MOST網(wǎng)絡協(xié)議在車輛上的應用

　　摘要： 汽車網(wǎng)絡的發(fā)展主要受汽車電子的驅(qū)動，未來車輛中大約需要20多種多媒體設備，這類網(wǎng)絡要求很高的數(shù)據(jù)傳輸速率(250kbps～400Mbps)。由于具有低成本、抗干擾、高帶寬、實時同步高質(zhì)量通信等優(yōu)點，MOST(Media Oriented Systems Transport)協(xié)議在車上網(wǎng)絡技術(shù)應用的前景最為廣闊。

　　關鍵詞： 汽車電子;MOST;網(wǎng)絡協(xié)議

　　汽車網(wǎng)絡的發(fā)展

　　汽車網(wǎng)絡的發(fā)展動力，主要來源于汽車電子的越來越多的使用。調(diào)查資料證明，在目前的汽車創(chuàng)新中，70%來源于電子系統(tǒng)的革新。前兩年國產(chǎn)汽車還把防抱死制動系統(tǒng)(ABS)作為一項汽車檔次標準，現(xiàn)在這樣的新技術(shù)層出不窮，比如牽引力控制(TCS)、電子制動力分配(EBD)、電子行駛穩(wěn)定系統(tǒng)(ESP)、剎車輔助(BA)等等。另一組數(shù)據(jù)推出，1977年全球汽車的電子系統(tǒng)平均每輛是110美元，到了2001年這個數(shù)字是1800美元，2003年超過了2000美元。

　　美國汽車工程師協(xié)會(SAE)將汽車網(wǎng)絡根據(jù)速率劃分為A、B、C三個等級(表1)：A類面向傳感器/執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡，速率通常只有1Kbps~10Kbps，主要應用于電動門窗、座椅調(diào)節(jié)、燈光照明等控制;B類面向獨立模塊間數(shù)據(jù)共享的中速網(wǎng)絡，速率一般為10Kbps~100Kbps，主要應用于電子車輛信息中心、故障診斷、儀表顯示、安全氣囊等系統(tǒng);C類面向高速、實時閉環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng)，最高位速率可達1Mbps，主要用于懸架控制、牽引控制、先進發(fā)動機控制、ABS等系統(tǒng)。

　　車上媒體網(wǎng)絡協(xié)議

　　目前由于CAN網(wǎng)絡協(xié)議有著多方面的優(yōu)勢，是應用范圍最廣的汽車網(wǎng)絡標準。由于汽車越來越多的多媒體等信息設備，這些網(wǎng)絡技術(shù)要求更高的數(shù)據(jù)傳送速率(250Kbps~400Mbps)，CAN等網(wǎng)絡協(xié)議達不到這樣的要求。因此MOST等高速網(wǎng)絡協(xié)議標準就應運而生了，目前該類網(wǎng)絡技術(shù)采用的協(xié)議主要有MOST、集成數(shù)據(jù)傳送總線、1394、藍牙等。

　　IDB(智能數(shù)據(jù)總線)首次確定了汽車行業(yè)用于信息、通信和娛樂系統(tǒng)的接口標準,目前SAE已將各種IDB設備分為3類:低速(IDB-C)、高速(IDB-M)和無線通信(IDB-Wireless)，IDB-M包括D2B、MOST、IDB-1394等傳輸速率較高的標準和協(xié)議，D2B技術(shù)于20世紀80年代后期由Philips、Sony等公司共同開發(fā)，D2B技術(shù)使汽車變成了一個流動的多媒體工具。但D2B產(chǎn)生巨額應用之后,由于其速度太慢,因而在1998年,Audi、BMW、DaimlerChrysler、Harman/Becker、Motorola、Oasis SiliconSystems、Johnson Controls、Delphi Delco 等公司又聯(lián)合開發(fā)了MOST(媒體系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換)協(xié)議。它是專門用于汽車工業(yè)的多媒體光纖網(wǎng)絡標準,速率可達50Mbps。MOST網(wǎng)絡不僅提供很高的速率和性能,而且成本相對較低。BMW在業(yè)界率先采用了MOST協(xié)議，DaimlerChrysler等歐洲汽車制造商均計劃采用該協(xié)議。

