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汽车总线技术介绍讲解


通讯概念
LIN包含一个宿主节点和一个或多个从属节点。所 有节点都包含一个被分解为发送和接收任务的从属通 讯任务,而宿主节点还包含一个附加的宿主发送任务。 在实时LIN中,通讯总是由宿主任务发起的。 宿主节点发送一个包含同步中断、同步字节和消息 识别码的消息报头。从属任务在收到和过滤识别码后 被激活并开始消息响应的传输。响应包含两个、四个 或八个数据字节和一个检查。报头和响应部分组成一 个消息帧。
然而,随着车内娱乐系统的发展、传控 技术的精进(如:倒车影像),车用电子愈 来愈需要使用多媒体式传输,最适合此方面 的传输接口就属MOST,其次才是今日盛行 的蓝牙(Bluetooth)。不过,Bluetooth绝对 无法全然取代MOST在车用多媒体传输的地 位。
2001年MOST技术首次量产实车 用在德国宝马BMW的7系列车种上。
CAN 总 线
CAN(Controller Area Network)即控制器局域网,可以归 属于工业现场总线的范畴,通常称为CAN bus,即CAN总 线,是目前国际上应用最广泛的开放式现场总线之一。 CAN 最初出现在汽车工业中,80年代由德国Bosch公司 最先提出。最初动机是为了解决现代汽车中庞大的电子控 制装置之间的通讯,减少不断增加的信号线。 与一般的通信总线相比,CAN总线的数据通信具有突出 的可靠性、实时性和灵活性,它在汽车领域上的应用最为 广泛,世界上一些著名的汽车制造厂商,都采用了CAN总 线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据 通信。
在MOST传控中其实存在着三种型态的传 输:1.Control控制信息的传输;2.Packet非时 效性的封包数据传输;3.RealTime Information实时性的串流数据传输(即 是指:音讯、视讯)。 若再具体说明些,其实同步性的影音传递 最高允许达24Mbps的传输率,而控制传递与 封包数据传递其实都被认定为异步传递,异 步的传递最高可至14.4Mbps频宽。
随着21世纪汽车电子技术的发展,车用电子设备 的不断增加对汽车的综合布线和信息的交互共享提 出了更高的要求。由于汽车内部电子控制单元大量 引入,为了提高信号的利用率,要求大批的数据信 息可以在不同的电子单元中共享,汽车综合控制系 统中大量的控制信号需要实时交换。传统的点对点 通信方式已远远不能满足需求,因此必须采用先进 的总线技术
LIN主要用作CAN等高速总线的辅助网络或子 网络,能为不需要用到CAN的装置提供较为完善 的网络功能,包括空调控制(Climate Control)、 后视镜(Mirrors)、车门模块(Door Modules)、 座椅控制(Seats)、智能性交换器(Smart Switches)、低成本传感器(Low-cost Sensors)等。 在带宽要求不高、功能简单、实时性要求低的场 合,如车身电器的控制等方面,使用LIN总线可有 效的简化网络线束、降低成本、提高网络通讯效 率和可靠性。
MOST 总线
MOST(Media Oriented Systems Transport)面向媒 体传输总线 虽然目前已有许多种车用电子总线,但这些传控 接口的传输速率表现,都无法足满车用多媒体信 息的运载传输之需,其中LIN Bus只有20kbps, CAN Bus只有1Mbps,FlexRay一般而言也只有 10Mbps,双线并用才能达20Mbps,这些都不足以 用来传递实时性的多媒体信息。
LIN网络在车镜控制上的应用
随着汽车技术和网络通信技术的发展, 汽车信息通信的网络化是必然趋势。汽车信 息通信的多样化促进了汽车分级制网络的产 生和发展。 LIN 作为一种性能优异、价格低 廉的新型 A 类总线,必将进一步促进汽车分 级制网络结构的实施和完善,推动汽车技术 的发展。同时, LIN 作为一个开放的协议, 在工业及家电领域也有着广阔的应用前景。
汽车的CAN总线网络架构
CAN的工作原理
CAN总线标准包括物理层、数据链路层,其中链路层定 义了不同的信息类型、总线访问的仲裁规则及故障检测与 故障处理的方式。 当CAN 总线上的一个节点(站)发送数据时,它以报文形式 广播给网络中所有节点。
当一个节点要向其它节点发送数据时,该节点的CPU 将 要发送的数据和自己的标识符传送给本节点的CAN芯片, 并处于准备状态;当它收到总线分配时,转为发送报文状 态。
MOST五大特性
①MOST在制订上完全合乎ISO/OSI的7层数据通 讯协议参考模型,而在网线连接上MOST采用环状 拓朴,不过在更具严苛要求的传控应用上,MOST 也允许改采星状(亦称放射状)或双环状的连接组 态,此外每套MOST传控网络允许最多达64个的装 置(节点)连接。 ②MOST也支持随插即用(Plug and Play;PnP)机 制,如此就可在MOST传控网络运作时直接加插装 置或移除装置,增加扩充、维修及使用等各方面的 便利性。
MOST优点
