汽车总线

6.1 汽车总线

6.1.1 汽车总线技术的产生与分类

1. 汽车总线技术的产生

随着现代汽车电子控制技术的发展与现代人对汽车的动力性、经济性、舒适性、安全性和环保等方面要求，汽车电控系统数量不断增加。从发动机、变速器、制动系统、转向系统等动力控制系统到舒适安全、仪表报警、电源管理等车身控制系统，均采用了电子控制系统。各汽车电控系统除了各自的传感器、执行元件外，还需要相互通信。为了实现各电控系统之间的相互通信，最初采用了传统的布线方式，如图6-1所示，即需要相互打交道的两个系统之间，都需要通过专属的布线实现“点对点”通信。

图6-1汽车电控系统的传统布线方式

不难看出，随着电控系统的增多，传统的布线方式会带来布线复杂、占用空间、成本提高、可靠性和可维修性降低等诸多问题。为此，汽车总线技术应运而生。汽车电控系统的总线连接方式如图6-2所示，类似于将若干个电控系统加入QQ群，而各个电控系统分别作为QQ群的一个成员。很明显，采用汽车总线技术之后，汽车电控系统之间的通信线束大大减少，从而节省了空间，降低了成本，实现了资源共享，提高了系统工作的可靠性和可维修性。

图6-2 汽车电控系统的总线连接方式

2. 汽车总线的分类

为方便研究和设计应用，美国汽车工程师学会（SAE）的汽车网络委员会按照系统的复杂程度、传输流量、传输速度、传输可靠性、动作响应时间等参量，将汽车数据传输网络划分为A、B、C、D、E五类。

A类网络是面向传感器/执行器控制的低速网络，数据传输位速率通常小于10kbit/s，是应用在控制模块与智能传感器或智能执行器之间的通信网络（子总线）。主要用于车外后视镜调整、电动车窗、灯光照明、智能刮水器等控制，其特点是传输速率低、成本低。目前主要应用的 A类网络有 LIN、TTP/A，及丰田专用的车身电子局域网络（Body  Electronic  Area  Network BEAN)。

B类网络是面向独立模块间数据共享的中速网络，位速率在10~125kbit/s之间，主要应用于车身电子舒适性模块、仪表显示等系统。目前主要应用的 B类总线有低速控制器局域网（Contrler Area  Network，CAN）、车辆局域网（VehicleArea Network，VAN）和J1850，其中低速 CAN 总线已成为B类网络的主流总线。

C类网络是面向高速、实时闭环控制的多路传输网络，位速率在125 kbit/s~1Mbit/s 之间，主要应用于牵引力控制、发动机控制、ABS、ESP 等系统。目前主要应用的C类总线有高速CAN、TTP/C及FlexRay，其中高速 CAN 总线已成为目前C类网络的主流总线。

D类网络是面向多媒体信息的高速传输网络，称为智能数据总线（Intelligent  Data  BUS，IDB），主要应用于车载视频、车载音响、车载电话、导航等影音信息娱乐系统，其位速率在250kbit/s～100Mbit/s 之间。按照 SAE 的分类，IDB-C为低速网络，IDB-M 为高速网络，IDB-Wireless 为无线通信网络。IDB-C 主要有 CAN 总线，IDB-M 主要有 MOST、DDB等总线，IDB-Wireless 主要采用蓝牙技术。

E类网络（安全总线）是面向汽车被动安全系统的高速、实时网络，用于车辆被动性安全领域，其位速率在 10Mbit/s以上，主要用于安全气囊系统。典型的安全总线有宝马公司的 Bytelight。

6.1.2 CAN总线

CAN是Controller  Area  Network的缩写，即控制器局域网，是由德国博世公司开发的具有国际标准的现场总线，也是汽车上应用最多、最为普遍的一种总线技术，是汽车B类和C类网络的主流总线。

1. CAN总线系统的总体构成

CAN网络拓扑可以根据几何图形的形状分为五种类型：总线拓扑、环形拓扑、星型拓扑、网络拓扑和树型拓扑，这些形状也可以混合形成混合拓扑。因为电动汽车的网络特性可以概括为通信距离短、网络复杂度要求低、可扩展性要求高、实施可靠性要求高。

