权消息攻击。挑战在于软硬件需支持虚拟ID的过滤与路由。

Q4：和以太网（如10BASE-T1S）相比，CAN XL的优势是什么？

【A4】 CAN XL的优势在于可灵活调整比特率（适配不同网络环境）、无中心节点（避免单点故障），而以太网（如10BASE-T1S）需固定速率且依赖中心节点。

Q5：是否有商用MCU/工具链支持CAN XL？

【A5】 虹科PCAN-USB XL支持Windows/Linux 驱动，虹科PCAN-Explorer 7可解析CAN XL帧，提供开放API供第三方开发。

Q6：模块级验证需哪些测试？是否有强制认证？

【A6】 底层协议一致性测试遵循ISO标准，高层安全/一致性认证（如CANsec）仍在制定中，当前无强制要求。

随着CANsec标准完善、芯片厂商持续跟进，CAN XL的应用场景还会进一步拓宽。