首先,MOST是实线传输,而且是光纤线路传输, 而且可以是塑料光纤(比较省成本),使用光纤可 以让信息传量加大,未来的传输提升潜力也较高, 同时也较能坚稳传输(因为没有接地回路,也不受 电磁干扰),这些是Bluetooth的无线传输所不及 的。 其次,Bluetooth的传输效能也不足,即便是 强化传输率(Enhanced Data Rate;EDR)3倍 的Bluetooth 2.0也都只有3Mbps,比CAN Bus 还低,节点装置数也明显不足。
(9)每帧信息都有CRC校验及其它检错措施,数据出错率极低。
上图为汽车节点的传统点对点通讯方式拓扑图
常规布线方法的缺点
增加汽车布线中所用铜线,从而增加成本 以及汽车重量。 点对点布线方法使得故障的查找相当的麻 烦,不便于维修。 若想在车上增加一两种新的功能,或者将 某个落后的电器配件更新,将会使本来很乱 的布线更加复杂。
LIN 总线
LIN(Local Interconnect NetworkN 的目标是为现有汽 车网络(例如 CAN 总线)提供辅助功能。因此, LIN总线是一种辅助的总线网络,在不需要 CAN 总线的带宽和多功能的场合,比如智 能传感器和制动装置之间的通讯。
MOST五大特性
③ MOST总线基于环形拓扑,从而允许共享多个 发送和接收器的数据。MOST总线主控器(通常位于 汽车音响主机处)有助于数据采集,所以该网络可 支持多个主拓扑结构,在一个网络上最多高达64个 主设备。 ④MOST的总数据传输率为24.8Mbps,这已是将音 视讯的串流资料与封包传控资料一并列计,在 24.8 Mbps的频宽中还可区隔成60个传输信道、15个 MPEG-1的视讯编码信道,这些可由传控设计者再 行组态、规划与调配。
所以,MOST依旧会是车用电子中的最佳多 媒体传控网络,Bluetooth可以作为备用辅 助,可以用来传递简单的音讯(如:车载免 提、语音播报、娱乐音效)或GPS导航信息 等,至于更实时性要求、更严苛性要求的音 视讯传输还是需要使用MOST传控网络。
MOST发展概述
MOST传控网络的发展可追溯到1997年, MOST的技术概念来自当时 MOST Cooperation公司所发起的一项非正式 合作,到了1998年该公司以之前的合作为基 础,结合17家国际级的汽车制造商 (Carmaker)与超过50家的关键汽车组件供 应商(Key Component Supplier), 以共同研发MOST传控技术。
CAN的工作原理
CAN 芯片将数据根据协议组织成一定的报文格式发出, 这时,网上的其它节点处于接收状态。 每个处于接收状态的节点对接收到的报文进行检测, 判断这些报文是否是发给自己的,以确定是否接收它。 由于CAN总线是一种面向内容的编址方案,因此很容 易建立高水准的控制系统并灵活地进行配置。可以很容 易地在CAN 总线中加进一些新节点而无需在硬件或软件 上进行修改。
CAN总线特点
CAN总线特点如下: (1)多主机方式工作,网络上任意一个节点均可以在任意 时刻主动地向网络上的其他节点发送信息,而不分主从, 通信方式灵活。 (2)网络上的节点(信息)可分成不同的优先级,可以满 足不同的实时要求。 (3)采用非破坏性位仲裁总线结构机制,当两个节点同时 向网络上传送信息时,优先级低的节点主动停止数据发送, 而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据。
这样的通讯机制带来了非常理想的效果: ·系统灵活性:在LIN网络中可以直接增加节 点而不需要对其它从机节点的硬件和软件进行 修改; ·报文路由: 报文的内容由标识符定义; ·广播: 多个节点可以同时接收一个单独的 报文帧,并对报文作出反应。
LIN在汽车中的应用
车门控制 LIN网络的结构 及其在车门上的布置如右 图所示,该网络由主机节 点、后视镜从机节点、摇 窗机从机节点、门锁从机 节点构成。
当然,不是所有的信息传递都要实时同步,例如 Internet上网浏览、GPS导航信息等,这些资料的传 递特性是不定时的短期突增,这类型的传输就不需 要用上前述的同步机制,而可以使用较不讲究时效 性的异步收发,事实上MOST传控网也支持这种传 递方式,更简单地说,MOST同时支持与提供时效 性、同步的串流传输与非时效性、异步的数据传 输。
MOST五大特性
⑤值得一提的是,MOST在精省成本的努 力不仅是在线路材质上,使用塑料光纤的精 省法只是其一,传输方面也因为采用同步方 式而不需要设置“收发缓冲”及进行“取样 率转换”,如此也一样有助于成本节省。
MOST机制概述
MOST的传控细节,MOST的传输技术近似于公众 交换式电话网络 (Public Switched Telephone Network;PSTN),有 着数据信道(Data Channel)与控制信道 (Control Channel)的设计定义,控制信道即用来 设定如何使用与收发数据信道。 一旦设定完成,资料就会持续地从发送处流向 接收处,过程中不用再有进一步的封包处理程序, 将运作机制如此设计,最适合用于实时性音讯、视 讯串流传输。
既然异步数据传递与控制传递共挤“异步 频宽”,那么哪一天封包数据传量暴增时, 不就会影响到控制信息的传量、传速?关于 此其实不用担心,MOST传控设计上已经考 虑到此点,无论如何都会保留700kbps以上的 频宽给控制用传递,有余裕的频宽才会配拨 给资料数据传递,而控制性传输的部分也被 称为副信道(Sub-Channel)。
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