未來幾年，汽車電子設(shè)計(jì)人員的路將會坎坷不平。無論北美、歐洲，還是亞洲汽車裝配線上開出的汽車中，還沒有一種車內(nèi)數(shù)據(jù)總線可以完全滿足汽車娛樂、安全性和智能控制方面的所有要求。因此，選擇正確的數(shù)據(jù)總線能夠帶來競爭優(yōu)勢，但選擇工程卻越來越困難，因?yàn)槿蚱囍圃焐虃儾捎玫氖遣煌慕鉀Q方案……
電子推動系統(tǒng)的創(chuàng)新
最近幾年，汽車電子的增長非常驚人。根據(jù)電子和電氣工程師協(xié)會(1EEE)的數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的車身控制和引擎管理功能，加上新的駕駛輔助（driver-assistance）和汽車遠(yuǎn)程信息(telematics)系統(tǒng)，使得汽車電子的年發(fā)展速率高達(dá)16%。IEEE預(yù)測，到2005年，中型汽車中的電子成份將占總車成本的25%。
汽車電子領(lǐng)域中一個(gè)高速發(fā)展的領(lǐng)域是汽車遠(yuǎn)程信息系統(tǒng)，它是移動通信和車內(nèi)信息處理技術(shù)融合的結(jié)果。值得注意的是，汽車遠(yuǎn)程信息系統(tǒng)應(yīng)用的市場特點(diǎn)與消費(fèi)類產(chǎn)品非常類似：產(chǎn)品上市時(shí)間短、產(chǎn)品市場壽命短，而且標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議處于不斷變化之中。這些市場特點(diǎn)與傳統(tǒng)的汽車電子應(yīng)用相對較長的設(shè)計(jì)周期正好相反，傳統(tǒng)汽車應(yīng)用主要考慮的是安全性和工具成本等因素。
傳統(tǒng)系統(tǒng)，如CAN(控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò))和J1850應(yīng)用于車身控制已有多年。但其帶寬和速度限制使得這些串行的事件驅(qū)動的總線難以處理新的實(shí)時(shí)應(yīng)用。
目前，市場上出現(xiàn)了一系列采用時(shí)間觸發(fā)協(xié)議和光學(xué)數(shù)據(jù)總線的新總線標(biāo)準(zhǔn)。這些車內(nèi)總線網(wǎng)絡(luò)可分為四類：
（1）車身控制——儀表板/儀器面板、反射鏡、座椅安全帶、門鎖和被動氣囊。
（2）娛樂和駕駛信息系統(tǒng)——收音機(jī)、Web瀏覽器、CD/DVD播放機(jī)、遠(yuǎn)程信息系統(tǒng)和信息娛樂系統(tǒng)。
（3）發(fā)動機(jī)罩下（under the hood）應(yīng)用——防抱死剎車、排放控制、動力總成以及傳輸系統(tǒng)。
（4）高級安全系統(tǒng)——線控剎車、線控轉(zhuǎn)向以及駕駛輔助系統(tǒng)(主動安全性)。
“發(fā)動機(jī)罩下”總線
兩種用于發(fā)動機(jī)罩下系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)主要用于從座位調(diào)整到防抱死剎車在內(nèi)的多種功能。
（1）控制區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)
作為最早也是生命力最強(qiáng)的控制網(wǎng)絡(luò)之一，CAN總線的應(yīng)用最為廣泛。全世界安裝的結(jié)點(diǎn)超過1億個(gè)。
典型的汽車中會用到速度不同的兩到三個(gè)CAN總線。一個(gè)低速CAN總線運(yùn)行在125Kbps，用于管理車身控制電子部分，如座椅和車窗運(yùn)行控制，以及其它簡單的用戶接口。一個(gè)高速(高達(dá)1Mbps)的CAN總線運(yùn)行需要實(shí)時(shí)通信的關(guān)鍵功能，如引擎管理、防抱死剎車以及巡航控制。
CAN協(xié)議正成為轎車、卡車以及越野車輛發(fā)動機(jī)罩下連接的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。CAN協(xié)議的一個(gè)突出特點(diǎn)是其傳輸可靠性高。
（2）本地互連網(wǎng)絡(luò)(LIN)
開發(fā)本地互連網(wǎng)絡(luò)(LIN)的目的，是在成本關(guān)鍵和低數(shù)據(jù)傳輸速率的應(yīng)用中作為CAN總線的補(bǔ)充。LIN總線是一種低成本串行總線，主要用來連接車身控制電子系統(tǒng)。對于不需要CAN總線所提供的帶寬和強(qiáng)大功能的智能傳感器和制動器，LIN提供了有效的通信手段。典型應(yīng)用包括車門窗控制(車窗、門鎖以及后視鏡)、座椅、空調(diào)裝置、燈光以及雨刷傳感器。
