MOST總線技術(shù)

什么是 MOST

MOST（面向媒體的系統(tǒng)傳輸）總線是將光纖數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑S多優(yōu)點(diǎn)帶給大眾汽車市場的一個(gè)嘗試。很多汽車制造商現(xiàn)在將其安裝在多種型號(hào)的車內(nèi),標(biāo)志著雄心壯志取得了明顯的成功。您或許一直都拒絕汽車安裝 OEM DVD 播放機(jī)的誘惑。但當(dāng)你在高速公路上開車時(shí),可以偶爾注意一下身邊閃過的高檔轎車,你會(huì)發(fā)現(xiàn)小孩的注意力都被后座 DVD 吸引了,這可能會(huì)促使你做出購置決策。后座 DVD 屏只是 MOST總線在車內(nèi)最常見的應(yīng)用,光纖總線還可以處理數(shù)字音頻信號(hào),用于娛樂系統(tǒng)和免提電話,以及傳送GPS 這類信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)。例如保時(shí)捷（Porshe） Cayenne 4x4 和寶馬(BMW) 7 系列車都是應(yīng)用這類多媒體系統(tǒng)的預(yù)期對(duì)象,而它們也確實(shí)帶有 MOST。但是,現(xiàn)在的車型規(guī)格顯示這一技術(shù)正在隨汽車型號(hào)而擴(kuò)散,覆蓋了高檔車型到中檔車型。

現(xiàn)在,MOST 并不是汽車廠商在量產(chǎn)車中裝備的唯一一種光纖通道。寶馬公司也在 7 系列車上用塑料光纖連接傳感器和氣囊系統(tǒng)的控制模塊,采用的是 ByteFlight協(xié)議。

與 EMI 說再見

對(duì)設(shè)計(jì)工程師而言,汽車環(huán)境中使用光纖的好處是顯而易見的。這種媒體能夠在車內(nèi)的噪聲環(huán)境中傳送高位率的數(shù)據(jù),防止數(shù)據(jù)流遭受電氣干擾。它有快速的邊沿速率,但卻消除了數(shù)據(jù)產(chǎn)生干擾的任何風(fēng)險(xiǎn),這種干擾在車內(nèi)電子總線傳輸?shù)男盘?hào)中是不可避免的,尤其是在電動(dòng)機(jī)車和其它安全成為關(guān)鍵的系統(tǒng)中。

MOST 是汽車業(yè)合作的成果,而不具備正式的標(biāo)準(zhǔn)。它的最初構(gòu)想始于 90 年代中期,作為寶馬公司、戴姆勒克萊斯勒（DaimlerChrysler）公司、Harman/Becker公司（音響系統(tǒng)制造商）和 Oasis Silicon Systems公司之間的一項(xiàng)聯(lián)合。其后不久（1998 年）,參與各方建立了一個(gè)自主的實(shí)體,即 MOST公司,由它控制總線的定義工作。Oasis公司自己保留對(duì) MOST 命名的權(quán)利。由一家獨(dú)立的測試機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)產(chǎn)品的認(rèn)證過程,例如 Ruetz 技術(shù)公司。除了順從性測試以外,Ruetz公司還為 MOST 總線系統(tǒng)開發(fā)提供使用的軟、硬件分析工具,以及 MOST 系統(tǒng)的培訓(xùn)。

雖然光纖的潛在優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)十分明顯,電信方面的經(jīng)驗(yàn)也進(jìn)一步證實(shí)了這一點(diǎn),但與電信有關(guān)的成本肯定不適宜于汽車制造。因此,MOST 的重點(diǎn)就是努力降低部件成本。

MOST 定義標(biāo)準(zhǔn) OSI 模型的所有七層,正如預(yù)期的那樣,對(duì)汽車多媒體環(huán)境作了高度的優(yōu)化,對(duì)要處理的主要流量類型規(guī)定了信號(hào)類別（如 CD 立體聲和 DVD 視頻）。

