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【虹科方案】 BIM – SCADA 的「寶貴盟友」，實現真實與虛擬世界的融合
BIM（Building Information Modeling，建築資訊模型）約於 2011 年興起，為建築業帶來重大突破。如今技術已相當成熟，除施工階段外，亦可應用於其他環節。
那麼，如何將 BIM 整合到 SCADA 系統中？
HongKeTechnology 2025年9月12日
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【虹科方案】CAN XL：打破 2048 位元組壁壘的下一代 CAN 總線，到底強在哪？
作為最早的車載與工業通訊總線標準，傳統 CAN（包括 CAN CC 和 CAN FD）在數十年的發展中奠定了嵌入式通訊的基礎，但隨着智能化、網聯化需求的爆發，其技術瓶頸逐漸凸顯。面對傳統 CAN 的局限性，業界迫切需要一種既能兼容現有生態，又能突破效能瓶頸的新一代 CAN 技術。
CAN XL 正是在這一背景下應運而生 —— 由國際 CAN 標準化組織 CiA（CAN in Automation）主導開發，核心目標十分明確：既要保留傳統 CAN「簡單、可靠、低成本」的優勢，同時突破「速度」與「容量」的天花板。
傳統 CAN 的局限性 | 容量不足，速度也跟不上
數據長度受限：CAN CC 僅支持最大 8 位元組數據，即使 CAN FD 擴展至 64 位元組，仍無法滿足現代場景的大容量需求。
例如，雷射雷達的單幀點雲數據、高清攝像頭的圖像片段、工業設備的全量狀態參數等，均需數百至數千位元組的傳輸能力，傳統 CAN 難以承載。
速率天花板明顯：CAN CC 最高速率為 1Mbps，CAN FD 數據階段最高為 8Mbps，無法匹配高頻寬場景。（虹科 PCAN 設備均支持 CAN FD 波特率高達 12Mbps）
以汽車智能駕駛為例，域控制器與感測器之間的實時數據交互（如毫米波雷達的高頻探測結果）需要更高的傳輸效率，傳統速率會導致數據延遲或遺失。
CAN XL 技術的誕生 | 從物理層到協議層的全面升級
CAN XL 技術的核心競爭力，本質是「在兼容基礎上的精準突破」——既保留傳統 CAN 總線低成本、高可靠的優勢，又透過物理層優化與協議層重構，實現性能與功能的全面升級。其技術設計可從物理層與協議層兩個維度深入解析。
物理層 | 兼容舊系統，突破速率限制
CAN XL 直接沿用 CAN FD 的「基礎設施」：雙線制（CAN_High / CAN_Low）、120Ω終端電阻、線型拓撲。這意味著車企無需拆除車內線路，工廠也不用改動車間佈線，只需更換支援 CAN XL 的設備即可完成升級，大幅降低遷移成本。
CAN XL 收發器
收發器是「提速關鍵」，目前已有多種類型可適配 CAN XL。
CAN SIC XL 收發器依據 CiA610-3 標準，在數據階段最高可達 20Mbit/s，並具備 SIC 模式與 FAST 模式：
SIC 模式：其行為類似 CAN SIC 收發器，採用顯性 / 隱性信號。
FAST 模式：實現更高比特率，TX 節點採用推挽（0/1）方式，RX 節點調整閾值，但此模式下不支持錯誤幀。
在仲裁階段，系統採用 CAN SIC 收發器 概念（SIC 模式）；在數據階段，則選擇 推挽收發器 概念（FAST 模式）。透過這種模式切換，CAN XL 可實現高達 20Mbit/s 的比特率。
在 CAN XL 協議的 ADS（仲裁到數據序列）階段，收發器會從 SIC 模式切換至 FAST 模式，而這一模式切換由 CAN XL 協議控制器透過 TxD 引腳進行控制。
幀結構 | 新增功能位，滿足複雜場景需求
CAN XL 對幀結構進行了重構，新增多項「智能功能位」，既能承載 2048 字節的大數據，又能精準對接 CAN、以太網等不同場景。
仲裁域（Arbitration Field）
PID（Priority ID）：11 位，只用於總線仲裁與優先級判定，不再承擔地址功能，地址由後續的 AF 段完成。
XL 段：包含 RRS、IDE、FDF、XLF 四位。
RRS：遠程請求不再支援遠程幀。
IDE：僅支援 11 位 ID，固定為顯性。
FDF/XLF：表示該幀是 CAN FD 幀或 CAN XL 幀。
控制域（Control Field）
ADS（Arbitration Data Sequence）：4 位，標識從仲裁階段（≤1Mbit/s）切換至數據階段（最高 20Mbit/s）。
SDT（SDU Type）：8 位，定義數據字段中嵌入的協議類型（類似以太網 EtherType），支持 256 種類型。
SEC：1 位，表示是否為加密數據。
DLC（Data Length Code）：11 位，定義數據長度，支援 1–2048 字節。
SBC（Stuff Bit Count）：3 位，記錄 SOF（幀起始）與仲裁場的位填充數量，幫助接收端正確處理，確保傳輸正確性。
PCRC（Preface CRC）：13 位，用於仲裁與控制字段前半部分校驗，實現「早期錯誤檢測」，快速終止錯誤幀處理。
VCID（Virtual CAN Network ID）：8 位，類似以太網 VLAN ID，可將物理總線劃分為 256 個虛擬網絡，提升隔離性與靈活性（如車身域劃分）。
AF（Acceptance Field）：32 位，用於地址標識，其含義由 SDT 決定，並包含於控制器的 64 位硬體過濾器中。
數據域（Data Field）
數據字節（Data Bytes, 1–2048 字節）：承載實際數據，可直接傳輸信號、封裝 CAN FD 幀或以太網幀（含 IPv6 等），減少協議開銷。
