MOST總線技術

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)點帶給大眾汽車市場的一個嘗試。很多汽車制造商現(xiàn)在將其安裝在多種型號的車內(nèi),標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 播放機的誘惑。但當你在高速公路上開車時,可以偶爾注意一下身邊閃過的高檔轎車,你會發(fā)現(xiàn)小孩的注意力都被后座 DVD 吸引了,這可能會促使你做出購置決策。后座 DVD 屏只是 MOST總線在車內(nèi)最常見的應用,光纖總線還可以處理數(shù)字音頻信號,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)。例如保時捷（Porshe） Cayenne 4x4 和寶馬(BMW) 7 系列車都是應用這類多媒體系統(tǒng)的預期對象,而它們也確實帶有 MOST。但是,現(xiàn)在的車型規(guī)格顯示這一技術正在隨汽車型號而擴散,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

對設計工程師而言,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)生干擾的任何風險,這種干擾在車內(nèi)電子總線傳輸?shù)男盘栔惺遣豢杀苊獾?尤其是在電動機車和其它安全成為關鍵的系統(tǒng)中。

MOST 是汽車業(yè)合作的成果,而不具備正式的標準。它的最初構想始于 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公司之間的一項聯(lián)合。其后不久（1998 年）,參與各方建立了一個自主的實體,即 MOST公司,由它控制總線的定義工作。Oasis公司自己保留對 MOST 命名的權利。由一家獨立的測試機構負責產(chǎn)品的認證過程,例如 Ruetz 技術公司。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。

雖然光纖的潛在優(yōu)點已經(jīng)十分明顯,電信方面的經(jīng)驗也進一步證實了這一點,但與電信有關的成本肯定不適宜于汽車制造。因此,MOST 的重點就是努力降低部件成本。

MOST 定義標準 OSI 模型的所有七層,正如預期的那樣,對汽車多媒體環(huán)境作了高度的優(yōu)化,對要處理的主要流量類型規(guī)定了信號類別（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)本身是有塑料保護套、內(nèi)芯為 1 mm 的 PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）光纖,OEM 供應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,允許采用多種拓撲結構,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 MOST 網(wǎng)絡中最多可以有 64 個結點。一旦汽車接通電源,網(wǎng)絡中的所有 MOST 結點就全部激活,這對低功耗、停電模式設計是一大重點,包括系統(tǒng)處在該種狀態(tài)下的功耗量以及如何進入狀態(tài)。MOST 結點在通電時的默認狀態(tài)是直通（Pass-throught）,即進入的數(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 個幀的塊（圖 1）。幀的重復率為 44.1 kHz（每幀 22.67 ms）,每個幀內(nèi)除了前導碼和其它內(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,設計師可將網(wǎng)絡內(nèi)的任何設備指定為主設備,其它所有結點都從主設備處獲得自己的時鐘。網(wǎng)絡完全是即插即用的,當上電或有連接改變時,有一個尋找設備的過程。主結點上保持著一個所連設備的中心注冊處。

產(chǎn)品支持水平的不斷提高展現(xiàn)了這一總線的發(fā)展。實現(xiàn)MOST 結點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。接收器模塊將一個光電二極管與信號處理和激活功能結合在一起,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,這些產(chǎn)品的供應面臨著汽車業(yè)對質(zhì)量和可靠性的急迫要求,以及持續(xù)的價格壓力。Weigert 解釋說,一對收/發(fā)模塊的標價大約為3歐元,而當汽車環(huán)境中第一次采用光纖技術時,這個價格要“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)標準上限值,達到了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。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致硅芯光纖取代塑料光纖。

另外一家準備進入 MOST 收發(fā)器市場的是 Melexis 公司,部件號為 MLX75600/02,它也能滿足 95℃溫度的要求（圖 2）。Melexis 公司光學產(chǎn)品總線經(jīng)理 Peit De Pauw 證實,該器件的目標價格在 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)品在汽車領域預先獲得了很多專業(yè)知識,然后才進入這一市場。De Pauw 認為這是Melexis 公司超過其它公司的優(yōu)勢所在,因為其它公司只擁有電信領域的光學知識。