LIN總線是基于UART的單主/多從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，最初主要針對汽車傳感器和制動器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而開發(fā)。LIN主結(jié)點(diǎn)將LIN網(wǎng)絡(luò)連接到更高級網(wǎng)絡(luò)(如CAN總線)，從而將網(wǎng)絡(luò)連接的好處擴(kuò)展到每個(gè)傳感器和制動器。
（3）娛樂和駕駛信息系統(tǒng)
汽車信息娛樂和遠(yuǎn)程信息設(shè)備，特別是汽車導(dǎo)航系統(tǒng)，需要功能強(qiáng)大的操作系統(tǒng)和連接能力。直到今天，開放式標(biāo)準(zhǔn)和專用總線均獨(dú)立且和平地共存于汽車之中。但由于系統(tǒng)融合的壓力，未來的系統(tǒng)將會需要集成的電子子系統(tǒng)。
通過采用開放式行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從制造商到服務(wù)中心以及零售商的整個(gè)價(jià)值鏈上的所有廠商都可集中于為客戶提供核心技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。開放標(biāo)準(zhǔn)將可節(jié)約為專用車輛或私有計(jì)算平臺開發(fā)獨(dú)立的不兼容設(shè)計(jì)所花費(fèi)的大量重復(fù)性時(shí)間和投入。
幾個(gè)行業(yè)機(jī)構(gòu)和協(xié)會性組織正領(lǐng)導(dǎo)著汽車行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，包括MOST(面向媒體的系統(tǒng)傳輸)協(xié)會、IDB(智能傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線)論壇和藍(lán)牙(Bluetooth)特殊興趣組織(SIG)。
（4）面向媒體的系統(tǒng)傳輸(MOST)
MOST網(wǎng)絡(luò)可連接多種設(shè)備，包括汽車導(dǎo)航、數(shù)字射頻、顯示、蜂窩電話以及CD/DVD等。MOST技術(shù)針對塑料光纖媒體而優(yōu)化，可支持高達(dá)24.8Mbps的數(shù)據(jù)速率，并且在器件層提供高度可靠性和可擴(kuò)展性。
MOST提供了對實(shí)時(shí)音頻和壓縮視頻的完全支持。它受到德國汽車制造商和供應(yīng)商的強(qiáng)烈支持。MOST總線的支持者包括寶馬(BMW)、戴姆勒克萊斯勒(DaimlerChrysler)、Harman/Becker和OASIS硅系統(tǒng)公司。最近，MOST應(yīng)用的一個(gè)著名例子是Harman/Becker公司在其最新的BMW 7系列中采用了MOST總線。
（5）智能傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)(IDB)總線
IDB論壇負(fù)責(zé)為后續(xù)市場和便攜式設(shè)備的OEM廠商管理IDB-C和IDB-1394總線以及標(biāo)準(zhǔn)接口�；贑AN總線，IDBC針對工作速率為250Kbps的設(shè)備。
IDB-1394(基于IEEE-1394 Fire Wire標(biāo)準(zhǔn))則針對高速多媒體應(yīng)用而設(shè)計(jì)。IDB-1394網(wǎng)絡(luò)采用光纖技術(shù)，速率達(dá)400Mbps。應(yīng)用包括DVD和CD播放機(jī)、顯示器和音頻/視頻系統(tǒng)。
IDB-1394允許1394兼容的便攜式消費(fèi)電子設(shè)備能夠連接到汽車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)并實(shí)現(xiàn)互操作。例如，Za-yante公司就為消費(fèi)者市場提供1394物理層設(shè)備。最近與福特汽車公司聯(lián)合進(jìn)行的一項(xiàng)演示包括數(shù)碼視頻相機(jī)以及Sony Play Station TM2游戲機(jī)、以及兩種視頻顯示器和一種DVD播放機(jī)的即插即用。
（6）數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線
