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汽車(chē)中的電子部件越來(lái)越多，光是ECU就有幾十個(gè)，這么多的電子單元要進(jìn)行信息交互。傳統的點(diǎn)對點(diǎn)同通信已經(jīng)不能滿(mǎn)足需求，因此必須要采用先進(jìn)的總線(xiàn)技術(shù)。 車(chē)用總線(xiàn)就是車(chē)載網(wǎng)絡(luò )中底層的車(chē)用設備或車(chē)用儀表互聯(lián)的通信網(wǎng)絡(luò )。目前，有四種主流的車(chē)用總線(xiàn)：CAN總線(xiàn)、LIN總線(xiàn)、FlexRay總線(xiàn)和MOST總線(xiàn)。 用一張表格來(lái)說(shuō)明各種總線(xiàn)的區別 
LIN總線(xiàn) LIN（Local Interconnect Network）是面向汽車(chē)低端分布式應用的低成本（0.5美元），低速串行通信總線(xiàn)。它的目標是為現有汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )提供輔助功能，在不需要CAN總線(xiàn)的帶寬和多功能的場(chǎng)合使用，降低成本。 LIN聯(lián)盟成立于1999年，并發(fā)布了LIN01.0版本。最初的成員有奧迪、寶馬、克萊斯勒、摩托羅拉、博世、大眾和沃爾沃等。 LIN相對于CAN的成本節省主要是由于采用單線(xiàn)傳輸、硅片中硬件或軟件的低實(shí)現成本和無(wú)需在從屬節點(diǎn)中使用石英或陶瓷諧振器。這些優(yōu)點(diǎn)是以較低的帶寬和受局限的單宿主總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)方法為代價(jià)的。 LIN包含一個(gè)宿主節點(diǎn)和一個(gè)或多個(gè)從屬節點(diǎn)。所有節點(diǎn)都包含一個(gè)被分解為發(fā)送和接收任務(wù)的從屬通訊任務(wù)，而宿主節點(diǎn)還包含一個(gè)附加的宿主發(fā)送任務(wù)。在實(shí)時(shí)LIN中，通訊總是由宿主任務(wù)發(fā)起的。
圖 LIN總線(xiàn)結構 除了宿主節點(diǎn)的命名之外，LIN網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)不使用有關(guān)系統設置的任何信息。我們可以在不要求其它從屬節點(diǎn)改變硬件和軟件的情況下向LIN 中增加節點(diǎn)。
宿主節點(diǎn)發(fā)送一個(gè)包含同步中斷、同步字節和消息識別碼的消息報頭。從屬任務(wù)在收到和過(guò)濾識別碼后被激活并開(kāi)始消息響應的傳輸。響應包含兩個(gè)、四個(gè)或八個(gè)數據字節和一個(gè)檢查和(checksum)字節。報頭和響應部分組成一個(gè)消息幀。 LIN總線(xiàn)上的所有通訊都由主機節點(diǎn)中的主機任務(wù)發(fā)起，主機任務(wù)根據進(jìn)度表來(lái)確定當前的通訊內容，發(fā)送相應的幀頭，并為報文幀分配幀通道�？偩�(xiàn)上的從機節點(diǎn)接收幀頭之后，通過(guò)解讀標識符來(lái)確定自己是否應該對當前通訊做出響應、做出何種響應�；谶@種報文濾波方式，LIN可實(shí)現多種數據傳輸模式，且一個(gè)報文幀可以同時(shí)被多個(gè)節點(diǎn)接收利用。 LIN總線(xiàn)物理層采用單線(xiàn)連接，兩個(gè)電控單元間的最大傳輸距離為40m。其總線(xiàn)驅動(dòng)器和接收器的規范遵從改進(jìn)的ISO 9141 單線(xiàn)標準�；赟CI/UART( 通用異步收發(fā)接口的單總線(xiàn)串行通信)協(xié)議；目前幾乎所有的微控制器芯片上都有SCI/UART接口。低傳輸速率、小于20kb/s、采用NRZ編碼。 LIN總線(xiàn)在汽車(chē)中的應用如下圖所示。
