前言

随着汽车工业的发展，汽车各系统的控制逐步向自动化和智能化转变，汽车电气系统变得日益复杂。传统的电气系统大多采用点对点的单一通信方式，相互之间少有联系，这样必然会形成庞大的布线系统。

据统计，一辆采用传统布线方式的高端汽车，其导线长度可达2000米，电气节点可达2000米l5 每10年大约会增加一倍。这进一步加剧了粗线束与汽车上有限可用空间之间的矛盾。传统的布线方法无法适应现代汽车的发展，无论是材料成本还是工作效率。

此外，为了满足各电子系统的实时要求，必须共享汽车公共数据（如发动机转速、车轮转速、节气门踏板位置等信息），各控制单元的实时要求不同。因此，传统的电气网络已经不能适应现代汽车电子系统的发展，新的汽车总线技术应运而生。

目前，汽车总线有局部互联协议LIN和控制器局域网CAN，汽车总线技术的发展和高速容错网络协议FlexRay、用于汽车多媒体和导航MOST蓝牙、无线局域网等与计算机网络兼容的无线网络技术。

本文主要介绍给大家。LIN总线、CAN总线、FlexRay总线和MOST总线。

LIN总线

LIN(Local Interconnect Network)是面向汽车地段分布式应用的低成本的串行通讯网络，用于实现汽车中的分布式电子系统控制。LIN 目标是为现有车网络(如CAN 因此，总线)提供辅助功能LIN总线是辅助总线网络。在不需要CAN 主线的带宽和多功能场合，如智能传感器和制动器之间的通信LIN 总线可以大大节约成本。

LIN联盟成立于1999年，最初是奥迪， 宝马、克莱斯勒、摩托罗拉 博世、大众和沃尔沃等整车厂及芯片制造商创立，目的是推动LIN总线的发展、发布和管理LIN总线规范，制定一致性测试标准和认证一致性测试机构。联盟正在努力制定LIN总线推广为ISO国际标准。

LIN 除了基本协议和物理层外，技术规范还定义了开发工具和应用软件接口。LIN 通讯是基于SCI(UART)采用单主控制器/多从设备的数据格式。只使用一个12V 与无固定时间基准的节点同步时钟线。

这种主要面向传感器/执行器控制"低速网络的最高传输速率可达20千比特/秒，主要用于电动门窗、座椅调节、照明等控制。典型的LIN该网络的节点数可达12个。以门窗控制为例，门上有门锁、窗玻璃开关、窗电机、操作按钮等，只需1个LIN网络可以将它们连接起来。

通过这种低成本的串行通信模式和相应的开发环境LIN协会制定标准。LIN 标准化将降低R&D汽车制造商和供应商应用操作系统的成本。

LIN总线结构图

LIN总线工作原理LIN总线包括一个宿主节点和一个或多个从属节点。所有节点包含分解为发送和接收任务的从属通信任务，宿主节点还包含额外的宿主发送任务。LIN通讯总是由宿主任务发起的。

除宿主节点的命名外，LIN网络中的节点不使用相关系统设置的任何信息。我们可以向其他从属节点转换硬件和软件LIN 中增加节点。

宿主节点发送包含同步中断、同步字节和消息识别码的消息报头。接收和过滤识别码后，从属任务被激活并开始传输信息响应。响应包含两个、 四八个数据字节和一个检查(checksum)字节。报头和响应部分形成消息帧。LIN总线上的所有通信均由主机节点中的主机任务启动，主机任务根据进度表确定当前通信中的通信 容， 发送相应的帧头， 并为报文帧分配帧通道。接收帧头后，总线上的从机节点， 确定你是否应该对当前的通信做出反应，并通过解读标识符做出反应。基于这种报文滤波方式，LIN可实现 多种数据传输模式，报文帧可同时被多个节点接收利用。LIN总线物理层采用单线连接， 两个电控单元之间的最大传输距离是40m。其总线驱动器和接收器的规格遵循改进ISO 9141 单线标准。基于SCI/UART( 单总线串行通信通用异步收发接口) 协议；目前几乎所有的微控制器芯片都有SCI/UART接口。低传输速率、小于20kb/s、采用NRZ编码。

