MOST網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在車輛上的應(yīng)用

　　摘要： 汽車網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展主要受汽車電子的驅(qū)動(dòng)，未來車輛中大約需要20多種多媒體設(shè)備，這類網(wǎng)絡(luò)要求很高的數(shù)據(jù)傳輸速率(250kbps～400Mbps)。由于具有低成本、抗干擾、高帶寬、實(shí)時(shí)同步高質(zhì)量通信等優(yōu)點(diǎn)，MOST(Media Oriented Systems Transport)協(xié)議在車上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的前景最為廣闊。

　　關(guān)鍵詞： 汽車電子;MOST;網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

　　汽車網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展

　　汽車網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展動(dòng)力，主要來源于汽車電子的越來越多的使用。調(diào)查資料證明，在目前的汽車創(chuàng)新中，70%來源于電子系統(tǒng)的革新。前兩年國產(chǎn)汽車還把防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)作為一項(xiàng)汽車檔次標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在這樣的新技術(shù)層出不窮，比如牽引力控制(TCS)、電子制動(dòng)力分配(EBD)、電子行駛穩(wěn)定系統(tǒng)(ESP)、剎車輔助(BA)等等。另一組數(shù)據(jù)推出，1977年全球汽車的電子系統(tǒng)平均每輛是110美元，到了2001年這個(gè)數(shù)字是1800美元，2003年超過了2000美元。

　　美國汽車工程師協(xié)會(huì)(SAE)將汽車網(wǎng)絡(luò)根據(jù)速率劃分為A、B、C三個(gè)等級(jí)(表1)：A類面向傳感器/執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡(luò)，速率通常只有1Kbps~10Kbps，主要應(yīng)用于電動(dòng)門窗、座椅調(diào)節(jié)、燈光照明等控制;B類面向獨(dú)立模塊間數(shù)據(jù)共享的中速網(wǎng)絡(luò)，速率一般為10Kbps~100Kbps，主要應(yīng)用于電子車輛信息中心、故障診斷、儀表顯示、安全氣囊等系統(tǒng);C類面向高速、實(shí)時(shí)閉環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng)，最高位速率可達(dá)1Mbps，主要用于懸架控制、牽引控制、先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制、ABS等系統(tǒng)。

　　車上媒體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

　　目前由于CAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有著多方面的優(yōu)勢，是應(yīng)用范圍最廣的汽車網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。由于汽車越來越多的多媒體等信息設(shè)備，這些網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要求更高的數(shù)據(jù)傳送速率(250Kbps~400Mbps)，CAN等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議達(dá)不到這樣的要求。因此MOST等高速網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)就應(yīng)運(yùn)而生了，目前該類網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采用的協(xié)議主要有MOST、集成數(shù)據(jù)傳送總線、1394、藍(lán)牙等。

　　IDB(智能數(shù)據(jù)總線)首次確定了汽車行業(yè)用于信息、通信和娛樂系統(tǒng)的接口標(biāo)準(zhǔn),目前SAE已將各種IDB設(shè)備分為3類:低速(IDB-C)、高速(IDB-M)和無線通信(IDB-Wireless)，IDB-M包括D2B、MOST、IDB-1394等傳輸速率較高的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，D2B技術(shù)于20世紀(jì)80年代后期由Philips、Sony等公司共同開發(fā)，D2B技術(shù)使汽車變成了一個(gè)流動(dòng)的多媒體工具。但D2B產(chǎn)生巨額應(yīng)用之后,由于其速度太慢,因而在1998年,Audi、BMW、DaimlerChrysler、Harman/Becker、Motorola、Oasis SiliconSystems、Johnson Controls、Delphi Delco 等公司又聯(lián)合開發(fā)了MOST(媒體系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換)協(xié)議。它是專門用于汽車工業(yè)的多媒體光纖網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn),速率可達(dá)50Mbps。MOST網(wǎng)絡(luò)不僅提供很高的速率和性能,而且成本相對較低。BMW在業(yè)界率先采用了MOST協(xié)議，DaimlerChrysler等歐洲汽車制造商均計(jì)劃采用該協(xié)議。