CAN总线系统的总体构成如图6-3所示，主要由若干个节点（电控单元）、两条数据传输线（CAN-H 和 CAN-L）及终端电阻组成。

CAN总线上的每个节点独立完成网络数据交换和测控任务，理论上，CAN总线可以连接无数个节点，但实际上受总线驱动能力的限制，目前每个CAN 总线系统中最多可以连接110多个节点。

CAN数据传输线是双向串行总线，大都采用具有较强抗干扰能力的双绞线，分为CAN-H线和CAN-L线，两线缠绕绞合在一起，其绞距为20mm，横截而积为0.35mm²或0.5mm² 如图6-4. 所示。

图6-3 CAN总线系统的总体构成

图6-4 CAN总线线束

终端电阻的作用是防止信号在传输线终端产生反射波，而使正常传输的数据受到干扰。

2.  CAN 总线的硬件结构和网络通信原理

图6-5给出了CAN 节点的硬件结构，CAN节点主要由微控制器、CAN控制器、CAN 收发器组成，目前汽车上多采用内部集成 CAN控制器的微控制器。节点1向节点n传输数据的流程如下∶

节点1的微控制器1对传感器1进行数据采集，然后将传感器1对应的数字信号附加一个数据标识（ID）号发送给CAN 控制器1，CAN 控制器1对数据进行打包，然后将数据包发送给CAN收发器1，CAN收发器1再将其数字信号转换为对应的 CAN 总线电压信号，从而完成数据发送过程。当节点n从CAN总线上接收到电压信号后，首先由 CAN收发器n将总线电压信号转换为对应的数字信号，然后将其数字信号发送给 CAN 控制器n。 CAN控制器n首先对其收到的数据进行“验收滤波”，判断收到的信号是否是自身节点需要的数据。若是，则接收此数据并对其进行解包，为节点n的微控制器 n提供有效数据（节点1的传感器信号），微控制器n可根据节点1的传感器信号控制执行器n动作；否则，节点n放弃此次收到的CAN 数据。

CAN节点中的CAN控制器具有“数据打包/解包”和“验收滤波”的作用。而CAN 收发器具有“边说边听（同时发送和接收）”和“信号转换（数字信号与总线电压信号的转换）”的作用。

图6-6给出了CAN收发器实现信号转换的过程，CAN收发器对CANH 和CANL两根导线的电压进行差分运算后，生成差分电压信号，然后采用“负逻辑”将差分电压信号转换为数字信号。

图6-5 CAN节点的硬件结构

图6-6 CAN总线从电压信号到逻辑信号的转换

国际标准化组织（ISO）在1979年提出了“开放系统互联”模型，简称ISO/OSI参考模型。

ISO提出七层网络系统结构参考模型的目的，就是要在各种终端设备、微机、操作系统进程之间以及人们互相交换信息的过程中，能够逐步实现标准化。ISO/OSI参考模型如图6-7所示，从第一层到第七层依次为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。每个层次都在完成信息交换任务中担当一个相对独立的特定功能。而中继开放系统只有下三层。对于每一层OSI都至少制定有服务定义和协议规范两个标准。对不同的实用系统，同一个服务可以由不同协议提供，因此可能有多个协议规范。

为了提高汽车网络通信的可靠性和实时性应，它应简单但必须满足现场的需要。在现场总线的通信结构只采用了ISO/OSI的三层模型：物理层、数据链路层和应用层如图6-7所示。

其中数据链路层和物理层的协议分别由CAN控制器和CAN收发器硬件自动完成。因此，在CAN总线应用系统设计时，主要任务是对其应用层程序进行设计。

图6-7 CAN的网络分层结构

下面分析 CAN 总线通信的仲裁机制和验收滤波问题。

（1）CAN 总线的仲裁机制分析

如果 CAN 总线上的多个节点同时向总线发送数据，那么多个数据就会在总线上出现“撞车”现象，这就像生活中很多人在一起讨论问题，如果几个人同时讲话，就会乱套。因此此时需要进行仲裁，决定哪个人先讲，哪个人后讲。CAN 总线的仲裁是基于数据优先级的竞争机制，以下从两个方面进行说明。

