汽车用总线技术

　　在北美汽车行业，汽车内有两类网络。第一类是动力与传动系统网络，用来连接各个动力与传动部件，有时也包括防抱死制动系统（ABS）。因此，通常采用高速控制器局域网（CAN）总线。

　　动力与传动系统的电子装置在很大程度上受IC供应商的控制，系统的差别不大。然而，在车身系统电子装置中，那又是另外一种光景。这是汽车制造商充分展示自我的舞台。例如，考察一下Mercedes或ＢＭＷ，你会发现五花八门的车内气象控制装置、电话接口以及仪表总汇。对汽车制造商来说，这是树立品牌的一项举措。因此和动力与传动系统不同，汽车制造商对车体总线和电子装置拥有很大的控制权。

　　一、美国CAN

　　CAN最初是一种欧洲标准，此后也在美国得到普及（图1）。其潜在的运行速率可达1Mbits/s，通常以半速率工作，以求控制射频的辐射量。在某些场合，运行的速率甚至更低，如125Kbits/s。

　　第二类是车身系统电子装置。它包括蓄电池与仪表盘电子装置一类部件。这些装置通常是用基于J1850标准的网络连接的。J1850总线的问世约有15年的时间。

　　CAN可也用于车身系统，但这是一种容错式总线。根据定义，CAN是一种两线式总线。总线内置容错功能，要是两条线中有一条短接至地或开路，网络切换至一线方式，继续工作。

　　规范要求，从2线过渡至1线期间不能丢失数据位。为此，车身系统的物理层芯片比动力与传动设备更复杂，即便它运行在较低的速率。

　　但是在故障状态下，时序变得不可预测。采用CAN，要是传输路径不通畅，最初的发送方会反复地发送消息。由于发送方未能接收到来自接收方的应答信号，所以它知道线路发生了故障。这就导致不可预测的时序，当然仅在故障状态下。一个断裂的节点独占总线而不断发送消息被称为“串扰傻瓜”。

　　即使汽车的某些部件具有“故障－安全”功能，其它部件未必具有这种功能。例如，安全气囊不停地进行诊断。如果检测到故障，告警灯被接通，通知用户对它进行修理。在此状态下安全气囊不能工作，但它不会中止汽车的运行。对ABS亦是如此，如果检测到故障，ABS不能工作，但它不会中止制动器的正常工作。

　　二、容错型CAN

　　当然，也有某些部件不具备故障－安全功能，例如方向盘。这是真正需要容错功能的部件实例。

　　Motorola公司正和Mercedes与BMW一起制订新的协议来处理这类问题。这可能是一种时间触发系统，即便在故障状态仍保持在可预测状态。

　　例如，为了防止出现串扰傻瓜问题，使用单独的总线保护芯片。芯片仅在所分配的时隙内为节点打开窗口,将消息放置在总线上。

　　目前已经完成该协议的初始设计。它称为字节飞行技术，是一种安全系统用的光学网络。

　　协议处理安全气囊一类基本模块间的连接。在正常条件下，总线工作在低速方式，约10Kbits/s，以减少辐射。但是在撞车期间，这里已无暇顾及辐射，它切换至高速方式。这种技术称为分布系统接口（DSI）。

　　C167是具有CAN功能的16位微控制器。该器件由Infineon研发，组合了4级流水式CPU（高达33MHz）和多种外设与增强的I/O功能（图2）。片上功能包括4Kbyte SRAM和高达128Kbytes ROM。片上CAN模块符合CAN规范的2.0B工作版本。

　　第二种ＣＡＮ控制器由Dallas Semiconductor提供，内置与8051兼容的DS80C390微处理器。处理器最高速率为40MHz，也可选用内部倍频器，全速工作时能省去晶振，从而减少EMI。DS80C390具有两个全功能的CAN2.0B控制器。除了标准的11位或扩充的29位消息识别器，器件支持两个独立的8位媒体屏蔽和媒体判决字段，以便使用高级CAN协议。DS80C390备有4Kbyte SRAM。一个22位程序计数器可访问最大4Mbyte外部程序存储器和4Mbyte外部数据存储器。

　　汽车设计者可使用的另一种结构是在法国研发的VAN总线。它与CAN类似，两者都是多重结构。但VAN具有不同的位编码方案。

　　VAN协议主要是法国汽车制造商采用。目前也用于某些车身应用。就动力与传动系统而言，甚至在法国也集中在CAN总线上。

　　CAN的又一种方案是NEC研发的，使用了最新32位微控制器的Atomic和CarGate。两个器件组成专用的硬件基CAN桥接器，微控制器用作汽车内各种网络间的通信网关。这样，微控制器可同时为5个CAN网络管理多个任务，如动力与传动、导航系统、或车内气象控制装置。通过硬件实现桥接器，控制器可让主CPU摆脱某些例行任务。