帶寬、復雜性及性能方面的挑戰推動(dòng)汽車(chē)業(yè)向新型網(wǎng)絡(luò )架構發(fā)展

　　汽車(chē)業(yè)內的重組活動(dòng)與其行業(yè)追求的安全性、可靠性相互矛盾，變革成功與否的前提條件是預先的周密計劃。汽車(chē)電子的新一輪變革將改寫(xiě)現行的控制網(wǎng)絡(luò )架構，并不可避免地影響到汽車(chē) IC 及網(wǎng)絡(luò )自身。

　　所以，這種勢在必行的架構變化將決定并促進(jìn)汽車(chē) IC 的發(fā)展；生產(chǎn)成本得以降低；且嵌入式軟件開(kāi)發(fā)及維護問(wèn)題得到進(jìn)一步重視。當今的控制器局域網(wǎng) (CAN) 在汽車(chē)行業(yè)的普及率基本達到 100%，但它們都是以多個(gè)、獨立的 CAN 網(wǎng)絡(luò )形式并存。今后幾年，這種網(wǎng)絡(luò )將向互連總線(xiàn)轉變，以適應子網(wǎng)絡(luò )的需求。

　　新一代關(guān)鍵任務(wù)功能將應用到高速、確定性網(wǎng)絡(luò )上，如標準開(kāi)發(fā)聯(lián)盟FlexRay(參加廠(chǎng)商包括 BMW、Bosch 、戴姆勒克萊斯勒、通用汽車(chē)等)。專(zhuān)用的信息娛樂(lè )總線(xiàn)將處理多媒體數據，但通過(guò)攝像頭實(shí)現的智能傳感功能也需要高速網(wǎng)絡(luò )的支持。

　　成功造就挑戰

　　在過(guò)去十年中，隨著(zhù)安全系統、底盤(pán)控制系統及娛樂(lè )系統功能的不斷增加，控制變得更加困難；復雜性成倍提高使得軟件開(kāi)發(fā)難度加大、生產(chǎn)成本增加；1 Mb/s CAN 總線(xiàn)的帶寬開(kāi)始無(wú)法滿(mǎn)足要求。所有這些趨勢都在推動(dòng)網(wǎng)絡(luò )架構向差異化方向發(fā)展：

　　* 新功能需要更多的電子控制單元 (ECU)，目前這些 ECU 的效率較低且價(jià)格昂貴。

　　* 用于控制及 A/V 的數字帶寬是 CAN 的瓶頸。

　　* 復雜的安全系統功能需要完全確定的網(wǎng)絡(luò )。

　　* 16 位 MCU 的性能已無(wú)法滿(mǎn)足運算需求。

　　不斷升級的處理器意味著(zhù)為每種應用選擇最佳的處理器，并確保其有效通信。在部分實(shí)例中可能由數字信號處理器 (DSP) 替代 MCU。 

　　更少的 CAN 總線(xiàn)實(shí)現更好的通信

　　在中端市場(chǎng)中，大多數新車(chē)有 4～5 根 CAN 總線(xiàn)，分別用于信息娛樂(lè )、車(chē)身控制、變速與制動(dòng)、儀表檢測及診斷。減少總線(xiàn)數量非常重要。

　　圖 1  為未來(lái)可能通用的一種汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )架構

　　確定性 FlexRay 網(wǎng)絡(luò )每通道的吞吐能力最高可達 10 Mb/s，其主要負責處理關(guān)鍵安全應用。底盤(pán)控制系統、引擎控制、變速控制及電動(dòng)助力轉向系統由各自的高速網(wǎng)絡(luò )控制。

　　使用DSP 時(shí)，最好用電動(dòng)助力轉向系統 (EPS) 替代液壓助力轉向系統，這樣不僅能夠實(shí)現較高的運算效率，同時(shí)還能確保中斷響應時(shí)間低至 80ns。儀表板及無(wú)線(xiàn)電通信仍使用傳統的 CAN 環(huán)網(wǎng)，盡管高端信息娛樂(lè )設備所需的數據速率超過(guò) 1Mb/s。