　　MOST多媒體網(wǎng)絡技術(shù)

　　MOST多媒體網(wǎng)絡技術(shù)的產(chǎn)生，是為了新的多媒體設備應用在汽車上，以及其他諸如以流媒體傳輸效率為主要目標的市場而設計的。擁有智能高速網(wǎng)絡的塑料光纖MOST協(xié)議可以解決眾所周知的傳統(tǒng)模式錯綜復雜的布線、繁瑣的連接器、陳舊的控制以及厚重的銅線等不能滿足現(xiàn)代汽車外圍設備需要的這些矛盾。

　　MOST技術(shù)頻率響應非常好等等采用一根塑料光纖傳輸所有控制和信號信息。塑料光纖具有許多優(yōu)點，如質(zhì)量非常輕，一些現(xiàn)代轎車上有幾公里長的布線，汽車傳統(tǒng)的銅布線昂貴、復雜并且不可變。通過網(wǎng)絡、汽車上所有多媒體設備用單獨的塑料光纖媒介傳輸各種信號，降低了成本，同時擴展了功能。當越來越多復雜的多媒體系統(tǒng)應用于汽車上時，MOST 使設備之間的高速數(shù)據(jù)交換成為可能，MOST技術(shù)提供了一種分配多媒體信息和控制使用這些信息的手段。塑料光纖提供了一種成本極低的信息傳輸介質(zhì)，同時數(shù)據(jù)不受電磁干擾的影響，也能夠消除由于傳統(tǒng)銅線傳輸數(shù)據(jù)造成的電磁干擾。

　　MOST技術(shù)使硬件不再是多媒體應用發(fā)展的限制因素，所有各層的應用發(fā)展已經(jīng)被定義和標準化，包括連接分配和控制多媒體信息的硬件和軟件層。在軟件方面，允許在不同的設備上交換信息。還定義了一種傳輸機制：在設備間建立了數(shù)據(jù)流的連接，這種連接僅需要很低的功耗，因此大部分帶寬可以應用于真正需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，所以網(wǎng)絡利用率很高。在硬件方面，通過塑料光纖進行數(shù)據(jù)交流，使硬件設備成本降低。硬件的同步不需要在每個節(jié)點有緩存和信號處理也不需要信息數(shù)據(jù)包處理，環(huán)狀拓撲結(jié)構(gòu)使網(wǎng)絡的連接最少。

　　MOST除了定義協(xié)議、硬件和軟件層的傳輸控制、實時、數(shù)據(jù)包的高效性之外，還具有以下特性：

　　(1)獨立系統(tǒng)時鐘。(2)無中央處理器。(3)當一個新的外圍設備添加到網(wǎng)絡中或從網(wǎng)絡中移出，MOST支持自動安裝，允許采用多種拓撲結(jié)構(gòu)，包括星形和環(huán)形，大多數(shù)汽車裝置都采用環(huán)形布局。(4)節(jié)點之間的延遲通過MOST的內(nèi)部協(xié)議來補償，具有理想的同步效果。(5)MOST的概念形成了一個真正的P2P網(wǎng)絡，即允許任何一個節(jié)點直接無阻礙的與另外的節(jié)點通信(對話)。(6)使用輕松：簡單的連接器、無交流循環(huán)、無輻射、即插即用、虛擬網(wǎng)絡管理。(7)寬應用范圍：應用于帶寬從kbps到幾Mbps(將來可以達到150Mbps)，高品質(zhì)完整數(shù)據(jù)，具有低抖動特性，支持異步和同步數(shù)據(jù)傳輸，一個網(wǎng)絡中最多支持64個設備。(8)同步帶寬：達到24.5Mbps同步數(shù)據(jù)吞吐量(相當于15聲道的CD 音質(zhì)，將來可以達到150 Mbps)。(9)異步帶寬：達到15Mbps異步數(shù)據(jù)吞吐量。(10)機動性：實時通道和寬帶數(shù)據(jù)包，遙控和信息流控制，可變的仲裁機制，對不同的協(xié)議傳輸是透明的，協(xié)議獨立并且面向?qū)ο蟆?11)與消費者和PC產(chǎn)業(yè)協(xié)同：有無PC機都可以運轉(zhuǎn)，與PC流和即插即用標準一致。(12)低運行成本：適合運用于對成本敏感的外圍設備。

