'出版品代号:::CT

期数:::000179

文章代码:::CS3

文章标题:::车用汇流排四大天王渐成形

文章副标:::内装、底盘、引擎室

出版品单元:::CTCS

文章来源:::

作者:::陈颖志

译者:::

引言:::车用汇流排与现有资讯、消费、通讯所用的汇流排皆大异其趣，虽然有些3C领域的汇流排也试图在车用领域发挥，但接受与普及性都相当有限，汽车行驶所遭遇的环境多变性远多于3C，所以持续采行特属汇流排实有其坚持理由。本文将针对车用汇流排的现况与技术进行更多的讨论与说明。

附图定义:::图一(p1.gif),图二(p2.gif),图三(p3.gif),图四(p4.gif),图五(p5.gif),图六(p6 .gif),图七(p7.gif)

附表定义:::

公式图档定义:::

文章后之资料:::

属性(人物):::

属性(产业类别):::REI

属性(关键字):::LIN、CAN、FlexRay、MOST

属性(组织):::

属性(产品类别):::

属性(网站单元):::ZEIE

内容:::

有关车用电子的看好性，相信已在许多的市场观察、产业分析中证明，然而愿景虽美却也要面对现实，在多份的报告建言中也一致指出，国内的业者初期只能在汽车出厂后的加装市场中发挥，不易切入在厂内产制过程中的预装领域，此外能发挥的也拘限在环境抗受性较不严苛的底盘上空间，底盘下仍会由欧美日各大车厂的多年密切配合伙伴所主导。

即便如此，国内电子业者仍必须积极抢进，先从内装开始，接着进入仪表板、底盘，最终到达引擎室。而想进入车用电子领域的第一课就是认识与了解车用汇流排，车用汇流排与现有资讯、消费、通讯所用的汇流排皆大异其趣，虽然有些3C领域的汇流排也试图在车用领域发挥，但接受与普及性都相当有限，汽车行驶所遭遇的环境多变性远多于3C，所以持续采行特属汇流排实有其坚持理由。

因此，本文以下将针对车用汇流排的现况与技术进行更多的讨论与说明，了解车用汇流排，才能在车用感测、控制、处理等层面有更佳的发挥运用。

车用介面的百家争鸣

老实说，车用汇流排的种类相当多，今日一般较知名也较多关注的有四种：LIN、CAN、FlexRay与MOST，但若更全面的看待，则还有：J1850、byteflight、OBDII、 D2B、SMARTwireX、IDB-1394、IEBus、Intellibus、MI、DSI、BST、MML、J1708以及TTP等。

此外，各汇流排除了在基本规格特性上达成共识外，更进一步的运用也各异其趣，以美系车种较常使用的J1850来说，虽然都是采行J1850，但在实体层方面Ford福特就与GM通用汽车、Chrysler克莱斯勒不同，而即便GM与Chrysler在实体层相同，在更高的协定层上也各自不同，两者的讯框、封包等格式都无一致。

另外，即便是CAN、LIN等较具未来性的车用汇流排，也都还有各类型的衍生版本规格，如CAN有更强调反应时间的时触型（TTCAN），LIN也有更强调成本精省、能直接取用车内电瓶供电线路作为传输的DC-LIN。

再者，随着近年来逐渐强调车用影音娱乐，使得原本在3C领域运用的通讯方式也开始逐渐受用于车中，此以Bluetooth蓝芽最为典型，以及IEEE 1394（针对车用修改成IDB- 1394），更进一步为了强化行车安全而有的TPMS胎压监督系统，眼前多以业者专属的无线传输技术来回报胎压资讯，但未来也必然要走向RFID、ZigBee等标准协定。

如此总归地说，车用汇流排的标准之所以如此纷陈，其实是夹杂了多种因素于其中，简要归纳整理，这些因素包括：

而且，汽车因行驶需求，其电子组件对环境的抗受性比一般3C领域为严苛，所以也多半不采行原有3C领域的介面标准。

从百家到儒道墨法

纵然影响车用介面的因素很多,单纯就功效面而言其实仍有一定的类别与脉络,先就传输率而言,美国汽车工程师协会(SAE)就有其界定:

《图一 今日数种常见的车用电子接口，横轴为传输距离，纵轴为传输速率。》

此外依据功效也可区分成：

一般性感应、操控

如车身控制（动力方向盘）、传动控制（电子点火、EFi电子控制注油）。这是车用电子的最早需求处，今日不断扩展延伸已成为所谓的「X-by-Wire」，即是让各项操控都改成以电子线路实现，以取代过往的机械连杆操控或油压操控，使操控更为省力。

