'出版品代號:::CT

期數:::000179

文章代碼:::CS3

文章標題:::車用匯流排四大天王漸成形

文章副標:::內裝、底盤、引擎室

出版品單元:::CTCS

文章來源:::

作者:::陳隱志

譯者:::

引言:::車用匯流排與現有資訊、消費、通訊所用的匯流排皆大異其趣，雖然有些3C領域的匯流排也試圖在車用領域發揮，但接受與普及性都相當有限，汽車行駛所遭遇的環境多變性遠多於3C，所以持續採行特屬匯流排實有其堅持理由。本文將針對車用匯流排的現況與技術進行更多的討論與說明。

附圖定義:::圖一(p1.gif),圖二(p2.gif),圖三(p3.gif),圖四(p4.gif),圖五(p5.gif),圖六(p6.gif),圖七(p7.gif)

附表定義:::

公式圖檔定義:::

文章後之資料:::

屬性(人物):::

屬性(產業類別):::REI

屬性(關鍵字):::LIN、CAN、FlexRay、MOST

屬性(組織):::

屬性(產品類別):::

屬性(網站單元):::ZEIE

內容:::

有關車用電子的看好性，相信已在許多的市場觀察、產業分析中證明，然而願景雖美卻也要面對現實，在多份的報告建言中也一致指出，國內的業者初期只能在汽車出廠後的加裝市場中發揮，不易切入在廠內產製過程中的預裝領域，此外能發揮的也拘限在環境抗受性較不嚴苛的底盤上空間，底盤下仍會由歐美日各大車廠的多年密切配合夥伴所主導。

即便如此，國內電子業者仍必須積極搶進，先從內裝開始，接著進入儀表板、底盤，最終到達引擎室。而想進入車用電子領域的第一課就是認識與瞭解車用匯流排，車用匯流排與現有資訊、消費、通訊所用的匯流排皆大異其趣，雖然有些3C領域的匯流排也試圖在車用領域發揮，但接受與普及性都相當有限，汽車行駛所遭遇的環境多變性遠多於3C，所以持續採行特屬匯流排實有其堅持理由。

因此，本文以下將針對車用匯流排的現況與技術進行更多的討論與說明，瞭解車用匯流排，才能在車用感測、控制、處理等層面有更佳的發揮運用。

車用介面的百家爭鳴

老實說，車用匯流排的種類相當多，今日一般較知名也較多關注的有四種：LIN、CAN、FlexRay與MOST，但若更全面的看待，則還有：J1850、byteflight、OBDII、D2B、SMARTwireX、IDB-1394、IEBus、Intellibus、MI、DSI、BST、MML、J1708以及TTP等。

此外，各匯流排除了在基本規格特性上達成共識外，更進一步的運用也各異其趣，以美系車種較常使用的J1850來說，雖然都是採行J1850，但在實體層方面Ford福特就與GM通用汽車、Chrysler克萊斯勒不同，而即便GM與Chrysler在實體層相同，在更高的協定層上也各自不同，兩者的訊框、封包等格式都無一致。

另外，即便是CAN、LIN等較具未來性的車用匯流排，也都還有各類型的衍生版本規格，如CAN有更強調反應時間的時觸型（TTCAN），LIN也有更強調成本精省、能直接取用車內電瓶供電線路作為傳輸的DC-LIN。

再者，隨著近年來逐漸強調車用影音娛樂，使得原本在3C領域運用的通訊方式也開始逐漸受用於車中，此以Bluetooth藍芽最為典型，以及IEEE 1394（針對車用修改成IDB-1394），更進一步為了強化行車安全而有的TPMS胎壓監督系統，眼前多以業者專屬的無線傳輸技術來回報胎壓資訊，但未來也必然要走向RFID、ZigBee等標準協定。

