汽車信息娛樂網絡技術評估　

摘要：以太網和MOST技術均適用于汽車網絡，當車輛處于停車狀態(tài)或在不同的域之間進行通信時，以太網是連接IT基礎設施的最佳解決方案。MOST技術則更適用于連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)流，例如音頻或視頻連接。本文分別對以太網和MOST技術的用例進行分析，評估何種汽車設計更適合采用哪一種技術。

　　2013年11月主題為“汽車以太網：沒有簡單的答案”的圓桌會議提出的許多觀點至今依舊沒有過時。找到更簡單的答案本身并不是通過以太網實現(xiàn)的，而是源于要為既定任務選擇最佳的技術。Wi-Fi?和LTE蜂窩通信如今日益普及，為人們提供了和世界保持動態(tài)聯(lián)系的最佳渠道。以太網和MOST?技術的運行速度高達每秒數(shù)百兆字節(jié)，均適用于傳輸海量信息。另一種廣泛應用的汽車總線——CAN的運行速度則低得多，一般低于1 Mbps。而不久前剛剛問世的最新一代CAN FD技術的速度大約在每秒10MB左右。當車輛處于停車狀態(tài)或在不同的域之間進行通信時，以太網是連接IT基礎設施的最佳解決方案。MOST技術則更適用于連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)流，例如音頻或視頻連接。本文接下來將分別對以太網和MOST技術的用例進行分析，評估何種汽車設計更適合采用哪一種技術。

以太網技術及MOST技術

　　在汽車網絡技術方面，基于分組的IP通信方式仍將是各個不同域之間互聯(lián)的首選方式。而部分用于這類通信的更高級別的協(xié)議也開始出現(xiàn)在各種汽車應用中。原來的專有解決方案正等待IEEE的審核，以期成為標準。單股雙絞線100 Mbps網絡標準本質上是對博通公司(Broadcom)BroadR-Reach技術的一種重新包裝，其他半導體公司有了這一技術授權就可以開發(fā)自己的IC產品。這一標準現(xiàn)在被稱作100BASE-T1，類似于家居和辦公場所常見的更典型的以太網應用所采納的100BASE-TX標準。其中，T1指的是單股雙絞線電纜。而1Gbps技術現(xiàn)在被稱為1000BASE-T1。諸如車身和發(fā)動機控制此類典型獨立系統(tǒng)之間的相互作用，將受益于標準化的通信網絡。MOST技術還包含一個專用的以太網分組信道。

　　高速的汽車網絡技術無疑正融入最適合于特定應用的各個系統(tǒng)。越來越多品牌的OBD-II連接器開始采納標準的以太網物理層(100BASE-TX)。它使得車輛可以快速連接至汽車服務機構的IT基礎設施。無論是通過無線基礎設施還是通過有線以太網連接，專門針對不穩(wěn)定通信鏈路的機制都會大大受益于汽車與外界通信方式。許多汽車制造企業(yè)都考慮采用100BASE-T1作為車輛基礎技術標準來將各個域連接在一起，以便信息從一個域傳輸?shù)搅硪粋€域。例如，要將發(fā)動機信息發(fā)送給工廠或者交通控制中心時，就可能有必要將這一信息傳輸?shù)搅硪粋€域，比如電信域。如今，已經有一款車型部署了基于以太網的攝像機網絡，另有幾款車型配備了采用以太網的OBD-II診斷連接器，診斷接口將會日益普及并應用到越來越多的車輛上。而其他汽車應用也在推進過程中。AVB(時間敏感網絡，簡稱TSN標準，實為AVB V2版)是用于專業(yè)音頻應用的一種標準，也可以用于諸如音頻和視頻流等非常注重時序的車載應用。然而，由于汽車是一個封閉的環(huán)境，僅使用IEEE1588精確時間協(xié)議(PTP)來分發(fā)時鐘應該就足夠了，無需使用被統(tǒng)稱為TSN的所有額外標準機制。事實上，不同的汽車制造商也對到底需要應用AVB到什么程度(如果需要的話)持有不同意見。

　　另一種是MOST(面向媒體的系統(tǒng)傳輸)，這一系統(tǒng)在市場上的應用也日趨廣泛。目前已有200多款車型裝備了超過2億個MOST器件。該技術適用于在車輛內部連續(xù)傳輸信息流。它不像以太網一樣等待主處理器檢查每一個數(shù)據(jù)包并分配其有效負荷，而是會自動將信息發(fā)送到合適的接口，因此，減輕了各個處理器的處理負荷。尤其當已知這樣的優(yōu)先級時，所有數(shù)據(jù)從一個確定的數(shù)據(jù)源傳輸?shù)揭粋€或多個確定的接收端，MOST技術的作用更為高效。此外，它還擁有內置的功能，可以遠程控制簡單的節(jié)點，從而消除了對簡單終端設備進行編程和額外處理能力的需求。

