汽車網絡通信總線現狀及發展

吳晨曉

（河北優控新能源科技有限公司，河北 石家莊 050070）

前言

近幾年，汽車行業智能網聯和自動駕駛發展迅速，電子單元越來越多，信息傳輸量越來越大，為了滿足各電子系統的實時性通訊和控制需求，汽車通信網絡總線技術日趨強大。目前車載通信總線主要有：控制器局域網總線CAN、車內網絡總線LIN、高速容錯網絡總線FlexRay、面向媒體的系統傳輸總線MOST、車載以太網Ethernet等。

1 控制器局域網總線CAN

CAN（Controller Area Network），是由Bosch公司最早定義的支持實時和分布式通訊的串行總線，目的是解決汽車電子系統中多個ECU之前的數據傳輸問題，CAN總線中各節點以線型拓撲結構連接，通信介質采用雙絞線或同軸電纜。

CAN總線協議為分別對應高速通信（125Kbps～1Mbps）的ISO11898和低速通信（125Kbps以下）的ISO11519，通信接口中定義了物理層和數據鏈路層的功能，對通信數據進行整幀處理，包括位填充、數據塊編碼、循環冗余檢驗、優先級判別等項工作，其通信速率最高可達1MB/s（≤40M），節點數實際最高可達110個。一般情況下，CAN總線實際應用負載率不超過30%。

CAN FD(CAN with Flexible Data-Rate)作為CAN 總線的升級版，彌補了CAN總線帶寬和數據場長度的制約，通過縮短位時間和加長數據場長度兩種方式使通信速率提高至15Mbit/s，并通過CRC校驗來保證數據可靠性。

2 車內網絡總線LIN

LIN(Local Interconnect Network)是一種基于UART/SCI的低成本開放式串行通訊總線，遵循ISO 9141協議，其定位是對CAN總線的低成本輔助網絡，主要用于車內分布式電控系統，即車身電子控制中各模塊節點間的低端通信。LIN總線采用星型拓撲結構及單線連接，并可以通過CAN網關和其他ECU進行信息交互。典型的LIN總線節點數可以達到12個（≤40M），最大傳輸速率為19.2kb/s。

LIN總線報文包括幀頭與應答兩部分，一個完整信息幀包括同步間隔段、同步段、標識符段（受保護ID）、數據段、校驗和段。

3 高速容錯網絡總線FlexRay

FIexRay總線結合事件觸發和時間觸發兩種方式，具有更高的網絡傳輸速率、更強的數據靈活性、更全面的拓撲選擇和更可靠的容錯運算，多用于汽車核心通訊需求。Flexray采用星形拓撲結構，在物理上分為兩條獨立的通信通道，單通道最大數據傳輸速率為10MBit/s，雙通道總速率可達20Mbit/s。

FlexRay將一個通信周期分為靜態部分、動態部分、網絡空閑時間。靜態部分使用TDMA（Time Division Multiple Access）方法，用于發送需要經常性發送的重要性高的數據。動態部分使用FTDMA（Flexible Time Division Multiple Access）方法，用于發送使用頻率不確定、相對不重要的數據。FiexRay通訊協議由FlexRay Consortium制定，其幀格式包括的幀頭段、用來傳送數據的有效數據段、包含由幀頭段與有效載荷段計算得出的CRC校驗碼的幀尾段。

4 面向媒體的系統傳輸總線MOST

MOST(Media Oriented Systems Transport)是一種服務于汽車多媒體應用的網絡總線標準，可以用于管理所有多媒體設備，其最大優勢在于能夠準確有效處理針對不同目標的多個數據流而不發生錯誤。MOST總線采用環型拓撲，以單根光纖為載體，總線傳輸率高達24.8Mbit/s，遠遠高于CAN總線網絡。

MOST網絡目前主要在歐洲高端車型中采用，隨著汽車智能網聯和自動駕駛發展，更大量數據(人機交互、遠程信息處理、導航應用、云數據信息傳輸)需求的增長，MOST也在進一步發展，MOST Cooperative正在規劃的第三代預計數據速率將達到150Mbps甚至更高。

5 更高帶寬和傳輸速率的車載以太網Ethernet

汽車智能網聯和自動駕駛的浪潮迅猛來襲，推進了車載網絡容量需求的爆發式增長，汽車電子單元的成倍數增加已經超出CAN或FlexRay等車載網絡的使命范疇，汽車廠商將目光轉向更高級別的車載網絡——以太網。車載以太網采用單對的非屏蔽雙絞線及更小型的連接器進行信號傳輸，速率高達100Mbit/s，這將大大降低車內連接成本和減少車內布線。車載以太網可以同時支持AVB、TCP/IP、DOIP、SONIP等多種協議或不同應用形式。與此同時車載以太網的應用普及將大大推進WAVE（WiFi）引入汽車系統的進程，并為V2X發展提供契機。

車載以太網不僅具備了適應ADAS、娛樂影音、車聯網、大數據等所需要的帶寬，而且還具備了支持自動駕駛所需要的更大數據傳輸性能的潛力。相對于20世紀90年代誕生的控制器局域網CAN，它的規模將更大，意義將更深遠。

汽車電子發展的趨勢似乎表明車載以太網將取代CAN成為主流，但隨著智能網聯和無人駕駛發展，汽車電子單元增長呈現多元化趨勢，車載網絡模式也應當趨向多元化發展。車載以太網的未來不是顛覆現狀，而是以更高性能適應更多需求，填補汽車電子系統發展新形勢下的需求空白。