はじめに

近年、自動車の電子制御化が進む中で、自動車一台に搭載されるECUの数も年々増加し、複数のECUが各機能ごとに存在し、それらECU間はCAN/LIN/CAN-FD/Ethernetで接続されています。

 

その中でも、CANは最も多く採用されている車載通信ネットワークの一つです。

 

また、ECU間でのデータ量も増加していることから、CANよりも扱えるデータ帯域が高い、CAN-FDの採用も多くなってきております。

このページでは、車載通信ネットワークで最も多く利用されているCAN通信、そして、今後多くの採用が見込まれているCAN-FD通信において必要不可欠なコントローラーICが抱える課題と打開策について、トレンドと共に説明していきます。

車載ネットワークのツリー構造とCAN通信

 

自動車一台に搭載されるECUは各機能ごとに分かれて配置され、それぞれがCAN/LIN/CAN-FD/Ethernetで接続されており、それら通信ネットワークの数も増加傾向をたどっている。

CAN通信を実現する上で必要な構成とは?

CAN通信を実現する場合、左下図のようにCANコントローラー機能をマイコンに実装し、外付けのCANトランシーバーを使用して、CAN通信を実現するのが最も一般的な構成となることが多いと思います。しかし、この構成ではケースによっては課題点が生じてくることがわかっています。それは、CAN/CAN-FDチャンネル数が増加した際にマイコン側のチャンネル数不足(I/O不足)、そして処理量が増加することによる、スペック不足です。

 

実際にそんなことが起きるのでしょうか。

 

車業界の技術トレンドと実例をもとに次項目で紹介していきます。

CAN通信を実現する上でマイコンのチャンネル数が不足するイメージ図

ECU統合化のトレンドと懸念点

冒頭でも述べたように、昨今の自動車に搭載されるECUの数は年々増加傾向をたどり、自動車一台に搭載されるECUの数は膨大なものとなっています。ECUの数が増えることによって懸念されるのが、ECU間を接続するハーネス数の増加と、ECUモジュールを構成する部品点数増加による自動車全体の重量アップです。

特にハーネスの占める質量は、自動車の燃費、電気自動車での航続距離にかかわる重要なファクターになるため、ハーネス数を削減することは非常に重要な課題ともなっているため、ECUを統合化して、ECU間を接続するハーネスを削減しようという「ECU統合化」の動きが出てきています。

ECU統合化の動きによって、1つのECUが担う機能が集約されるため、1つのECUに接続される通信線数や、インターフェースの種類も増加するため、CAN/CAN-FDコントローラーICとして使用されるECU内部のマイコンではチャンネル数不足(I/O不足)、そして処理量が増加することによる、スペック不足が懸念されるケースが発生しています。

ECU統合化のイメージ図

 

 

FPGAで解決?FPGAによるCANコントローラーとは?

CAN/CAN-FDコントローラーICとして使用されるECU内部のマイコンにおけるチャンネル数不足(I/O不足)、そしてスペック不足を解消してくれる案として、FPGAをコントローラICとして使用する方法があります。FPGAはマイコンに比べてフレキシビリティー性が高い、ユーザーが自由に使用できるI/O数が多い、ハードウエア処理ならではの並列処理によりレイテンシーを低く抑えられる、といった特性を生かすことで今回のような課題を解決できるデバイスでもあるのです。

FPGAをコントローラーICとして使用することで、左下図の様にCAN/CAN-FDのチャンネル数の増加、I/Fの種類が異なっていたとして、柔軟に仕様に合わせてプログラマブルに対応することが可能です。左下図は、マイコンの機能をすべてFPGAに置き換えたことを想定した構成となりますが、右下図では安価なマイコンと小型FPGAの組み合わせにより、トータルコストの低減と柔軟性を拡張を狙った構成になります。

FPGAによるCAN通信を実現する場合の構成図

実際にFPGAでのCAN通信を試してみませんか?

FPGAでもCANコントローラーを実現できることがお判りいただけたかと思います。ただ、記事では伝えきれない部分も多くあります。実は、弊社ではCAST社製IPをインプリメントしたLattice製FPGAと、Infineon製のトランシーバーで構成したデモ環境を用意しています。

動画にて、FPGAで実現する場合のメリットをさらに分かりやすく紹介しつつ、後半はデモ環境の概要も紹介しています。

 

■動画の概要
・ECU統合化に伴うCAN-FDニーズ
・FPGAでCANコントローラを実現した場合のメリット
・CAST社のIPについて
・デモ構成と用途
・デモ実施時のGUIの紹介
・デモのユースケース

 

10分で学べる無料セミナー動画ですので、ぜひ下記よりご覧ください。

 

本デモ環境に関するお問い合わせは下記よりお気軽にご連絡ください。

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