汽車(chē)信息娛樂(lè )網(wǎng)絡(luò )技術(shù)評估　

摘要：以太網(wǎng)和MOST技術(shù)均適用于汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )，當車(chē)輛處于停車(chē)狀態(tài)或在不同的域之間進(jìn)行通信時(shí)，以太網(wǎng)是連接IT基礎設施的最佳解決方案。MOST技術(shù)則更適用于連續傳輸數據流，例如音頻或視頻連接。本文分別對以太網(wǎng)和MOST技術(shù)的用例進(jìn)行分析，評估何種汽車(chē)設計更適合采用哪一種技術(shù)。

　　2013年11月主題為“汽車(chē)以太網(wǎng)：沒(méi)有簡(jiǎn)單的答案”的圓桌會(huì )議提出的許多觀(guān)點(diǎn)至今依舊沒(méi)有過(guò)時(shí)。找到更簡(jiǎn)單的答案本身并不是通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現的，而是源于要為既定任務(wù)選擇最佳的技術(shù)。Wi-Fi?和LTE蜂窩通信如今日益普及，為人們提供了和世界保持動(dòng)態(tài)聯(lián)系的最佳渠道。以太網(wǎng)和MOST?技術(shù)的運行速度高達每秒數百兆字節，均適用于傳輸海量信息。另一種廣泛應用的汽車(chē)總線(xiàn)——CAN的運行速度則低得多，一般低于1 Mbps。而不久前剛剛問(wèn)世的最新一代CAN FD技術(shù)的速度大約在每秒10MB左右。當車(chē)輛處于停車(chē)狀態(tài)或在不同的域之間進(jìn)行通信時(shí)，以太網(wǎng)是連接IT基礎設施的最佳解決方案。MOST技術(shù)則更適用于連續傳輸數據流，例如音頻或視頻連接。本文接下來(lái)將分別對以太網(wǎng)和MOST技術(shù)的用例進(jìn)行分析，評估何種汽車(chē)設計更適合采用哪一種技術(shù)。

以太網(wǎng)技術(shù)及MOST技術(shù)

　　在汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)方面，基于分組的IP通信方式仍將是各個(gè)不同域之間互聯(lián)的首選方式。而部分用于這類(lèi)通信的更高級別的協(xié)議也開(kāi)始出現在各種汽車(chē)應用中。原來(lái)的專(zhuān)有解決方案正等待IEEE的審核，以期成為標準。單股雙絞線(xiàn)100 Mbps網(wǎng)絡(luò )標準本質(zhì)上是對博通公司(Broadcom)BroadR-Reach技術(shù)的一種重新包裝，其他半導體公司有了這一技術(shù)授權就可以開(kāi)發(fā)自己的IC產(chǎn)品。這一標準現在被稱(chēng)作100BASE-T1，類(lèi)似于家居和辦公場(chǎng)所常見(jiàn)的更典型的以太網(wǎng)應用所采納的100BASE-TX標準。其中，T1指的是單股雙絞線(xiàn)電纜。而1Gbps技術(shù)現在被稱(chēng)為1000BASE-T1。諸如車(chē)身和發(fā)動(dòng)機控制此類(lèi)典型獨立系統之間的相互作用，將受益于標準化的通信網(wǎng)絡(luò )。MOST技術(shù)還包含一個(gè)專(zhuān)用的以太網(wǎng)分組信道。

