基于MOST的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議通信標準

汽車(chē)電子系統是生產(chǎn)過(guò)程中最復雜的一個(gè)系統，其中包括許多子系統，即許多不同的域。隨著(zhù)汽車(chē)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。例如，高級駕駛輔助系統(ADAS)需要處理來(lái)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(guò)信息娛樂(lè )系統中的屏幕和音頻播放設備呈現給用戶(hù)。如果汽車(chē)要執行特定的自動(dòng)操作，ADAS中的數據還必須傳輸到車(chē)身控制、剎車(chē)控制、轉向控制和發(fā)動(dòng)機控制域。

如果存在某一網(wǎng)絡(luò )可以充當不同系統之間的通信主干，則不同域之間的所有這種交互均可實(shí)現。一輛汽車(chē)由多個(gè)子系統組成，這些子系統彼此之間可以通信，但對于各自所采用的數據傳輸的要求卻迥然不同。例如，用于升、降車(chē)窗的簡(jiǎn)單按鈕對于數據通信的要求極低，并且對成本極為敏感。要跟蹤車(chē)窗升降情況，您不會(huì )運行完整的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。大多數汽車(chē)會(huì )采用成本低廉的局域互連網(wǎng)絡(luò )(LIN)串行總線(xiàn)，使用一根電線(xiàn)進(jìn)行通信。CAN能實(shí)現汽車(chē)的很多實(shí)用功能，雖然它比LIN復雜，但在各種汽車(chē)單片機中都可輕松實(shí)現。CAN采用基于報文的協(xié)議并已經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)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(chē)身和引擎控制通信均通過(guò)CAN實(shí)現。

隨著(zhù)需要傳輸的數據量不斷增加，需要部署速度更快、更為復雜的網(wǎng)絡(luò )。鑒于傳輸的數據量，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)數量級。

在20世紀90年代末，汽車(chē)行業(yè)開(kāi)發(fā)了MOST技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足音頻和視頻通信需求。這種網(wǎng)絡(luò )從一開(kāi)始便設計為向各種設備發(fā)送連續傳輸的時(shí)間敏感型數據，主要目的在于簡(jiǎn)化汽車(chē)信息和娛樂(lè )系統。據負責此標準的汽車(chē)制造商及供應商聯(lián)盟MOST Cooperation稱(chēng)，目前內置MOST網(wǎng)絡(luò )的車(chē)型有175種以上。為實(shí)現該技術(shù)，已部署了超過(guò)15000萬(wàn)臺設備。對于一些高端車(chē)型，一輛汽車(chē)中的設備就多達15臺。

由于汽車(chē)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)域中的大多數通信都采用基于以太網(wǎng)和IP數據包的各種協(xié)議，許多應用也依賴(lài)此標準處理傳入和傳出汽車(chē)的信息，從而使信息到達世界各地。IP還可用作一種在汽車(chē)內的不同域之間發(fā)送信息的標準方法。

與車(chē)外系統交換的任何數據，無(wú)論通過(guò)診斷接口還是蜂窩調制解調器進(jìn)行交換，都很可能放入各個(gè)數據包中，數據包中包含源地址和目標地址，以及用于控制從A點(diǎn)到B點(diǎn)的數據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(yè)瀏覽以及非時(shí)間關(guān)鍵型或非時(shí)間敏感型傳輸數據等非常有用。此外，以太網(wǎng)的廣泛應用還促使采用IP數據包的各種應用大量涌現。這類(lèi)數據包是這種通信的基礎，無(wú)論是IEEE 802.3有線(xiàn)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制。

認識到IP通信的作用以及以太網(wǎng)物理介質(zhì)所使用的數據包格式后，MOST技術(shù)向其傳統的控制(同步和異步通道)中添加了專(zhuān)用MOST以太網(wǎng)數據包通道(MEP)，使其更適合連續的音頻和視頻傳輸。

