滿足安全／帶寬需求的車載網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

　　汽車內(nèi)部、汽車與汽車之間以及汽車與基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信和網(wǎng)絡(luò)正在悄然發(fā)生變革。許多重要的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)得到了成功地解決，例如采用軟硬件方法滿足嚴(yán)格的帶寬、容錯(cuò)、決斷和可靠性要求。事實(shí)上，許多硬件和軟件中的通信與控制協(xié)議都有了顯著進(jìn)步。這些協(xié)議包括：FlexRay、控制器區(qū)域網(wǎng)(CAN)、日本汽車軟件平臺(tái)和架構(gòu)（JASPAR）、本地互聯(lián)網(wǎng)(LIN)、美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)(SAE)的J1850、汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)(AUTOSAR)，媒體導(dǎo)向系統(tǒng)傳輸(MOST)協(xié)議和FireWire (1394)標(biāo)準(zhǔn)。MOST協(xié)議正在進(jìn)入越來越多的汽車信息娛樂系統(tǒng)，主要是歐洲產(chǎn)的汽車中。目前MOST還沒有得到普及，但豐田的Prius汽車正在使用25MBps版本的MOST。用于150Mbps網(wǎng)絡(luò)的MOST規(guī)范版本3有望不久后發(fā)布。

　　對(duì)于車身、傳動(dòng)系統(tǒng)、底盤和其它控制來說，沒有一種協(xié)議和架構(gòu)可以被認(rèn)為是“十全十美”的解決方案。通常情況下，組合和改進(jìn)這些方案對(duì)提供靈活性和滿足汽車控制與通信需求非常有用。例如，JASPAR最近被用于新一代車載網(wǎng)絡(luò)的新版FlexRay所采用。FlexRay聯(lián)盟準(zhǔn)備在FlexRay協(xié)議規(guī)范V3.0和物理層規(guī)范V3.0的主要修改點(diǎn)中采納JASPAR技術(shù)建議，這些規(guī)范將在2009/2010時(shí)間段內(nèi)發(fā)布。

　　FlexRay一直被用作汽車應(yīng)用中的主要骨干網(wǎng)(圖1)。德國(guó)和日本的OEM商已經(jīng)決定在他們的車載網(wǎng)絡(luò)中采用FlexRay。全球首款商用化FlexRay的汽車是寶馬的旗艦X5運(yùn)動(dòng)型多功能車(SUV)和7系車。

圖1：FlexRay車載網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可以用作CAN、LIN和MOST等其它網(wǎng)絡(luò)的骨干網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)車載控制和信息娛樂應(yīng)用。

　　FlexRay定義了一種雙通道的10Mbps數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。每個(gè)通道可以用來獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)冗余機(jī)制，匯聚數(shù)據(jù)速率可達(dá)20Mbps。FlexRay聯(lián)盟的核心成員包括寶馬、通用汽車、大眾、戴姆勒克萊斯勒、博世、飛思卡爾半導(dǎo)體和恩智浦半導(dǎo)體(NXP Semiconductors，下文簡(jiǎn)稱NXP)等。他們希望FlexRay能成為先進(jìn)的傳動(dòng)系統(tǒng)、底盤和線傳控制汽車系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，即便它的成本比目前到廣泛使用的1Mbps CAN協(xié)議高得多。大多數(shù)成員認(rèn)為FlexRay將與其它協(xié)議共存，而不會(huì)替代它們。

　　“FlexRay最初是專門針對(duì)容錯(cuò)和冗余設(shè)計(jì)的，現(xiàn)在它也正被用來在提高帶寬，特別在可以利用CAN等其他網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)更高帶寬的地方?！盢EC電子美國(guó)公司汽車策略業(yè)務(wù)部首席技術(shù)應(yīng)用工程師Jens Eltze表示。

　　“一些汽車制造商不太愿意采用基于FlexRay、FireWire等新技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。在其他公司加入進(jìn)來之前，他們不想冒可能成功也可能不成功的風(fēng)險(xiǎn)?！盢EC電子美國(guó)公司汽車策略業(yè)務(wù)部營(yíng)銷經(jīng)理Dave Stone表示。

圖2：恩智浦半導(dǎo)體公司的TJA1080A FlexRay收發(fā)器是首個(gè)在車載網(wǎng)絡(luò)方面得到認(rèn)證的節(jié)點(diǎn)收發(fā)器(a)，它已經(jīng)被集成到TJA1081/1082 IC中(b)。

減少FlexRay和CAN的成本差異

　　一些IC芯片制造商試圖縮小FlexRay和CAN之間的成本差異。奧地利微電子(AMS)公司和TTTech汽車公司正在合作開發(fā)低成本的FlexRay收發(fā)器件。他們計(jì)劃進(jìn)一步增強(qiáng)研發(fā)力量，開發(fā)FlexRay車載網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

　　他們合作的目標(biāo)是提高車內(nèi)數(shù)據(jù)通信的可靠性并降低成本，例如優(yōu)化的FlexRay拓?fù)淇梢约纱罅康墓?jié)點(diǎn)。此外，這兩家公司設(shè)計(jì)了一個(gè)位整形器電路，可以讓汽車OEM商和一流供應(yīng)商通過采用更低成本的配線類型，降低電纜成本。這兩家公司還計(jì)劃合作開發(fā)針對(duì)FlexRay芯片的測(cè)試流程。

　　“FlexRay芯片的價(jià)格肯定會(huì)降下來，以縮小FlexRay和CAN實(shí)現(xiàn)之間的巨大成本差異?！盢XP業(yè)務(wù)線汽車安全與舒適事業(yè)部高級(jí)總監(jiān)和總經(jīng)理Toni Versluij指出。

　　NXP在2006年推出首個(gè)FlexRay收發(fā)器芯片TJA 1080A，緊接著推出了TJA1081和TFA1082節(jié)點(diǎn)收發(fā)器，此外還提供TJA1085有源星型耦合器。NXP至今已經(jīng)交付了100萬個(gè)符合物理層規(guī)范的FlexRay收發(fā)器。十多年來，該公司已是FlexRay芯片以及CAN和LIN器件的領(lǐng)先供應(yīng)商。

　　“在今后十年中，CAN將是車載網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的首選?！盫ersluij認(rèn)為(圖3)。他指出，雖然具有雙通道的FlexRay最初是為需要冗余功能的線傳控制應(yīng)用設(shè)計(jì)的，但大多數(shù)汽車應(yīng)用使用CAN就能處理的單通道拓?fù)?。CAN采用SAE的J1850總線工作，后者被廣泛用于車載故障診斷(OBD)II。

圖3：今后幾年里恩智浦半導(dǎo)體公司車載網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的市場(chǎng)份額有望不斷增長(zhǎng)，其中CAN將接管大多數(shù)節(jié)點(diǎn)應(yīng)用。