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车辆中的网络技术摘要：本文从系统成本，数据传输能力和容错能力三个角度，对五种最广泛使用的车载网络进行了综合调查。本文回顾了每个网络的利弊，并确定了提高服务质量的可能方法。此外，该调查的结论突出了车载网络技术未来发展的趋势。关键词：车载网络；系统成本；传输容量；容错。1.引言汽车电子技术的飞速发展，使汽车已经变成一个由许多控制器和电器构成的非常复杂的分布式控制系统，这为网络技术在汽车中的应用提供了条件。[1]尽管汽车的主要功能仍然是运输，但我们已经看到了汽车功能的转变，大部分车辆及其电子产品都具有娱乐功能，同时也具有了高度复杂和电子触发的安全功能，这要求车载网络有更高的通讯和容错能力。[2]编码通信早已被用于在车载网络中不同控制器之间的信号传输。这样做有如下几个原因：一是降低电缆成本。线束系统是发动机和底盘之外车辆中第三大成本最高的系统。为了降低生产成本，提高燃油经济性，使用编码通信线路是一个很好的策略；二是节省包装空间。随着车辆尺寸越来越小，电气和电子功能越来越丰富，线束的布线越来越具有挑战性。同时，由于电缆是电磁干扰的潜在受害者以及热源，封装问题绝对不能忽略；三是满足对更高带宽的要求。在一些高端乘用车内，不完全统计有2500个信号在大约70个ECU（电子控制单元）之间传输。此外，ADAS（高级驱动程序辅助系统）和许多其他复杂应用程序的带宽需求不断上升，因此只能使用编码通信来促进这种巨大的数据交换；四是提高通信可靠性。与传统的点对点模拟线路相比，数字传输在信号完整性和鲁棒性方面具有无与伦比的优势。[3]现代车内通信系统中有五种最广泛的车载网络：LIN（局域网），CAN（控制器局域网），FlexRay，以太网和MOST（面向媒体的系统传输）。每种网络都有自己的竞争优势，但也有一些缺点，这使得任何一种网络都没有能够取代其它网络。[4]2.CAN网络CAN网络长期以来一直用于传输大多数车载通信信号。尽管随后因为CAN不能满足一些要求而开发了各种不同的网络，但CAN仍然保持在汽车网络中的普及，特别是在动力系统和电子系统中。车载CAN芯片估计已达近5亿片。最近的一项预测甚至预计未来十年CAN网络将在车载通信系统中保持蓬勃发展。CAN协议保持普及的一个重要原因是其相对较低的成本。一些专家认为，只需要3美元的附加成本就能使现有的微控制器配备CAN。[5]随着越来越多的节能和电磁复杂的CAN收发器被引入市场，CAN网络的硬件成本下降得非常快。另外一个显着的原因是CAN系统的全套工具链，从数据字典设计到生产代码自动生成，从网络仿真到软件验证。这些都有助于显着降低CAN系统的工程成本。CAN网络可能会带有各种拓扑，具体取决于其采用的不同物理层。例如，最广泛使用的CAN网络是高速CAN（波特率高于125Kbit / s），通常构成线性总线拓扑结构，其特征在于传输电缆末端有两个120终端电阻。[6]CAN在过去几年中占主导地位的另一个原因是其较好的的抗噪声和容错能力。 CAN网络使用非屏蔽双绞线（UTP），其外部共模干扰的阻抗要高于LIN网络中的未绞线。[7]这也可以降低高频噪声的辐射。此外，现如今大多数CAN收发器提供了额外的手段来检测和报告不同种类的物理层故障，这有助于维护网络的稳健运行。3.LIN网络节点数持续的增加，技术复杂性的提高以及保持低成本的要求，使得局域互连网LIN(LocalInterconnect Network)总线应运而生。开放的LIN总线标准于1997年产生，该标准涵盖传输协议规范、传输媒体规范、开发工具接口和应用编程接口。LIN协议作为一个成本低、距离短、速度慢的串行通讯网络规范，能够连接车辆内各种子系统，增强子系统之间的通讯效率，提高可靠性。同时，在带宽要求不高、功能简单、性能指标较低的情况下，使用更低成本的解决方案补充类似CAN的高端汽车总线的不足。[8]LIN的最显着的优点是它比其他主要网络低得多的成本。这个优点来自于各方面。首先，LIN控制器比较便宜。LIN模块使用UART（通用异步收发器）端口来发送和接收串行数据。由于UART端口几乎可以在所有微控制器上使用，所以即使最便宜的微芯片也可以用作LIN控制器。其次，LIN的物理通信电缆费用要少得多。LIN站只需要一条非屏蔽信号线来传输数据，其他站只需要相对于自己的地线测量该线上的电压，而不需要额外的参考电缆。第三，LIN软件堆栈比其他主要车载网络相对容易开发，并且只需要有限的内存空间。[9]因为LIN控制器在几乎所有的MCU上都可以使用，所以通常只需要在收发器和电缆上投入1?2美元来构建最简单的LIN网络。目前，LIN仍然广泛应用于汽车网络，主要是因为其无与伦比的成本竞争力。LIN网络主要构成线性总线拓扑结构，并以自动—从属模式运行。考虑到汽车LIN网络中通常使用的波