MOST總線(xiàn)技術(shù)

什么是 MOST

MOST（面向媒體的系統傳輸）總線(xiàn)是將光纖數據傳輸的許多優(yōu)點(diǎn)帶給大眾汽車(chē)市場(chǎng)的一個(gè)嘗試。很多汽車(chē)制造商現在將其安裝在多種型號的車(chē)內,標志著(zhù)雄心壯志取得了明顯的成功。您或許一直都拒絕汽車(chē)安裝 OEM DVD 播放機的誘惑。但當你在高速公路上開(kāi)車(chē)時(shí),可以偶爾注意一下身邊閃過(guò)的高檔轎車(chē),你會(huì )發(fā)現小孩的注意力都被后座 DVD 吸引了,這可能會(huì )促使你做出購置決策。后座 DVD 屏只是 MOST總線(xiàn)在車(chē)內最常見(jiàn)的應用,光纖總線(xiàn)還可以處理數字音頻信號,用于娛樂(lè )系統和免提電話(huà),以及傳送GPS 這類(lèi)信息系統數據。例如保時(shí)捷（Porshe） Cayenne 4x4 和寶馬(BMW) 7 系列車(chē)都是應用這類(lèi)多媒體系統的預期對象,而它們也確實(shí)帶有 MOST。但是,現在的車(chē)型規格顯示這一技術(shù)正在隨汽車(chē)型號而擴散,覆蓋了高檔車(chē)型到中檔車(chē)型。

現在,MOST 并不是汽車(chē)廠(chǎng)商在量產(chǎn)車(chē)中裝備的唯一一種光纖通道。寶馬公司也在 7 系列車(chē)上用塑料光纖連接傳感器和氣囊系統的控制模塊,采用的是 ByteFlight協(xié)議。

與 EMI 說(shuō)再見(jiàn)

對設計工程師而言,汽車(chē)環(huán)境中使用光纖的好處是顯而易見(jiàn)的。這種媒體能夠在車(chē)內的噪聲環(huán)境中傳送高位率的數據,防止數據流遭受電氣干擾。它有快速的邊沿速率,但卻消除了數據產(chǎn)生干擾的任何風(fēng)險,這種干擾在車(chē)內電子總線(xiàn)傳輸的信號中是不可避免的,尤其是在電動(dòng)機車(chē)和其它安全成為關(guān)鍵的系統中。

MOST 是汽車(chē)業(yè)合作的成果,而不具備正式的標準。它的最初構想始于 90 年代中期,作為寶馬公司、戴姆勒克萊斯勒（DaimlerChrysler）公司、Harman/Becker公司（音響系統制造商）和 Oasis Silicon Systems公司之間的一項聯(lián)合。其后不久（1998 年）,參與各方建立了一個(gè)自主的實(shí)體,即 MOST公司,由它控制總線(xiàn)的定義工作。Oasis公司自己保留對 MOST 命名的權利。由一家獨立的測試機構負責產(chǎn)品的認證過(guò)程,例如 Ruetz 技術(shù)公司。除了順從性測試以外,Ruetz公司還為 MOST 總線(xiàn)系統開(kāi)發(fā)提供使用的軟、硬件分析工具,以及 MOST 系統的培訓。

雖然光纖的潛在優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)十分明顯,電信方面的經(jīng)驗也進(jìn)一步證實(shí)了這一點(diǎn),但與電信有關(guān)的成本肯定不適宜于汽車(chē)制造。因此,MOST 的重點(diǎn)就是努力降低部件成本。

MOST 定義標準 OSI 模型的所有七層,正如預期的那樣,對汽車(chē)多媒體環(huán)境作了高度的優(yōu)化,對要處理的主要流量類(lèi)型規定了信號類(lèi)別（如 CD 立體聲和 DVD 視頻）。

低成本塑料光纖

在物理層上,傳輸介質(zhì)本身是有塑料保護套、內芯為 1 mm 的 PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）光纖,OEM 供應商可以將一束光纖像電線(xiàn)一樣捆成光纜。光纖傳輸采用 650 nm（紅色）的 LED 發(fā)射器（650 nm 是 PMMA 光譜響應中的低損耗“窗口”）。數據以 50 Mbaud、雙相編碼的方式發(fā)送,最高數據速率為 24.8 Mbps。

MOST的定義 是非常普通的,允許采用多種拓撲結構,包括星形和環(huán)形,大多數汽車(chē)裝置都采用環(huán)形布局。一個(gè) MOST 網(wǎng)絡(luò )中最多可以有 64 個(gè)結點(diǎn)。一旦汽車(chē)接通電源,網(wǎng)絡(luò )中的所有 MOST 結點(diǎn)就全部激活,這對低功耗、停電模式設計是一大重點(diǎn),包括系統處在該種狀態(tài)下的功耗量以及如何進(jìn)入狀態(tài)。MOST 結點(diǎn)在通電時(shí)的默認狀態(tài)是直通（Pass-throught）,即進(jìn)入的數據從接收器直接傳送至發(fā)射器,以保持環(huán)路的暢通。

