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汽车网关成为车载网络集成的先锋

作者:Xilinx公司 Patrick Smith2006.02.22阅读 2638

    为了将不同的数据总线集成在一起www.cechina.cn,网关必须提供带宽和反应时间。

    对电子系统设计工程师而言CONTROL ENGINEERING China版权所有,汽车工业正在进入一个令人鼓舞而充满挑战的时期,诸如信息娱乐、遥感测试、安全和控制等应用需要若干种联网标准。为了给大多数应用选择用户需要且功能强劲的合适总线,设计工程师面临繁重的任务。

    汽车电子市场与数据通信、电信和消费电子并没有什么不同,可选择的联网协议很多,各有优缺点。一种协议不可能满足所有汽车应用的需求。

    汽车网络通常可以分为三类:

    车身控制:要求具有高带宽、高可靠性和数据完整性;

    信息娱乐:要求高带宽及对音视频的实时处理能力;

     安全:传统的液压和传感器正在被线控驾驶和刹车方法所取代。

     为了储存来自这些网络的数据并进行处理,需要采用网关实现网络的互连并处理来

自车载嵌入式网络的数据。典型的网关由若干汽车网络接口(CAN、MOST和Flexray)及嵌入式微控制器和外围功能组成。

     CAN(控制区域网)由于成本低、传输可靠性高而特别适用于车身控制。典型的汽车包含若干CAN网络功能,例如引擎管理、仪表控制和车身控制。其最大数据率为1Mbps,所以其带宽不支持视音频数据的传输。然而www.cechina.cn,CAN非常便宜、容错能力强控制工程网版权所有,因而是重要的网络协议。根据ABI Research的“车载网络研究报告”(2004年第四季度)预测,到2010年大约将安装5.28亿个汽车CAN节点。

    MOST(多媒体传输协议)满足了视频和音频功能的需求,它在塑料光纤上以24Mbps的速率支持同步和异步数据传输。DVD播放机、顶置播放器、GPS器件和显示器等装置都需要采用MOST收发器。MOST联盟已经定义了MOST互连标准及软件应用接口标准。MOST是一种富有弹性且高度可靠的网络标准。

    目前,刹车和方向盘都采用液压机械方法来控制,将来的汽车要取代液压机械,采用基于FlexRay的控制器来实现线控,包括线控刹车和线控方向盘。这种基于导线的网络速度快、容错能力强。FlexRay以大约10Mbps的速率支持同步和异步数据传输,它确保数据稳定传输、容错和对消息的反应时间,并以双通道模式提供冗余措施。

    以太网

    除了上述车载网络标准之外,典型的网关包括若干其它接口。以太网就是一种适用于诊断和作为服务接口的、应用广泛的网络标准。其硬件成本低、应用软件随处可得。因为该接口被用于诊断,因而不具备容错和抗噪声能力。要处理来自CAN、MOST和Flexray网络的数据,需要嵌入式处理器。该处理器对数据进行分拆、聚合并完成类型转换。以太网接口要一个嵌入式处理器来运行TCPIP栈。片外存储器可以存储程序代码。为了储存来自嵌入式网络的临时数据CONTROL ENGINEERING China版权所有,可能需要增加额外的存储器。

    设计因素

    系统设计工程师设计汽车网关的时候,可能需要作出许多决策,其中包括:

    哪些网络需要桥接?

    采用什么桥拓扑?

    需要DMA(直接存储器访问)吗?

    数据缓冲区要多大?

    内部数据交换需要采用什么总线?

    该总线宽度应该是多少?

    需要采用什么仲裁机制?

    需要多少处理能力?

    上述问题取决于你所设计的系统和应用。然而www.cechina.cn,也有一些必须处理的共性问题。显然,CAN、MOST和Flexray是不同的协议,它们的有效载荷、数据率和对实时处理的需求都不一样,网关必须能够有效地处理所有来自这些接口的进出数据。

    采用可编程逻辑器件解决车载网关面临的带宽挑战

    必须选择通用系统总线来传输网关内的数据,该总线通常就是以不同频率工作在汽车网络中的一种同步总线。该系统一般都与嵌入式处理器的时钟频

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