汽车通信网络发展趋势与特性

　　据Credit Swiss First Boston公司预测，在2010年，预计全球半导体市场容量将达到约3550亿美元(估计每年复合增长率为10.8%);到2010年，30%的半导体销售额是汽车应用;在2010年，预计汽车应用的半导体销售额将达到约1050亿美元，其增长速度要明显快于整体市场的增长。

　　赛迪顾问股份有限公司的统计数据表明，中国汽车市场在2003年～2007年经历了井喷式的增长，年均增长率高达18.9%。汽车电子市场的发展速度要大大快于汽车市场的发展速度，2003年～2007年的年均增长率高达36.1%，这主要归因于现有产品的普及，造成汽车电子在汽车成本中比重有较大提升，即便是在经济型轿车中，很多成熟和技术也获得了大范围普及。

　　据赛迪顾问预测，2008年～2012年，中国汽车电子市场的年均增长率为19.8%，尽管增长速度降下来了，市场总量的扩大依然为参与其中的厂商提供了足够的发展机遇。

　　目前，全世界有多达40多种车辆网络标准：控制区域网CAN、局部互联协议LIN(Local Interconnect Protocol)，高速容错网络协议FlexRay，用于汽车多媒体和导航的MOST(Media Oriented System Transport，媒体定向系统传输)，以及与计算机网络兼容的蓝牙、无线局域网等无线网络技术。

　　按照数据传输速率划分，车载网络可分为Class A、Class B、Class C三个级别。Class A的数据速率通常低于20Kbps，如LIN，主要用于车门控制、空调、仪表板。Class B的数据速率为10Kbps～125Kbps，如CAN(ISO 11898)，主要是事件驱动和周期性的传输。Class C的数据速率为125Kbps～1Mbps，如CAN(ISO898)，主要用于引擎定时、燃料输送、ABS等需要实时传输的周期性参数。更高传输速率的MOST和FlexRay主要适用于音视频数据流的传输。

　　汽车通信网络还可以划分为四个不同的领域，车身控制系统、高安全的线控系统、低端控制系统和娱乐信息系统，每个领域都有其独特的要求。

　　CAN(Controller Area Network)总线是德国Bosch公司从20世纪80年代初，为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换问题而开发的一种串行数据通信协议。它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbps。

　　对于车内不需要CAN这样高速率和高安全的通信，本地互联网络(LIN)就是为适应这类应用而设计的低成本解决方案。LIN(Local Interconnect Network)是一种应用于汽车中的分布式新型低成本串行通信总线，作为CAN总线的辅助网络或子网络，专门应用于低端系统。LIN是单一主机系统，不但降低了硬件成本，而且在软件和系统设计上也能更容易地兼容其它网络协议，比如CAN。

　　FlexRay总线是一种高速网络，由FlexRay联盟为高速通信所制订，最初是作为电动控制(x-by-wire)应用的通信协议被提出的。从技术上讲FlexRay作为下一代汽车网络协议，提供了充足的带宽、可靠性和实时响应能力，以实现线控应用。该标准已开始商用并将被越来越多的汽车制造商采用，但其高成本因素决定了FlexRay在一定的时间内只能定位于高端汽车的应用。

　　车内除了嵌入式控制系统以外，还有诸如媒体播放器、导航系统、无线通信系统以及其他多种信息娱乐设备，这些设备之间的互连需要更高速的通信协议。媒体导向系统传输协议(MOST)是目前车载信息娱乐系统普遍接受的高速通信协议。MOST数据可分为同步传输数据和异步传输数据，具有很大的灵活性——同步数据可直接用于音视频设备，异步数据可用于传输其它数据包，如导航地图数据等。MOST还定义了应用层，包括MOST设备、功能块、功能函数以及参数格式等等，这些协议可以确保各个厂家生产的设备具有MOST互联性，也有利于车内信息娱乐设备的及时更新换代。

　　对于汽车来说，除了需要高数据传输速率的多媒体音视频应用，其他应用大多只需要低数据速率，CAN和LIN即可满足要求。

　　CAN和LIN总线具有结构简单、易于使用、方便维护的特点，由于是串行传输，在进行设计和调试时，需要对数据帧进行解析。无论是设备制造商(OEM)、汽车制造商、电子器件制造商，还是半导体制造商，都需要一套完整的测试方案来简化设计和调试过程。

　　如开发人员需要监测网络中的不同CAN消息，包括测量一条消息相对于另一条CAN消息出现所需的时间、计算CAN消息出现次数、显示CAN消息内容;要同时监测网关分开的两个网段，如CAN+CAN或CAN+LIN;测量频率振荡器容限和传输延迟，保证CAN节点在正确的位时间对CAN消息取样;在示波器上简便地分析CAN消息眼图。

　　目前，很多数字示波器和混合信号示波器有具有了对CAN、LIN信号进行触发的功能，为工程师提供了得力的工具。

　　车载网络的使用环境日趋复杂，使得EMC问题不容忽视，尤其是电磁干扰可能对行驶安全造成影响的时候。随着车载LAN的导入，除了以往点火塞的火花电流、马达的brush噪音之外，由电子控制单元里面装置的MCU所发出的噪声，已成为新的EMC课题。可能产生EMC问题的点火系、带接点付负荷系、交流发电机系、马达系和车载数码设备。在信号与噪声频率不同的情况下，可选用电感器、电容器和LC滤波器。在信号与噪声频率相同的情况系下，可选用共模滤波器。

　　CAN的差动信号线上的噪声主要是共模噪声，主要来源包括：MCU、时钟等的高频成分CAN信号线，在差动信号上生成由失真引起的共模成分，CAN_H、CAN_L的不平衡的共模成分。一些频率较低的共模噪音也容易引起辐射。通过采用分离端子和共模滤波器就可取到很好的抑制效果。如果不采用这些措施，在3MHz以上就会产生bit error。LIN总线比较简单，所以通常采用LC滤波器。