CAN总线的CC帧和FD帧之间如何仲裁

为满足CAN总线日益提高的带宽需求，博世公司于2012年推出CAN FD（具有灵活数据速率的CAN）标准，国际标准化组织（ISO）2015年通过ISO 11898-1:2015标准，正式将CAN FD纳入国际标准，以示区别，之前的CAN 2.0A/B被命名为经典CAN（CAN CC，Classic CAN）。

CAN FD继承了CAN CC的绝大多数特性，如同样的物理层、双线差分串行通信协议、非破坏性的仲裁技术、分布式实时控制、可靠的错误处理和检测机制等。

CAN FD通过提高报文帧的数据字段长度至最大64字节，并允许数据域比特率相对仲裁域比特率动态调整至最高8Mbps，有效弥补了CAN CC在总线带宽和数据长度方面的不足。同时，CAN FD使用改进的循环冗余校验 (CRC) 和“受保护的填充位计数器”，进一步降低了总线传输差错的漏检概率。

为保护对现有设备的投资，一个成熟的规范在升级时，总会尽量优化对现有规范的向下兼容，CAN FD同样如此。关于CAN CC与CAN FD之间的兼容性，比较主流的说法是：

• CAN FD设备和CAN CC设备在同一个网络时，由于CAN CC设备不能正确识别FD帧格式，处于活动状态的CAN CC设备会以“报错帧”的方式中断网络中FD格式消息的传输。用户在对这样的网络进行管理时，需要禁止CAN FD设备发送FD格式的消息；或选用支持局部网络（Partial Networking）的CAN CC设备，并配置这些设备只在收到特定的CC格式的消息时才被“唤醒”而工作。
• 网络全部由CAN FD设备构成时，CC格式和FD格式的消息可以在网络中混合使用。

例如，Vector公司的宣传资料《CAN FD – An Introduction》中这样写到：

既然同为CAN FD设备的网络中，CC格式和FD格式的消息可以混用，那么，当这样的网络中出现ID相同的CC格式消息和FD格式消息时，怎么办？

站在用户的角度，我已经全部升级为CAN FD设备了，那我之前CC格式消息已经满足需求的节点，在网络管理上就不用改了吧，CC格式消息和FD格式消息同时发送时，由节点的CAN FD控制器仲裁，你就告诉我哪个的优先级更高吧，最好CC格式的优先级更高。

用户这么一个简单又朴素的要求，我们当然得满足咯，来看看CC格式的消息和FD格式的消息在仲裁场是啥样的（以标准数据帧为例）：

按照规范的定义，CAN FD将CAN CC标准帧中的保留位r0（扩展帧中的r1）重定义为FDF（FD Format indicator）位，用于标识FD帧格式。CAN CC格式的消息发送时，r0/r1位要求发送“显性”位，CAN FD格式的消息发送时，FDF位要求发送“隐性”位，当二者ID相同时，“隐性”的FDF位被“显性”的r0/r1覆盖，FD格式竞争失败？看起来好像是这么回事儿，但总觉得哪里不对，再仔细看看，完了，FDF位不在帧的仲裁场而在控制场，不能用来仲裁！别急，看看规范怎么说（ISO 11898-1:2015 Page 31，10.4.2.4）：

该来的还是来了，规范说：“FDF位用于区分CC帧格式和FD帧格式。…不能通过FDF位仲裁。在一个特定应用中，一个ID要么分配给CC帧，要么分配给FD帧，不能同时分配给CC帧和FD帧。”好嘛，皮球又完美地踢给了用户！

时间来到了2024年，ISO发布了11898-1:2024规范，CAN XL横空出世！它在Page 34，6.6.11.2章节这样说：

ISO 11898-1:2024终于忍不住而打破传统了，节点间仲裁终于突破仲裁场的范围了，从而在规范层面定义了CC帧的优先级高于相同ID的FD帧。

但是，它又加了一句，让我对下一版的ISO 11898-1:20XX规范充满了期待，加了句啥呢：不支持XL帧格式的节点发送FD帧，当发送的“隐性”FDF位回读为“显性”位时，可（may）处理为“位错误”而不是仲裁失败！
 

这有什么问题？如果一个设计者（或团队）遵照ISO 11898-1:2024设计CAN控制器，限于当前（2025年）还没有成熟的CAN XL收发器芯片（所以实现不了高达20Mbps的CAN XL产品），打算先设计为不支持XL帧，然后呢，他规范还读得贼仔细，看到了这一句，好巧不巧，他的想法是，既然你说可以，那我就这么干吧。
当他的产品投入使用后，一个场景出现了，这个遵照ISO 11898-1:2024规范设计的CAN FD设备，其发送的FD帧在与其它设备发送的同ID的CC帧竞争中，走到FDF这一位时， CC帧发的是“显性”位，FD帧发的是“隐性”位，但这个遵照ISO 11898-1:2024规范设计CAN FD设备是会报错的，在它转入Error-Passive状态前，会发Active Error Frame，打断CC帧的发送。

所以，ISO 11898-1:2024为什么要加这么一句呢？！