　　一種叫做媒體定向系統傳輸 (MOST) 的光纖網(wǎng)絡(luò )協(xié)議比較適合多媒體應用。不過(guò)，銅線(xiàn)IEEE1394 系統也是一種不錯的選擇。車(chē)身控制子網(wǎng)仍可能包括支持傳統車(chē)身控制(如座椅、車(chē)頂、車(chē)窗等)功能的 CAN 環(huán)網(wǎng)，以便在相互之間或與位于車(chē)門(mén)或中央儀表臺的主控按鈕通信。
圖 1 中，每個(gè)主要的環(huán)網(wǎng)均與中心網(wǎng)關(guān)相連以便在必要時(shí)相互通信。使用中央網(wǎng)關(guān)就必須在生產(chǎn)線(xiàn)上對車(chē)載中所有 MCU 的閃存寫(xiě)入程序，這需要大量的數據管道。

　　可選網(wǎng)絡(luò )

　　制動(dòng)裝置、引擎、變速器、門(mén)鎖、方向盤(pán)等所有網(wǎng)絡(luò )系統需要非常大的帶寬，有些還需要確定性數據傳輸。隨著(zhù)智能車(chē)輛的發(fā)展，其他系統如前視后視攝像頭以及用于下載定制信息的無(wú)線(xiàn)接入，將進(jìn)一步加重網(wǎng)絡(luò )負荷。

　　僅有 1Mb/s 帶寬的 CAN 不太可能成為未來(lái)的高速網(wǎng)絡(luò )。相比之下，FlexRay 由于具備 20 Mb/s 帶寬和雙通道拓撲結構而獨占鰲頭，一些汽車(chē)制造商已開(kāi)始在部分車(chē)型中采用FlexRay 網(wǎng)絡(luò )。BMW 在其 700 系列車(chē)型中采用了 Byteflight 專(zhuān)有網(wǎng)絡(luò )，盡管是專(zhuān)利技術(shù)， 但 Byteflight 與FlexRay 仍有很多共同點(diǎn)。2007 年 FlexRay 進(jìn)入市場(chǎng)后將會(huì )逐步取代專(zhuān)有總線(xiàn)，預計到 2010 年將獲得 20% 的市場(chǎng)份額。

　　TI 向高端市場(chǎng)提供了集成 32 位 ARM 內核的 TMS470 MCU 平臺。該平臺主要針對與FlexRay 網(wǎng)絡(luò )相連的底盤(pán)、氣囊以及車(chē)身控制系統而開(kāi)發(fā)的。為了達到性能標準，與 CAN 環(huán)網(wǎng)相連的 ECU 通常需要配置具有 16 或 32 個(gè)信箱區的 CAN 控制器。一般還需要閃存容量為 1M 的 48 MHz 部件，如 TI 專(zhuān)為汽車(chē)應用設計的5V、16/32 位TMS470x MCU。

　　典型架構應集成具備內存和外設的 16/32 位 RISC 引擎、16 層寄存器文件、存儲器地址總線(xiàn) (MAB) 及存儲器數據總線(xiàn) (MDB)。此外，還應具備超強的模擬輸入輸出 (I/O) 處理能力、體積小、低功耗等重要特性。TI 的 TMS470 MCU 系列完全符合上述要求，TI 基于DSP 的平臺—32 位 TMS320F28x數字信號控制器甚至可以提供 DSP 與 MCU 的所有功能。

　　展望未來(lái)

　　駕駛員對高安全性、多功能的需求以及數字媒體的應用正在推動(dòng)汽車(chē)業(yè)向新型網(wǎng)絡(luò )架構發(fā)展。
這種轉變對 MCU 的性能需求以及軟件開(kāi)發(fā)方式都產(chǎn)生了深遠的影響，但奇怪的是汽車(chē)架構變化的主線(xiàn)是網(wǎng)絡(luò )標準。隨著(zhù)新型架構的成功部署，主要障礙將會(huì )徹底清除，開(kāi)發(fā)更豪華、更安全、更可靠的汽車(chē)將不成問(wèn)題。