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汽車中的電子部件越來越多，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(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)同通信已經(jīng)不能滿足需求，因此必須要采用先進(jìn)的總線技術(shù)。 車用總線就是車載網(wǎng)絡(luò)中底層的車用設(shè)備或車用儀表互聯(lián)的通信網(wǎng)絡(luò)。目前，有四種主流的車用總線：CAN總線、LIN總線、FlexRay總線和MOST總線。 用一張表格來說明各種總線的區(qū)別 
LIN總線 LIN（Local Interconnect Network）是面向汽車低端分布式應(yīng)用的低成本（0.5美元），低速串行通信總線。它的目標(biāo)是為現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡(luò)提供輔助功能，在不需要CAN總線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(duì)于CAN的成本節(jié)省主要是由于采用單線傳輸、硅片中硬件或軟件的低實(shí)現(xiàn)成本和無需在從屬節(jié)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訪問方法為代價(jià)的。 LIN包含一個(gè)宿主節(jié)點(diǎn)和一個(gè)或多個(gè)從屬節(jié)點(diǎn)。所有節(jié)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(jié)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總線結(jié)構(gòu) 除了宿主節(jié)點(diǎn)的命名之外，LIN網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)不使用有關(guān)系統(tǒng)設(shè)置的任何信息。我們可以在不要求其它從屬節(jié)點(diǎn)改變硬件和軟件的情況下向LIN 中增加節(jié)點(diǎn)。
宿主節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)包含同步中斷、同步字節(jié)和消息識(shí)別碼的消息報(bào)頭。從屬任務(wù)在收到和過濾識(shí)別碼后被激活并開始消息響應(yīng)的傳輸。響應(yīng)包含兩個(gè)、四個(gè)或八個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)和一個(gè)檢查和(checksum)字節(jié)。報(bào)頭和響應(yīng)部分組成一個(gè)消息幀。 LIN總線上的所有通訊都由主機(jī)節(jié)點(diǎn)中的主機(jī)任務(wù)發(fā)起，主機(jī)任務(wù)根據(jù)進(jìn)度表來確定當(dāng)前的通訊內(nèi)容，發(fā)送相應(yīng)的幀頭，并為報(bào)文幀分配幀通道�？偩�上的從機(jī)節(jié)點(diǎn)接收幀頭之后，通過解讀標(biāo)識(shí)符來確定自己是否應(yīng)該對(duì)當(dāng)前通訊做出響應(yīng)、做出何種響應(yīng)�；谶@種報(bào)文濾波方式，LIN可實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)傳輸模式，且一個(gè)報(bào)文幀可以同時(shí)被多個(gè)節(jié)點(diǎn)接收利用。 LIN總線物理層采用單線連接，兩個(gè)電控單元間的最大傳輸距離為40m。其總線驅(qū)動(dòng)器和接收器的規(guī)范遵從改進(jìn)的ISO 9141 單線標(biāo)準(zhǔn)。基于SCI/UART( 通用異步收發(fā)接口的單總線串行通信)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總線在汽車中的應(yīng)用如下圖所示。
CAN總線 CAN（Controller Area Network）即控制器局域網(wǎng)，可以歸屬于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，通常稱為CAN bus，即CAN總線，是目前國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線之一。 CAN 最初出現(xiàn)在汽車工業(yè)中，80年代由德國(guó)Bosch公司最先提出。最初動(dòng)機(jī)是為了解決現(xiàn)代汽車中龐大的電子控制裝置之間的通訊，減少不斷增加的信號(hào)線。 CAN總線是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，其通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)、優(yōu)先級(jí)判別等項(xiàng)工作。 CAN總線的工作原理可由下面兩圖來說明。
總結(jié)下，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)要向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，該節(jié)點(diǎn)的CPU 將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標(biāo)識(shí)符傳送給本節(jié)點(diǎn)的CAN芯片，并處于準(zhǔn)備狀態(tài)；當(dāng)它收到總線分配時(shí)，轉(zhuǎn)為發(fā)送報(bào)文狀態(tài)。CAN 芯片將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織成一定的報(bào)文格式發(fā)出，這時(shí)，網(wǎng)上的其它節(jié)點(diǎn)處于接收狀態(tài)。每個(gè)處于接收狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)對(duì)接收到的報(bào)文進(jìn)行檢測(cè)，判斷這些報(bào)文是否是發(fā)給自己的，以確定是否接收它。 CAN總線的結(jié)構(gòu)是這樣的。