低阶性感应、操控

如电动天窗、电控式后照镜。就一般车厂角度而言，低阶性感控的重要性低于一般性，车子若没有电动窗仍可用机械手摇窗，但车子没有电子点火、动力方向盘等就相当麻烦，此外低阶感控在稳定与精确上有较高的容忍性，属于末稍运用，但此类运用在每部车中的用量数目正逐渐增多，因此以简易低廉为主考量、主诉求。

关键性感应、操控

如Airbag安全气囊、ABS紧急煞车系统等。此方面的传控感应需求必须快速即时，且传输表现必须坚稳无误。关键性感控多半用于行车上的安全检测监控，例如感应到​​方向盘频频左右转向，即认定驾驶遭遇前方困阻，安全机制会介入传控系统以强化煞车效果。

《图二 贴附在内胎中的胎压传感器所侦测到胎压数据，是以无线通信方式传送到车体。》

资讯娱乐性

如导航资讯、倒车影像、车内视听娱乐等。近年来日益讲究房车内娱乐，如同飞机上一样，椅背后方有个人观赏用的小画面电视，座椅上有控制器，如此可用来播放影音节目、收听收视广播、电玩游戏娱乐等，此外驾驶也要接收车外的广播资讯，包括交通路况的广播、导航定位的讯号广播。

由于在此难以逐项详述每项车用介面技术，因此以下将针对较具未来看好性的四种车用介面（LIN、CAN、FlexRay、MOST）进行更深入的解说。

《图三 飞思卡尔（Freescale）的S12X系列微控器适合用于数种汽车应用中，如网关、中央车体控制、仪表、车门模块与基础节点等。》

四种主要车用介面

LIN

LIN汇流排全称是Local Interconnect Network，最初是1996年由瑞典VOLVO富豪汽车与VCT公司（Volcano Communications Technologies AB，2005年5月已被Mentor Graphics Corporation明导国际收并）合作所研创的介面，当时称为Volcano Lite，1997年Motorola也参与，使Volcano Lite能略省石英振荡器而用更低廉的RC振荡电路运作，1998年12月Audi、BMW、Daimler Chrysler加入，自此转变成LIN。

1999年7月LIN 1.0提出，不过受其他业者所用的VLIT汇流排所影响，因此在2000年内修订两次，成为LIN 1.1、1.2，到了2002年11月提出LIN 1.3，对实体层标准进行改善，提升装置节点间的相容性，而目前为止的最新版为LIN 2.0，于2003年9月发表。

LIN仅需单一线路即可传输，以串列通讯介面（SCI）的通用型非同步收发器（UART）即可进行通讯，线路上仅能有1个主控节点（Master），但受控节点（Slave）最多可至16个，由主控点进行广播式传输，所以没有各节点进行线路碰撞侦测的问题。

此外，LIN的主诉求就在价格低廉，除了Master节点需要运算效能较高、以硬体方式支援LIN介面的微控制器外，其余各Slave节点只要使用一般具有UART周边功效的微控制器即可。另外多数的LIN节点都以RC振荡电路来同步运作，RC振荡电路虽会因环境的温湿度而造成时序偏移，但这个​​偏移仍在LIN传输运作的容忍范围内。至于速率LIN约介于1kBaud～20kBaud间。

往未来看，LIN将在A类的低速、低成本运用中持续，其他与其相类似的介面（如SAE J1850）将逐渐被LIN兼并。

《图四 车用电子的各类型、各部位应用。》

CAN

CAN汇流排全称是Controller Area Network，最初是1980年代由德国Robert Bosch GmbH公司所研创，但首次运用是在1991年的德国Benz朋驰S系列的汽车中，同年由Bosch发表CAN 2.0规格，在此之前为1.0版，2.0版主要区分出CAN-A与CAN-B。

CAN也受到其他规格标准组织的重视，包括ISO、SAE都认同CAN标准，并归列至自有编号中，如ISO 11898、ISO 11992、SAE J1939、SAE J2411等，这其中也包含了特殊衍生型的CAN标准，如卡车、火车用的容错型CAN（ISO 11898-1）、高速型CAN（ISO 11898-2）、低速的容错型CAN（ISO 11898-3）、时触型CAN（Time-Triggered communication on CAN；TTCAN，ISO 11898-4）、以单线传输的CAN（Single-Wire CAN；SWC，SAE J2411）。

就典型应用而言，CAN为双线式的差动传输，差动传输使其对环境杂讯有较高的抗受性，但严格而论CAN可以使用各种可能的实体传输，双绞线只是其一，同轴线、光纤也都可使用。

有些文章报导提到CAN线路最长为40公尺，但其实这样的描述并不完全，严格来说CAN没有硬性的长度限制，而是与传输速率进行取舍妥协，在40公尺内CAN能够以1Mbps的速率进行传输，但若可以接受更慢的传输率则仍可以延伸其长度，在逼近C类的底限（125kbps）时可使线长达500公尺。进一步的，CAN为多主控通讯，且传输的优先权直接以节点辨识编号为准，编号数高者优先权较低。

