前面分别介绍过汽车四大总线:LIN总线介绍CAN总线介绍FLEXRAY总线介绍MOST总线介绍,文中提到过各自的特点,而今天则综合分析一下这四种总线的区别。

一、应用成本

汽车四大总线LIN、CAN、FlexRay、MOST比较-尚为网

通过上面的图可以看出LINCANFlexRayMOST总线,每个节点的成本依次增加,尤其是FlexRay总线和MOST总线,每个节点的成本分别是CAN总线的2.5倍和5倍。因此,一般只有高端车上才会使用这两种总线。

例如,宝马公司在07款X5系列车型的电子控制减震器系统中首次应用了FlexRay技术。此款车采用基于飞思卡尔的微控制器和恩智浦的收发器,可以监视有关车辆速度、纵向和横向加速度、方向盘角度、车身和轮胎加速度及行驶高度的数据,实现了更好的乘坐舒适性以及驾驶时的安全性和高速响应性,此外还将施加给轮胎的负荷变动以及底盘的振动均减至最小。

二、传输速度和应用范围

LIN(Local Interconnect Network)的目标是为现有汽车网络提供辅助功能,在不需要CAN总线的带宽和多功能的场合使用,降低成本。所以主要应用在如车灯、电动座椅和电动尾门等ECU部件中。

CAN是目前汽车电子部件中最为主要的通信方式,所以应用较为广泛,例如发动机管理系统,主被动安全系统和车身系统等多个ECU部件中。下面再看一张较为全面的CAN总线应用。

然而,随着汽车行业的发展和总线开发成本的降低,动力系统和安全系统的通信方式,则逐步会被FlexRay替代。

MOST总线则主要应用于车载导航和多媒体方面,目前看来,只出现在豪华车上。

三、实现原理的区别

3.1 LIN实现原理及特点

LIN包含一个宿主节点和一个或多个从属节点。所有节点都包含一个被分解为发送和接收任务的从属通讯任务,而宿主节点还包含一个附加的宿主发送任务。在实时LIN中,通讯总是由宿主任务发起的。

除了宿主节点的命名之外,LIN网络中的节点不使用有关系统设置的任何信息。我们可以在不要求其它从属节点改变硬件和软件的情况下向LIN中增加节点。

宿主节点发送一个包含同步中断、同步字节和消息识别码的消息报头。从属任务在收到和过滤识别码后被激活并开始消息响应的传输。响应包含两个、四个或八个数据字节和一个检查和(checksum)字节。报头和响应部分组成一个消息帧。

LIN总线上的所有通讯都由主机节点中的主机任务发起,主机任务根据进度表来确定当前的通讯内容,发送相应的帧头,并为报文帧分配帧通道。总线上的从机节点接收帧头之后,通过解读标识符来确定自己是否应该对当前通讯做出响应、做出何种响应。基于这种报文滤波方式,LIN可实现多种数据传输模式,且一个报文帧可以同时被多个节点接收利用。

LIN总线物理层采用单线连接,两个电控单元间的最大传输距离为40m。其总线驱动器和接收器的规范遵从改进的ISO 9141 单线标准。基于SCI/UART( 通用异步收发接口的单总线串行通信)协议;目前几乎所有的微控制器芯片上都有SCI/UART接口。低传输速率、小于20kb/s、采用NRZ编码。

3.2 CAN实现原理及特点

CAN总线是一种串行数据通信协议,其通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能,可完成对通信数据的成帧处理,包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。

CAN总线的工作原理可由下面两图来说明。

总结下,当一个节点要向其它节点发送数据时,该节点的CPU 将要发送的数据和自己的标识符传送给本节点的CAN芯片,并处于准备状态;当它收到总线分配时,转为发送报文状态。CAN 芯片将数据根据协议组织成一定的报文格式发出,这时,网上的其它节点处于接收状态。每个处于接收状态的节点对接收到的报文进行检测,判断这些报文是否是发给自己的,以确定是否接收它。

3.3 FlexRay实现原理及特点

FlexRay总线数据收发采取时间触发和事件触发的方式。利用时间触发通信时,网络中的各个节点都预先知道彼此将要进行通信的时间,接收器提前知道报文到达的时间,报文在总线上的时间可以预测出来。即便行车环境恶劣多变,干扰了系统传输,FlexRay协议也可以确保将信息延迟和抖动降至最低,尽可能保持传输的同步与可预测。这对需要持续及高速性能的应用(如线控刹车、线控转向等)来说,是非常重要的。

它采用了周期通信的方式,一个通信周期可以划分为静态部分、动态部分、特征窗和网络空闲时间4个部分。静态部分和动态部分用来传输总线数据,即FlexRay报文。特征窗用来发送唤醒特征符和媒介访问检测特征符。网络空闲时间用来实现分布式的时钟同步和节点参数的初始化。

FlexRay具有高速、可靠及安全的特点. FlexRay在物理上通过两条分开的总线通信,每一条的数据速率是10MBit/s。FlexRay还能够提供很多网络所不具有的可靠性特点。尤其是FlexRay具备的冗余通信能力可实现通过硬件完全复制网络配置,并进行进度监测。FlexRay同时提供灵活的配置,可支持各种拓扑,如总线、星型和混合拓扑。FlexRay本身不能确保系统安全,但它具备大量功能,可以支持以安全为导向的系统(如线控系统)的设计。

3.4 MOST实现原理及特点

MOST是一种专门针对车内使用而开发的、服务于多媒体应用的数据总线技术。MOST表示“多媒体传输系统”。

MOST总线利用光脉冲传输数据。MOST总线采用环形结构。在环形总线内只能朝着一个方向传输数据。

MOST的传输技术近似于公众交换式电话网络(Public Switched Telephone Network;PSTN),有着数据信道(Data Channel)与控制信道(Control Channel)的设计定义,控制信道即用来设定如何使用与收发数据信道。一旦设定完成,资料就会持续地从发送处流向接收处,过程中不用再有进一步的封包处理程序,将运作机制如此设计,最适合用于实时性音讯、视讯串流传输。

MOST在制订上完全合乎ISO/OSI的7层数据通讯协议参考模型,而在网线连接上MOST采用环状拓朴,不过在更具严苛要求的传控应用上,MOST也允许改采星状(亦称放射状)或双环状的连接组态,此外每套MOST传控网络允许最多达64个的装置(节点)连接。

MOST总线的组成

MOST总线的控制单元

MOST总线基于环形拓扑,从而允许共享多个发送和接收器的数据。MOST总线主控器(通常位于汽车音响主机处)有助于数据采集,所以该网络可支持多个主拓扑结构,在一个网络上最多高达64个主设备。

MOST的总数据传输率为24.8Mbps,这已是将音视讯的串流资料与封包传控资料一并列计,在24.8 Mbps的频宽中还可区隔成60个传输信道、15个MPEG-1的视讯编码信道,这些可由传控设计者再行组态、规划与调配。由于这些优点,MOST是汽车电子中应用最多的最佳多媒体传控网络。

四、总结

CAN总线是中坚,LIN是CAN的副手,FlexRay是未来的希望,MOST则负责文化事业。这四种总线将在未来继续大放异彩。