可为汽车电子系统提供网络联系的灵活平台

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         由于汽车需要面对多种不同的路面及驾驶情况,因此车内的电子系统必须采用多种不同的网络标准,才可满足不同的性能要求。

        为了更好地满足不同网络标准的要求,车内电子系统的互连网络便一直朝着网中网模式的路向发展。网中网模式基本上以远程信息控制单元(TCU)为硬件,是连接车内电子系统所有通信网络的硬件接口。至于软件方面,传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)的应用层可视为连接车内不同通信网络的通用软件,让我们可以通过网络操控车内的所有电子装置。应用软件只要利用传输控制协议/因特网协议作为通用接口,便可与其它节点上的应用程序完全运作互通。

  本文主要介绍网中网设计的分层式软件结构,以及讲述网中网如何利用其分层式软件支持新一代汽车的电子装置,其中包括汽车电子系统控制(动力传动、车速排档、空调/暖风系统等)、音像娱乐系统、移动电话及因特网接入系统,以满足未来一代驾驶者的要求。

         分层通信协议

  分层的结构可提高通信协议的灵活性及可延展性。某一功能层可将其具体实施情况的数据收藏起来,以免较高级的功能取得这些数据,以确保这些高级功能不会受其它功能的执行方式所影响。例如,文件传送协议甚至可能不知道究竟是采用光纤、有线还是无线技术传送有关数据。只要所有数据链路协议都采用同一的协议,较高层的协议便可改用任何一个协议。


  图 1 显示分层通信协议只要为编程人员提供高级应用程序编程接口 (API),便可简化软件的设计。若编程人员想传送文件,高级文件传送协议可以为其提供一组最简单的服务,让编程人员可以列明文件服务器名称、源文件名称、目的文件名称等。

  从应用软件编程人员的角度看,应用程序编程接口可以视为高度简化的用户接口,能够不受其它功能层的影响独立处理与数据通信有关的所有麻烦问题。应用程序编程接口是一条理想的虚拟连接,让编程人员无需理会奇偶错误、流量控制等细节。编程人员只需提供建立连线所必要的信息。

  当数据通信达到某一层级之后,我们便必须为传送的数据提供一条物理连线,但应用程序编程接口与物理层之间的功能层可以处理所有底层的操作,以便支持这条虚拟连线。

  这个模型分为以下四层:

  ● 应用程序层:为应用软件提供可以直接使用的协议,其中包括文件传送协议(FTP)、简单邮件传送协议(SMTP)、超文本传输协议 (HTTP) 等。

  ● 传输层:传输控制协议 (TCP) 采用双向的端至端连线,可以传送 TCP 信息段。用户数据报协议(UDP) 采用报文传送的模型,以收发 UDP 数据报。

  ● 网络层:负责通过网络传送及收发信息包。大部分网络层都采用因特网协议 (IP),以传送称为 IP 数据报的信息包。

  ● 物理层:这是连接数据链路硬件的接口。协议堆栈有不同的功能层,这一层真正负责将数据载入通信外围设备寄存器及存储缓冲器或从中取出。控制器区域网(CAN)及以太网等网络都采用公共电缆网络连系标准。称为微微网(piconet)的蓝牙射频网络是无线耳机、手机免持听筒远程控制系统及其它短程音频/数据通信系统等普遍采用的无线通信网络。无线红外线通信系统则普遍采用 IrDA 标准。

  每一功能层无需知道其上下层的操作方式。事实上,每一功能层必须不受这些操作方式的影响,才可与不同功能层的其它服务在运作上互通。例如,网络层只负责将信息包由信源传送至目的地,本身并不知道也无需理会这些信息包是利用单向UDP数据报通信方式还是双向 TCP 连线传送信息。

  分层协议具有较大的延展性,因为按照协议规定,所有链路必须采用模块式结构及标准接口。若果有人发明了一种全新的数据链路技术,并想在新媒体内运行协议的全部堆栈,那么他只需编写一套兼容的物理层驱动程序便可。其它的功能层全部无需更改,因此技术的换代更新变得非常简单容易。

       网中网模型

  由于不同的情况有不同的要求,因此未来一代的汽车需要为其电子系统装设多种不同的通信网络,以确保其稳定性及带宽都可满足不同情况的要求。我们只要采用分层协议及中央网关处理器,便可解决不同网络之间的相互通信问题。

  以下是新一代汽车可能会装设的车内通信网络:

  ● 控制器区域网:这种中频频带网络具有高度可靠的特性,是几乎所有汽车都必定装设的标准网络。

  ● 蓝牙微微网:这是专为移动电话及笔记本电脑而设的中频频带无线通信网络,也是几乎所有汽车都必定装设的标准网络。

  ● 音像网络:这是专为播放音像制作的高频频带网络,目前市场上有多种不同的适用协议,其中包括国内数据总线 (Domestic Data Bus, D2B)、FireWire (IEEE 1394)、媒体导向系统传输 (Media Oriented Systems Transport, MOST) 以及移动媒体链路 (Mobile Media Link, MML) 等。

  ● 低成本有线网络:这是一种采用通用异步收发器的网络,而且还配备 I2C、SPI 及 MicroWire 等接口,使不同芯片可以获得直接的总线连系,因此是最适合小键盘、显示屏及传感器采用的低成本接口。

  ● 低成本无线网络:这是采用 ZigBee 或其它专用网络的低频频带无线网络,可为轮胎胎压传感器、报警与门锁的射频远程控制键以及其它电子系统提供低成本的无线连系。

  未来一代的车内电子系统互连网络一般都会采用多种不同的控制器区域网。这些控制器区域网主要分为高速与低速两种。速度低至10kbps~125kbps的低速网络可为不同控制装置提供联系,例如启动器可以通过网络控制倒后镜的移动角度,而尾灯群组则可利用这些网络缩短互连线路。此外,速度高达 126kbps~1Mbps的高速控制器区域网可支持性能要求较高的重要功能如动力传动控制。

        如何为汽车电子系统建立网络联系

  图2 显示可让用户进入汽车电子系统互连网络进行诊断的无线远程接口系统,其中的远程信息控制单元可以利用极具成本效益的芯片制造。

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