詳解LIN/CAN/FlexRay/MOST四大汽車總線

　　隨著新能源汽車列入國(guó)家加快培育和發(fā)展的七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，汽車的智能化、數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化、節(jié)能化成了汽車發(fā)展的大方向。汽車總線是實(shí)現(xiàn)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)，本文將和大家聊聊當(dāng)今汽車三大總線，CAN、LIN、Flexray。

　　今天，社會(huì)進(jìn)入了信息網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，人們希望汽車不僅僅是一種代步工具，更希望在汽車是生活及工作范圍的一種延伸，在汽車上就像呆在自己的辦公室和家里一樣，可以打電話、上網(wǎng)、娛樂(lè)、工作。

　　功能的增多也使得汽車上的電子裝置數(shù)量急劇增加，各種汽車總線也應(yīng)運(yùn)而生。我們最熟悉的汽車總線是CAN，對(duì)于LIN和Flexray大家或許還有點(diǎn)陌生。那么接下來(lái)，就為大家介紹一下這四種汽車總線。

　　車用總線就是車載網(wǎng)絡(luò)中底層的車用設(shè)備或車用儀表互聯(lián)的通信網(wǎng)絡(luò)。目前，有四種主流的車用總線：CAN總線、LIN總線、FlexRay總線和MOST總線。

　　用一張表格來(lái)說(shuō)明各種總線的區(qū)別

　　一、汽車總線的誕生

　　汽車總線的誕生離不開(kāi)汽車電子的發(fā)展。汽車電子化的程度也被看作是衡量現(xiàn)代汽車水平的重要標(biāo)志。傳統(tǒng)的汽車電子大多采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單一通信方式，相互之間少有聯(lián)系，這樣必然會(huì)形成龐大的布線系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一輛采用傳統(tǒng)布線方法的高檔汽車中，其導(dǎo)線長(zhǎng)度可達(dá)2000米，電氣節(jié)點(diǎn)可達(dá)1500個(gè)，而且該數(shù)字大約每10年就將增加1倍。

　　這進(jìn)一步加劇了粗大的線束與汽車上有限的可用空間之間的矛盾。無(wú)論從材料成本還是工作效率看，傳統(tǒng)布線方法都不能適應(yīng)現(xiàn)代汽車的發(fā)展。另外，為了滿足各電子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，須對(duì)汽車公共數(shù)據(jù)(如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車輪轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門踏板位置等信息)實(shí)行共享，而每個(gè)控制單元對(duì)實(shí)時(shí)性的要求又各不相同。因此，傳統(tǒng)的電氣網(wǎng)絡(luò)已無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代汽車電子系統(tǒng)的發(fā)展，于是新型汽車總線技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生。

　　二、CAN總線

　　CAN總線又稱作汽車總線，全稱為“控制器局域網(wǎng)(Controller Area Network)”，是一種能有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)。它將各個(gè)單一的控制單元以某種形式(多為星形)連接起來(lái)，形成一個(gè)完整的系統(tǒng)。

　　CAN總線最早是德國(guó)Bosch公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多的電控模塊(ECU)之間的數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種串行通訊協(xié)議?，F(xiàn)今在汽車電子系統(tǒng)中已得到廣泛應(yīng)用，成為歐洲汽車制造業(yè)的主體行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，代表著汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)的主流發(fā)展趨勢(shì)。

　　世界上很多著名的汽車制造廠商，如Volkswagen(大眾)、Benz(奔馳)、BMW(寶馬)、Porsche(保時(shí)捷)、Rolls.Royce(勞斯萊斯)等公司都已經(jīng)采用CAN總線來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。

　　三、LIN總線

　　LIN是由摩托羅拉(Motorola)與奧迪(Audi)等知名企業(yè)聯(lián)手推出的一種新型低成本的開(kāi)放式串行通訊協(xié)議，主要用于車內(nèi)分布式電控系統(tǒng)，尤其是面向智能傳感器或執(zhí)行器的數(shù)字化通訊場(chǎng)合。主要應(yīng)用于電動(dòng)門窗、座椅調(diào)節(jié)、燈光照明等控制。