數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線(D2B)是針對多媒體數(shù)據(jù)通信的一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可集成數(shù)字音頻、視頻和其它高數(shù)據(jù)速率同步或異步信號。其運(yùn)行速度高達(dá)11.2Mbps，使用Smart Wire非屏蔽雙絞線對或單光纖。
這種通信網(wǎng)絡(luò)由英國C&CElectronics公司推動，并得到Jaguar和奔馳(Mercedes-Benz)公司的支持。例如在Jaguar X型、S型和新款XJ Saloon型汽車中的集成多媒體通信系統(tǒng)就采用了D2B。
D2B光纖多媒體系統(tǒng)旨在保持后向兼容的情況下與新技術(shù)一起演進(jìn)。D2B光纖總線基于一種開放式架構(gòu)，簡化了擴(kuò)展，因?yàn)楫?dāng)在光纖環(huán)中增加一種新設(shè)備或功能時(shí)并不需要改變連接線纜�？偩�僅使用一條聚合物光纖來處理車內(nèi)多媒體數(shù)據(jù)和控制信息。這樣的可靠性更高，外部器件和連接器更少，并且可大大降低總體系統(tǒng)重量。
（7）藍(lán)牙和ZigBee
藍(lán)牙無線技術(shù)是一種用于移動設(shè)備和WAN/LAN接人點(diǎn)的低成本、低功耗的短距離射頻技術(shù)。藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)描述了手機(jī)、計(jì)算機(jī)和PDA如何方便地實(shí)現(xiàn)彼此之間的互連，以及與家庭和商業(yè)電話和計(jì)算機(jī)設(shè)備的互連。
藍(lán)牙特殊興趣組的成員包括汽車多媒體接口協(xié)作組織(AMIC)、寶馬、戴姆勒•克萊斯勒、福特、通用汽車、豐田汽車以及大眾汽車。做為藍(lán)牙在汽車中應(yīng)用的一個(gè)例子，Johnson Controls公司的免提手機(jī)系統(tǒng)“Blue Connect”允許司機(jī)在雙手扶住方向盤的情況下通過支持藍(lán)牙功能的手機(jī)保持聯(lián)系。
當(dāng)然，對于藍(lán)牙設(shè)備的長期支持仍然有一些擔(dān)憂。問題集中于車內(nèi)惡劣的電磁噪聲會如何影響藍(lán)牙的工作。轎車和其它車輛的壽命要比消費(fèi)類產(chǎn)品或手機(jī)長得多，因此芯片制造商必須解決由此而帶來的支持和服務(wù)生命期不匹配的問題。另一方面，克萊斯勒在Convergence 2002展會上展出了使用藍(lán)牙技術(shù)的汽車。然而，有些人仍然認(rèn)為藍(lán)牙技術(shù)在車內(nèi)環(huán)境中的應(yīng)用不會流行起來。因此，出現(xiàn)了一種針對低數(shù)據(jù)速率無線數(shù)據(jù)傳輸和控制的新興標(biāo)準(zhǔn)。ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)解決方案是一種由菲利浦最先倡導(dǎo)的低數(shù)據(jù)速率(868MHz至2.4GHz)、低功耗和低成本系統(tǒng)。ZigBee的傳輸范圍達(dá)75米，主要應(yīng)用范圍包括工業(yè)控制、家庭自動化、消費(fèi)類應(yīng)用以及潛在的汽車應(yīng)用。
高級安全系統(tǒng)
從輪胎和剎車技術(shù)的進(jìn)步，到側(cè)撞保護(hù)和安全氣囊，直到今天的輔助駕駛系統(tǒng)，安全設(shè)備已經(jīng)從物理領(lǐng)域轉(zhuǎn)向電子領(lǐng)域。
最新的汽車采用了大量的電子技術(shù)和傳感器，不斷監(jiān)測和評估周圍的環(huán)境、為司機(jī)顯示相關(guān)信息，并且在某些情況下，甚至接管車輛的控制。
高級安全系統(tǒng)包括線控技術(shù)(例如，線控駕駛和線控剎車)，利用更安全更輕便的電子系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液壓軟管和機(jī)械連接。
高級實(shí)時(shí)安全系統(tǒng)的其它例子還包括距離控制、自動調(diào)節(jié)和傳感氣囊系統(tǒng)、雷達(dá)停車、倒車提示系統(tǒng)以及倒車監(jiān)視器(安裝在汽車保險(xiǎn)杠上幫助停車)。
（1）FlexRay
FlexRay網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)針對下一代線控汽車應(yīng)用。這些應(yīng)用需要確定的、具有容錯(cuò)能力的支持分布式控制系統(tǒng)的高速總線。寶馬、戴姆勒克萊斯勒、菲利浦半導(dǎo)體、摩托羅拉和最新成員Bosch正在開發(fā)用于下一代應(yīng)用的FlexRay標(biāo)準(zhǔn)。