以太網技術和MOST技術可以同時部署

　　以太網和MOST技術是汽車行業(yè)目前采用的速度較快的兩種網絡技術。雖然它們常常被描述為互斥的關系，但事實證明，這兩種技術實際上可以共存和同時部署，以便各自執(zhí)行最適合自身的任務。

　　圖1展示了以太網物理層收發(fā)數(shù)據(jù)的過程。該標準對媒體訪問控制器(MAC)做了定義，MAC負責接收數(shù)據(jù)流、對其進行序列化并傳送到物理層互聯(lián)設備(100BASE-TX、100BASE-T1或其他任意一種物理層)上。對于該標準而言，它是何種數(shù)據(jù)并不重要。數(shù)據(jù)的含義由運行高層協(xié)議的處理器來決定。這大大簡化了硬件，但同時也增加了解決如何處理相關細節(jié)以便成功傳輸信息至更高軟件層這一問題的難度。確定性和延遲性視系統(tǒng)負荷情況可能會受到損害。因此，主處理器必須接收每個以太網幀和對數(shù)據(jù)幀進行解封，并負責分配有效負荷給合適的設備來處理。對于突發(fā)的小流量而言，這種負荷不值一提，例如系統(tǒng)間的通信信息流動這種情況。這些機制都很好理解，不需要學習特殊的技能。而且，這些機制在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中十分普遍。

　　如圖1所示，這個簡單的媒體獨立接口(MII)是以太網系統(tǒng)訪問以太網收發(fā)器的標準方式。雖然仍有部分MII類型并未完全獲得各處理器的支持，但是它們大多已經實現(xiàn)了標準化。網絡控制由主CPU中運行的軟件協(xié)議棧來執(zhí)行，而定制軟件協(xié)議棧則負責信息傳輸。

　　在需要連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)流時，情況就變得更為復雜，因為這時主處理器必須對輸入數(shù)據(jù)包作出持續(xù)響應。在傳輸速率達到8kHz時，就會發(fā)生這種情況。需要解壓每一個數(shù)據(jù)包，將數(shù)據(jù)組裝至一條連續(xù)數(shù)據(jù)流，然后發(fā)送至諸如音頻放大器中的模數(shù)(A/D)轉換器等設備，或者將多條數(shù)據(jù)流混合在一起發(fā)送給DSP。在源端，音頻數(shù)據(jù)需要在傳輸之前進行打包。收發(fā)器的成本很低，但是卻需要主處理器具備額外的處理能力，最后往往導致需要性能更高、因而也更昂貴的器件。

　　針對這些類型的應用，MOST技術提供了更簡化的接口。MOST技術采用智能網絡接口控制器(INIC)來代替簡單的串行收發(fā)器。這些器件備有典型的內置媒體接口，因而可以在僅僅需要，例如，傳輸音頻流到A/D或D/A轉換器的I2S端口時，作為協(xié)處理器來消除高級車載處理器的負荷。圖2很好地詮釋了這一概念。

　　使用MOST技術可以將多功能接口和所有數(shù)據(jù)信道連接起來。在MOST網絡中，分組通信及附帶的定制軟件協(xié)議?？梢灾幌薅ㄔ跐M足適當?shù)南到y(tǒng)通信需求。數(shù)據(jù)不僅可以在處理器和網絡之間實現(xiàn)自動傳輸，還可以自動傳輸?shù)教囟ǖ慕涌冢幚砥鲃t無需干預每一個數(shù)據(jù)包。單個物理層被用作聚合多個不同類型的信道。而這一物理層可以由塑料光纖(POF)、非屏蔽或屏蔽雙絞線(UTP或STP)、同軸電纜或其他材料制成。

　　在MOST網絡框架內會保留帶寬給各個信道或需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流。通過控制信道，對源端設備和宿端設備進行設置，設置一旦完成，數(shù)據(jù)就可以自動輸入到一個特定的位置或從中移除。既不存在需要應付開銷的問題，也可將媒體流輕松傳輸?shù)饺我庖粋€將處理該內容的設備。而主處理器沒有任何負荷。事實上，某些應用根本無需使用處理器。例如，后座耳機放大器就只由一個INIC和一個帶有功率級的D/A轉換器構成。所有控制均可以遠程進行。而針對那些同時需要數(shù)據(jù)包和數(shù)據(jù)流的應用，MOST150標準網絡提供了一個專用的MOST以太網分組(MEP)信道，大大簡化了在系統(tǒng)中集成以太網和MOST兩種技術的難度。

小結

　　其實，最簡單的答案就是不要嘗試強行將同一個系統(tǒng)用于所有用途。相反，我們要選擇最適合現(xiàn)有工作的工具，創(chuàng)建出性價比最佳的系統(tǒng)解決方案。在計算整體系統(tǒng)成本時，應將是否會影響所需處理能力作為考量。

本文來源于中國科技期刊《電子產品世界》2016年第7期第20頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。