　　MOST多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

　　MOST多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的產(chǎn)生，是為了新的多媒體設(shè)備應(yīng)用在汽車上，以及其他諸如以流媒體傳輸效率為主要目標(biāo)的市場而設(shè)計(jì)的。擁有智能高速網(wǎng)絡(luò)的塑料光纖MOST協(xié)議可以解決眾所周知的傳統(tǒng)模式錯(cuò)綜復(fù)雜的布線、繁瑣的連接器、陳舊的控制以及厚重的銅線等不能滿足現(xiàn)代汽車外圍設(shè)備需要的這些矛盾。

　　MOST技術(shù)頻率響應(yīng)非常好等等采用一根塑料光纖傳輸所有控制和信號(hào)信息。塑料光纖具有許多優(yōu)點(diǎn)，如質(zhì)量非常輕，一些現(xiàn)代轎車上有幾公里長的布線，汽車傳統(tǒng)的銅布線昂貴、復(fù)雜并且不可變。通過網(wǎng)絡(luò)、汽車上所有多媒體設(shè)備用單獨(dú)的塑料光纖媒介傳輸各種信號(hào)，降低了成本，同時(shí)擴(kuò)展了功能。當(dāng)越來越多復(fù)雜的多媒體系統(tǒng)應(yīng)用于汽車上時(shí)，MOST 使設(shè)備之間的高速數(shù)據(jù)交換成為可能，MOST技術(shù)提供了一種分配多媒體信息和控制使用這些信息的手段。塑料光纖提供了一種成本極低的信息傳輸介質(zhì)，同時(shí)數(shù)據(jù)不受電磁干擾的影響，也能夠消除由于傳統(tǒng)銅線傳輸數(shù)據(jù)造成的電磁干擾。

　　MOST技術(shù)使硬件不再是多媒體應(yīng)用發(fā)展的限制因素，所有各層的應(yīng)用發(fā)展已經(jīng)被定義和標(biāo)準(zhǔn)化，包括連接分配和控制多媒體信息的硬件和軟件層。在軟件方面，允許在不同的設(shè)備上交換信息。還定義了一種傳輸機(jī)制：在設(shè)備間建立了數(shù)據(jù)流的連接，這種連接僅需要很低的功耗，因此大部分帶寬可以應(yīng)用于真正需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，所以網(wǎng)絡(luò)利用率很高。在硬件方面，通過塑料光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)交流，使硬件設(shè)備成本降低。硬件的同步不需要在每個(gè)節(jié)點(diǎn)有緩存和信號(hào)處理也不需要信息數(shù)據(jù)包處理，環(huán)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使網(wǎng)絡(luò)的連接最少。

　　MOST除了定義協(xié)議、硬件和軟件層的傳輸控制、實(shí)時(shí)、數(shù)據(jù)包的高效性之外，還具有以下特性：

　　(1)獨(dú)立系統(tǒng)時(shí)鐘。(2)無中央處理器。(3)當(dāng)一個(gè)新的外圍設(shè)備添加到網(wǎng)絡(luò)中或從網(wǎng)絡(luò)中移出，MOST支持自動(dòng)安裝，允許采用多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括星形和環(huán)形，大多數(shù)汽車裝置都采用環(huán)形布局。(4)節(jié)點(diǎn)之間的延遲通過MOST的內(nèi)部協(xié)議來補(bǔ)償，具有理想的同步效果。(5)MOST的概念形成了一個(gè)真正的P2P網(wǎng)絡(luò)，即允許任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)直接無阻礙的與另外的節(jié)點(diǎn)通信(對話)。(6)使用輕松：簡單的連接器、無交流循環(huán)、無輻射、即插即用、虛擬網(wǎng)絡(luò)管理。(7)寬應(yīng)用范圍：應(yīng)用于帶寬從kbps到幾Mbps(將來可以達(dá)到150Mbps)，高品質(zhì)完整數(shù)據(jù)，具有低抖動(dòng)特性，支持異步和同步數(shù)據(jù)傳輸，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中最多支持64個(gè)設(shè)備。(8)同步帶寬：達(dá)到24.5Mbps同步數(shù)據(jù)吞吐量(相當(dāng)于15聲道的CD 音質(zhì)，將來可以達(dá)到150 Mbps)。(9)異步帶寬：達(dá)到15Mbps異步數(shù)據(jù)吞吐量。(10)機(jī)動(dòng)性：實(shí)時(shí)通道和寬帶數(shù)據(jù)包，遙控和信息流控制，可變的仲裁機(jī)制，對不同的協(xié)議傳輸是透明的，協(xié)議獨(dú)立并且面向?qū)ο蟆?11)與消費(fèi)者和PC產(chǎn)業(yè)協(xié)同：有無PC機(jī)都可以運(yùn)轉(zhuǎn)，與PC流和即插即用標(biāo)準(zhǔn)一致。(12)低運(yùn)行成本：適合運(yùn)用于對成本敏感的外圍設(shè)備。

