三分鐘搞明白四大汽車總線：LIN、CAN、FlexRay、MOST
摘要：隨著新能源汽車列入國家加快培育和發(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，社會進入了信息網(wǎng)絡(luò)時代，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、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)運而生。我們最熟悉的汽車總線是CAN，對于LIN和Flexray大家或許還有點陌生。那么接下來，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。
用一張表格來說明各種總線的區(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志。傳統(tǒng)的汽車電子大多采用點對點的單一通信方式，相互之間少有聯(lián)系，這樣必然會形成龐大的布線系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計，一輛采用傳統(tǒng)布線方法的高檔汽車中，其導(dǎo)線長度可達2000米，電氣節(jié)點可達1500個，而且該數(shù)字大約每10年就將增加1倍。
這進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)的實時性要求，須對汽車公共數(shù)據(jù)(如發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車輪轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門踏板位置等信息)實行共享，而每個控制單元對實時性的要求又各不相同。因此，傳統(tǒng)的電氣網(wǎng)絡(luò)已無法適應(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時控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)。它將各個單一的控制單元以某種形式(多為星形)連接起來，形成一個完整的系統(tǒng)。
CAN總線最早是德國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)交換而開發(fā)的一種串行通訊協(xié)議。現(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)標準，代表著汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)的主流發(fā)展趨勢。
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(保時捷)、Rolls.Royce(勞斯萊斯)等公司都已經(jīng)采用CAN總線來實現(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)字化通訊場合。主要應(yīng)用于電動門窗、座椅調(diào)節(jié)、燈光照明等控制。
典型的LIN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)可以達到12個。以門窗控制為例，在車門上有門鎖、車窗玻璃開關(guān)、車窗升降電機、操作按鈕等，只需要1個LIN網(wǎng)絡(luò)就可以把它們連為一體。而通過CAN網(wǎng)關(guān)，LIN網(wǎng)絡(luò)還可以和汽車其他系統(tǒng)進行信息交換，實現(xiàn)更豐富的功能。目前LIN已經(jīng)成為國際標準，被大多數(shù)汽車制造商和零部件生產(chǎn)商所接受。
LIN相對于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現(xiàn)成本和無需在從屬節(jié)點中使用石英或陶瓷諧振器。這些優(yōu)點是以較低的帶寬和受局限的單宿主總線訪問方法為代價的。
LIN包含一個宿主節(jié)點和一個或多個從屬節(jié)點。所有節(jié)點都包含一個被分解為發(fā)送和接收任務(wù)的從屬通訊任務(wù)，而宿主節(jié)點還包含一個附加的宿主發(fā)送任務(wù)。在實時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準，專為車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)而設(shè)計，采用基于時間觸發(fā)機制，具有高帶寬、容錯性能好等特點，在實時性、可靠性和靈活性方面具有一定的優(yōu)勢。
Flexray是一種用于汽車的高速的、可確定性的，具備故障容錯能力的總線技術(shù)，它將事件觸發(fā)和時間觸發(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，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)用在無源總線和星形網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)中，也可以應(yīng)用在兩者的組合拓撲結(jié)構(gòu)中。這兩種拓撲均支持雙通道ECU，這種ECU集成多個系統(tǒng)級功能，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。每個通道的最大數(shù)據(jù)傳輸率達到10Mbps。目前Flexray主要應(yīng)用于事關(guān)安全的線控系統(tǒng)和動力系統(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)，實現(xiàn)了更好的乘坐舒適性以及駕駛時的安全性和高速響應(yīng)性，此外還將施加給輪胎的負荷變動以及底盤的振動均減至最小。
五、MOST總線
MOST 是一種專門針對車內(nèi)使用而開發(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，近幾年該技術(shù)的普及速度突飛猛進，實現(xiàn)實時傳輸聲音、視頻，以滿足高端汽車娛樂裝置的需求；可以用在車載攝像頭等行車系統(tǒng)
MOST總線特點：
（1） 保證低成本的條件下，可以達到24. 8 Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速度。
?。?） 無論是否有主控計算機都可以工作。
?。?） 支持聲音和壓縮圖像的實時處理。
?。?） 支持數(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)。
?。?） 支持多種網(wǎng)絡(luò)連接方式，提供MOST設(shè)備標準，方便、簡潔地應(yīng)用系統(tǒng)界面。
?。?） 通過采用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)開發(fā)技術(shù)人員的負擔(dān)，最終在用戶處實現(xiàn)各種設(shè)備的集中控制。
（8） 光纖網(wǎng)絡(luò)不會受到電磁輻射干擾與搭鐵環(huán)的影響。
各控制單元之間通過一個環(huán)形數(shù)據(jù)總線連接，該總線只向一個方向傳輸數(shù)據(jù)，這意味著一個控制單元總是擁有2根光纖，一根用于發(fā)射機，另一根用于接收機。
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。插頭上的一個信號方向箭頭表明(至接收機的)輸入端，插頭外殼形成與控制單元的連接。光信號通過由光導(dǎo)纖維導(dǎo)線和光導(dǎo)插頭進入控制單元或傳往下一個總線用戶。
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部件，這樣就可單獨關(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)：該裝置由一個光電二極管和一個發(fā)光二極管構(gòu)成，到達的光信號由光電二極管轉(zhuǎn)換成電壓信號后傳至MOST收發(fā)機。
MOST收發(fā)器：MOST收發(fā)器由發(fā)射機和接收機兩個部件組成。
控制單元(ECU)：控制單元(ECU)的內(nèi)部有一個微處理器，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播放機和收音機調(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)計定義，控制信道即用來設(shè)定如何使用與收發(fā)數(shù)據(jù)信道。 一旦設(shè)定完成，資料就會持續(xù)地從發(fā)送處流向接收處，過程中不用再有進一步的封包處理程序，將運作機制如此設(shè)計，最適合用于實時性音訊、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，不過在更具嚴苛要求的傳控應(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64個的裝置（節(jié)點）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的補充，也已成為國際標準。而比CAN還要先進的Flexray更是發(fā)展迅速。汽車總線的發(fā)展已經(jīng)勢不可擋。