CAN總線(xiàn) CAN（Controller Area Network）即控制器局域網(wǎng)，可以歸屬于工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)的范疇，通常稱(chēng)為CAN bus，即CAN總線(xiàn)，是目前國際上應用最廣泛的開(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)之一。 CAN 最初出現在汽車(chē)工業(yè)中，80年代由德國B(niǎo)osch公司最先提出。最初動(dòng)機是為了解決現代汽車(chē)中龐大的電子控制裝置之間的通訊，減少不斷增加的信號線(xiàn)。 CAN總線(xiàn)是一種串行數據通信協(xié)議，其通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數據鏈路層功能，可完成對通信數據的成幀處理，包括位填充、數據塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等項工作。 CAN總線(xiàn)的工作原理可由下面兩圖來(lái)說(shuō)明。
總結下，當一個(gè)節點(diǎn)要向其它節點(diǎn)發(fā)送數據時(shí)，該節點(diǎn)的CPU 將要發(fā)送的數據和自己的標識符傳送給本節點(diǎn)的CAN芯片，并處于準備狀態(tài)；當它收到總線(xiàn)分配時(shí)，轉為發(fā)送報文狀態(tài)。CAN 芯片將數據根據協(xié)議組織成一定的報文格式發(fā)出，這時(shí)，網(wǎng)上的其它節點(diǎn)處于接收狀態(tài)。每個(gè)處于接收狀態(tài)的節點(diǎn)對接收到的報文進(jìn)行檢測，判斷這些報文是否是發(fā)給自己的，以確定是否接收它。 CAN總線(xiàn)的結構是這樣的。
CAN總線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)很多： 通信速率最高可達1MB/s（此時(shí)距離最長(cháng)40m）。 節點(diǎn)數實(shí)際可達110個(gè)。 采用短幀結構，每一幀的有效字節數為8個(gè)。 每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，數據出錯率極低。 通信介質(zhì)可采用雙絞線(xiàn)，同軸電纜和光導纖維，一般采用廉價(jià)的雙絞線(xiàn)即可，無(wú)特殊要求。 節點(diǎn)在錯誤嚴重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉總線(xiàn)的功能，切斷它與總線(xiàn)的聯(lián)系，以使總線(xiàn)上的其他操作不受影響。 FlexRay總線(xiàn) FlexRay總線(xiàn)是由寶馬、飛利浦、飛思卡爾和博世等公司共同制定的一種新型通信標準，專(zhuān)為車(chē)內聯(lián)網(wǎng)而設計，采用基于時(shí)間觸發(fā)機制，具有高帶寬、容錯性能好等特點(diǎn)，在實(shí)時(shí)性、可靠性和靈活性方面具有一定的優(yōu)勢。 FlexRay總線(xiàn)數據收發(fā)采取時(shí)間觸發(fā)和事件觸發(fā)的方式。利用時(shí)間觸發(fā)通信時(shí)，網(wǎng)絡(luò )中的各個(gè)節點(diǎn)都預先知道彼此將要進(jìn)行通信的時(shí)間，接收器提前知道報文到達的時(shí)間，報文的總線(xiàn)上的時(shí)間可以預測出來(lái)。即便行車(chē)環(huán)境惡劣多變，干擾了系統傳輸，FlexRay協(xié)議也可以確保將信息延遲和抖動(dòng)降至最低，盡可能保持傳輸的同步與可預測。這對需要持續及高速性能的應用（如線(xiàn)控剎車(chē)、線(xiàn)控轉向等）來(lái)說(shuō)，是非常重要的。 它采用了周期通信的方式，一個(gè)通信周期可以劃分為靜態(tài)部分、動(dòng)態(tài)部分、特征窗和網(wǎng)絡(luò )空閑時(shí)間4個(gè)部分。靜態(tài)部分和動(dòng)態(tài)部分用來(lái)傳輸總線(xiàn)數據，即FlexRay報文。