本文详细比较了现有几类主流汽车总线系统的特点。这些比较将有助于界定下一代高安全性、高容错性的分布式汽车通信网络标准。
汽车总线协议
随着汽车功能的不断增加、可靠性要求的不断提高以及价格的不断下降,越来越多的电子控制单元(ECU)将被引入到汽车中。目前CONTROL ENGINEERING China版权所有,在高端汽车中一般会有50个以上的ECU。为了使这些ECU能够在一个共同的环境下协调工作,也为了进一步降低成本,人们设计了针对汽车通信网络的总线协议。
一般来说控制工程网版权所有,汽车通信网络可以划分为四个不同的领域,每个领域都有其独特的要求。现有的主流汽车总线协议都无法适应所有的要求:
信息娱乐系统:此领域的通信要求高速率和高带宽,有时会是无线传输,目前主流应用协议有MOSTwww.cechina.cn,正在推出的还有IDB-1394等;
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车身控制系统:在这个领域CAN协议已经有了二十多年的应用积累,其中包括传统的车身控制和传动装置控制;
低端控制系统:此系统包括那些仅需要简单串行通信的ECU,比如控制后视镜和车门的智能传感器以及激励器等,这应该是LIN总线最适合的应用领域。
其中,控制器局域网(CAN)是最有名的、也是最早成为国际标准的汽车总线协议。CAN协议是串行协议,能够有效地支持具有高安全等级的分布实时系统。CAN是一个多主机系统,所以它设计了高效率的仲裁机制来解决传输冲突问题,具有高优先级的系统总能优先得到总线的使用权。CAN还同时使用了其它一些防错手段,能够判断出错的节点并及时关闭之,这样就在很大程度上保证了总线的可靠性。CAN的传输速率和总线长度相关,最高可以到1Mbps,一般车内使用的速率是500Kbps到200Kbps。
CAN多年来作为车身控制的主干网已经形成了从IC设计到软件开发和测试验证的完整产业链,而且它还将在新的汽车主干网行业标准确立之前一直充当这一角色。
在车内,还有许多ECU的控制并不需要CAN这样高速率和高安全的通信控制工程网版权所有,本地互联网络(LIN)就是为适应这类应用而设计的低成本解决方案。LIN是一个公开的协议,它基于SCI(UART)串行通信的格式,结合了汽车应用的特点。LIN是单一主机系统,不但降低了硬件成本控制工程网版权所有,而且在软件和系统设计上也能更容易地兼容其它网络协议,比如CAN。LIN的传输速率最高可到20Kbps,主要是受到EMI和时钟同步的限制。
由于LIN器件易得——几乎所有的IC都带有SCI(UART)接口,LIN很快就在车内低端控制器领域取得领先地位。典型的LIN应用有车门、后视镜、导向轮、马达、照明以及其它智能传感器。LIN不但定义了物理层和数据层,还定义了相关的应用软件层。这些都为LIN方案提供商解决了设备兼容的问题,很有利于汽车工业的规模生产。相信LIN协议会是汽车低端控制网络的未来标准。
车内除了嵌入式控制系统以外,还有诸如媒体播放器、导航系统、无线通信系统以及其他多种信息娱乐设备,这些设备之间的互连需要更高速的通信协议。媒体导向系统传输协议(MOST)是目前车载信息娱乐系统普遍接受的高速通信协议。MOST基于ISO/OSI七层网络模型设计,物理层由光纤通信组件构成,具有很好的抗干扰性,设计传输速率可达150Mbps(目前产品可达25Mbps)。除了控制数据外,MOST数据可分为同步传输数据和异步传输数据,具有很大的灵活性——同步数据可直接用于音视频设备,异步数据可用于传输其它数据块,如导航地图数据等