MOST網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)勢在于，它能夠直接將數據路由到希望數據采用以太網(wǎng)格式的各種應用，同時(shí)，當向輸出設備發(fā)送音頻流或視頻流等連續傳輸的信息流時(shí)，無(wú)需涉及主機處理器。此外，無(wú)需為滿(mǎn)足一個(gè)數據包或信息流傳輸協(xié)議而強制所有數據都采用一種特定格式。此MEP通道能夠在不通過(guò)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準以太網(wǎng)數據包，然后通過(guò)MOST網(wǎng)絡(luò )發(fā)送該數據包。MOST150 INIC甚至具有以太網(wǎng)式MAC地址，因此可提取適當位置的以太網(wǎng)數據包，然后傳送到其他標準以太網(wǎng)設備。系統中無(wú)需中央交換式集線(xiàn)器及其他硬件。音頻和視頻節目等數據流可通過(guò)數據流通道并行發(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(guò)實(shí)踐檢驗的汽車(chē)物理層現可應用于車(chē)內以太網(wǎng)傳輸。憑借MOST150，單個(gè)物理層即可兼具數據包和信息流技術(shù)為汽車(chē)帶來(lái)的全部?jì)?yōu)勢。

國際標準化組織(ISO)針對網(wǎng)絡(luò )通信開(kāi)發(fā)了開(kāi)放系統互連(OSI)參考模型。圖1所示為OSI模型的以太網(wǎng)實(shí)現方案。

圖1：ISO開(kāi)放系統互連參考模型的以太網(wǎng)實(shí)現方案。

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，只需更改數據鏈路層和物理層，而無(wú)需對面向用戶(hù)的實(shí)際應用進(jìn)行任何更改。MOST網(wǎng)絡(luò )數據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)議棧并行運行，也可以獨立運行。

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(chē)行業(yè)開(kāi)發(fā)了自己的通信協(xié)議棧。其中包括許多汽車(chē)應用特定的功能，例如，系統管理和控制功能以及至CAN等其他汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)關(guān)。這些汽車(chē)行業(yè)通信協(xié)議棧不適合通過(guò)標準以太網(wǎng)運行，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)數據鏈路層和物理層上，能夠加快所需開(kāi)發(fā)的進(jìn)展速度，這是因為無(wú)需無(wú)謂的重復勞動(dòng)即可管理汽車(chē)信息和娛樂(lè )系統。向汽車(chē)中添加IP功能時(shí)，可以利用現有的整個(gè)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )管理基礎架構。針對汽車(chē)開(kāi)發(fā)和制造系統的完整工具鏈已經(jīng)存在，只需稍加更改，便可向現有MOST網(wǎng)絡(luò )功能組添加這些IP功能。

結論

MOST Cooperation一直密切關(guān)注當今可用的各種聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。該聯(lián)盟成員已認識到不同網(wǎng)絡(luò )所帶來(lái)的各種優(yōu)勢，并且已提出相應的解決方案來(lái)充分發(fā)揮各種網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)勢。MOST技術(shù)可復用多種不同的數據傳輸機制。所開(kāi)發(fā)的MOST150的MOST以太網(wǎng)數據包通道能夠在汽車(chē)內、外采用IP通信，同時(shí)還可充分利用MOST技術(shù)已有的高效同步數據流傳輸機制。它包括汽車(chē)行業(yè)所需的所有軟件層，并且無(wú)需新的汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )管理協(xié)議棧。

借助MOST150，設計人員可以充分利用MOST Cooperation成員針對已經(jīng)行駛在路上的數億節點(diǎn)在十余年間積累的汽車(chē)聯(lián)網(wǎng)經(jīng)驗。實(shí)現這些系統所需的硅和物理基礎架構已經(jīng)過(guò)汽車(chē)應用的實(shí)踐檢驗，并且實(shí)現汽車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統所需的汽車(chē)相關(guān)規范現已推出。汽車(chē)生產(chǎn)周期中從汽車(chē)設計和開(kāi)發(fā)到汽車(chē)制造和現場(chǎng)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(lái)將完全向基于IP的系統發(fā)展，同時(shí)還可充分利用數十年來(lái)積累的面向車(chē)內聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)化相關(guān)經(jīng)驗。