CAN總線(xiàn)、以太網(wǎng)還是FPD鏈路：哪一種最適合車(chē)載通信

1915 年，福特汽車(chē)公司把電燈和電子喇叭用于其T -型汽車(chē)。自那時(shí)起，汽車(chē)對于電氣和電子系統的依賴(lài)便不斷增加。初始系統往往都是局部和獨立的，例如，一個(gè)控制車(chē)頭燈的開(kāi)關(guān)直接連接至電池。但在今天-，這些系統都相互連接在一起。當車(chē)頭燈開(kāi)啟時(shí)，儀表盤(pán)照明、后視鏡和其他系統可能都會(huì )轉入新的工作狀態(tài)。為了實(shí)現這些功能，各種系統必須彼此相互通信。隨著(zhù)汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)擁有了許多網(wǎng)絡(luò )，讓這種通信成為可能。由于自動(dòng)駕駛汽車(chē)的不斷發(fā)展，對于汽車(chē)內部和汽車(chē)之間進(jìn)行數據傳輸的需求日益增長(cháng)。本文為您介紹三種汽車(chē)通信標準—控制器局域網(wǎng)(CAN) 、以太網(wǎng)和平板顯示鏈路 (FPD-Link) ，并探討每種接口最適合的系統。

CAN總線(xiàn)

CAN總線(xiàn)最初于20世紀80年代由Robert Bosch GmbH 制訂。今天，它得到許多集成電路和子系統制造廠(chǎng)商的支持，并應用于所有現代汽車(chē)中。CAN總線(xiàn)允許通過(guò)總線(xiàn)上傳輸的消息，讓總線(xiàn)上的不同控制器或者處理器進(jìn)行相互通信。它使用一種優(yōu)先次-序方法，這樣低優(yōu)先級的消息便不會(huì )干擾高優(yōu)先級的消息。CAN總線(xiàn)的傳輸速率小于1 Mbps，消息長(cháng)度(CAN幀)通常為50到100 比特。

由于許多不同控制器可以共用一條CAN總線(xiàn)，因此它一般不太適合發(fā)送要求每秒進(jìn)行約100 次以上更新的消息。理想情況下，它適合于轉播更緩慢的狀態(tài)更新，從傳感器到引擎控制單元。它所包括的應用為與其他機械系統相關(guān)的通信(變速器、制動(dòng)、巡航定速控制、動(dòng)力轉向、車(chē)窗、門(mén)鎖等等)，其數據量有限，并且涉及帶寬往往相對較低。

由于越來(lái)越多的傳感器和處理器不斷被加入到這個(gè)網(wǎng)絡(luò )中，總傳輸速度進(jìn)一步降低，汽車(chē)系統變得更加復雜。圖1顯示了用于實(shí)現車(chē)門(mén)和溫度控制功能的CAN 總線(xiàn)。由于所有這些都是低帶寬應用，因此相互干擾并不是一個(gè)大問(wèn)題。但是，如果同一條總線(xiàn)還要處理更高的帶寬，如引擎控制等更重要的功能，則需要把車(chē)門(mén)和溫度控制的優(yōu)先級設為足夠的低，以使這些功能不干擾引擎控制。

最終結果是，CAN總線(xiàn)同樣適合于作為汽車(chē)機械傳感器和系統之間的一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò )，但它很難達到如娛樂(lè )系統或者攝像頭或雷達傳感器等應用的高帶寬要求。

以太網(wǎng)

以太網(wǎng)是我們家里和辦公室最為常見(jiàn)的高速接口之一，一些汽車(chē)通過(guò)以太網(wǎng)來(lái)傳輸各種高速數據。與CAN總線(xiàn)一樣，以太網(wǎng)是一種打包分組系統，網(wǎng)絡(luò )各-部分上節點(diǎn)之間的信息以包的形式傳輸。同CAN總線(xiàn)一樣，以太網(wǎng)為雙向網(wǎng)絡(luò )，隨著(zhù)系統節點(diǎn)數量的增加，所有單條鏈路的傳輸速度隨之下降。但是，以太網(wǎng)傳輸數據的鏈路速度是CAN總線(xiàn)的100 倍。

以太網(wǎng)適合于應用中中等帶寬通信，例如：導航系統與控制等。它能夠以相同的方法用作CAN總線(xiàn)，并同時(shí)提供更多的帶寬。以太網(wǎng)是代替CAN總線(xiàn)的一個(gè)理-想選擇，但是由于以太網(wǎng)的每節點(diǎn)成本較高，因此它可能不會(huì )取代CAN總線(xiàn)，而會(huì )作為CAN總線(xiàn)的補充。

今天，一些汽車(chē)正在將以太網(wǎng)用于滿(mǎn)足大數據傳輸要求，例如：車(chē)尾攝像頭和娛樂(lè )系統等。汽車(chē)應用中特別需要提及的是德州儀器公司(TI)的DP83848Q-Q1 。它是一種以太網(wǎng)PHY (歸為AEC-Q100 2 級)，包括一個(gè)輔助系統診斷的回路測試。

