基于MOST的互聯網協議通信標準

汽車電子系統(tǒng)是生產過程中最復雜的一個系統(tǒng)，其中包括許多子系統(tǒng)，即許多不同的域。隨著汽車功能的不斷增加，這些域彼此之間必須通信，有時需要在多個域之間協調。例如，高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)需要處理來自多個攝像頭和其他傳感器的信息，處理之后還需要通過信息娛樂系統(tǒng)中的屏幕和音頻播放設備呈現給用戶。如果汽車要執(zhí)行特定的自動操作，ADAS中的數據還必須傳輸到車身控制、剎車控制、轉向控制和發(fā)動機控制域。

如果存在某一網絡可以充當不同系統(tǒng)之間的通信主干，則不同域之間的所有這種交互均可實現。一輛汽車由多個子系統(tǒng)組成，這些子系統(tǒng)彼此之間可以通信，但對于各自所采用的數據傳輸的要求卻迥然不同。例如，用于升、降車窗的簡單按鈕對于數據通信的要求極低，并且對成本極為敏感。要跟蹤車窗升降情況，您不會運行完整的TCP/IP協議棧，甚至不會使用控制器局域網絡(CAN)控制器。大多數汽車會采用成本低廉的局域互連網絡(LIN)串行總線，使用一根電線進行通信。CAN能實現汽車的很多實用功能，雖然它比LIN復雜，但在各種汽車單片機中都可輕松實現。CAN采用基于報文的協議并已經過專門優(yōu)化，可用于發(fā)送相對少量的信息，許多診斷功能以及車身和引擎控制通信均通過CAN實現。

隨著需要傳輸的數據量不斷增加，需要部署速度更快、更為復雜的網絡。鑒于傳輸的數據量，這種網絡的處理能力需要明顯高于前文所述的各種網絡，并且所用帶寬要高出幾個數量級。

在20世紀90年代末，汽車行業(yè)開發(fā)了MOST技術來滿足音頻和視頻通信需求。這種網絡從一開始便設計為向各種設備發(fā)送連續(xù)傳輸的時間敏感型數據，主要目的在于簡化汽車信息和娛樂系統(tǒng)。據負責此標準的汽車制造商及供應商聯盟MOST Cooperation稱，目前內置MOST網絡的車型有175種以上。為實現該技術，已部署了超過15000萬臺設備。對于一些高端車型，一輛汽車中的設備就多達15臺。

由于汽車要與外部網絡相連，互聯網協議(IP)也變得尤為重要。IT領域中的大多數通信都采用基于以太網和IP數據包的各種協議，許多應用也依賴此標準處理傳入和傳出汽車的信息，從而使信息到達世界各地。IP還可用作一種在汽車內的不同域之間發(fā)送信息的標準方法。

與車外系統(tǒng)交換的任何數據，無論通過診斷接口還是蜂窩調制解調器進行交換，都很可能放入各個數據包中，數據包中包含源地址和目標地址，以及用于控制從A點到B點的數據傳輸方式的其他信息。由于外部連接并不可靠，因此需要采用這種方法。這種傳輸對于電子郵件、網頁瀏覽以及非時間關鍵型或非時間敏感型傳輸數據等非常有用。此外，以太網的廣泛應用還促使采用IP數據包的各種應用大量涌現。這類數據包是這種通信的基礎，無論是IEEE 802.3有線以太網物理層通信還是IEEE 802.11 WLAN或蜂窩通信等其他通信機制。

認識到IP通信的作用以及以太網物理介質所使用的數據包格式后，MOST技術向其傳統(tǒng)的控制(同步和異步通道)中添加了專用MOST以太網數據包通道(MEP)，使其更適合連續(xù)的音頻和視頻傳輸。