{{分頁}}

　　汽車中的外圍設備的數(shù)量正快速的增加。圖1顯示了最新汽車的標準配置。

圖1  現(xiàn)代汽車外圍設備

　　MOST的幀結(jié)構(gòu)

　　MOST的數(shù)據(jù)傳送使用512比特的幀，以及16個幀的塊(圖 2)。幀的重復率為44.1kHz(每幀22.67 ms)，每個幀內(nèi)除了前導碼和其它內(nèi)部管理位以外，還包含有同步、異步和控制數(shù)據(jù)?？偩€是完全同步的,設計師可將網(wǎng)絡內(nèi)的任何設備指定為主設備，其它所有節(jié)點都從主設備處獲得自己的時鐘。網(wǎng)絡完全是即插即用的，當上電或有連接改變時，有一個尋找設備的過程。主節(jié)點上保持著一個所連設備的中心注冊處。

圖2  MOST總線的塊結(jié)構(gòu)和幀結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)同步數(shù)據(jù)的虛擬通道以及能實現(xiàn)控制數(shù)據(jù)的CSMA調(diào)整地分組式傳輸

　　產(chǎn)品支持水平的不斷提高展現(xiàn)了這一總線的發(fā)展。實現(xiàn)MOST 結(jié)點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(guī)格。它們符合已定義的 4引腳物理外形，提供波長650nm 的收/發(fā)功能。接收器模塊將一個光電二極管與信號處理和激活功能結(jié)合在一起，集成在一片Infineon公司現(xiàn)在生產(chǎn)的IC上，而上一代芯片則是從Oasis Silicon Systems 公司獲得的。

　　小結(jié)與前景

　　未來的汽車駕駛室將具備以下一些設備和功能：高質(zhì)量的數(shù)字式無線電和多個高質(zhì)量的主動揚聲器(在一些豪華車上可多達14個或更多)，GPS或蜂窩基站導航系統(tǒng)，語音控制和語音指導，多個LCD視頻顯示器，DVD和CD來的視頻、語音數(shù)字記錄系統(tǒng)，杜比數(shù)碼5.1聲道環(huán)繞立體聲影院，高級安全系統(tǒng)有蜂窩電話訪問和無線傳輸?shù)哪芰Φ鹊取?/P>

　　今天的豪華車和將來的標準車型將會整合所有這些或更多設備，有一種強勁的需求希望通過一個可靠的、很強適應性的、低成本和高性能的數(shù)字網(wǎng)絡將所有這些設備連接起來。MOST技術(shù)正可解決這一市場需求，現(xiàn)在MOST的傳輸速率達24.5Mbps超過當今市場的需求，將來MOST技術(shù)的發(fā)展可以滿足更多的功能性，MOST技術(shù)必將得到快速的發(fā)展。

　　參考文獻：

　　1. 秦貴和, 媒體設備連接網(wǎng)絡協(xié)議MOST，計算機應用,2003,(S1)

　　2. 魏學哲,孫澤昌,陳覺曉, 汽車網(wǎng)絡分類方法及其主流協(xié)議發(fā)展趨勢，汽車工程,2003,2

　　3. http://www.oasis.de

　　4. http://www.mostcooperation.com