對四大汽車總線：LIN、CAN、FlexRay、MOST的詳細分析

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)絡化的基礎，本文將和大家聊聊當今汽車三大總線，CAN、LIN、Flexray。

今天，社會進入了信息網(wǎng)絡時代，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)絡中底層的車用設備或車用儀表互聯(lián)的通信網(wǎng)絡。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)絡已無法適應現(xiàn)代汽車電子系統(tǒng)的發(fā)展，于是新型汽車總線技術便應運而生。

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。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?，F(xiàn)今在汽車電子系統(tǒng)中已得到廣泛應用，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、車窗升降電機、操作按鈕等，只需要1個LIN網(wǎng)絡就可以把它們連為一體。而通過CAN網(wǎng)關，LIN網(wǎng)絡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)送和接收任務的從屬通訊任務，而宿主節(jié)點還包含一個附加的宿主發(fā)送任務。在實時LIN中，通訊總是由宿主任務發(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，它將事件觸發(fā)和時間觸發(fā)兩種方式相結合，具有高效的網(wǎng)絡利用率和系統(tǒng)靈活性特點，可以作為新一代汽車內(nèi)部網(wǎng)絡的主干網(wǎng)絡。

Flexray可以應用在無源總線和星形網(wǎng)絡拓撲結構中，也可以應用在兩者的組合拓撲結構中。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)成本并降低復雜性。雙通道架構提供冗余功能，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主要應用于事關安全的線控系統(tǒng)和動力系統(tǒng)，在寶馬的高端車上有應用。

寶馬公司在07款X5系列車型的電子控制減震器系統(tǒng)中首次應用了FlexRay技術。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 務于多媒體應用的數(shù)據(jù)總線技術。 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)技術以來，近幾年該技術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。[!--empirenews.page--]

(2)　無論是否有主控計算機都可以工作。

(3)　支持聲音和壓縮圖像的實時處理。

(4)　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)絡管理系統(tǒng)。

(6)　支持多種網(wǎng)絡連接方式，提供MOST設備標準，方便、簡潔地應用系統(tǒng)界面。

(7)　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)技術人員的負擔，最終在用戶處實現(xiàn)各種設備的集中控制。

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

MOST總線網(wǎng)絡應于多媒體

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)絡結構

光導纖維插頭：光纖使用專門的光學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。光信號通過由光導纖維導線和光導插頭進入控制單元或傳往下一個總線用戶。

MOST總線控制單元結構示意圖

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 結構。在環(huán)形總線內(nèi)只能朝著一個方向傳輸數(shù) 據(jù)。

MOST的傳輸技術近似于公眾交換式電話網(wǎng)絡(Public Switched Telephone Network;PSTN)，有著數(shù)據(jù)信道(Data Channel)與控制信道(Control Channel)的設計定義，控制信道即用來設定如何使用與收發(fā)數(shù)據(jù)信道。 一旦設定完成，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)絡允許最多達64個的裝置(節(jié)點)連接。

六、總結

CAN作為一種可靠的汽車總線已經(jīng)廣泛的應用在了高檔汽車上，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。