CAN總線的優(yōu)點(diǎn)很多： 通信速率最高可達(dá)1MB/s（此時(shí)距離最長(zhǎng)40m）。 節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際可達(dá)110個(gè)。 采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)。 每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。 通信介質(zhì)可采用雙絞線，同軸電纜和光導(dǎo)纖維，一般采用廉價(jià)的雙絞線即可，無特殊要求。 節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上的其他操作不受影響。 FlexRay總線 FlexRay總線是由寶馬、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(biāo)準(zhǔn)，專為車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)而設(shè)計(jì)，采用基于時(shí)間觸發(fā)機(jī)制，具有高帶寬、容錯(cuò)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(shì)。 FlexRay總線數(shù)據(jù)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(jié)點(diǎn)都預(yù)先知道彼此將要進(jìn)行通信的時(shí)間，接收器提前知道報(bào)文到達(dá)的時(shí)間，報(bào)文的總線上的時(shí)間可以預(yù)測(cè)出來。即便行車環(huán)境惡劣多變，干擾了系統(tǒng)傳輸，F(xiàn)lexRay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?shù)耐脚c可預(yù)測(cè)。這對(duì)需要持續(xù)及高速性能的應(yīng)用（如線控剎車、線控轉(zhuǎn)向等）來說，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)部分用來傳輸總線數(shù)據(jù)，即FlexRay報(bào)文。特征窗用來發(fā)送喚醒特征符和媒介訪問檢測(cè)特征符。網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)間用來實(shí)現(xiàn)分布式的時(shí)鐘同步和節(jié)點(diǎn)參數(shù)的初始化。 FlexRay具有高速、可靠及安全的特點(diǎn). FlexRay在物理上通過兩條分開的總線通信，每一條的數(shù)據(jù)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(xiàn)通過硬件完全復(fù)制網(wǎng)絡(luò)配置，并進(jìn)行進(jìn)度監(jiān)測(cè)。FlexRay同時(shí)提供靈活的配置，可支持各種拓?fù)�，如總線、星型和混合拓?fù)洹lexRay本身不能確保系統(tǒng)安全，但它具備大量功能，可以支持以安全為導(dǎo)向的系統(tǒng)（如線控系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)。 寶馬公司在07款X5系列車型的電子控制減震器系統(tǒng)中首次應(yīng)用了FlexRay技術(shù)。此款車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(jiān)視有關(guān)車輛速度、縱向和橫向加速度、方向盤角度、車身和輪胎加速度及行駛高度的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了更好的乘坐舒適性以及駕駛時(shí)的安全性和高速響應(yīng)性，此外還將施加給輪胎的負(fù)荷變動(dòng)以及底盤的振動(dòng)均減至最小。 MOST總線 MOST 是一種專門針對(duì)車內(nèi)使用而開發(fā)的、服 務(wù)于多媒體應(yīng)用的數(shù)據(jù)總線技術(shù)。 MOST 表示“多媒體傳輸系統(tǒng)”。 MOST 總 線利用光脈沖傳輸數(shù)據(jù)。MOST 總線采用環(huán)形 結(jié)構(gòu)。在環(huán)形總線內(nèi)只能朝著一個(gè)方向傳輸數(shù) 據(jù)。 MOST的傳輸技術(shù)近似于公眾交換式電話網(wǎng)絡(luò) （Public Switched Telephone Network；PSTN），有著數(shù)據(jù)信道（Data Channel）與控制信道（Control Channel）的設(shè)計(jì)定義，控制信道即用來設(shè)定如何使用與收發(fā)數(shù)據(jù)信道。 一旦設(shè)定完成，資料就會(huì)持續(xù)地從發(fā)送處流向接收處，過程中不用再有進(jìn)一步的封包處理程序，將運(yùn)作機(jī)制如此設(shè)計(jì)，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(shù)據(jù)通訊協(xié)議參考模型，而在網(wǎng)線連接上MOST采用環(huán)狀拓樸，不過在更具嚴(yán)苛要求的傳控應(yīng)用上，MOST也允許改采星狀（亦稱放射狀）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(dá)64個(gè)的裝置（節(jié)點(diǎn)）連接。
圖 MOST總線的組成
圖 MOST總線的控制單元 MOST也支持隨插即用（Plug and Play；PnP）機(jī)制。 MOST總線基于環(huán)形拓?fù)�，從而允許共享多個(gè)發(fā)送和接收器的數(shù)據(jù)。MOST總線主控器(通常位于汽車音響主機(jī)處)有助于數(shù)據(jù)采集，所以該網(wǎng)絡(luò)可支持多個(gè)主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上最多高達(dá)64個(gè)主設(shè)備。 MOST的總數(shù)據(jù)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(jì)，在24.8Mbps的頻寬中還可區(qū)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(shè)計(jì)者再行組態(tài)、規(guī)劃與調(diào)配。 由于這些優(yōu)點(diǎn)，MOST是汽車電子中應(yīng)用最多的最佳多媒體傳控網(wǎng)絡(luò)。 總結(jié) CAN總線是中堅(jiān)，LIN是CAN的副手，F(xiàn)lexRay是未來的希望，MOST則負(fù)責(zé)文化事業(yè)。這四種總線將在未來繼續(xù)大放異彩。 |