　　典型的LIN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)可以達(dá)到12個(gè)。以門窗控制為例，在車門上有門鎖、車窗玻璃開(kāi)關(guān)、車窗升降電機(jī)、操作按鈕等，只需要1個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò)就可以把它們連為一體。而通過(guò)CAN網(wǎng)關(guān)，LIN網(wǎng)絡(luò)還可以和汽車其他系統(tǒng)進(jìn)行信息交換，實(shí)現(xiàn)更豐富的功能。目前LIN已經(jīng)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，被大多數(shù)汽車制造商和零部件生產(chǎn)商所接受。

　　LIN相對(duì)于CAN的成本節(jié)省主要是由于采用單線傳輸、硅片中硬件或軟件的低實(shí)現(xiàn)成本和無(wú)需在從屬節(jié)點(diǎn)中使用石英或陶瓷諧振器。這些優(yōu)點(diǎn)是以較低的帶寬和受局限的單宿主總線訪問(wèn)方法為代價(jià)的。

　　LIN包含一個(gè)宿主節(jié)點(diǎn)和一個(gè)或多個(gè)從屬節(jié)點(diǎn)。所有節(jié)點(diǎn)都包含一個(gè)被分解為發(fā)送和接收任務(wù)的從屬通訊任務(wù)，而宿主節(jié)點(diǎn)還包含一個(gè)附加的宿主發(fā)送任務(wù)。在實(shí)時(shí)LIN中，通訊總是由宿主任務(wù)發(fā)起的。

　　四、Flexray總線

　　FlexRay總線是由寶馬、飛利浦、飛思卡爾和博世等公司共同制定的一種新型通信標(biāo)準(zhǔn)，專為車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)而設(shè)計(jì)，采用基于時(shí)間觸發(fā)機(jī)制，具有高帶寬、容錯(cuò)性能好等特點(diǎn)，在實(shí)時(shí)性、可靠性和靈活性方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。

　　Flexray是一種用于汽車的高速的、可確定性的，具備故障容錯(cuò)能力的總線技術(shù)，它將事件觸發(fā)和時(shí)間觸發(fā)兩種方式相結(jié)合，具有高效的網(wǎng)絡(luò)利用率和系統(tǒng)靈活性特點(diǎn)，可以作為新一代汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的主干網(wǎng)絡(luò)。

　　Flexray可以應(yīng)用在無(wú)源總線和星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，也可以應(yīng)用在兩者的組合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中。這兩種拓?fù)渚С蛛p通道ECU，這種ECU集成多個(gè)系統(tǒng)級(jí)功能，以節(jié)約生產(chǎn)成本并降低復(fù)雜性。雙通道架構(gòu)提供冗余功能，并使可用帶寬翻了一番。每個(gè)通道的最大數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到10Mbps。目前Flexray主要應(yīng)用于事關(guān)安全的線控系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)，在寶馬的高端車上有應(yīng)用。

　　寶馬公司在07款X5系列車型的電子控制減震器系統(tǒng)中首次應(yīng)用了FlexRay技術(shù)。此款車采用基于飛思卡爾的微控制器和恩智浦的收發(fā)器，可以監(jiān)視有關(guān)車輛速度、縱向和橫向加速度、方向盤角度、車身和輪胎加速度及行駛高度的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了更好的乘坐舒適性以及駕駛時(shí)的安全性和高速響應(yīng)性，此外還將施加給輪胎的負(fù)荷變動(dòng)以及底盤的振動(dòng)均減至最小。

　　五、MOST總線

　　MOST 是一種專門針對(duì)車內(nèi)使用而開(kāi)發(fā)的、服 務(wù)于多媒體應(yīng)用的數(shù)據(jù)總線技術(shù)。 MOST 表示“多媒體傳輸系統(tǒng)”。

　　自從寶馬7系列汽車首次采用MOST(面向媒體的系統(tǒng)傳輸總線)技術(shù)以來(lái)，近幾年該技術(shù)的普及速度突飛猛進(jìn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸聲音、視頻，以滿足高端汽車娛樂(lè)裝置的需求;可以用在車載攝像頭等行車系統(tǒng)

　　MOST總線特點(diǎn)：

　　(1)　保證低成本的條件下，可以達(dá)到24. 8 Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速度。