FlexRay系統(tǒng)并非僅僅是一個(gè)通信協(xié)議。它還包括一種特殊設(shè)計(jì)的高速收發(fā)器，并定義了FlexRay“結(jié)點(diǎn)”不同部件間的硬件和軟件接口。FlexRay協(xié)議定義了網(wǎng)絡(luò)化汽車系統(tǒng)中的通信過程格式和功能。FlexRay的設(shè)計(jì)旨在補(bǔ)充CAN、LIN和MOST網(wǎng)絡(luò)。
作為一種可擴(kuò)展的系統(tǒng)，F(xiàn)lexRay技術(shù)同時(shí)支持異步和同步數(shù)據(jù)傳輸。同步數(shù)據(jù)傳輸支持時(shí)間觸發(fā)的通信，可滿足需要高度可靠通信的系統(tǒng)要求。FlexRay的同步數(shù)據(jù)傳輸是確實(shí)性的，最少消息延遲和消息抖動都有保證。它支持冗余和容錯(cuò)分布式時(shí)鐘同步，從而可保證所有網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)時(shí)序保持在一個(gè)緊湊的預(yù)先確定的精確窗口內(nèi)�；赽yteflight協(xié)議基礎(chǔ)的異步傳輸允許每個(gè)結(jié)果利用全帶寬進(jìn)行事件驅(qū)動的通信。
（2）時(shí)間觸發(fā)協(xié)議
針對容錯(cuò)的實(shí)時(shí)分布式系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的時(shí)間觸發(fā)協(xié)議(TFP)保證了不會存在單點(diǎn)性故障。
TTP是可處理安全性關(guān)鍵應(yīng)用的成熟低成本解決方案。目前的第二代芯片支持高達(dá)25Mbps的通信速度。TIP管理組織TTAGroup成員包括奧迪、SA、Renault、NEC、TYChip、Delphi和Visteon等。
（3）時(shí)間觸發(fā)的CAN
時(shí)間觸發(fā)的CAN(TICAN)標(biāo)準(zhǔn)是對CAN協(xié)議的擴(kuò)展。它在現(xiàn)有數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的上面增加了一個(gè)會話層，可保證即使在峰值總線負(fù)載時(shí)仍可滿足所有傳輸時(shí)間要求。協(xié)議實(shí)現(xiàn)了一種同時(shí)也適合于事件觸發(fā)通信的混合式時(shí)鐘觸發(fā)TDMA(時(shí)分多路復(fù)用)機(jī)制。TYCAN的一些目標(biāo)應(yīng)用包括引擎管理系統(tǒng)以及傳輸和機(jī)架控制，范圍包括線控應(yīng)用。
可編程邏輯解決方案
我們看到有如此多種類的汽車內(nèi)總線標(biāo)準(zhǔn)，因此未來的幾年時(shí)間對于汽車電子設(shè)計(jì)人員來說簡直就象穿越雷區(qū)。選擇合適的數(shù)據(jù)總線是成功的關(guān)鍵。因?yàn)楝F(xiàn)在不僅要考慮系統(tǒng)集成和生產(chǎn)中的單元測試，還要考慮開下生產(chǎn)線甚至售出多時(shí)的汽車。
對于為許多OEM提供部件的第一層供應(yīng)商和后續(xù)市場產(chǎn)品企業(yè)，這一問題更為突出，因?yàn)樗鼈兊目蛻敉ǔx擇不同的數(shù)據(jù)總線和協(xié)議。汽車行業(yè)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不再是為每一OEM設(shè)計(jì)不同的單元，而是為每種汽車型號設(shè)計(jì)不同的單元。取而代之的設(shè)計(jì)方法更加強(qiáng)調(diào)可重配置平臺。
能夠提供軟件和可重編程硬件靈活劃分的設(shè)計(jì)平臺使得制造商可在設(shè)計(jì)過程的晚期(甚至在生產(chǎn)過程中)改變系統(tǒng)總線和接口�？芍嘏渲孟到y(tǒng)概念支持嘗試不同的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。FPGA和CPLD等可編程邏輯器件(PLD)支持在設(shè)計(jì)的所有階段進(jìn)行修改，從設(shè)計(jì)原型到試生產(chǎn)，直到大規(guī)模生產(chǎn)。
PLD還可減輕超量庫存問題，因?yàn)橥ㄓ玫腇PGA可用于多個(gè)項(xiàng)目，并非專用器件。即使基于可編程邏輯的單元已經(jīng)上路，仍然可通過無線通信鏈路對其進(jìn)行重新配置，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級或增加額外的功能。
（1）使用成品IP內(nèi)核
