滿足安全／帶寬需求的車載網(wǎng)絡設計

　　汽車內(nèi)部、汽車與汽車之間以及汽車與基礎設施之間的通信和網(wǎng)絡正在悄然發(fā)生變革。許多重要的設計挑戰(zhàn)得到了成功地解決，例如采用軟硬件方法滿足嚴格的帶寬、容錯、決斷和可靠性要求。事實上，許多硬件和軟件中的通信與控制協(xié)議都有了顯著進步。這些協(xié)議包括：FlexRay、控制器區(qū)域網(wǎng)(CAN)、日本汽車軟件平臺和架構(gòu)（JASPAR）、本地互聯(lián)網(wǎng)(LIN)、美國汽車工程師學會(SAE)的J1850、汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)(AUTOSAR)，媒體導向系統(tǒng)傳輸(MOST)協(xié)議和FireWire (1394)標準。MOST協(xié)議正在進入越來越多的汽車信息娛樂系統(tǒng)，主要是歐洲產(chǎn)的汽車中。目前MOST還沒有得到普及，但豐田的Prius汽車正在使用25MBps版本的MOST。用于150Mbps網(wǎng)絡的MOST規(guī)范版本3有望不久后發(fā)布。

　　對于車身、傳動系統(tǒng)、底盤和其它控制來說，沒有一種協(xié)議和架構(gòu)可以被認為是“十全十美”的解決方案。通常情況下，組合和改進這些方案對提供靈活性和滿足汽車控制與通信需求非常有用。例如，JASPAR最近被用于新一代車載網(wǎng)絡的新版FlexRay所采用。FlexRay聯(lián)盟準備在FlexRay協(xié)議規(guī)范V3.0和物理層規(guī)范V3.0的主要修改點中采納JASPAR技術(shù)建議，這些規(guī)范將在2009/2010時間段內(nèi)發(fā)布。

　　FlexRay一直被用作汽車應用中的主要骨干網(wǎng)(圖1)。德國和日本的OEM商已經(jīng)決定在他們的車載網(wǎng)絡中采用FlexRay。全球首款商用化FlexRay的汽車是寶馬的旗艦X5運動型多功能車(SUV)和7系車。

圖1：FlexRay車載網(wǎng)絡協(xié)議可以用作CAN、LIN和MOST等其它網(wǎng)絡的骨干網(wǎng)，實現(xiàn)車載控制和信息娛樂應用。

　　FlexRay定義了一種雙通道的10Mbps數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。每個通道可以用來獨立地實現(xiàn)冗余機制，匯聚數(shù)據(jù)速率可達20Mbps。FlexRay聯(lián)盟的核心成員包括寶馬、通用汽車、大眾、戴姆勒克萊斯勒、博世、飛思卡爾半導體和恩智浦半導體(NXP Semiconductors，下文簡稱NXP)等。他們希望FlexRay能成為先進的傳動系統(tǒng)、底盤和線傳控制汽車系統(tǒng)的標準，即便它的成本比目前到廣泛使用的1Mbps CAN協(xié)議高得多。大多數(shù)成員認為FlexRay將與其它協(xié)議共存，而不會替代它們。

　　“FlexRay最初是專門針對容錯和冗余設計的，現(xiàn)在它也正被用來在提高帶寬，特別在可以利用CAN等其他網(wǎng)絡實現(xiàn)更高帶寬的地方。”NEC電子美國公司汽車策略業(yè)務部首席技術(shù)應用工程師Jens Eltze表示。

　　“一些汽車制造商不太愿意采用基于FlexRay、FireWire等新技術(shù)的標準。在其他公司加入進來之前，他們不想冒可能成功也可能不成功的風險。”NEC電子美國公司汽車策略業(yè)務部營銷經(jīng)理Dave Stone表示。

圖2：恩智浦半導體公司的TJA1080A FlexRay收發(fā)器是首個在車載網(wǎng)絡方面得到認證的節(jié)點收發(fā)器(a)，它已經(jīng)被集成到TJA1081/1082 IC中(b)。

減少FlexRay和CAN的成本差異

　　一些IC芯片制造商試圖縮小FlexRay和CAN之間的成本差異。奧地利微電子(AMS)公司和TTTech汽車公司正在合作開發(fā)低成本的FlexRay收發(fā)器件。他們計劃進一步增強研發(fā)力量，開發(fā)FlexRay車載網(wǎng)絡節(jié)點。

　　他們合作的目標是提高車內(nèi)數(shù)據(jù)通信的可靠性并降低成本，例如優(yōu)化的FlexRay拓撲可以集成大量的節(jié)點。此外，這兩家公司設計了一個位整形器電路，可以讓汽車OEM商和一流供應商通過采用更低成本的配線類型，降低電纜成本。這兩家公司還計劃合作開發(fā)針對FlexRay芯片的測試流程。

　　“FlexRay芯片的價格肯定會降下來，以縮小FlexRay和CAN實現(xiàn)之間的巨大成本差異。”NXP業(yè)務線汽車安全與舒適事業(yè)部高級總監(jiān)和總經(jīng)理Toni Versluij指出。

　　NXP在2006年推出首個FlexRay收發(fā)器芯片TJA 1080A，緊接著推出了TJA1081和TFA1082節(jié)點收發(fā)器，此外還提供TJA1085有源星型耦合器。NXP至今已經(jīng)交付了100萬個符合物理層規(guī)范的FlexRay收發(fā)器。十多年來，該公司已是FlexRay芯片以及CAN和LIN器件的領先供應商。

　　“在今后十年中，CAN將是車載網(wǎng)絡節(jié)點的首選?！盫ersluij認為(圖3)。他指出，雖然具有雙通道的FlexRay最初是為需要冗余功能的線傳控制應用設計的，但大多數(shù)汽車應用使用CAN就能處理的單通道拓撲。CAN采用SAE的J1850總線工作，后者被廣泛用于車載故障診斷(OBD)II。

圖3：今后幾年里恩智浦半導體公司車載網(wǎng)絡節(jié)點的市場份額有望不斷增長，其中CAN將接管大多數(shù)節(jié)點應用。