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　　汽車中的外圍設(shè)備的數(shù)量正快速的增加。圖1顯示了最新汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置。

圖1  現(xiàn)代汽車外圍設(shè)備

　　MOST的幀結(jié)構(gòu)

　　MOST的數(shù)據(jù)傳送使用512比特的幀，以及16個(gè)幀的塊(圖 2)。幀的重復(fù)率為44.1kHz(每幀22.67 ms)，每個(gè)幀內(nèi)除了前導(dǎo)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)。總線是完全同步的,設(shè)計(jì)師可將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的任何設(shè)備指定為主設(shè)備，其它所有節(jié)點(diǎn)都從主設(shè)備處獲得自己的時(shí)鐘。網(wǎng)絡(luò)完全是即插即用的，當(dāng)上電或有連接改變時(shí)，有一個(gè)尋找設(shè)備的過程。主節(jié)點(diǎn)上保持著一個(gè)所連設(shè)備的中心注冊處。

圖2  MOST總線的塊結(jié)構(gòu)和幀結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)同步數(shù)據(jù)的虛擬通道以及能實(shí)現(xiàn)控制數(shù)據(jù)的CSMA調(diào)整地分組式傳輸

　　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(shí)現(xiàn)MOST 結(jié)點(diǎn)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(yīng)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，提供波長650nm 的收/發(fā)功能。接收器模塊將一個(gè)光電二極管與信號(hào)處理和激活功能結(jié)合在一起，集成在一片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。

　　小結(jié)與前景

　　未來的汽車駕駛室將具備以下一些設(shè)備和功能：高質(zhì)量的數(shù)字式無線電和多個(gè)高質(zhì)量的主動(dòng)揚(yáng)聲器(在一些豪華車上可多達(dá)14個(gè)或更多)，GPS或蜂窩基站導(dǎo)航系統(tǒng)，語音控制和語音指導(dǎo)，多個(gè)LCD視頻顯示器，DVD和CD來的視頻、語音數(shù)字記錄系統(tǒng)，杜比數(shù)碼5.1聲道環(huán)繞立體聲影院，高級(jí)安全系統(tǒng)有蜂窩電話訪問和無線傳輸?shù)哪芰Φ鹊取?/P>

　　今天的豪華車和將來的標(biāo)準(zhǔn)車型將會(huì)整合所有這些或更多設(shè)備，有一種強(qiáng)勁的需求希望通過一個(gè)可靠的、很強(qiáng)適應(yīng)性的、低成本和高性能的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)將所有這些設(shè)備連接起來。MOST技術(shù)正可解決這一市場需求，現(xiàn)在MOST的傳輸速率達(dá)24.5Mbps超過當(dāng)今市場的需求，將來MOST技術(shù)的發(fā)展可以滿足更多的功能性，MOST技術(shù)必將得到快速的發(fā)展。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　2. 魏學(xué)哲,孫澤昌,陳覺曉, 汽車網(wǎng)絡(luò)分類方法及其主流協(xié)議發(fā)展趨勢，汽車工程,2003,2

　　3. http://www.oasis.de

　　4. http://www.mostcooperation.com