CAN總線、以太網還是FPD鏈路：哪一種最適合車載通信

1915 年，福特汽車公司把電燈和電子喇叭用于其T -型汽車。自那時起，汽車對于電氣和電子系統(tǒng)的依賴便不斷增加。初始系統(tǒng)往往都是局部和獨立的，例如，一個控制車頭燈的開關直接連接至電池。但在今天-，這些系統(tǒng)都相互連接在一起。當車頭燈開啟時，儀表盤照明、后視鏡和其他系統(tǒng)可能都會轉入新的工作狀態(tài)。為了實現這些功能，各種系統(tǒng)必須彼此相互通信。隨著汽車技術的發(fā)展，汽車擁有了許多網絡，讓這種通信成為可能。由于自動駕駛汽車的不斷發(fā)展，對于汽車內部和汽車之間進行數據傳輸的需求日益增長。本文為您介紹三種汽車通信標準—控制器局域網(CAN) 、以太網和平板顯示鏈路 (FPD-Link) ，并探討每種接口最適合的系統(tǒng)。

CAN總線

CAN總線最初于20世紀80年代由Robert Bosch GmbH 制訂。今天，它得到許多集成電路和子系統(tǒng)制造廠商的支持，并應用于所有現代汽車中。CAN總線允許通過總線上傳輸的消息，讓總線上的不同控制器或者處理器進行相互通信。它使用一種優(yōu)先次-序方法，這樣低優(yōu)先級的消息便不會干擾高優(yōu)先級的消息。CAN總線的傳輸速率小于1 Mbps，消息長度(CAN幀)通常為50到100 比特。

由于許多不同控制器可以共用一條CAN總線，因此它一般不太適合發(fā)送要求每秒進行約100 次以上更新的消息。理想情況下，它適合于轉播更緩慢的狀態(tài)更新，從傳感器到引擎控制單元。它所包括的應用為與其他機械系統(tǒng)相關的通信(變速器、制動、巡航定速控制、動力轉向、車窗、門鎖等等)，其數據量有限，并且涉及帶寬往往相對較低。

由于越來越多的傳感器和處理器不斷被加入到這個網絡中，總傳輸速度進一步降低，汽車系統(tǒng)變得更加復雜。圖1顯示了用于實現車門和溫度控制功能的CAN 總線。由于所有這些都是低帶寬應用，因此相互干擾并不是一個大問題。但是，如果同一條總線還要處理更高的帶寬，如引擎控制等更重要的功能，則需要把車門和溫度控制的優(yōu)先級設為足夠的低，以使這些功能不干擾引擎控制。

最終結果是，CAN總線同樣適合于作為汽車機械傳感器和系統(tǒng)之間的一個通信網絡，但它很難達到如娛樂系統(tǒng)或者攝像頭或雷達傳感器等應用的高帶寬要求。

以太網

以太網是我們家里和辦公室最為常見的高速接口之一，一些汽車通過以太網來傳輸各種高速數據。與CAN總線一樣，以太網是一種打包分組系統(tǒng)，網絡各-部分上節(jié)點之間的信息以包的形式傳輸。同CAN總線一樣，以太網為雙向網絡，隨著系統(tǒng)節(jié)點數量的增加，所有單條鏈路的傳輸速度隨之下降。但是，以太網傳輸數據的鏈路速度是CAN總線的100 倍。

以太網適合于應用中中等帶寬通信，例如：導航系統(tǒng)與控制等。它能夠以相同的方法用作CAN總線，并同時提供更多的帶寬。以太網是代替CAN總線的一個理-想選擇，但是由于以太網的每節(jié)點成本較高，因此它可能不會取代CAN總線，而會作為CAN總線的補充。

今天，一些汽車正在將以太網用于滿足大數據傳輸要求，例如：車尾攝像頭和娛樂系統(tǒng)等。汽車應用中特別需要提及的是德州儀器公司(TI)的DP83848Q-Q1 。它是一種以太網PHY (歸為AEC-Q100 2 級)，包括一個輔助系統(tǒng)診斷的回路測試。