低成本塑料光纖

在物理層上,傳輸介質(zhì)本身是有塑料保護(hù)套、內(nèi)芯為 1 mm 的 PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）光纖,OEM 供應(yīng)商可以將一束光纖像電線一樣捆成光纜。光纖傳輸采用 650 nm（紅色）的 LED 發(fā)射器（650 nm 是 PMMA 光譜響應(yīng)中的低損耗“窗口”）。數(shù)據(jù)以 50 Mbaud、雙相編碼的方式發(fā)送,最高數(shù)據(jù)速率為 24.8 Mbps。

MOST的定義 是非常普通的,允許采用多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),包括星形和環(huán)形,大多數(shù)汽車裝置都采用環(huán)形布局。一個(gè) MOST 網(wǎng)絡(luò)中最多可以有 64 個(gè)結(jié)點(diǎn)。一旦汽車接通電源,網(wǎng)絡(luò)中的所有 MOST 結(jié)點(diǎn)就全部激活,這對(duì)低功耗、停電模式設(shè)計(jì)是一大重點(diǎn),包括系統(tǒng)處在該種狀態(tài)下的功耗量以及如何進(jìn)入狀態(tài)。MOST 結(jié)點(diǎn)在通電時(shí)的默認(rèn)狀態(tài)是直通（Pass-throught）,即進(jìn)入的數(shù)據(jù)從接收器直接傳送至發(fā)射器,以保持環(huán)路的暢通。

MOST 的數(shù)據(jù)傳送使用 512 b 的幀,以及 16 個(gè)幀的塊（圖 1）。幀的重復(fù)率為 44.1 kHz（每幀 22.67 ms）,每個(gè)幀內(nèi)除了前導(dǎo)碼和其它內(nèi)部管理位以外,還包含有同步、異步和控制數(shù)據(jù)?？偩€是完全同步的,設(shè)計(jì)師可將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的任何設(shè)備指定為主設(shè)備,其它所有結(jié)點(diǎn)都從主設(shè)備處獲得自己的時(shí)鐘。網(wǎng)絡(luò)完全是即插即用的,當(dāng)上電或有連接改變時(shí),有一個(gè)尋找設(shè)備的過程。主結(jié)點(diǎn)上保持著一個(gè)所連設(shè)備的中心注冊(cè)處。

產(chǎn)品支持水平的不斷提高展現(xiàn)了這一總線的發(fā)展。實(shí)現(xiàn)MOST 結(jié)點(diǎn)的主要部分包括光電接口,即發(fā)射器模塊和接收器模塊。這一市場的主要供應(yīng)商是 Infineon公司,該公司最近推出了自己 ODIN MIT/MIR4 收/發(fā)模塊的規(guī)格。它們符合已定義的 4引腳物理外形,提供 650 nm 的收/發(fā)功能。接收器模塊將一個(gè)光電二極管與信號(hào)處理和激活功能結(jié)合在一起,做在一片 Infineon公司現(xiàn)在生產(chǎn)的 IC 上,而上一代芯片則是從 Oasis Silicon Systems 公司獲得的。Infineon公司塑料光纖營銷總監(jiān) Martin Weigert 證實(shí),這些產(chǎn)品的供應(yīng)面臨著汽車業(yè)對(duì)質(zhì)量和可靠性的急迫要求,以及持續(xù)的價(jià)格壓力。Weigert 解釋說,一對(duì)收/發(fā)模塊的標(biāo)價(jià)大約為3歐元,而當(dāng)汽車環(huán)境中第一次采用光纖技術(shù)時(shí),這個(gè)價(jià)格要“高得多”。Infineon公司也為 ByteFlight公司制造收發(fā)器,并為其短程工業(yè)鏈制造SFH系列產(chǎn)品。

這一代收發(fā)器部件的額定溫度超出85℃的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)上限值,達(dá)到了95℃,從而也成為了一種挑戰(zhàn),Agilent公司在今年初首先推出了 AFBR1010/2010 器件對(duì)。95℃的 溫度值略微超出了 PMMA 光纖材料的理想工作范圍,這種限制可能最終導(dǎo)致硅芯光纖取代塑料光纖。

