基于MOST技術(shù)實(shí)現(xiàn)汽車以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包通道設(shè)計(jì)

作者：微芯科技公司汽車信息系統(tǒng)部資深營銷經(jīng)理 Henry Muyshondt

汽車電子系統(tǒng)是生產(chǎn)過程中最復(fù)雜的一個(gè)系統(tǒng)，其中包括許多子系統(tǒng)，即許多不同的域。隨著汽車功能的不斷增加，這些域彼此之間必須通信，有時(shí)需要在多個(gè)域之間協(xié)調(diào)。例如，高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）需要處理來自多個(gè)攝像頭和其他傳感器的信息，處理之后還需要通過信息娛樂系統(tǒng)中的屏幕和音頻播放設(shè)備呈現(xiàn)給用戶。如果汽車要執(zhí)行特定的自動(dòng)操作，ADAS中的數(shù)據(jù)還必須傳輸?shù)杰嚿砜刂?、剎車控制、轉(zhuǎn)向控制和發(fā)動(dòng)機(jī)控制域。

如果存在某一網(wǎng)絡(luò)可以充當(dāng)不同系統(tǒng)之間的通信主干，則不同域之間的所有這種交互均可實(shí)現(xiàn)。一輛汽車由多個(gè)子系統(tǒng)組成，這些子系統(tǒng)彼此之間可以通信，但對于各自所采用的數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊髤s迥然不同。例如，用于升、降車窗的簡單按鈕對于數(shù)據(jù)通信的要求極低，并且對成本極為敏感。要跟蹤車窗升降情況，您不會(huì)運(yùn)行完整的TCP/IP協(xié)議棧，甚至不會(huì)使用控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）控制器。大多數(shù)汽車會(huì)采用成本低廉的局域互連網(wǎng)絡(luò)（LIN）串行總線，使用一根電線進(jìn)行通信。CAN能實(shí)現(xiàn)汽車的很多實(shí)用功能，雖然它比LIN復(fù)雜，但在各種汽車單片機(jī)中都可輕松實(shí)現(xiàn)。CAN采用基于報(bào)文的協(xié)議并已經(jīng)過專門優(yōu)化，可用于發(fā)送相對少量的信息，許多診斷功能以及車身和引擎控制通信均通過CAN實(shí)現(xiàn)。

隨著需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不斷增加，需要部署速度更快、更為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。鑒于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，這種網(wǎng)絡(luò)的處理能力需要明顯高于前文所述的各種網(wǎng)絡(luò)，并且所用帶寬要高出幾個(gè)數(shù)量級。

在20世紀(jì)90年代末，汽車行業(yè)開發(fā)了MOST技術(shù)來滿足音頻和視頻通信需求。這種網(wǎng)絡(luò)從一開始便設(shè)計(jì)為向各種設(shè)備發(fā)送連續(xù)傳輸?shù)臅r(shí)間敏感型數(shù)據(jù)，主要目的在于簡化汽車信息和娛樂系統(tǒng)。據(jù)負(fù)責(zé)此標(biāo)準(zhǔn)的汽車制造商及供應(yīng)商聯(lián)盟MOST Cooperation稱，目前內(nèi)置MOST網(wǎng)絡(luò)的車型有175種以上。為實(shí)現(xiàn)該技術(shù)，已部署了超過15000萬臺(tái)設(shè)備。對于一些高端車型，一輛汽車中的設(shè)備就多達(dá)15臺(tái)。

由于汽車要與外部網(wǎng)絡(luò)相連，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）也變得尤為重要。IT領(lǐng)域中的大多數(shù)通信都采用基于以太網(wǎng)和IP數(shù)據(jù)包的各種協(xié)議，許多應(yīng)用也依賴此標(biāo)準(zhǔn)處理傳入和傳出汽車的信息，從而使信息到達(dá)世界各地。IP還可用作一種在汽車內(nèi)的不同域之間發(fā)送信息的標(biāo)準(zhǔn)方法。

與車外系統(tǒng)交換的任何數(shù)據(jù)，無論通過診斷接口還是蜂窩調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行交換，都很可能放入各個(gè)數(shù)據(jù)包中，數(shù)據(jù)包中包含源地址和目標(biāo)地址，以及用于控制從A點(diǎn)到B點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸方式的其他信息。由于外部連接并不可靠，因此需要采用這種方法。這種傳輸對于電子郵件、網(wǎng)頁瀏覽以及非時(shí)間關(guān)鍵型或非時(shí)間敏感型傳輸數(shù)據(jù)等非常有用。此外，以太網(wǎng)的廣泛應(yīng)用還促使采用IP數(shù)據(jù)包的各種應(yīng)用大量涌現(xiàn)。這類數(shù)據(jù)包是這種通信的基礎(chǔ)，無論是IEEE 802.3有線以太網(wǎng)物理層通信還是IEEE 802.11 WLAN或蜂窩通信等其他通信機(jī)制。

認(rèn)識(shí)到IP通信的作用以及以太網(wǎng)物理介質(zhì)所使用的數(shù)據(jù)包格式后，MOST技術(shù)向其傳統(tǒng)的控制（同步和異步通道）中添加了專用MOST以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包通道（MEP），使其更適合連續(xù)的音頻和視頻傳輸。