特征窗用來(lái)發(fā)送喚醒特征符和媒介訪(fǎng)問(wèn)檢測特征符。網(wǎng)絡(luò )空閑時(shí)間用來(lái)實(shí)現分布式的時(shí)鐘同步和節點(diǎn)參數的初始化。 FlexRay具有高速、可靠及安全的特點(diǎn). FlexRay在物理上通過(guò)兩條分開(kāi)的總線(xiàn)通信，每一條的數據速率是10MBit/s。FlexRay還能夠提供很多網(wǎng)絡(luò )所不具有的可靠性特點(diǎn)。尤其是FlexRay具備的冗余通信能力可實(shí)現通過(guò)硬件完全復制網(wǎng)絡(luò )配置，并進(jìn)行進(jìn)度監測。FlexRay同時(shí)提供靈活的配置，可支持各種拓撲，如總線(xiàn)、星型和混合拓撲。FlexRay本身不能確保系統安全，但它具備大量功能，可以支持以安全為導向的系統（如線(xiàn)控系統）的設計。 寶馬公司在07款X5系列車(chē)型的電子控制減震器系統中首次應用了FlexRay技術(shù)。此款車(chē)采用基于飛思卡爾的微控制器和恩智浦的收發(fā)器，可以監視有關(guān)車(chē)輛速度、縱向和橫向加速度、方向盤(pán)角度、車(chē)身和輪胎加速度及行駛高度的數據，實(shí)現了更好的乘坐舒適性以及駕駛時(shí)的安全性和高速響應性，此外還將施加給輪胎的負荷變動(dòng)以及底盤(pán)的振動(dòng)均減至最小。 MOST總線(xiàn) MOST 是一種專(zhuān)門(mén)針對車(chē)內使用而開(kāi)發(fā)的、服 務(wù)于多媒體應用的數據總線(xiàn)技術(shù)。 MOST 表示“多媒體傳輸系統”。 MOST 總 線(xiàn)利用光脈沖傳輸數據。MOST 總線(xiàn)采用環(huán)形 結構。在環(huán)形總線(xiàn)內只能朝著(zhù)一個(gè)方向傳輸數 據。 MOST的傳輸技術(shù)近似于公眾交換式電話(huà)網(wǎng)絡(luò ) （Public Switched Telephone Network；PSTN），有著(zhù)數據信道（Data Channel）與控制信道（Control Channel）的設計定義，控制信道即用來(lái)設定如何使用與收發(fā)數據信道。 一旦設定完成，資料就會(huì )持續地從發(fā)送處流向接收處，過(guò)程中不用再有進(jìn)一步的封包處理程序，將運作機制如此設計，最適合用于實(shí)時(shí)性音訊、視訊串流傳輸。 MOST在制訂上完全合乎ISO/OSI的7層數據通訊協(xié)議參考模型，而在網(wǎng)線(xiàn)連接上MOST采用環(huán)狀拓樸，不過(guò)在更具嚴苛要求的傳控應用上，MOST也允許改采星狀（亦稱(chēng)放射狀）或雙環(huán)狀的連接組態(tài)，此外每套MOST傳控網(wǎng)絡(luò )允許最多達64個(gè)的裝置（節點(diǎn)）連接。
圖 MOST總線(xiàn)的組成
圖 MOST總線(xiàn)的控制單元 MOST也支持隨插即用（Plug and Play；PnP）機制。 MOST總線(xiàn)基于環(huán)形拓撲，從而允許共享多個(gè)發(fā)送和接收器的數據。MOST總線(xiàn)主控器(通常位于汽車(chē)音響主機處)有助于數據采集，所以該網(wǎng)絡(luò )可支持多個(gè)主拓撲結構，在一個(gè)網(wǎng)絡(luò )上最多高達64個(gè)主設備。 MOST的總數據傳輸率為24.8Mbps，這已是將音視訊的串流資源與封包傳控資料一并列計，在24.8Mbps的頻寬中還可區隔成60個(gè)傳輸信道、15個(gè)MPEG-1的視訊編碼信道，這些可由傳控設計者再行組態(tài)、規劃與調配。 由于這些優(yōu)點(diǎn)，MOST是汽車(chē)電子中應用最多的最佳多媒體傳控網(wǎng)絡(luò )。 總結 CAN總線(xiàn)是中堅，LIN是CAN的副手，FlexRay是未來(lái)的希望，MOST則負責文化事業(yè)。這四種總線(xiàn)將在未來(lái)繼續大放異彩。 |