MOST 的數據傳送使用 512 b 的幀,以及 16 個(gè)幀的塊（圖 1）。幀的重復率為 44.1 kHz（每幀 22.67 ms）,每個(gè)幀內除了前導碼和其它內部管理位以外,還包含有同步、異步和控制數據?？偩€(xiàn)是完全同步的,設計師可將網(wǎng)絡(luò )內的任何設備指定為主設備,其它所有結點(diǎn)都從主設備處獲得自己的時(shí)鐘。網(wǎng)絡(luò )完全是即插即用的,當上電或有連接改變時(shí),有一個(gè)尋找設備的過(guò)程。主結點(diǎn)上保持著(zhù)一個(gè)所連設備的中心注冊處。

產(chǎn)品支持水平的不斷提高展現了這一總線(xiàn)的發(fā)展。實(shí)現MOST 結點(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(chǎng)的主要供應商是 Infineon公司,該公司最近推出了自己 ODIN MIT/MIR4 收/發(fā)模塊的規格。它們符合已定義的 4引腳物理外形,提供 650 nm 的收/發(fā)功能。接收器模塊將一個(gè)光電二極管與信號處理和激活功能結合在一起,做在一片 Infineon公司現在生產(chǎn)的 IC 上,而上一代芯片則是從 Oasis Silicon Systems 公司獲得的。Infineon公司塑料光纖營(yíng)銷(xiāo)總監 Martin Weigert 證實(shí),這些產(chǎn)品的供應面臨著(zhù)汽車(chē)業(yè)對質(zhì)量和可靠性的急迫要求,以及持續的價(jià)格壓力。Weigert 解釋說(shuō),一對收/發(fā)模塊的標價(jià)大約為3歐元,而當汽車(chē)環(huán)境中第一次采用光纖技術(shù)時(shí),這個(gè)價(jià)格要“高得多”。Infineon公司也為 ByteFlight公司制造收發(fā)器,并為其短程工業(yè)鏈制造SFH系列產(chǎn)品。

這一代收發(fā)器部件的額定溫度超出85℃的工業(yè)標準上限值,達到了95℃,從而也成為了一種挑戰,Agilent公司在今年初首先推出了 AFBR1010/2010 器件對。95℃的 溫度值略微超出了 PMMA 光纖材料的理想工作范圍,這種限制可能最終導致硅芯光纖取代塑料光纖。

另外一家準備進(jìn)入 MOST 收發(fā)器市場(chǎng)的是 Melexis 公司,部件號為 MLX75600/02,它也能滿(mǎn)足 95℃溫度的要求（圖 2）。Melexis 公司光學(xué)產(chǎn)品總線(xiàn)經(jīng)理 Peit De Pauw 證實(shí),該器件的目標價(jià)格在 3歐元～3.5 歐元之間,并說(shuō)明該公司通過(guò)自己的傳感器產(chǎn)品在汽車(chē)領(lǐng)域預先獲得了很多專(zhuān)業(yè)知識,然后才進(jìn)入這一市場(chǎng)。De Pauw 認為這是Melexis 公司超過(guò)其它公司的優(yōu)勢所在,因為其它公司只擁有電信領(lǐng)域的光學(xué)知識。

所有光/電和電/光模塊都要用到能接納低成本的光纖終端的連接器外殼結構。很多供應商包括 FCI公司和Furukawa公司,都能提供以各種組合形式將電氣連接與光纖對混合在一起的連接器。

接口控制器

收發(fā)器模塊的另外一個(gè)方面,MOST 結點(diǎn)的基本件是網(wǎng)絡(luò )控制器 IC,它來(lái)自現在已屬于SMSC成員的 Oasis Silicon Systems公司。Oasis公司 提供 OS 8104,這款芯片集成了網(wǎng)絡(luò )接口、數據路由引擎、主控與管理接口,以及整套軟件和相應的開(kāi)發(fā)工具。81050 則增加了較高層次的智能以提升 MOST 功能,而 8805 則是一款系統級的集成器件,它包括 ADC 和 DAC,用于音頻信號流的直接輸入和輸出。

主要的微處理器與 DSP 供應商也日益增加對該總線(xiàn)的支持。Analog Devices公司用自己的為汽車(chē)視頻顯示與免提手機連接而配置的Blackfin DSP,通過(guò) MOST提供與汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )的連接功能。德州儀器公司剛宣布的一款針對汽車(chē)信息娛樂(lè )產(chǎn)品而優(yōu)化的OMAP 處理器。德州儀器公司從 SMSC 獲得許可,集成了 MediaLB 總線(xiàn),即片上和片間的通信總線(xiàn),它可以傳輸局部去復用的 MOST 網(wǎng)絡(luò )數據。德州儀器公司稱(chēng),這種永不過(guò)時(shí)的設計可以用于今后任何 MOST 升級。片上的數字音頻路由引擎（DSP 內核與 MediaLB 接口）可在音頻端口間處理和引導音頻數據,德州儀器公司稱(chēng)這一引擎相當于 100 MHz DSP 帶寬。