如此總歸地說，車用匯流排的標準之所以如此紛陳，其實是夾雜了多種因素於其中，簡要歸納整理，這些因素包括：

而且，汽車因行駛需求，其電子組件對環境的抗受性比一般3C領域為嚴苛，所以也多半不採行原有3C領域的介面標準。

從百家到儒道墨法

縱然影響車用介面的因素很多，但純就功效面而言其實仍有一定的類別與脈絡，先就傳輸率而言，美國汽車工程師協會（SAE）就有其界定：

《圖一　今日數種常見的車用電子介面，橫軸為傳輸距離，縱軸為傳輸速率。》

此外依據功效也可區分成：

一般性感應、操控

如車身控制（動力方向盤）、傳動控制（電子點火、EFi電子控制注油）。這是車用電子的最早需求處，今日不斷擴展延伸已成為所謂的「X-by-Wire」，即是讓各項操控都改成以電子線路實現，以取代過往的機械連桿操控或油壓操控，使操控更為省力。

低階性感應、操控

如電動天窗、電控式後照鏡。就一般車廠角度而言，低階性感控的重要性低於一般性，車子若沒有電動窗仍可用機械手搖窗，但車子沒有電子點火、動力方向盤等就相當麻煩，此外低階感控在穩定與精確上有較高的容忍性，屬於末稍運用，但此類運用在每部車中的用量數目正逐漸增多，因此以簡易低廉為主考量、主訴求。

關鍵性感應、操控

如Airbag安全氣囊、ABS緊急煞車系統等。此方面的傳控感應需求必須快速即時，且傳輸表現必須堅穩無誤。關鍵性感控多半用於行車上的安全檢測監控，例如感應到方向盤頻頻左右轉向，即認定駕駛遭遇前方困阻，安全機制會介入傳控系統以強化煞車效果。

《圖二　貼附在內胎中的胎壓感測器所偵測到胎壓數據，是以無線通訊方式傳送到車體。》

資訊娛樂性

如導航資訊、倒車影像、車內視聽娛樂等。近年來日益講究房車內娛樂，如同飛機上一樣，椅背後方有個人觀賞用的小畫面電視，座椅上有控制器，如此可用來播放影音節目、收聽收視廣播、電玩遊戲娛樂等，此外駕駛也要接收車外的廣播資訊，包括交通路況的廣播、導航定位的訊號廣播。

由於在此難以逐項詳述每項車用介面技術，因此以下將針對較具未來看好性的四種車用介面（LIN、CAN、FlexRay、MOST）進行更深入的解說。

《圖三　飛思卡爾（Freescale）的S12X系列微控器適合用於數種汽車應用中，如閘道器、中央車體控制、儀錶、車門模組與基礎節點等。》

四種主要車用介面

LIN

LIN匯流排全稱是Local Interconnect Network，最初是1996年由瑞典VOLVO富豪汽車與VCT公司（Volcano Communications Technologies AB，2005年5月已被Mentor Graphics Corporation明導國際收併）合作所研創的介面，當時稱為Volcano Lite，1997年Motorola也參與，使Volcano Lite能略省石英振盪器而用更低廉的RC振盪電路運作，1998年12月Audi、BMW、Daimler Chrysler加入，自此轉變成LIN。

1999年7月LIN 1.0提出，不過受其他業者所用的VLIT匯流排所影響，因此在2000年內修訂兩次，成為LIN 1.1、1.2，到了2002年11月提出LIN 1.3，對實體層標準進行改善，提升裝置節點間的相容性，而目前為止的最新版為LIN 2.0，於2003年9月發表。

LIN僅需單一線路即可傳輸，以串列通訊介面（SCI）的通用型非同步收發器（UART）即可進行通訊，線路上僅能有1個主控節點（Master），但受控節點（Slave）最多可至16個，由主控點進行廣播式傳輸，所以沒有各節點進行線路碰撞偵測的問題。

此外，LIN的主訴求就在價格低廉，除了Master節點需要運算效能較高、以硬體方式支援LIN介面的微控制器外，其餘各Slave節點只要使用一般具有UART週邊功效的微控制器即可。另外多數的LIN節點都以RC振盪電路來同步運作，RC振盪電路雖會因環境的溫濕度而造成時序偏移，但這個偏移仍在LIN傳輸運作的容忍範圍內。至於速率LIN約介於1kBaud～20kBaud間。