奥迪A6L轿车LIN示意图由总线内部组成

CAN总线

CAN 是Controller Area Network 缩写(以下简称CAN），是ISO串行通信协议国际标准化。在汽车行业，由于安全、舒适、方便、功耗低、成本低，开发了各种电子控制系统。由于这些系统之间使用的数据类型和对可靠性的要求不同，由多条总线组成的情况很多，线束的数量也增加了。

通过多个线束来适应减少线束数量LAN，1986年，德国电气商博世公司为汽车开发了大量数据的高速通信。CAN 通信协议。CAN通过ISO11898及ISO11519 在欧洲，经成为欧洲汽车网络的标准协议。

CAN 其高性能和可靠性已得到认可，并广泛应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等领域。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被称为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现节点之间实时可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

CAN总线工作原理和其他总线一样，CAN总线的通信也是通过类似于会议的机制实现的，但会议的过程不是由一方（节点）主导的，而是每个会议参与者都可以自由地提出会议主题（多主通信模式）。

总结下，当节点向其他节点发送数据时，节点CPU 将要发送的数据和自己的标识符发送到节点CAN芯片，并处于准备状态；收到总线分配时，转为发送报文状态。CAN 芯片根据协议将数据组织成一定的报纸格式， 这时， 互联网上的其他节点处于接收状态。每个接收状态的节点测试接收到的报纸，以确定这些报纸是否发送给自己，以确定是否接收。

CAN总线结构图CAN总线有很多优点:

• 最高通信速可达1MB/s(此时距离最长40m）。实际节点数可达110个。
• 每帧有效字节数为8个，采用短帧结构。
• 每帧都有信息CRC数据错误率极低，如验证等检错措施。
• 双绞线、同轴电缆和光导纤维可用于通信介质，一般采用廉价双绞线，无特殊要求。 在严重错误的情况下，节点具有自动关闭总线的功能，切断与总线的连接，使总线上的其他操作不受影响。

FlexRay总线

FlexRay总线是由宝马、飞利浦、飞思卡尔、博世等公司共同制定的新通信标准， 专为车内联网设计， 基于时间触发机制， 具有高带宽、容错性能好等特点， 在实时性、可靠性和灵活性方面具有一定的优势。FlexRay支持总线之间的各种新闻传输架构。随着FlexRay该功能将越来越重要，广泛应用于汽车和日益统一的网络。例如，无论采用何种通信协议，几家汽车制造商都实施或提议使用网络架构，所有通信都通过网关实现。要求网络支持多个消息传递选项，以跨越协议边界通信。

未来 FlexRay所有标准总线都将用作标准总线x-by-wire系统(制动，转向…）、其它安全关键领域（工业、航空…）与数据主干网(相比)CAN总线带宽较高)。

FlexRay总线工作原理FlexRay采用时间触发和事件触发的方式收发总线数据。利用时间触发通信， 网络中的每个节点都提前知道彼此要通信的时间， 接收器提前知道报文到达的时间， 可以预测报纸在总线上的时间。即使驾驶环境恶劣多变， 干扰系统传输， FlexRay协议还可以确保信息延迟和抖动最小化， 尽可能同步和可预测传输。这对应用程序需要持续和高速性能( 比如线控制动、线控转向等。)，非常重要。它采用周期通信的方式， 通信周期可分为静态部分、动态部分、特征窗口和网络空闲时间。静态部分和动态部分用于传输总线数据，即FlexRay报文。特征窗用于发送唤醒特征符和媒体访问检测特征符。网络空闲时间用于实现分布式时钟同步和节点参数的初始化。