富士通公司是 MOST使能 處理器的早期介入者,它早在 2004 年初就宣布在自己與 Oasis公司之間合作建立了一個(gè)研發(fā)公司 mycable,開(kāi)發(fā)多媒體汽車(chē)系統的參考設計。mycable 公司專(zhuān)注于嵌入式多媒體設計,而富士通公司的 MPEG 芯片則用于參考設計的視頻解碼。

應用不止于汽車(chē)

根據 MOST 公司的前景展望,除嚴格條件的汽車(chē)環(huán)境外,這種總線(xiàn)還會(huì )用于多種應用中。一個(gè)可能的應用是將總線(xiàn)傳送用于家庭環(huán)境,但從目前的趨勢來(lái)看這種可能性不大。Gartner Dataquest 公司曾在自己的分析中指出,配備多媒體的家庭將需要有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩種高速數據傳輸媒介。當 Oasis公司專(zhuān)門(mén)為相適應的內容（音、視頻）對總線(xiàn)作出規定時(shí),MOST 就可能成為有線(xiàn)媒介的候選者。但 Gartner公司 的分析師 Paul O''Donovan 稱(chēng)不大可能出現向家庭的較大滲透。他認為,即使提前采用 MOST 的高速版本,“可能性也不大,原因只是無(wú)需新增布線(xiàn)的原則：我們希望家庭中大都是電力線(xiàn)和其它已布好的走線(xiàn),在家庭與汽車(chē)之間傳送內容而不是播放機的傳送,這是準則。”

但是,制造商則必須解決汽車(chē) MOST 網(wǎng)絡(luò )的接入問(wèn)題,理由只有一個(gè),即用于系統升級。在很多汽車(chē)中,裝收音機、CD 機等的標準長(cháng)方形槽都不見(jiàn)了,設計者將收音機、CD、電話(huà)、GPS 和其它系統都裝在儀表板后面安置硬件的一些地方,而不是在一個(gè)專(zhuān)門(mén)的盒子里。Analog Devices公司等供應商則更提出了一種終極概念,即讓這些功能的每一種都變成在 Blackfin DSP 中運行的一個(gè)軟件線(xiàn)程。這樣帶來(lái)的好處不僅是收音機不再容易被竊,實(shí)際上連報警軟件也可以與同一個(gè)處理器捆綁在一起。

現在去看看任何一個(gè)汽車(chē)愛(ài)好者的網(wǎng)站,就會(huì )發(fā)現在這個(gè)問(wèn)題上早已存在的很多焦慮。如沒(méi)有槽安裝自己升級的收音機或其它車(chē)內設備;或者汽車(chē)軟件無(wú)法識別升級的設備,或者是升級的設備功能無(wú)法正常發(fā)揮（或根本不能發(fā)揮）。還可能發(fā)生更糟糕的情況,因為替換的處理器除了處理娛樂(lè )功能外還要控制車(chē)內的電子軟件,這樣當更換音頻設備后可能會(huì )導致氣候控制而停止工作。隨著(zhù)配有 MOST 的汽車(chē)不斷增多,出現這種接口問(wèn)題的可能性也在增加。

美國的消費電子協(xié)會(huì )正在與 MOST 公司一起定義一個(gè)消費電子網(wǎng)關(guān)功能,可以通過(guò)它連接這些升級,在本文發(fā)表時(shí),已發(fā)布了該網(wǎng)關(guān)規范的建議草案。

進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)包括對 MOST 的修訂,使其基本速度從 50 Mbps增加到 150 Mbps,從而能夠滿(mǎn)足多視頻流的帶寬要求,并與推薦的車(chē)載無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接口。用于 ByteFlight 的光纖標準看來(lái)也會(huì )得到進(jìn)一步的發(fā)展,ByteFlight公司的結構方法與面向多媒體的 MOST 相差甚遠,目前只有10Mbps速率。因為它要用于安全性十分苛刻的系統中,所以ByteFlight 是完全確定性的,并有失效恢復能力。Infineon 公司的Wiegert稱(chēng),ByteFlight 要求產(chǎn)品有完全的可跟蹤能力,因為數據的存儲是不定的。這些情況也引導FlexRay 總線(xiàn)認真考慮采用光傳輸方案。

Infineon公司的 Weigert 注意到,業(yè)界系統設計師對 MOST 的興趣與日俱增。對于不需要超過(guò) 64 個(gè)結點(diǎn)的設計來(lái)說(shuō)（雖然可以用總線(xiàn)擴展器）,MOST 提供了在噪聲環(huán)境中使用光纖完成數據采集或網(wǎng)絡(luò )控制的完備、低成本方式。雖然 MOST 公司的設計是用于典型長(cháng)度為數米的車(chē)內連線(xiàn),但掌握的極限值能覆蓋較長(cháng)的距離。典型塑料光纖的衰減率低于 0.2 dB/m,而一對收發(fā)器（如 Agilent公司 的 AFBR1010/2010）從發(fā)射器的輸出（光學(xué)）端到接收器輸入端的光預算規定為 14 dB?？紤]到低成本、大批量市售的連接器會(huì )導致某種極小的傳輸損耗,并且光纖中前幾米的損耗要高于（相對）后面較長(cháng)距離的損耗,因此數十米的長(cháng)度應該是合理的。