前言
作為最早應用於車載與工業通訊系統的匯流排標準，傳統 CAN（包含 CAN CC 與 CAN FD）在過去數十年間奠定了嵌入式通訊的基礎架構。然而，隨著車輛智慧化與網聯化需求的快速成長，其在傳輸速率與資料容量上的技術瓶頸已逐漸浮現。面對既有 CAN 架構的限制，產業迫切需要一項能兼容現有生態、同時突破效能天花板的新一代匯流排技術，以支撐更高頻寬與更複雜的通訊場景。
在這樣的背景下，CAN XL（Controller Area Network eXtended Length） 應運而生。該技術由國際 CAN 標準化組織 CiA（CAN in Automation） 主導制定，核心目標相當明確：在延續傳統 CAN 匯流排「架構簡單、傳輸穩定、成本低廉」等優勢的同時，進一步突破傳輸速率與資料承載容量的限制，為車用通訊與工業控制領域帶來全新的效能級距。
一、傳統 CAN 的侷限：容量不足、速率也跟不上
資料長度受限，難以應付高負載應用
在傳統 CAN 架構（CAN CC）中，單一資料幀僅支援 8 Bytes，即使後續 CAN FD 將長度擴充至 64 Bytes，仍不足以滿足現今車用與工業應用對大容量傳輸的需求。
例如：光達（LiDAR）的單幀點雲資料、高清攝影鏡頭的影像切片、工業設備監控的全量狀態參數，這些場景動輒需要數百至數千 Bytes 的資料傳輸能力，傳統 CAN 匯流排在資料吞吐量上已顯得捉襟見肘，難以支撐新一代的高速運算與感測任務。
速率上限明顯，延遲風險增加
傳統 CAN CC 的最高傳輸速率僅為 1 Mbps，即使 CAN FD 在資料階段可提升至 8 Mbps，仍難以滿足高頻寬應用的即時性需求。以智慧駕駛（ADAS）為例，域控制器（Domain Controller）與多組感測器（如毫米波雷達、攝影機、超音波模組）之間需要進行即時且高頻的資料交換。
若傳輸速率不足，不僅會導致資料延遲或封包遺失，還可能造成決策延誤，影響整體車輛安全性與反應精度。
二、CAN XL 技術誕生：從物理層到協定層的全面升級
兼容基礎上的精準突破
CAN XL 的核心競爭力在於「於兼容基礎上的精準升級」。它延續了傳統 CAN 匯流排「低成本、高可靠、架構簡潔」的技術優勢，同時透過物理層優化與協定層重構，實現效能與功能的雙重飛躍。整體設計理念可從 物理層（Physical Layer） 與 協定層（Protocol Layer） 兩個層面深入解析。
物理層：CAN XL 收發器 實現提速的關鍵元件
在 CAN XL 的技術架構中，收發器（Transceiver）扮演決定性角色。根據 CiA 610-3 標準，目前已出現多種相容 CAN XL 的收發器型號，其中以 CAN SIC XL 收發器 為代表，能在資料階段實現最高 20 Mbit/s 的傳輸速率。
CAN SIC XL 採用兩種運作模式：
- SIC 模式（Signal Improvement Capability）：與 CAN FD 行為相似，使用顯性／隱性訊號傳輸，確保與現有 CAN 網路的兼容性。
- FAST 模式：在此模式下，傳輸節點（TX）改採推挽輸出（Push-Pull），接收端（RX）則透過動態閾值調整以提升速率，但該模式下不支援錯誤訊框（Error Frame）。
在實際通訊過程中，CAN XL 協定透過 仲裁至資料階段（ADS, Arbitration to Data Sequence） 的自動切換機制，讓收發器於仲裁階段運行在 SIC 模式，進入資料階段後切換至 FAST 模式。此切換動作由 CAN XL 控制器透過 TxD（Transmit Data）引腳 控制完成，實現了高速傳輸與協定穩定性的兼容平衡。
協定層：訊框結構重構，新增功能位以支援複雜應用場景
CAN XL 重新設計了訊框（Frame）結構，加入多項「智慧控制欄位」，不僅支援最大 2048 Bytes 的資料傳輸量，
同時能靈活對應 CAN、CAN FD 以及 Ethernet 等多種通訊場景，實現跨協定的整合應用。
整體訊框結構可分為以下主要區段：
1. 仲裁域（Arbitration Field）
- PID（Priority ID，優先權識別碼）：長度為 11 位元，用於匯流排仲裁過程中的優先權判定。不再承擔位址識別功能，位址定義改由後方的 AF 段（Acceptance Field） 負責。
- XL 段（RRS／IDE／FDF／XLF）：
- RRS（Remote Request Substitute）：不再支援遠端訊框（Remote Frame）。
- IDE（Identifier Extension）：僅支援 11 位元識別碼，固定為顯性位。
- FDF／XLF：用於標示該訊框為 CAN FD 或 CAN XL 類型。
2. 控制域（Control Field）
- ADS（Arbitration to Data Sequence）：4 位元，用於標示仲裁階段與資料階段之間的速率切換。當仲裁階段以 ≤1 Mbit/s 進行時，資料階段可切換至最高 20 Mbit/s 的傳輸速率。
- SDT（SDU Type，服務資料單元類型）：8 位元，用於定義資料欄位中所嵌入的協定類型，類似 Ethernet 中的 EtherType。
可支援多達 256 種通訊協定類型，實現跨協定資料封裝。 - SEC（Security Bit）：1 位元，用於指示該訊框是否包含加密資料（Encrypted Data）。
- DLC（Data Length Code）：11 位元，用於定義資料欄位長度，可支援 1 至 2048 Bytes 的資料傳輸。