往未來看，LIN將在A類的低速、低成本運用中持續，其他與其相類似的介面（如SAE J1850）將逐漸被LIN兼併。

《圖四　車用電子的各類型、各部位應用。》

CAN

CAN匯流排全稱是Controller Area Network，最初是1980年代由德國Robert Bosch GmbH公司所研創，但首次運用是在1991年的德國Benz朋馳S系列的汽車中，同年由Bosch發表CAN 2.0規格，在此之前為1.0版，2.0版主要區分出CAN-A與CAN-B。

CAN也受到其他規格標準組織的重視，包括ISO、SAE都認同CAN標準，並歸列至自有編號中，如ISO 11898、ISO 11992、SAE J1939、SAE J2411等，這其中也包含了特殊衍生型的CAN標準，如卡車、火車用的容錯型CAN（ISO 11898-1）、高速型CAN（ISO 11898-2）、低速的容錯型CAN（ISO 11898-3）、時觸型CAN（Time-Triggered communication on CAN；TTCAN，ISO 11898-4）、以單線傳輸的CAN（Single-Wire CAN；SWC，SAE J2411）。

就典型應用而言，CAN為雙線式的差動傳輸，差動傳輸使其對環境雜訊有較高的抗受性，但嚴格而論CAN可以使用各種可能的實體傳輸，雙絞線只是其一，同軸線、光纖也都可使用。

有些文章報導提到CAN線路最長為40公尺，但其實這樣的描述並不完全，嚴格來說CAN沒有硬性的長度限制，而是與傳輸速率進行取捨妥協，在40公尺內CAN能夠以1Mbps的速率進行傳輸，但若可以接受更慢的傳輸率則仍可以延伸其長度，在逼近C類的底限（125kbps）時可使線長達500公尺。進一步的，CAN為多主控通訊，且傳輸的優先權直接以節點辨識編號為準，編號數高者優先權較低。

附帶一提的是，CAN僅定義了實體層與資料連結層（包含LLC邏輯連結控制與MAC媒體存取控制），但應用層仍由各使用者自主發揮，也因此出現了許多以CAN為基礎的應用層協定，如DeviceNet、CANopen、SDS、CANaerospace、J1939及CAN Kingdom等。

《圖五　IDB-1394的應用示意圖：前座的導航資訊圖像顯示、後座的娛樂播放顯示。》

FlexRay

由於標準的CAN在時效傳輸上有其缺漏性，在安全控制上需要有更即時的傳遞，因此有了TTCAN的出現，此外類似訴求的也有TTP匯流排，不過另有一項新興的車用匯流排技術同樣是鎖定高傳輸、高抗受、高時效的運用，此即是FlexRay。其實FlexRay已歷經約五年時間的發展，最初由Philips所研創，之後Freescale、TI也都支持參與。

為了傳輸時效，FlexRay也採時觸性傳輸，保證任何的發送都能在50μS內獲得接收，同時傳輸上也具有偵錯、更錯能力，接線上也相當彈性，可採單線式、雙線互為備援式、星狀放射式，其中雙線、星狀方式有較高的錯誤容忍度。

尤其在傳輸上，單一組對線的FlexRay可達10Mbps傳輸，雙線備援且同時運用的結果則可以有20Mbps傳輸，大幅超越現有CAN的1Mbps，此外標準CAN為事件觸發型（Event-Triggered），另有針對更快速反應所訂的時間觸發型（Time-Triggered），FlexRay也同樣鎖定此兩取向的應用，FlexRay本身即是時觸型，然除此之外還加入了可動態運用的微時槽（Micro Time Slot）機制，如此即可兼顧事件觸發型所需的應用傳輸特性。目前FlexRay最新的版本為2.1版。