CRC 字段（CRC Field）
FCRC（Frame CRC）：32 位，對整個幀（從仲裁到數據字段）校驗，確保高速傳輸下的正確性。
FCP（Format Check Pattern）：4 位，用於接收端比特流對齊，避免因同步偏差造成錯誤。
ACK 字段（ACK Field）
DAS（Data Arbitration Sequence）：4 位，標識從數據階段切回仲裁階段的比特率切換。
ACK（Positive Acknowledgement）：1 位，與 CAN FD 機制一致，接收端透過顯性位確認幀接收成功。
EOF（End of Frame）：11 個隱性位，標識幀結束，與傳統 CAN兼容。
協議兼容性
CAN XL 能兼容以太網上層協議與CAN 通訊，由 SDT 與 AF 字段共同實現。
SDT 長度為 8 位，可理論定義 256 種服務數據單元（SDU）類型。
在實際應用中，其值由相關標準規範與擴展。目前，CiA611-1 規範第一版定義了 5 種 SDU 類型：
Content Based Addressing
Node Addressing
Classical & FD Frame Tunneling
IEEE 802.3 (Eth) Tunneling
IEEE 802.3 (Eth) mapped Tunneling
後續還將持續擴展更多類型，進一步加強 CAN XL 的跨協議兼容性。
當 SDT 值 = 0x01（基於內容的尋址, Content Based Addressing） 時，AF 被解釋為 Message ID，用於基於內容的尋址。
當 SDT 值 = 0x02（節點尋址, Node Addressing） 時，AF 承載 目標地址（Dest. Address） 與 源地址（Address Source），實現基於節點的尋址。
當 SDT 值 = 0x03（CAN CC 及 FD 幀傳輸, Classical & FD Frame Tunneling） 時，AF 包含 CAN 幀 ID（11 位或 29 位 ID），用於在傳輸 CAN CC 或 CAN FD 幀時進行識別與處理。
當 SDT 值 = 0x04（IEEE 802.3 (Eth) 傳輸） 或 0x05（IEEE 802.3 (Eth) 映射傳輸） 時，AF 字段用於承載與以太網相關的地址信息（如使用者自定義、截斷的目的 MAC 地址等），以便在 CAN XL 網絡中實現以太網幀傳輸。
虹科 PCAN XL 套件 | 從技術到落地
再強大的技術，如果缺少好用的工具，也難以真正落地。許多用戶剛接觸 CAN XL 時，常常會苦惱：「沒有對接設備怎麼辦？用什麼軟體解析幀數據？」—— 虹科 PCAN XL 套件正好解決了這些入門痛點，一套即可搞定「硬體連接 + 軟體分析」。
輕鬆邁出體驗新標準的第一步
虹科 PCAN XL 套件包含：
USB 轉 CAN XL 接口
專業 CAN 分析軟體 PCAN-Explorer 7 搶先體驗版
PCAN-Basic 編程接口
為初步開始使用 CAN XL 標準的用戶，提供所需的完整工具鏈。
考慮到 CAN XL 通訊與 CAN CC 一樣，至少需要兩個總線節點，虹科在套件型號設計上提供了 單接口（1 × PCAN-USB XL） 與 雙接口（2 × PCAN-USB XL） 兩種選擇。即便當下沒有合適的 CAN XL 對接設備，也能輕鬆邁出體驗新一代標準的第一步。
落地問答 | CAN XL 實操痛點，這樣解決
聊完技術與工具，很多人依然會有實操上的疑問：安全性如何保障？測試要做什麼？行業專家如何看待未來趨勢？—— 虹科帶你逐一解析 CAN XL 常見問題。
Q1：CAN XL 在安全性方面相比傳統 CAN 有哪些提升？
A1： CAN XL 本身不提供加密或認證機制，與以太網類似，安全性需依靠上層協議或硬體安全模組（如加密引擎）。目前 CANsec（CAN 安全標準） 正在開發中，預計 2025 年底完成，將用於定義數據加密與身份驗證機制。
Q2：快速模式下，總線長度與佈線有何限制？
A2： 無固定限制，取決於拓撲結構與電磁環境。例如：在 1Mbps 仲裁階段時，總線長度通常約 40 米；若降低比特率，則可延長總線長度。分支長度需依據實際信號品質進行調整。其佈線約束與 CAN FD 基本一致，可複用現有總線，只需更換支援 CAN XL 的 ECU 即可提升速率。
Q3：CAN XL 的 VCID（虛擬局域網）如何提升擴展性與安全性？難點在哪？
A3： 透過 8 位 VCID 劃分虛擬總線，可隔離不同域（如車身域、動力域），並在硬體層面過濾未授權 VCID 流量，防止 ECU 遭受非法訊息攻擊。挑戰在於軟硬體均需支援 虛擬 ID 的過濾與路由。
Q4：與以太網（如 10BASE-T1S）相比，CAN XL 的優勢是什麼？
A4： CAN XL 的優勢在於可靈活調整比特率（適應不同網絡環境）、無需中心節點（避免單點故障）。而以太網（如 10BASE-T1S）則需固定速率，且依賴中心節點。
Q5：目前是否已有商用 MCU / 工具鏈支援 CAN XL？
A5： 虹科 PCAN-USB XL 支援 Windows / Linux 驅動；虹科 PCAN-Explorer 7 可解析 CAN XL 幀，並提供開放 API 供第三方開發。歡迎聯繫 虹科工作人員了解詳情。
Q6：模組級驗證需哪些測試？是否有強制認證？
A6： 底層協議一致性測試遵循 ISO 標準；高層安全 / 一致性認證（如 CANsec）仍在制定中，目前尚無強制要求。
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