FlexRay它具有高速、可靠、安全的特点。FlexRay物理上，通过两条分开的总线通信，每条数据的速率为10MBit/s。FlexRay它还可以提供许多网络所没有的可靠性特征。尤其是FlexRay具备 冗余通信能力可以通过硬件完全复制网络配置， 并监控进度。FlexRay提供灵活的配置， 支持各种拓扑， 如总线、星形和混合拓扑。FlexRay无法保证系统本身的安全， 但它有很多功能，可以支持以安全为导向的系统(如线控系统)的设计。

FlexRay拓扑图FlexRay拓扑的灵活性和实现事件触发或时间触发的操作模式对收发器具有重要意义。以下是其中的一部分：

• 10Mbps数据处理速率；
• 支持FlexRay节点和有源星型拓扑；
• 提供电源管理功能ECU效率；
• 集成时间驱动和事件驱动模式的两种特殊控制输入；
• 支持本地和远程唤醒功能；
• 提供错误检测；
• 符合汽车行业严格规范要求(如ESD和EMC该领域同时涉及上述方面)。

07款宝马X第一次应用于5系列车型的电子控制减震器系统FlexRay技术。这辆车是基于 飞思卡尔的微控制器和恩智浦的收发器， 车速、纵向和横向加速度、方向盘角度、车身轮胎加速度及行驶高度的数据， 实现了更好的乘坐舒适性以及驾驶时的安全性和高速响应性，此外还将施加给轮胎的负荷变动以及底盘的振动均减至最小。

MOST总线

MOST (Media Oriented System Transport) 面向媒体的系统传输总线，MOST 是汽车业合作的成果，而不具备正式的标准。它是一种专门针对车内使用而开发的、服务于多媒体应用的数据总线技术。MOST 表示“多媒体传输系统”。

MOST总线是作为宝马公司、前戴姆勒克莱斯勒公司、Harman/Becker公司（音响系统制造商）和 Oasis Silicon Systems公司之间的一项联合。1998 年，参与各方建立了一个自主的实体，即 MOST公司，由它控制总线的定义工作。Oasis公司自己保留对 MOST 命名的权利。由一家独立的测试机构负责产品的认证过程，例如 Ruetz 技术公司。除了顺从性测试以外，Ruetz公司还为 MOST 总线系统开发提供使用的软、硬件分析工具,以及 MOST 系统的培训。

基于MOST总线的典型车载高端娱乐系统

MOST总线工作原理

MOST 总线利用光脉冲传输数据，采用环形结构，在环形总线内只能朝着一个方向传输数据。MOST 总线的传输技术近似于公众交换式电话网络（ Public Switched Telephone Network；PSTN），有着数据信道（Data Channel）与控制信道（Control Channel）的设计定义，控制信道即用来设定如何使用与收发数据信道。一旦设定完成， 资料就会持续地从发送处流向接收处， 过程中不用再有进一步的封包处理程序， 将运作机制如此设计， 最适合用于实时性音讯、视讯串流传输。MOST在制订上完全合乎ISO/OSI的7层数据通讯协议参考模型，而在网线连接上MOST采用环状 拓朴， 不过在更具严苛要求的传控应用上， MOST也允许改采星状（ 亦称放射状） 或双环状的连接组态，此外每套MOST传控网络允许最多达64个的装置（节点）连接。

基于MOST总线的车载音频娱乐系统原理图MOST总线专门用于满足要求严格的车载环境。这种新的基于光纤的网络能够支持24.8Mbps的数据速率，与以前的铜缆相比具有减轻重量和减小电磁干扰(EMI)的优势。同时，MOST也支持随插随用机制。

CAN、LIN及FlexRay在车上分布

结语  总结来看

• CAN总线是中坚
• LIN总线是CAN总线的副手
• FlexRay总线是未来的希望
• MOST总线则负责车载多媒体业务

随着汽车电动化、智能化及网联化的推进，这四种总线将在未来继续大放异彩。