汽车总线协议的形势判断

　　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，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，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MOST，正在推出的还有IDB-1394等；

　　高安全的线控系统（X-By-Wire）：由于此领域涉及安全性很高的刹车和导向系统，所以它的通信要求高容错性、高可靠性和高实时性。可以考虑的协议有TTCAN、FlexRay、TTP等；

　　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，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，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，甚至也可用于支持TCP/IP数据包的传输。MOST还定义了应用层，包括MOST设备、功能块、功能函数以及参数格式等等，这些协议可以确保各个厂家生产的设备具有MOST互联性，也有利于车内信息娱乐设备的及时更新换代。

　　IDB- 1394是从IEEE 1394标准演化而来的另一种支持车内信息娱乐系统的高速通信协议。IDB-1394可以达到400Mbps或更高的传输速率，而且IEEE 1394也是一种很成熟的通信协议，已经有很多设备支持。这些都是IDB-1394的优势，然而由于MOST受到更多厂商的支持，包括一些软件开发商的支持，可以预计MOST将会在汽车工业中进一步扩张势力。

　　汽车线控系统，按照汽车工程师社团（SAE）的定义，需要一个安全等级为C的通信网络架构。如果要实现一个完全的线控汽车，没有传统的机械或液压系统作备份，不但要对传统的机械和液压单元作创新性的ECU替代，而且传统的 CAN总线系统也不再适用。CAN的本质是一种事件驱动的协议，在高安全性的系统中，CAN缺乏必要的决定性、同步性和容错性。

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