要想通過(guò)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )傳輸視頻，即使傳輸的視頻通道只有一條，也必須在其源頭對視頻進(jìn)行壓縮，然后在目的地解壓縮，以避免超出以太網(wǎng)帶寬限制。就如車(chē)尾攝像頭等應用而言，意味著(zhù)攝像頭內部需要有一顆相對高功耗的處理器，以對圖像進(jìn)行充分的壓縮，使其能夠通過(guò)以太網(wǎng)傳輸。也就是說(shuō)，攝像頭的物理尺寸更大，成本更高，并且與不要求更多圖像壓縮工作的解決方案相比，它的功耗也更高。這種解決方案的-另一個(gè)缺點(diǎn)是，視頻壓縮和解壓縮增加了鏈路的延遲。如果同一條以太網(wǎng)被汽車(chē)內數個(gè)攝像頭或者其他視頻-源共用，則需要在壓縮量(以及相應的視頻質(zhì)量)和支持視頻通道數目之間做出折中與平衡。利用分層結構，在汽車(chē)內建立起多個(gè)網(wǎng)絡(luò )，可以緩解這個(gè)問(wèn)題。-一個(gè)網(wǎng)絡(luò )僅處理引擎控制和診斷程序，第二個(gè)網(wǎng)絡(luò )處理汽車(chē)后排娛樂(lè )和音頻系統，而另一個(gè)網(wǎng)絡(luò )則處理駕駛輔助功能，例如：視線(xiàn)增強攝像頭等。最后，以太網(wǎng)擁有比CAN總線(xiàn)更強的功能，代價(jià)是更高的復雜度，并且仍然很難應對最高帶寬應用(例如：視頻等)。-

FPD鏈路

FPD 鏈路是一種專(zhuān)為高帶寬數據點(diǎn)對點(diǎn)傳輸而開(kāi)發(fā)的技術(shù)。它擁有一條速度非常高(每秒幾千兆比特)的正向通道，以及一條低速反向通道。反向通道用于以400 kbps 速率傳輸I2C，或者以1 Mbps 的最高速率控制GPIO。開(kāi)發(fā)FPD鏈路的目的是在汽車(chē)內部傳輸視-頻數據。例如，它可以用于把未經(jīng)壓縮的視頻傳輸至視頻顯示器，而反向通道則把顯示屏觸摸板的信息發(fā)回給產(chǎn)生該視頻的處理器。FPD 鏈路的物理層可以是一條雙絞線(xiàn)或者同軸線(xiàn)纜。布線(xiàn)為專(zhuān)用，所以，如果FPD 鏈路用于車(chē)尾攝像頭，則一條線(xiàn)纜從車(chē)尾攝像頭連接至處理器，另一條線(xiàn)纜從處理器連接至車(chē)載顯示-器。

本應用中，使用FPD 鏈路的重要好處是，攝像頭和顯示器都可以是十分簡(jiǎn)單的一些電路，因為不要求使用壓縮和解壓縮。另外，由于該鏈路為專(zhuān)用，因此視頻系統的圖像質(zhì)量與汽車(chē)內其他部分無(wú)關(guān)。反向通道可用于結構攝像頭，操作變焦鏡頭，或者把觸摸屏信息發(fā)回控制器，無(wú)需中斷正向通道的視頻流。

就自動(dòng)駕駛汽車(chē)而言，另一個(gè)重要的因素是鏈路的延遲量。壓縮和解壓縮圖像所要求的處理工作，會(huì )增加這種延遲。對于如后排娛樂(lè )等應用而言，從DVD 讀取數據和在屏幕上顯示其內容之間的延遲并不是很重要。但是，如果所傳輸的圖像來(lái)自攝像頭，顯示的是公路上行人的情況，則這種延遲可能就會(huì )造成可怕的后果。

當高帶寬和低延遲是最為重要的考慮因素時(shí)，應首選FPD鏈路來(lái)實(shí)現一些重要的連接。另外，由于可以支持反向通道，并且能夠通過(guò)單條雙絞線(xiàn)對或者同軸線(xiàn)連接來(lái)供電，因此布線(xiàn)更加簡(jiǎn)單。圖2顯示了一個(gè)OMAPTM視頻處理器，它連接兩個(gè)不同的攝像頭和顯示器，通過(guò)單條雙絞線(xiàn)對線(xiàn)纜連接外圍設備。這種雙絞線(xiàn)對線(xiàn)纜支持攝像頭視頻數據和觸摸屏/攝像頭設置數據。它還為顯示器或者攝像頭供電。由于每條鏈路專(zhuān)用于一個(gè)外圍設備，因此兩個(gè)攝像頭的信號之間不會(huì )出現干擾。

結論

那么，哪種接口最適合于汽車(chē)通信呢?它們都適合，但需根據具體的用途來(lái)確定。CAN 總線(xiàn)在用于那些要求不斷降低成本的低速控制應用中占據統治地位。當帶寬要求提高時(shí)，以太網(wǎng)作為一種增強型接口，可滿(mǎn)足中等帶寬要求。當要求最高帶寬和最低延遲鏈路時(shí)，例如：為自動(dòng)駕駛程序提供周?chē)h(huán)境情況的環(huán)視攝像頭系統，則FPD鏈路完全可以滿(mǎn)足要求。