- SBC（Stuff Bit Count）：3 位元，用於記錄從 SOF（Start of Frame）至仲裁區間的位元填充數量，協助接收端正確處理位元填充（Bit Stuffing），確保資料解析的正確性與一致性。
- PCRC（Preface CRC，前置循環冗餘檢查）：13 位元，用於對仲裁與控制欄位的前半部分進行校驗。透過「早期錯誤偵測（Early Error Detection）」機制，若訊框開頭出現錯誤，系統可即時終止傳輸，避免頻寬浪費。
- VCID（Virtual CAN Network ID，虛擬網路識別碼）：8 位元，功能類似 Ethernet 的 VLAN ID，可將單一物理匯流排劃分為 256 個虛擬邏輯網路，提升網路隔離性與靈活性，常用於車身域（Body Domain）或功能域（Functional Domain）的分層管理。
- AF（Acceptance Field，驗收欄位）：32 位元，用於定義位址識別方式。其實際意義取決於 SDT（資料類型），並被納入控制器內建的 64 位元硬體濾波器（Hardware Filter），以達成更高效率的封包篩選與資料辨識。
資料域（Data Field）
資料位元組負責承載實際傳輸資料，可直接傳遞各類信號，或封裝 CAN FD 訊框、以太網訊框（含 IPv6 等協定）。相較於傳統 CAN，CAN XL 的資料欄位可一次傳輸大容量資料，無需再將封包拆分，能有效降低通訊協定開銷並提升傳輸效率。
CRC 欄位（CRC Field）
FCRC（Frame CRC，訊框循環冗餘檢查）：32 位元，用於對整個訊框（自仲裁欄位至資料欄位）進行完整校驗，以確保高速傳輸環境下的資料正確性與可靠性。
FCP（Format Check Pattern，格式檢查樣式）：4 位元，供接收節點比對與同步比特流，確認接收與發送兩端的比特時序一致，避免因同步偏移而導致的資料解析錯誤。
應答與結尾欄位（ACK Field / EOF Field）
- DAS（Data Arbitration Sequence）：4 位元，用於標示資料階段切回仲裁階段時的比特率轉換，即從高速資料階段回切至低速仲裁階段，確保整體傳輸過程具備穩定性與可預期性。
- ACK（Positive Acknowledgement，正向應答位）：1 位元，機制與 CAN FD 相同。當接收節點正確接收整個訊框後，會於該位發送「顯性位」以確認訊框已成功接收。
- EOF（End of Frame，訊框結尾）：用於標示訊框傳輸結束，固定為 11 個隱性位，並與傳統 CAN 保持相容，以利舊系統升級與混合網路部署。
協定相容性（Protocol Compatibility）
如何同時兼容以太網與 CAN 通訊
CAN XL 具備兼容 以太網上層協定 與 CAN 通訊架構 的能力，其核心在於 SDT（Service Data Unit Type） 與 AF（Acceptance Field） 兩個欄位的設計。
SDT 欄位：定義多層通訊協定類型
SDT 欄位長度為 8 位元，理論上可支援 256 種不同的服務資料單元（SDU）類型。實際應用中，其具體值由相關標準組織進行定義與擴充。
目前，CiA 611-1 規範（第一版）已定義五種主要的 SDU 類型：
Content-Based Addressing（基於內容的定址）
Node Addressing（基於節點的定址）
Classical & FD Frame Tunneling（傳統 CAN／CAN FD 封裝傳輸）
IEEE 802.3 (Eth) Tunneling（以太網封裝傳輸）
IEEE 802.3 (Eth) Mapped Tunneling（以太網映射傳輸）
未來版本中，CiA 規範仍計畫持續擴充更多 SDU 類型，以支援更複雜的跨協定場景。
AF 欄位：對應 SDT 值的動態定義
AF 欄位長度為 32 位元，其意義與功能會依照 SDT 欄位的值而變化，用以承載位址或識別資訊：
當 SDT = 0x01（基於內容的定址） 時，AF 被解析為 Message ID，用於內容導向的訊息尋址。
當 SDT = 0x02（節點定址） 時，AF 承載 目標位址（Destination Address） 與 來源位址（Source Address），用以實現節點導向的通訊模式。
當 SDT = 0x03（CAN CC／CAN FD 訊框傳輸） 時，AF 包含 CAN 訊框 ID（11 位或 29 位），用於辨識與封裝傳輸傳統 CAN 或 CAN FD 訊框。
當 SDT = 0x04（IEEE 802.3 以太網封裝傳輸） 或 0x05（IEEE 802.3 映射傳輸） 時，AF 用於承載與以太網相關的位址資訊（例如自訂位址或截斷的目標 MAC 位址），使 CAN XL 能在匯流排環境中直接傳輸以太網訊框。
三、結語：從標準到實踐的關鍵躍升
CAN XL 的誕生，並非單純的速率升級，而是一場從底層架構到協定機制的全面革新。它在保留傳統 CAN「穩定、低成本、高可靠」優勢的同時，以更高的資料吞吐量與跨協定相容性，為智慧車輛、工業自動化與物聯網系統建立起統一的通訊橋樑。
隨著各大晶片廠與車載供應鏈加速導入 CAN XL 生態，這項技術正逐步成為下一代車載與工業通訊的核心基礎，在實現「高速、整合、智慧」的過程中，為嵌入式系統的未來奠定全新格局。
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