MOST網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢在于，它能夠直接將數(shù)據(jù)路由到希望數(shù)據(jù)采用以太網(wǎng)格式的各種應(yīng)用，同時(shí)，當(dāng)向輸出設(shè)備發(fā)送音頻流或視頻流等連續(xù)傳輸?shù)男畔⒘鲿r(shí)，無需涉及主機(jī)處理器。此外，無需為滿足一個(gè)數(shù)據(jù)包或信息流傳輸協(xié)議而強(qiáng)制所有數(shù)據(jù)都采用一種特定格式。此MEP通道能夠在不通過高級別以太網(wǎng)管理協(xié)議棧進(jìn)行任何特殊處理的情況下接收標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，然后通過MOST網(wǎng)絡(luò)發(fā)送該數(shù)據(jù)包。MOST150 INIC甚至具有以太網(wǎng)式MAC地址，因此可提取適當(dāng)位置的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，然后傳送到其他標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)設(shè)備。系統(tǒng)中無需中央交換式集線器及其他硬件。音頻和視頻節(jié)目等數(shù)據(jù)流可通過數(shù)據(jù)流通道并行發(fā)送，從而更有效地利用可用帶寬。實(shí)際上，即使應(yīng)用僅需要基于IP的傳輸，MOST150網(wǎng)絡(luò)也會(huì)將100%的帶寬僅分配到以太網(wǎng)通道。因此，經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的汽車物理層現(xiàn)可應(yīng)用于車內(nèi)以太網(wǎng)傳輸。憑借MOST150，單個(gè)物理層即可兼具數(shù)據(jù)包和信息流技術(shù)為汽車帶來的全部優(yōu)勢。

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）針對網(wǎng)絡(luò)通信開發(fā)了開放系統(tǒng)互連（OSI）參考模型。圖1所示為OSI模型的以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方案。

圖1：ISO開放系統(tǒng)互連參考模型的以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方案。

要基于MOST150使用同一模型，只需更改最下面兩層并將其替換為MOST技術(shù)。之后，您便可以并行運(yùn)行其他MOST網(wǎng)絡(luò)層。圖2給出了修改后的OSI模型的實(shí)現(xiàn)方案。

如圖2所示，所有較高層均保持不變。要進(jìn)行以太網(wǎng)通信，只需更改數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，而無需對面向用戶的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行任何更改。MOST網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包通道具有自身的協(xié)議棧，此協(xié)議棧既可以與以太網(wǎng)協(xié)議棧并行運(yùn)行，也可以獨(dú)立運(yùn)行。

圖2：修改后包括MOST技術(shù)和以太網(wǎng)的OSI參考模型。

雖然已存在許多可用于IP通信的IT相關(guān)協(xié)議棧，但汽車行業(yè)開發(fā)了自己的通信協(xié)議棧。其中包括許多汽車應(yīng)用特定的功能，例如，系統(tǒng)管理和控制功能以及至CAN等其他汽車網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)。這些汽車行業(yè)通信協(xié)議棧不適合通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)運(yùn)行，但非常適合MOST網(wǎng)絡(luò)。將以太網(wǎng)與MOST技術(shù)組合到一個(gè)數(shù)據(jù)鏈路層和物理層上，能夠加快所需開發(fā)的進(jìn)展速度，這是因?yàn)闊o需無謂的重復(fù)勞動(dòng)即可管理汽車信息和娛樂系統(tǒng)。向汽車中添加IP功能時(shí)，可以利用現(xiàn)有的整個(gè)汽車網(wǎng)絡(luò)管理基礎(chǔ)架構(gòu)。針對汽車開發(fā)和制造系統(tǒng)的完整工具鏈已經(jīng)存在，只需稍加更改，便可向現(xiàn)有MOST網(wǎng)絡(luò)功能組添加這些IP功能。

結(jié)論

MOST Cooperation一直密切關(guān)注當(dāng)今可用的各種聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。該聯(lián)盟成員已認(rèn)識(shí)到不同網(wǎng)絡(luò)所帶來的各種優(yōu)勢，并且已提出相應(yīng)的解決方案來充分發(fā)揮各種網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢。MOST技術(shù)可復(fù)用多種不同的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制。所開發(fā)的MOST150的MOST以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包通道能夠在汽車內(nèi)、外采用IP通信，同時(shí)還可充分利用MOST技術(shù)已有的高效同步數(shù)據(jù)流傳輸機(jī)制。它包括汽車行業(yè)所需的所有軟件層，并且無需新的汽車網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議棧。

借助MOST150，設(shè)計(jì)人員可以充分利用MOST Cooperation成員針對已經(jīng)行駛在路上的數(shù)億節(jié)點(diǎn)在十余年間積累的汽車聯(lián)網(wǎng)經(jīng)驗(yàn)。實(shí)現(xiàn)這些系統(tǒng)所需的硅和物理基礎(chǔ)架構(gòu)已經(jīng)過汽車應(yīng)用的實(shí)踐檢驗(yàn)，并且實(shí)現(xiàn)汽車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)所需的汽車相關(guān)規(guī)范現(xiàn)已推出。汽車生產(chǎn)周期中從汽車設(shè)計(jì)和開發(fā)到汽車制造和現(xiàn)場維修各個(gè)階段所需的工具鏈已經(jīng)就緒。憑借MOST技術(shù)，未來將完全向基于IP的系統(tǒng)發(fā)展，同時(shí)還可充分利用數(shù)十年來積累的面向車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)化相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

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