通過使用成品IP內(nèi)核模塊，可重配置硬件平臺以快速推向市場。例如，Memec Design最近宣布推出一種成本優(yōu)化的CAN內(nèi)核。這一內(nèi)核包括了完整的數(shù)據(jù)鏈路層，包括成幀器、發(fā)送接收控制、錯(cuò)誤校正內(nèi)核設(shè)計(jì)和靈活的接口。位速率和子位段都可配置滿足所連接的CAN總線的時(shí)序要求。
Memec內(nèi)核旨在提供高達(dá)1Mbps的總線位速率，最低內(nèi)核時(shí)鐘頻率為8MHz。它可提供消息過濾器間的接口、消息優(yōu)先級機(jī)制以及多種系統(tǒng)功能，如傳感器/致動器控制。
此外，MemecCAN總線還可嵌入到系統(tǒng)應(yīng)用中，用于實(shí)現(xiàn)與微控制器和不同外設(shè)功能的接門。另一個(gè)例子是Intelliga公司的iLIN內(nèi)核，這是一種LIN總線控制器IP內(nèi)核。該內(nèi)核使用一種同步8位通用微控制器接口，利用最小的緩沖來傳輸消息數(shù)據(jù)。此外，參考設(shè)計(jì)包括一個(gè)單個(gè)從消息響應(yīng)過濾器和軟件接口，允許連接的微控制器進(jìn)行地址過濾。
這一新興LIN車身控制協(xié)議可容易地利用Intel-liga iDEV原型板進(jìn)行演示和測試。演示板利用一塊Xilinx Spartan-IIE FPGA實(shí)現(xiàn)，不僅可演示LIN總線，還可演示CAN和TYCAN總線。
（2）總線共存
幾種車內(nèi)總線網(wǎng)絡(luò)可共存于同一汽車內(nèi)，從而可提供適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)速率、強(qiáng)健性和成本組合。其中，LIN總線負(fù)責(zé)處理反射鏡、天窗、車窗等處，電機(jī)間的低成本低速連接。一個(gè)CAN總線負(fù)責(zé)儀表板、車身控制器、門鎖和空調(diào)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信和控制。最后，高速M(fèi)OST光纖總線連接娛樂、導(dǎo)航和通信設(shè)備。這一模型還可擴(kuò)展至包括一個(gè)FlexRay總線(或其它實(shí)時(shí)安全總線)，以處理高級安全系統(tǒng)所需要的高速、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
結(jié)論
成本、可靠性和性能之間的微妙平衡帶來了多種新興車內(nèi)總線系統(tǒng)，從而使得未來的汽車設(shè)計(jì)決策更為復(fù)雜。由于不知道到底哪種標(biāo)準(zhǔn)會最終成功流行開來，因此汽車OEM廠商需要支持不止一種標(biāo)準(zhǔn)。
針對這一困境有了一種卓越的解決方案。基于賽靈思可編程邏輯和IP內(nèi)核的可重配置平臺是解決這一設(shè)計(jì)困境的最佳方法。不需要犧牲性能或成本優(yōu)勢，賽靈思提供的可配置硬件和軟件系統(tǒng)允許制造商在設(shè)計(jì)流程的后期，在生產(chǎn)過程中甚至在產(chǎn)品發(fā)售給客戶以后，能夠快速適應(yīng)不斷變化的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。
參考網(wǎng)站：
1、CAN http://www.can.bosch.com
2、GM LAN http://www.gmtcny.com/lan.htm
3、MOST www.mostnet.de
4、TTTech http://www.ttagroup.org；http://www.ttchip.com
5、FlexRay www.flexray.com
6、D2B http://www.candc.co.uk
7、LIN http://www.lin-subbus.org
8、Intelliga (LIN) http://www.intelliga.co.uk
9、Bluetooth http://www.bluetooth.com
10、IDB http://www.idbforum.org
11、ZigBee http://www.zigbee.org
12、Xilinx Automotive http://www.xilinx.com/automotive/
More information, please reference to Winter 2004 of Xcell Journal, Xilinx, Inc., or contact:
Karen Parnell
Automotive Product Manager, Xilinx, Inc.
karen.parnell@xilinx.com