　　(2)　無(wú)論是否有主控計(jì)算機(jī)都可以工作。

　　(3)　支持聲音和壓縮圖像的實(shí)時(shí)處理。

　　(4)　支持?jǐn)?shù)據(jù)的同步和異步傳輸。

　　(5)　發(fā)送/接收器嵌有虛擬網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。

　　(6)　支持多種網(wǎng)絡(luò)連接方式，提供MOST設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，方便、簡(jiǎn)潔地應(yīng)用系統(tǒng)界面。

　　(7)　通過(guò)采用MOST，不僅可以減輕連接各部件的線束的質(zhì)量、降低噪聲，而且可以減輕系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)人員的負(fù)擔(dān)，最終在用戶處實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備的集中控制。

　　(8)　光纖網(wǎng)絡(luò)不會(huì)受到電磁輻射干擾與搭鐵環(huán)的影響。

　　MOST總線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)于多媒體

　　各控制單元之間通過(guò)一個(gè)環(huán)形數(shù)據(jù)總線連接，該總線只向一個(gè)方向傳輸數(shù)據(jù)，這意味著一個(gè)控制單元總是擁有2根光纖，一根用于發(fā)射機(jī)，另一根用于接收機(jī)。

　　MOST總線采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　光導(dǎo)纖維插頭：光纖使用專門的光學(xué)插頭與控制單元連接。插頭上的一個(gè)信號(hào)方向箭頭表明(至接收機(jī)的)輸入端，插頭外殼形成與控制單元的連接。光信號(hào)通過(guò)由光導(dǎo)纖維導(dǎo)線和光導(dǎo)插頭進(jìn)入控制單元或傳往下一個(gè)總線用戶。

　　MOST總線控制單元結(jié)構(gòu)示意圖

　　控制單元電源模塊：由電氣插頭送入的電再由內(nèi)部供電裝置分送到各個(gè)部件，這樣就可單獨(dú)關(guān)閉控制單元內(nèi)某一部件，從而降低了靜態(tài)電流。

　　收發(fā)單元一光導(dǎo)發(fā)射器(FOT)：該裝置由一個(gè)光電二極管和一個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成，到達(dá)的光信號(hào)由光電二極管轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后傳至MOST收發(fā)機(jī)。

　　MOST收發(fā)器：MOST收發(fā)器由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩個(gè)部件組成。

　　控制單元(ECU)：控制單元(ECU)的內(nèi)部有一個(gè)微處理器，用于操縱控制單元的所有基本功能。

　　專用部件：這些部件用于控制某些專用功能，如CD播放機(jī)和收音機(jī)調(diào)諧器。

　　MOST總線光纖拉線圖

　　MOST 總 線利用光脈沖傳輸數(shù)據(jù)。MOST 總線采用環(huán)形 結(jié)構(gòu)。在環(huán)形總線內(nèi)只能朝著一個(gè)方向傳輸數(shù) 據(jù)。

　　MOST的傳輸技術(shù)近似于公眾交換式電話網(wǎng)絡(luò)(Public Switched Telephone Network;PSTN)，有著數(shù)據(jù)信道(Data Channel)與控制信道(Control Channel)的設(shè)計(jì)定義，控制信道即用來(lái)設(shè)定如何使用與收發(fā)數(shù)據(jù)信道。 一旦設(shè)定完成，資料就會(huì)持續(xù)地從發(fā)送處流向接收處，過(guò)程中不用再有進(jìn)一步的封包處理程序，將運(yùn)作機(jī)制如此設(shè)計(jì)，最適合用于實(shí)時(shí)性音訊、視訊串流傳輸。

　　MOST在制訂上完全合乎ISO/OSI的7層數(shù)據(jù)通訊協(xié)議參考模型，而在網(wǎng)線連接上MOST采用環(huán)狀拓樸，不過(guò)在更具嚴(yán)苛要求的傳控應(yīng)用上，MOST也允許改采星狀(亦稱放射狀)或雙環(huán)狀的連接組態(tài)，此外每套MOST傳控網(wǎng)絡(luò)允許最多達(dá)64個(gè)的裝置(節(jié)點(diǎn))連接。

　　六、總結(jié)

　　CAN作為一種可靠的汽車總線已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在了高檔汽車上，LIN作為CAN的補(bǔ)充，也已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。而比CAN還要先進(jìn)的Flexray更是發(fā)展迅速。汽車總線的發(fā)展已經(jīng)勢(shì)不可擋。