附带一提的是，CAN仅定义了实体层与资料连结层（包含LLC逻辑连结控制与MAC媒体存取控制），但应用层仍由各使用者自主发挥，也因此出现了许多以CAN为基础的应用层协定，如DeviceNet、CANopen、SDS、CANaerospace、J1939及CAN Kingdom等。

《图五 IDB-1394的应用示意图：前座的导航信息图像显示、后座的娱乐播放显示。》

FlexRay

由于标准的CAN在时效传输上有其缺漏性，在安全控制上需要有更即时的传递，因此有了TTCAN的出现，此外类似诉求的也有TTP汇流排，不过另有一项新兴的车用汇流排技术同样是锁定高传输、高抗受、高时效的运用，此即是FlexRay。其实FlexRay已历经约五年时间的发展，最初由Philips所研创，之后Freescale、TI也都支持参与。

为了传输时效，FlexRay也采时触性传输，保证任何的发送都能在50μS内获得接收，同时传输上也具有侦错、更错能力，接线上也相当弹性，可采单线式、双线互为备援式、星状放射式，其中双线、星状方式有较高的错误容忍度。

尤其在传输上，单一组对线的FlexRay可达10Mbps传输，双线备援且同时运用的结果则可以有20Mbps传输，大幅超越现有CAN的1Mbps，此外标准CAN为事件触发型（Event-Triggered） ，另有针对更快速反应所订的时间触发型（Time-Triggered），FlexRay也同样锁定此两取向的应用，FlexRay本身即是时触型，然除此之外还加入了可动态运用的微时槽（Micro Time Slot）机制，如此即可兼顾事件触发型所需的应用传输特性。目前FlexRay最新的版本为2.1版。

FlexRay的发展晚，进一步的运用也晚，第一款采行FlexRay的车款是今年才发表的BMW宝马X5，而且仅用于气体阻尼系统（pneumatic damping system）上，真正更全面运用FlexRay技术的量产车预计要到2008年才可能问世，此外Volkswagen、General Motors、Daimler Chrysler等其他车厂也都支持FlexRay。往未来看FlexRay与CAN/TTCAN将会有一番恶争。

《图六 微控器如何建构并实现ABS。》

MOST

MOST全称为Media Oriented Systems Transport，最初是1997年MOST Cooperation与其他业者的合作研究为发端，到了1998年以之前的合作为基础再结合10多家的国际车厂及50多家汽车组件商所共同研发而成。

MOST是采环状连接（拓朴），且传输介质为光纤（若为省成本也可用塑胶光纤），若为了容错也允许采行双环状或星状的连接，一个MOST汇流排上最多可以有64个节点装置（仅有一个是主控点），且MOST在协定上支援随插即用机制，各装置节点可随时加插、移除。

在传输速度上，MOST理论上最高可达150MBaud（或写成：150MBd、150M Bd），但目前实务上最高达24.8MBd，其中包含了60个传输通道、15个MPEG-1编码格式的视讯通道，不过这些通道仍可由设计者再行规划调配。

由于MOST是为多媒体传输而设计，因此也讲究传输时效性，但也因为传输量极大，所以也用来兼顾其他需求的传输，如导航资讯的传输、行车上网的数据传输，导航、网路等资讯较不具时效性，允许较长时间的延迟，因此是非同步传输，相​​对的影音播放等则为时效性的同步传输。不过MOST在传输​​机制上也有了良善的兼顾设计：无论非同步资料传输量的多寡，都不会影响到同步传输的传量与传速。

同样的，MOST也获得诸多大厂的支持，不仅是汽车大厂，也包含车用电子的半导体大厂及车用影音设备的大厂，车厂方面有Ford、BMW、Daimler Chrysler、General Motors，电子厂方面有Infineon、Delco（通用汽车的部门）、Denso（丰田汽车的部门）、Bosch，车用影音则有Sony、Philips、Linn Products（英国苏格兰业者）等。

《图七 适合车体感控运用的高效能微控器：Freescale的MCP5567。》

跨涉前的心理准备

最后，过往熟悉资讯产业组件的研制生产者，可能要对车用电子有着不同的面对态度，过去一部PC的最内处理器到最外变压器，都可以同一种设计通卖全世界，但车用市场可不同，不单是左右驾驶位置的不同，各车厂的各车型款变动，都会使相关组件必须跟着连动，是一种高度默契协同的产业，而非现有资讯产业可快速弹性的模组化共用。

因此，除了要了解车用介面的多样存在性、长期供货性、坚韧抗受性外，也确实还有很多地方必须尝试摸索进而熟悉适应。

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