1）CAN 总线的多个节点同时向总线发送数据时、总线上的结果是多个数据的“逻辑与”值。例如，节点A向总线上发送数字信号0，而节点 B向总线上发送数字信号1，则总线上的结果是0和1的“逻辑与”值0。可见，同时向总线上发送0和1时，0被显示出来，称为显性位，而1被隐蔽掉，称为隐性位。另外，这也说明0的优先级比1的优先级高，正因如此，CAN总线利用“数据ID”来标识数据的优先级∶数据ID号越小，数据的优先级越高；反之，数据的优先级越低。

2）CAN收发器具有“边说边听”功能，即节点向 CAN 总线发送数据时，同时也能监听到总线上的数据。

CAN总线采用的就是“边说边听”的非破坏性仲裁机制∶每个节点在发送数据时，首先发送数据 ID 号，在发送数据ID号的过程中，逐位“边说边听”。当节点向总线上发送的数据和从总线上监听到的数据一致时，节点可以继续向总线发送数据；否则，节点停止向总线发送数据，而自动转变为“听众”。例如，某个节点向总线发送的是数字信号1，而从总线上监听到的是数字信号0，说明总线上有其他节点在发送更高优先级的数据，该节点即停止发送；待高优先级的数据发送完成后，低优先级的数据自动重发。

现以图6-8所示的汽车动力CAN 总线上三个电控单元节点同时向CAN 总线发送数据为例，进一步说明CAN总线的仲裁机制。三个节点首先向总线发送各自的数据 ID 号，以便进行优先级竞争。

图6-8 CAN总线仲裁过程示意图

开始时刻，三个节点同时向总线发送数字信号0，总线上是这三个数字信号0的“逻辑与”值0，因此三个节点向总线上说的话和从总线上听到的话一致，它们都可以继续向总线发送数据。

下一时刻，ABS、发动机两个节点都向总线发送数字信号0，而自动变速器节点向总线发送数字信号1。此时，总线上是这三个数字信号的“逻辑与”值0，因此 ABS、发动机两个节点向总线上说的话和从总线上听到的话一致，它们都可以继续向总线发送数据、而自动变速器节点向总线上说的话和从总线上听到的话不一致，即停止向总线发送数据、转为听众。

下一时刻，ABS节点向总线发送数字信号0，而发动机节点向总线发送数字信号1。 此时总线上是这两个数字信号的“逻辑与”值0，因此ABS节点向总线上说的话和从总线上听到的话一致，可以继续向总线发送数据，而发动机节点向总线上说的话和从总线上听到的话不一致，即停止向总线发送数据，转为听众。

下一时刻，ABS节点向总线发送数字信号1。此时，由于ABS 节点独占总线而使总线上的信号也是1，因此 ABS 节点向总线上说的话和从总线上听到的话一致，可以继续向总线发送数据。

至此，三个节点通过数据 ID号进行优先级竞争的结果，是ABS节点首先获得总线使用权，将其数据发送至CAN 总线；待 ABS节点将其数据发送完毕后，系统会自动使发动机节点、自动变速器节点继续通过发送数据ID 号，竞争总线的使用权。

可见，在CAN总线仲裁过程中，不会出现不同优先级数据之间的相互破坏，这就是所谓的“非破坏性仲裁”。

（2）CAN总线的验收滤波原理分析

每个节点的 CAN控制器中都有两个寄存器：验收代码寄存器和验收屏蔽寄存器。当某节点的验收屏蔽寄存器设置为“有关”时，则该节点只能接受数据ID号与自身验收代码寄存器内容完全相同的数据。当某节点的验收屏蔽寄存器设置为“有关”时，则该节点“来者不拒”，可接受数据ID 号为任意值的数据，这就是所谓的 CAN验收滤波原理。借助验收滤波功能，可以灵活实现CAN总线的“点对点”、“一点对多点（广播）”的数据通信方式。例如，在图6-9所示的帕萨特B5 车门ECU的网络结构图中，左前（汽车驾驶人侧）的中央玻璃升降开关，可以分别控制四个车门的玻璃升降电动机，属于“点对点”通信方式；而中控门锁开关，可以同时控制四个车门的闭锁器，属于“一点对多点（广播）”通信方式。