另外一家準(zhǔn)備進(jìn)入 MOST 收發(fā)器市場的是 Melexis 公司,部件號(hào)為 MLX75600/02,它也能滿足 95℃溫度的要求（圖 2）。Melexis 公司光學(xué)產(chǎn)品總線經(jīng)理 Peit De Pauw 證實(shí),該器件的目標(biāo)價(jià)格在 3歐元～3.5 歐元之間,并說明該公司通過自己的傳感器產(chǎn)品在汽車領(lǐng)域預(yù)先獲得了很多專業(yè)知識(shí),然后才進(jìn)入這一市場。De Pauw 認(rèn)為這是Melexis 公司超過其它公司的優(yōu)勢所在,因?yàn)槠渌局粨碛须娦蓬I(lǐng)域的光學(xué)知識(shí)。

所有光/電和電/光模塊都要用到能接納低成本的光纖終端的連接器外殼結(jié)構(gòu)。很多供應(yīng)商包括 FCI公司和Furukawa公司,都能提供以各種組合形式將電氣連接與光纖對(duì)混合在一起的連接器。

接口控制器

收發(fā)器模塊的另外一個(gè)方面,MOST 結(jié)點(diǎn)的基本件是網(wǎng)絡(luò)控制器 IC,它來自現(xiàn)在已屬于SMSC成員的 Oasis Silicon Systems公司。Oasis公司 提供 OS 8104,這款芯片集成了網(wǎng)絡(luò)接口、數(shù)據(jù)路由引擎、主控與管理接口,以及整套軟件和相應(yīng)的開發(fā)工具。81050 則增加了較高層次的智能以提升 MOST 功能,而 8805 則是一款系統(tǒng)級(jí)的集成器件,它包括 ADC 和 DAC,用于音頻信號(hào)流的直接輸入和輸出。

主要的微處理器與 DSP 供應(yīng)商也日益增加對(duì)該總線的支持。Analog Devices公司用自己的為汽車視頻顯示與免提手機(jī)連接而配置的Blackfin DSP,通過 MOST提供與汽車網(wǎng)絡(luò)的連接功能。德州儀器公司剛宣布的一款針對(duì)汽車信息娛樂產(chǎn)品而優(yōu)化的OMAP 處理器。德州儀器公司從 SMSC 獲得許可,集成了 MediaLB 總線,即片上和片間的通信總線,它可以傳輸局部去復(fù)用的 MOST 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。德州儀器公司稱,這種永不過時(shí)的設(shè)計(jì)可以用于今后任何 MOST 升級(jí)。片上的數(shù)字音頻路由引擎（DSP 內(nèi)核與 MediaLB 接口）可在音頻端口間處理和引導(dǎo)音頻數(shù)據(jù),德州儀器公司稱這一引擎相當(dāng)于 100 MHz DSP 帶寬。

富士通公司是 MOST使能 處理器的早期介入者,它早在 2004 年初就宣布在自己與 Oasis公司之間合作建立了一個(gè)研發(fā)公司 mycable,開發(fā)多媒體汽車系統(tǒng)的參考設(shè)計(jì)。mycable 公司專注于嵌入式多媒體設(shè)計(jì),而富士通公司的 MPEG 芯片則用于參考設(shè)計(jì)的視頻解碼。

應(yīng)用不止于汽車

根據(jù) MOST 公司的前景展望,除嚴(yán)格條件的汽車環(huán)境外,這種總線還會(huì)用于多種應(yīng)用中。一個(gè)可能的應(yīng)用是將總線傳送用于家庭環(huán)境,但從目前的趨勢來看這種可能性不大。Gartner Dataquest 公司曾在自己的分析中指出,配備多媒體的家庭將需要有線和無線兩種高速數(shù)據(jù)傳輸媒介。當(dāng) Oasis公司專門為相適應(yīng)的內(nèi)容（音、視頻）對(duì)總線作出規(guī)定時(shí),MOST 就可能成為有線媒介的候選者。但 Gartner公司 的分析師 Paul O''Donovan 稱不大可能出現(xiàn)向家庭的較大滲透。他認(rèn)為,即使提前采用 MOST 的高速版本,“可能性也不大,原因只是無需新增布線的原則：我們希望家庭中大都是電力線和其它已布好的走線,在家庭與汽車之間傳送內(nèi)容而不是播放機(jī)的傳送,這是準(zhǔn)則。”

