次世代の車載ネットワーク「CAN FD」とは：車載ネットワーク（1/4 ページ）
セキュリティ対応や自動運転などの車両の高機能化に伴い、より高速な車載ネットワークが求められている。本稿では次世代の車載ネットワークの1つとして考えられているCAN FD導入の背景やプロトコルの概要ついて紹介する。
CAN FD導入の背景と標準化
自動車の安全性や快適性、コネクティビティの強化、電動化、自動運転機能、サイバーセキュリティ対策などを実現するには、現行の市販車に広く用いられている車載ネットワークであるCAN（Controller Area Network）では通信速度（ビットレート）やデータ長が十分ではありません。そのため、高速でより多くのデータを送れる車載ネットワークが必要です。
そこでCANを開発したボッシュ（Robert Bosch）は2012年に、CANを拡張する形でCAN FD（CAN with Flexible Data rate）の仕様を発表しました。このCAN FDと関連する形で、2015年にCANのデータリンク層を規定するISO 11898-1の改訂版としてISO 11898-1:2015が、2016年にはCANの物理層を規定するISO 11898-2の改訂版として低消費電力モードやウェイクアップの仕様を含むISO 11898-2:2016が策定されています。
CAN FDのユースケース
ECUのソフトウェアの肥大化によりプロセッサのROM容量が増えています。ECUを開発する際にはROMにソフトウェアを書き込む必要がありますが、これまではCAN通信で行っていました。しかし、容量の大きなソフトウェアを書き換えるのにCANでは非常に時間がかかってしまいます。そこで、より高速のCAN FDの導入が検討されています。
また、機能追加によってCANのバス負荷が高くなり遅延時間の増大や帯域不足になった場合、ネットワークを分割することによって帯域不足を解消していました。CAN FDに置き換えれば帯域不足が解消されるためネットワークを分割する必要がなくなります。
さらにサイバーセキュリティ対策として、AUTOSARで規定されたSecOC（Secure on board Communication）ベースのメッセージ認証の採用が検討され、より多くのデータを1度に送信できるCAN FDの採用を検討する自動車メーカーが出てきています。
既存のCANネットワークの置き換えだけで無く、高度な安全運転支援システムやセンサーネットワークの一部など、新しいアプリケーションや追加のネットワークでの利用も検討されています。
CAN FDの概要
CAN FDは、CANのプロトコルを拡張して、より多くのデータを高速に転送できる通信プロトコルです。CANは、複数ノードからの通信の調停を行うアービトレーションフェーズと、データを送信するデータフェーズで同一のビットレートでした。一方CAN FDはアービトレーションフェーズとデータフェーズで異なるビットレートに設定できます。このことがCAN FD（Flexible Data rate）の由来になっています。
データフェーズの最大ビットレートは明確に規定されておらず、ネットワークトポロジーやECM要件などに大きく依存します。なおISO 11898-2:2016は5Mbpsまでのタイミング要件を規定しています。自動車メーカーではアプリケーションやネットワークトポロジーによってさまざまな組合せのビットレートで使用することを検討しています。
例えば、診断・リプログラミングの用途では、データフェーズのビットレートが5Mbps、制御系などでは500kbps〜2Mbpsで使用される可能性があります。またCAN FDは1つのデータフレームで最大64バイトのデータを送信できます（プロトコルの詳細はこの後で説明します）。スター型、バス型、ポイントツーポイントなどのネットワークトポロジーで使用されます。
CAN FDプロトコル
続いてCAN FDプロトコルを説明します。ここではCANから変更された部分を中心に、CAN FDのフレームタイプとフレーム構造、フレーム内の各フィールドの詳細を説明します。CANプロトコルの詳細については過去の連載（※1）をご覧ください。
（※1）連載「“車載ネットワーク“CANの仕組み”教えます」
フレームタイプ
CAN FDはデータフレームのみ定義されており、CANで定義されているリモートフレームはありません。その理由は、データ領域が存在しないリモートフレームはデータフェーズのビットレートを切り替える必要がないためです。
データフレームはCANと同様に「標準フォーマット（11ビットID）」と「拡張フォーマット（29ビットID）」の2種類の形式があります。BRS（Bit Rate Switch）ビットからCRC Delimiterビット間のビットレートを高速化できます。以降の図では、CANと同様のビットレートの部分をオレンジ色、ビットレートを高速化可能な部分を青色で表示します。
CAN FDフレーム構造
CAN FDフレームはStart of Frame（SOF）と、アービトレーション領域、コントロール領域、データ領域、CRC領域、ACK領域、End of Frame（EOF）の7つのビット領域で構成されます。ここでは、各領域とそこに含まれるフィールドについて説明します。
（1）SOF（Start of Frame）
ノードからフレームが送信されるとき、最初に送信される部分はフレームの“開始”を表すためにドミナント状態とします。この部分を「SOF（Start Of Frame）」と呼びます。SOFはCANと同様に1ビットの“ドミナント”ビットです。SOFがバスアイドルのリセッシブ（1）からドミナント（0）へ変化することにより、受信側ノードは同期を行うことができます。SOFの定義はCAN FDとCANで同一です。
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