連接車載應(yīng)用與系統(tǒng)，深度解析汽車接口技術(shù)

　　作者：

　　James Goings，射頻與汽車應(yīng)用經(jīng)理

　　Timothy Grai，射頻與汽車應(yīng)用經(jīng)理

　　Juergen Strohal，射頻與汽車應(yīng)用經(jīng)理

　　摘要

　　汽車制造商一直熱衷于利用信息娛樂(lè)、舒適控制等電子系統(tǒng)為他們的高端品牌增添價(jià)值。那些曾專屬于高端車型的功能配置現(xiàn)在正成為暢銷量產(chǎn)車型的標(biāo)配。汽車電子系統(tǒng)現(xiàn)已被視為一項(xiàng)重要的差異競(jìng)爭(zhēng)力。因此，微控制器正成為汽車中無(wú)處不在的器件。目前，汽車電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師面臨的一大挑戰(zhàn)是如何確保汽車中各個(gè)應(yīng)用和系統(tǒng)之間的通信。其中的關(guān)鍵就是接口。

　　本文重點(diǎn)闡述三個(gè)領(lǐng)域的汽車電子應(yīng)用，并探討所需連接及其實(shí)現(xiàn)方式，以及工程師可能遇到的與應(yīng)用有關(guān)的挑戰(zhàn)。

　　前言

　　在汽車中使用各種電子系統(tǒng)的趨勢(shì)日漸增強(qiáng)。在所有汽車類別和車型中，這些系統(tǒng)已變得無(wú)處不在。電子系統(tǒng)已不再為高端車型所專有，使用電子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)汽車的每一項(xiàng)功能和特性已被視為促使某個(gè)品牌脫穎而出的一種方式。據(jù)《2013年汽車電氣與電子系統(tǒng)報(bào)告》估算，電子系統(tǒng)的成本占傳統(tǒng)車型總成本的40%，占電動(dòng)及混合車型總成本的75%。

　　芯片公司集成眾多復(fù)雜功能的能力是促進(jìn)這種增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿χ?。?shí)現(xiàn)控制、信息娛樂(lè)和其它應(yīng)用的所需集成度意味著，傳統(tǒng)線束的某些部分已被各種用于整合目的的網(wǎng)絡(luò)總線替代。

　　連接各種汽車應(yīng)用的常用方法

　　兩種常見(jiàn)的汽車應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)是CAN（控制器局域網(wǎng)絡(luò)）和LIN（本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)）。為了最大程度減少布線，這兩種協(xié)議均采用串行通信方式。任何一輛現(xiàn)代汽車中都能找到采用這兩種標(biāo)準(zhǔn)的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)特定的應(yīng)用領(lǐng)域。CAN網(wǎng)絡(luò)擁有一個(gè)多主節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此，被用于連接多個(gè)電子控制單元（ECU）。與此相反，LIN總線支持一個(gè)單主節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此，通常被用于將一個(gè)主用ECU與一個(gè)或多個(gè)智能程度較低的專用從節(jié)點(diǎn)互連在一起。

　　CAN總線的一種常見(jiàn)實(shí)現(xiàn)方式是采用非歸零（NRZ）編碼的平衡差分2線接口。其典型數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)1 Mb/s。它采用一種異步方法向網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)廣播報(bào)文。只要總線空閑，任何節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送報(bào)文。它采用一種無(wú)需重試的沖突仲裁及解決方法，可確保優(yōu)先級(jí)最高的報(bào)文被發(fā)送出去。CAN標(biāo)準(zhǔn)（ISO11898）定義了四種不同的報(bào)文類型：數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程傳輸請(qǐng)求幀、錯(cuò)誤幀和過(guò)載幀。

　　CAN提供了一種可互連多個(gè)控制器的快速、靈活、全面的方法，能夠讓各類應(yīng)用共享傳感器輸入和其它數(shù)據(jù)。盡管如此，對(duì)于車窗控制等較為簡(jiǎn)單的應(yīng)用而言，汽車制造商認(rèn)為其較高的速度和多功能性是沒(méi)有必要的，而且其實(shí)現(xiàn)成本也過(guò)于高昂。LIN協(xié)會(huì)于1999年由多家領(lǐng)先的汽車制造商創(chuàng)建。LIN提供一條單線總線，該總線遵從ISO9141規(guī)范的一個(gè)增強(qiáng)版本，后者自上世紀(jì)八十年代起一直被用于實(shí)現(xiàn)車載診斷功能。一條LIN總線上只能有一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，但可以有一個(gè)或多個(gè)從節(jié)點(diǎn)。典型數(shù)據(jù)速率為20 kb/s或更低，這也有助于將電磁干擾降至最低。低成本的LIN系統(tǒng)通常被用于汽車的舒適、傳感器和致動(dòng)器應(yīng)用。

　　圖1顯示了各種汽車網(wǎng)絡(luò)總線類型以及它們的典型數(shù)據(jù)速率和相對(duì)的每節(jié)點(diǎn)成本。

　　圖1 – 各種汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的每節(jié)點(diǎn)成本對(duì)比

　　為了滿足汽車電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的需求，Atmel可為他們提供一整套支持CAN和LIN應(yīng)用的器件。Atmel的LIN產(chǎn)品組合包括獨(dú)立收發(fā)器、集成了一個(gè)收發(fā)器、一個(gè)穩(wěn)壓器和其它功能的系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片（SBC）以及基于Atmel AVR微控制器的系統(tǒng)級(jí)封裝與專用（ASSP）器件。Atmel的器件采用BiPolar CMOS、CMOS和DMOS（BCD on SOI技術(shù)）。它們結(jié)合高壓能力和絕緣體上硅（SOI）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高溫運(yùn)行、極低的泄露電流和抗閂鎖能力。

　　圖2 – 汽車LIN應(yīng)用舉例

　　本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)7月《汽車電子特刊》Change The World，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處！