但是,制造商則必須解決汽車 MOST 網(wǎng)絡(luò)的接入問題,理由只有一個(gè),即用于系統(tǒng)升級(jí)。在很多汽車中,裝收音機(jī)、CD 機(jī)等的標(biāo)準(zhǔn)長方形槽都不見了,設(shè)計(jì)者將收音機(jī)、CD、電話、GPS 和其它系統(tǒng)都裝在儀表板后面安置硬件的一些地方,而不是在一個(gè)專門的盒子里。Analog Devices公司等供應(yīng)商則更提出了一種終極概念,即讓這些功能的每一種都變成在 Blackfin DSP 中運(yùn)行的一個(gè)軟件線程。這樣帶來的好處不僅是收音機(jī)不再容易被竊,實(shí)際上連報(bào)警軟件也可以與同一個(gè)處理器捆綁在一起。

現(xiàn)在去看看任何一個(gè)汽車愛好者的網(wǎng)站,就會(huì)發(fā)現(xiàn)在這個(gè)問題上早已存在的很多焦慮。如沒有槽安裝自己升級(jí)的收音機(jī)或其它車內(nèi)設(shè)備;或者汽車軟件無法識(shí)別升級(jí)的設(shè)備,或者是升級(jí)的設(shè)備功能無法正常發(fā)揮（或根本不能發(fā)揮）。還可能發(fā)生更糟糕的情況,因?yàn)樘鎿Q的處理器除了處理娛樂功能外還要控制車內(nèi)的電子軟件,這樣當(dāng)更換音頻設(shè)備后可能會(huì)導(dǎo)致氣候控制而停止工作。隨著配有 MOST 的汽車不斷增多,出現(xiàn)這種接口問題的可能性也在增加。

美國的消費(fèi)電子協(xié)會(huì)正在與 MOST 公司一起定義一個(gè)消費(fèi)電子網(wǎng)關(guān)功能,可以通過它連接這些升級(jí),在本文發(fā)表時(shí),已發(fā)布了該網(wǎng)關(guān)規(guī)范的建議草案。

進(jìn)一步的開發(fā)包括對(duì) MOST 的修訂,使其基本速度從 50 Mbps增加到 150 Mbps,從而能夠滿足多視頻流的帶寬要求,并與推薦的車載無線網(wǎng)絡(luò)接口。用于 ByteFlight 的光纖標(biāo)準(zhǔn)看來也會(huì)得到進(jìn)一步的發(fā)展,ByteFlight公司的結(jié)構(gòu)方法與面向多媒體的 MOST 相差甚遠(yuǎn),目前只有10Mbps速率。因?yàn)樗糜诎踩允挚量痰南到y(tǒng)中,所以ByteFlight 是完全確定性的,并有失效恢復(fù)能力。Infineon 公司的Wiegert稱,ByteFlight 要求產(chǎn)品有完全的可跟蹤能力,因?yàn)閿?shù)據(jù)的存儲(chǔ)是不定的。這些情況也引導(dǎo)FlexRay 總線認(rèn)真考慮采用光傳輸方案。

Infineon公司的 Weigert 注意到,業(yè)界系統(tǒng)設(shè)計(jì)師對(duì) MOST 的興趣與日俱增。對(duì)于不需要超過 64 個(gè)結(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)來說（雖然可以用總線擴(kuò)展器）,MOST 提供了在噪聲環(huán)境中使用光纖完成數(shù)據(jù)采集或網(wǎng)絡(luò)控制的完備、低成本方式。雖然 MOST 公司的設(shè)計(jì)是用于典型長度為數(shù)米的車內(nèi)連線,但掌握的極限值能覆蓋較長的距離。典型塑料光纖的衰減率低于 0.2 dB/m,而一對(duì)收發(fā)器（如 Agilent公司 的 AFBR1010/2010）從發(fā)射器的輸出（光學(xué)）端到接收器輸入端的光預(yù)算規(guī)定為 14 dB。考慮到低成本、大批量市售的連接器會(huì)導(dǎo)致某種極小的傳輸損耗,并且光纖中前幾米的損耗要高于（相對(duì)）后面較長距離的損耗,因此數(shù)十米的長度應(yīng)該是合理的。