FlexRay的發展晚，進一步的運用也晚，第一款採行FlexRay的車款是今年才發表的BMW寶馬X5，而且僅用於氣體阻尼系統（pneumatic damping system）上，真正更全面運用FlexRay技術的量產車預計要到2008年才可能問世，此外Volkswagen、General Motors、Daimler Chrysler等其他車廠也都支持FlexRay。往未來看FlexRay與CAN/TTCAN將會有一番惡爭。

《圖六　微控器如何建構並實現ABS。》

MOST

MOST全稱為Media Oriented Systems Transport，最初是1997年MOST Cooperation與其他業者的合作研究為發端，到了1998年以之前的合作為基礎再結合10多家的國際車廠及50多家汽車組件商所共同研發而成。

MOST是採環狀連接（拓樸），且傳輸介質為光纖（若為省成本也可用塑膠光纖），若為了容錯也允許採行雙環狀或星狀的連接，一個MOST匯流排上最多可以有64個節點裝置（僅有一個是主控點），且MOST在協定上支援隨插即用機制，各裝置節點可隨時加插、移除。

在傳輸速度上，MOST理論上最高可達150MBaud（或寫成：150MBd、150M Bd），但目前實務上最高達24.8MBd，其中包含了60個傳輸通道、15個MPEG-1編碼格式的視訊通道，不過這些通道仍可由設計者再行規劃調配。

由於MOST是為多媒體傳輸而設計，因此也講究傳輸時效性，但也因為傳輸量極大，所以也用來兼顧其他需求的傳輸，如導航資訊的傳輸、行車上網的數據傳輸，導航、網路等資訊較不具時效性，允許較長時間的延遲，因此是非同步傳輸，相對的影音播放等則為時效性的同步傳輸。不過MOST在傳輸機制上也有了良善的兼顧設計：無論非同步資料傳輸量的多寡，都不會影響到同步傳輸的傳量與傳速。

同樣的，MOST也獲得諸多大廠的支持，不僅是汽車大廠，也包含車用電子的半導體大廠及車用影音設備的大廠，車廠方面有Ford、BMW、Daimler Chrysler、General Motors，電子廠方面有Infineon、Delco（通用汽車的部門）、Denso（豐田汽車的部門）、Bosch，車用影音則有Sony、Philips、Linn Products（英國蘇格蘭業者）等。

《圖七　適合車體感控運用的高效能微控器：Freescale的MCP5567。》

跨涉前的心理準備

最後，過往熟悉資訊產業組件的研製生產者，可能要對車用電子有著不同的面對態度，過去一部PC的最內處理器到最外變壓器，都可以同一種設計通賣全世界，但車用市場可不同，不單是左右駕駛位置的不同，各車廠的各車型款變動，都會使相關組件必須跟著連動，是一種高度默契協同的產業，而非現有資訊產業可快速彈性的模組化共用。

因此，除了要瞭解車用介面的多樣存在性、長期供貨性、堅韌抗受性外，也確實還有很多地方必須嘗試摸索進而熟悉適應。

延 伸 閱 讀	車用產品電磁干擾（EMI）的理念與防治就產品在銷售上及功能上有著相當大的重要性，在銷售上，每個國家都有他所適用的法規，如果沒辦法透過他國所遵行的法規，那在產品的出貨上就會遇到無法進口到該國的困境。相關介紹請見「車用電子產品EMI對策修改案例介紹 」一文。 國內目前在汽車電子部分以行車資訊與影音娛樂部分發展最為熱門，車輛研究測試中心（ARTC）總經理黃隆洲分析，不外乎因我國資訊電子、通訊產業蓬勃發展，業者希望掌握優勢，迅速切入汽車電子市場。你可在「 研發．檢測．驗證加速車輛電子產業國際化」一文中得到進一步的介紹。 於智慧型車輛科技變革的過程中間，明日車輛將具有預知（anticipatory）品質，能提供操作建議並主動支援駕駛，其藉由監看週遭交通條件、便是面臨狀況及所需之駕駛反應，必要時還可強制採取行動。在「明日之車輛安全 」一文為你做了相關的評析。

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