MOST網絡的優(yōu)勢在于，它能夠直接將數據路由到希望數據采用以太網格式的各種應用，同時，當向輸出設備發(fā)送音頻流或視頻流等連續(xù)傳輸的信息流時，無需涉及主機處理器。此外，無需為滿足一個數據包或信息流傳輸協議而強制所有數據都采用一種特定格式。此MEP通道能夠在不通過高級別以太網管理協議棧進行任何特殊處理的情況下接收標準以太網數據包，然后通過MOST網絡發(fā)送該數據包。MOST150 INIC甚至具有以太網式MAC地址，因此可提取適當位置的以太網數據包，然后傳送到其他標準以太網設備。系統(tǒng)中無需中央交換式集線器及其他硬件。音頻和視頻節(jié)目等數據流可通過數據流通道并行發(fā)送，從而更有效地利用可用帶寬。實際上，即使應用僅需要基于IP的傳輸，MOST150網絡也會將100%的帶寬僅分配到以太網通道。因此，經過實踐檢驗的汽車物理層現可應用于車內以太網傳輸。憑借MOST150，單個物理層即可兼具數據包和信息流技術為汽車帶來的全部優(yōu)勢。

國際標準化組織(ISO)針對網絡通信開發(fā)了開放系統(tǒng)互連(OSI)參考模型。圖1所示為OSI模型的以太網實現方案。

圖1：ISO開放系統(tǒng)互連參考模型的以太網實現方案。

要基于MOST150使用同一模型，只需更改最下面兩層并將其替換為MOST技術。之后，您便可以并行運行其他MOST網絡層。圖2給出了修改后的OSI模型的實現方案。

如圖2所示，所有較高層均保持不變。要進行以太網通信，只需更改數據鏈路層和物理層，而無需對面向用戶的實際應用進行任何更改。MOST網絡數據包通道具有自身的協議棧，此協議棧既可以與以太網協議棧并行運行，也可以獨立運行。

圖2：修改后包括MOST技術和以太網的OSI參考模型。

雖然已存在許多可用于IP通信的IT相關協議棧，但汽車行業(yè)開發(fā)了自己的通信協議棧。其中包括許多汽車應用特定的功能，例如，系統(tǒng)管理和控制功能以及至CAN等其他汽車網絡的網關。這些汽車行業(yè)通信協議棧不適合通過標準以太網運行，但非常適合MOST網絡。將以太網與MOST技術組合到一個數據鏈路層和物理層上，能夠加快所需開發(fā)的進展速度，這是因為無需無謂的重復勞動即可管理汽車信息和娛樂系統(tǒng)。向汽車中添加IP功能時，可以利用現有的整個汽車網絡管理基礎架構。針對汽車開發(fā)和制造系統(tǒng)的完整工具鏈已經存在，只需稍加更改，便可向現有MOST網絡功能組添加這些IP功能。

結論

MOST Cooperation一直密切關注當今可用的各種聯網技術。該聯盟成員已認識到不同網絡所帶來的各種優(yōu)勢，并且已提出相應的解決方案來充分發(fā)揮各種網絡的優(yōu)勢。MOST技術可復用多種不同的數據傳輸機制。所開發(fā)的MOST150的MOST以太網數據包通道能夠在汽車內、外采用IP通信，同時還可充分利用MOST技術已有的高效同步數據流傳輸機制。它包括汽車行業(yè)所需的所有軟件層，并且無需新的汽車網絡管理協議棧。

借助MOST150，設計人員可以充分利用MOST Cooperation成員針對已經行駛在路上的數億節(jié)點在十余年間積累的汽車聯網經驗。實現這些系統(tǒng)所需的硅和物理基礎架構已經過汽車應用的實踐檢驗，并且實現汽車聯網系統(tǒng)所需的汽車相關規(guī)范現已推出。汽車生產周期中從汽車設計和開發(fā)到汽車制造和現場維修各個階段所需的工具鏈已經就緒。憑借MOST技術，未來將完全向基于IP的系統(tǒng)發(fā)展，同時還可充分利用數十年來積累的面向車內聯網的自動化相關經驗。