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構。很多供應商包括 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)器模塊的另外一個方面,MOST 結點的基本件是網(wǎng)絡控制器 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)級的集成器件,它包括 ADC 和 DAC,用于音頻信號流的直接輸入和輸出。

主要的微處理器與 DSP 供應商也日益增加對該總線的支持。Analog Devices公司用自己的為汽車視頻顯示與免提手機連接而配置的Blackfin DSP,通過 MOST提供與汽車網(wǎng)絡的連接功能。德州儀器公司剛宣布的一款針對汽車信息娛樂產(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用的 MOST 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)。德州儀器公司稱,這種永不過時的設計可以用于今后任何 MOST 升級。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音頻數(shù)據(jù),德州儀器公司稱這一引擎相當于 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研發(fā)公司 mycable,開發(fā)多媒體汽車系統(tǒng)的參考設計。mycable 公司專注于嵌入式多媒體設計,而富士通公司的 MPEG 芯片則用于參考設計的視頻解碼。

應用不止于汽車

根據(jù) MOST 公司的前景展望,除嚴格條件的汽車環(huán)境外,這種總線還會用于多種應用中。一個可能的應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 Oasis公司專門為相適應的內(nèi)容（音、視頻）對總線作出規(guī)定時,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)容而不是播放機的傳送,這是準則。”

但是,制造商則必須解決汽車 MOST 網(wǎng)絡的接入問題,理由只有一個,即用于系統(tǒng)升級。在很多汽車中,裝收音機、CD 機等的標準長方形槽都不見了,設計者將收音機、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,而不是在一個專門的盒子里。Analog Devices公司等供應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 中運行的一個軟件線程。這樣帶來的好處不僅是收音機不再容易被竊,實際上連報警軟件也可以與同一個處理器捆綁在一起。

現(xiàn)在去看看任何一個汽車愛好者的網(wǎng)站,就會發(fā)現(xiàn)在這個問題上早已存在的很多焦慮。如沒有槽安裝自己升級的收音機或其它車內(nèi)設備;或者汽車軟件無法識別升級的設備,或者是升級的設備功能無法正常發(fā)揮（或根本不能發(fā)揮）。還可能發(fā)生更糟糕的情況,因為替換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,這樣當更換音頻設備后可能會導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。

美國的消費電子協(xié)會正在與 MOST 公司一起定義一個消費電子網(wǎng)關功能,可以通過它連接這些升級,在本文發(fā)表時,已發(fā)布了該網(wǎng)關規(guī)范的建議草案。

進一步的開發(fā)包括對 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)絡接口。用于 ByteFlight 的光纖標準看來也會得到進一步的發(fā)展,ByteFlight公司的結構方法與面向多媒體的 MOST 相差甚遠,目前只有10Mbps速率。因為它要用于安全性十分苛刻的系統(tǒng)中,所以ByteFlight 是完全確定性的,并有失效恢復能力。Infineon 公司的Wiegert稱,ByteFlight 要求產(chǎn)品有完全的可跟蹤能力,因為數(shù)據(jù)的存儲是不定的。這些情況也引導FlexRay 總線認真考慮采用光傳輸方案。

Infineon公司的 Weigert 注意到,業(yè)界系統(tǒng)設計師對 MOST 的興趣與日俱增。對于不需要超過 64 個結點的設計來說（雖然可以用總線擴展器）,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)絡控制的完備、低成本方式。雖然 MOST 公司的設計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,而一對收發(fā)器（如 Agilent公司 的 AFBR1010/2010）從發(fā)射器的輸出（光學）端到接收器輸入端的光預算規(guī)定為 14 dB。考慮到低成本、大批量市售的連接器會導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）后面較長距離的損耗,因此數(shù)十米的長度應該是合理的。