　　高速的汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)無(wú)疑正融入最適合于特定應用的各個(gè)系統。越來(lái)越多品牌的OBD-II連接器開(kāi)始采納標準的以太網(wǎng)物理層(100BASE-TX)。它使得車(chē)輛可以快速連接至汽車(chē)服務(wù)機構的IT基礎設施。無(wú)論是通過(guò)無(wú)線(xiàn)基礎設施還是通過(guò)有線(xiàn)以太網(wǎng)連接，專(zhuān)門(mén)針對不穩定通信鏈路的機制都會(huì )大大受益于汽車(chē)與外界通信方式。許多汽車(chē)制造企業(yè)都考慮采用100BASE-T1作為車(chē)輛基礎技術(shù)標準來(lái)將各個(gè)域連接在一起，以便信息從一個(gè)域傳輸到另一個(gè)域。例如，要將發(fā)動(dòng)機信息發(fā)送給工廠(chǎng)或者交通控制中心時(shí)，就可能有必要將這一信息傳輸到另一個(gè)域，比如電信域。如今，已經(jīng)有一款車(chē)型部署了基于以太網(wǎng)的攝像機網(wǎng)絡(luò )，另有幾款車(chē)型配備了采用以太網(wǎng)的OBD-II診斷連接器，診斷接口將會(huì )日益普及并應用到越來(lái)越多的車(chē)輛上。而其他汽車(chē)應用也在推進(jìn)過(guò)程中。AVB(時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò )，簡(jiǎn)稱(chēng)TSN標準，實(shí)為AVB V2版)是用于專(zhuān)業(yè)音頻應用的一種標準，也可以用于諸如音頻和視頻流等非常注重時(shí)序的車(chē)載應用。然而，由于汽車(chē)是一個(gè)封閉的環(huán)境，僅使用IEEE1588精確時(shí)間協(xié)議(PTP)來(lái)分發(fā)時(shí)鐘應該就足夠了，無(wú)需使用被統稱(chēng)為T(mén)SN的所有額外標準機制。事實(shí)上，不同的汽車(chē)制造商也對到底需要應用AVB到什么程度(如果需要的話(huà))持有不同意見(jiàn)。

　　另一種是MOST(面向媒體的系統傳輸)，這一系統在市場(chǎng)上的應用也日趨廣泛。目前已有200多款車(chē)型裝備了超過(guò)2億個(gè)MOST器件。該技術(shù)適用于在車(chē)輛內部連續傳輸信息流。它不像以太網(wǎng)一樣等待主處理器檢查每一個(gè)數據包并分配其有效負荷，而是會(huì )自動(dòng)將信息發(fā)送到合適的接口，因此，減輕了各個(gè)處理器的處理負荷。尤其當已知這樣的優(yōu)先級時(shí)，所有數據從一個(gè)確定的數據源傳輸到一個(gè)或多個(gè)確定的接收端，MOST技術(shù)的作用更為高效。此外，它還擁有內置的功能，可以遠程控制簡(jiǎn)單的節點(diǎn)，從而消除了對簡(jiǎn)單終端設備進(jìn)行編程和額外處理能力的需求。

以太網(wǎng)技術(shù)和MOST技術(shù)可以同時(shí)部署

　　以太網(wǎng)和MOST技術(shù)是汽車(chē)行業(yè)目前采用的速度較快的兩種網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。雖然它們常常被描述為互斥的關(guān)系，但事實(shí)證明，這兩種技術(shù)實(shí)際上可以共存和同時(shí)部署，以便各自執行最適合自身的任務(wù)。

　　圖1展示了以太網(wǎng)物理層收發(fā)數據的過(guò)程。該標準對媒體訪(fǎng)問(wèn)控制器(MAC)做了定義，MAC負責接收數據流、對其進(jìn)行序列化并傳送到物理層互聯(lián)設備(100BASE-TX、100BASE-T1或其他任意一種物理層)上。對于該標準而言，它是何種數據并不重要。數據的含義由運行高層協(xié)議的處理器來(lái)決定。這大大簡(jiǎn)化了硬件，但同時(shí)也增加了解決如何處理相關(guān)細節以便成功傳輸信息至更高軟件層這一問(wèn)題的難度。確定性和延遲性視系統負荷情況可能會(huì )受到損害。因此，主處理器必須接收每個(gè)以太網(wǎng)幀和對數據幀進(jìn)行解封，并負責分配有效負荷給合適的設備來(lái)處理。對于突發(fā)的小流量而言，這種負荷不值一提，例如系統間的通信信息流動(dòng)這種情況。這些機制都很好理解，不需要學(xué)習特殊的技能。而且，這些機制在數據處理系統中十分普遍。