要想通過以太網網絡傳輸視頻，即使傳輸的視頻通道只有一條，也必須在其源頭對視頻進行壓縮，然后在目的地解壓縮，以避免超出以太網帶寬限制。就如車尾攝像頭等應用而言，意味著攝像頭內部需要有一顆相對高功耗的處理器，以對圖像進行充分的壓縮，使其能夠通過以太網傳輸。也就是說，攝像頭的物理尺寸更大，成本更高，并且與不要求更多圖像壓縮工作的解決方案相比，它的功耗也更高。這種解決方案的-另一個缺點是，視頻壓縮和解壓縮增加了鏈路的延遲。如果同一條以太網被汽車內數個攝像頭或者其他視頻-源共用，則需要在壓縮量(以及相應的視頻質量)和支持視頻通道數目之間做出折中與平衡。利用分層結構，在汽車內建立起多個網絡，可以緩解這個問題。-一個網絡僅處理引擎控制和診斷程序，第二個網絡處理汽車后排娛樂和音頻系統(tǒng)，而另一個網絡則處理駕駛輔助功能，例如：視線增強攝像頭等。最后，以太網擁有比CAN總線更強的功能，代價是更高的復雜度，并且仍然很難應對最高帶寬應用(例如：視頻等)。-

FPD鏈路

FPD 鏈路是一種專為高帶寬數據點對點傳輸而開發(fā)的技術。它擁有一條速度非常高(每秒幾千兆比特)的正向通道，以及一條低速反向通道。反向通道用于以400 kbps 速率傳輸I2C，或者以1 Mbps 的最高速率控制GPIO。開發(fā)FPD鏈路的目的是在汽車內部傳輸視-頻數據。例如，它可以用于把未經壓縮的視頻傳輸至視頻顯示器，而反向通道則把顯示屏觸摸板的信息發(fā)回給產生該視頻的處理器。FPD 鏈路的物理層可以是一條雙絞線或者同軸線纜。布線為專用，所以，如果FPD 鏈路用于車尾攝像頭，則一條線纜從車尾攝像頭連接至處理器，另一條線纜從處理器連接至車載顯示-器。

本應用中，使用FPD 鏈路的重要好處是，攝像頭和顯示器都可以是十分簡單的一些電路，因為不要求使用壓縮和解壓縮。另外，由于該鏈路為專用，因此視頻系統(tǒng)的圖像質量與汽車內其他部分無關。反向通道可用于結構攝像頭，操作變焦鏡頭，或者把觸摸屏信息發(fā)回控制器，無需中斷正向通道的視頻流。

就自動駕駛汽車而言，另一個重要的因素是鏈路的延遲量。壓縮和解壓縮圖像所要求的處理工作，會增加這種延遲。對于如后排娛樂等應用而言，從DVD 讀取數據和在屏幕上顯示其內容之間的延遲并不是很重要。但是，如果所傳輸的圖像來自攝像頭，顯示的是公路上行人的情況，則這種延遲可能就會造成可怕的后果。

當高帶寬和低延遲是最為重要的考慮因素時，應首選FPD鏈路來實現一些重要的連接。另外，由于可以支持反向通道，并且能夠通過單條雙絞線對或者同軸線連接來供電，因此布線更加簡單。圖2顯示了一個OMAPTM視頻處理器，它連接兩個不同的攝像頭和顯示器，通過單條雙絞線對線纜連接外圍設備。這種雙絞線對線纜支持攝像頭視頻數據和觸摸屏/攝像頭設置數據。它還為顯示器或者攝像頭供電。由于每條鏈路專用于一個外圍設備，因此兩個攝像頭的信號之間不會出現干擾。

結論

那么，哪種接口最適合于汽車通信呢?它們都適合，但需根據具體的用途來確定。CAN 總線在用于那些要求不斷降低成本的低速控制應用中占據統(tǒng)治地位。當帶寬要求提高時，以太網作為一種增強型接口，可滿足中等帶寬要求。當要求最高帶寬和最低延遲鏈路時，例如：為自動駕駛程序提供周圍環(huán)境情況的環(huán)視攝像頭系統(tǒng)，則FPD鏈路完全可以滿足要求。