　　如圖1所示，這個(gè)簡(jiǎn)單的媒體獨立接口(MII)是以太網(wǎng)系統訪(fǎng)問(wèn)以太網(wǎng)收發(fā)器的標準方式。雖然仍有部分MII類(lèi)型并未完全獲得各處理器的支持，但是它們大多已經(jīng)實(shí)現了標準化。網(wǎng)絡(luò )控制由主CPU中運行的軟件協(xié)議棧來(lái)執行，而定制軟件協(xié)議棧則負責信息傳輸。

　　在需要連續傳輸數據流時(shí)，情況就變得更為復雜，因為這時(shí)主處理器必須對輸入數據包作出持續響應。在傳輸速率達到8kHz時(shí)，就會(huì )發(fā)生這種情況。需要解壓每一個(gè)數據包，將數據組裝至一條連續數據流，然后發(fā)送至諸如音頻放大器中的模數(A/D)轉換器等設備，或者將多條數據流混合在一起發(fā)送給DSP。在源端，音頻數據需要在傳輸之前進(jìn)行打包。收發(fā)器的成本很低，但是卻需要主處理器具備額外的處理能力，最后往往導致需要性能更高、因而也更昂貴的器件。

　　針對這些類(lèi)型的應用，MOST技術(shù)提供了更簡(jiǎn)化的接口。MOST技術(shù)采用智能網(wǎng)絡(luò )接口控制器(INIC)來(lái)代替簡(jiǎn)單的串行收發(fā)器。這些器件備有典型的內置媒體接口，因而可以在僅僅需要，例如，傳輸音頻流到A/D或D/A轉換器的I2S端口時(shí)，作為協(xié)處理器來(lái)消除高級車(chē)載處理器的負荷。圖2很好地詮釋了這一概念。

　　使用MOST技術(shù)可以將多功能接口和所有數據信道連接起來(lái)。在MOST網(wǎng)絡(luò )中，分組通信及附帶的定制軟件協(xié)議?？梢灾幌薅ㄔ跐M(mǎn)足適當的系統通信需求。數據不僅可以在處理器和網(wǎng)絡(luò )之間實(shí)現自動(dòng)傳輸，還可以自動(dòng)傳輸到特定的接口，而處理器則無(wú)需干預每一個(gè)數據包。單個(gè)物理層被用作聚合多個(gè)不同類(lèi)型的信道。而這一物理層可以由塑料光纖(POF)、非屏蔽或屏蔽雙絞線(xiàn)(UTP或STP)、同軸電纜或其他材料制成。

　　在MOST網(wǎng)絡(luò )框架內會(huì )保留帶寬給各個(gè)信道或需要傳輸的數據流。通過(guò)控制信道，對源端設備和宿端設備進(jìn)行設置，設置一旦完成，數據就可以自動(dòng)輸入到一個(gè)特定的位置或從中移除。既不存在需要應付開(kāi)銷(xiāo)的問(wèn)題，也可將媒體流輕松傳輸到任意一個(gè)將處理該內容的設備。而主處理器沒(méi)有任何負荷。事實(shí)上，某些應用根本無(wú)需使用處理器。例如，后座耳機放大器就只由一個(gè)INIC和一個(gè)帶有功率級的D/A轉換器構成。所有控制均可以遠程進(jìn)行。而針對那些同時(shí)需要數據包和數據流的應用，MOST150標準網(wǎng)絡(luò )提供了一個(gè)專(zhuān)用的MOST以太網(wǎng)分組(MEP)信道，大大簡(jiǎn)化了在系統中集成以太網(wǎng)和MOST兩種技術(shù)的難度。

小結

　　其實(shí)，最簡(jiǎn)單的答案就是不要嘗試強行將同一個(gè)系統用于所有用途。相反，我們要選擇最適合現有工作的工具，創(chuàng )建出性?xún)r(jià)比最佳的系統解決方案。在計算整體系統成本時(shí)，應將是否會(huì )影響所需處理能力作為考量。

本文來(lái)源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第7期第20頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。