图6-9 帕萨特B5车门ECU的网络结构

3.CAN 总线的优点和特点

（1）CAN总线具有高可靠性、安全性和实时性

1）CAN总线采用双绞线和差分电压方式，使其“既能防人，也不害人”，即CAN总线对外抗干扰，同时又不对外产生干扰。

汽车中的干扰源主要是产生电火花或运行中电路开闭的部件，其他干扰源还包括汽车电话或发射站，即任何发出电磁波的物体。电磁波能影响或者破坏数据传输，为了防止数据传输中的电磁波干扰，CAN 网络的两条数据线缠绕在一起。

当总线受到干扰时，由于CAN-H线与CAN-L线双线缠绕，所以干扰脉冲信号对CAN-H线和CAN-L线的作用是等幅值、等相位、同频率的。例如，在某段时间内，CAN-H线和CAN-L线的正常电压分别为3.5V和1.5V，则差分电压Vdiff  =3.5-1.5=2V。假如，某个生干扰脉冲信号后，CAN-H线和CAN-L线的电压分别变为３.５-X和差分电压Vdiff  =(3.5-X)-(1.5-X)=2V，并无发生变化，如图６-10所示。显然，外界在总线上产生了干扰，但总线的差分电压值不变，外界在总线上产生了干扰，但总线的差分电压值不变，外界干扰不会影响CAN总线的数据传输。

当CAN总线对外辐射电磁波时，双线缠绕使CAN-H线与CAN-L线线对外界的干扰幅值相同，但相位相反，因此相互抵消，如图６-11所示。

图6-10 消除外界干扰

2）CAN总线采用“边说边听”方式的无破坏性仲裁。

图6-11 CAN总线不对外干扰

CAN节点只要检测到总线上有其他节点在发送数据，则要等待。多个节点同时向总线发送数据时，数据优先级高的节点先发，数据优先级低的节点后发。发送期间丢失仲裁或出错的帧可自动重发，故障节点可自动脱离总线。

3）CAN 总线采用短帧格式，核心的数据最多八个字节，从而保证实时性和可靠性。

4）CAN 总线采用CRC校验，保证可靠性。

5）CAN 总线采用帧内应答，保证实时性。

CAN 数据帧的1位用作应答位，数据发送节点向总线上发送数据帧时，在此位上向总线发送数字信号1；而如果数据接收节点正确接收到发送节点发送的数据帧时，则在此位上向总线发送数字信号0作为应答，此时总线上的结果是数字信号0。因此，对数据发送节点而言，在数据帧的应答位上向总线上“说”数字信号1，而“听到”的是数字信号0，则表明有其他节点正确接收到了该数据帧，否则表明其他节点没有正确接收到此数据帧。

（2）通信方式灵活

 CAN总线通过验收滤波灵活实现“点对点”、“一点对多点”及“全局广播”等多种通信方式。

（3）通信距离远、通信速率高

 CAN 总线的直接通信距离最远可达 10km（传输速率5kbi/s），通信速率最高可达1Mbit/s（此时通信距离最长为40m）。

4.  CAN 总线在传统汽车中的应用

由于CAN 总线在汽车上的具体应用系统和数据传输速率不同，CAN 总线有不同的类别。而功能相同或相近的 CAN 总线系统，不同的汽车公司称谓也不尽相同。

（1）大众车系的CAN 总线

大众汽车集团公司生产的汽车使用了多种CAN总线。目前大众车系比较完善的CAN总线系统包括动力（驱动）CAN总线、舒适CAN总线、信息CAN 总线、仪表CAN总线和诊断 CAN 总线五个局域网，通过网关构成一个完整的汽车网络体系，如图6-12所示。其中，动力CAN 总线数据传输速率为500kbit/s，包括发动机、变速器、ABS、悬架等电控单元；舒适CAN数据传输速率为100kbit/s，包括车门、车窗、空调、电源管理等电控单元；信息 CAN总线数据传输速率为100kbit/s，包括自适应巡航、多媒体等电控单元；仪表CAN 总线数据传输速率为100kbit/s，包括仪表等电控单元；诊断CAN 总线数据传输速率为100kbit/s，连接到汽车的诊断接口，用于故障诊断。

图6-12 大众车系CAN总线系统

需要说明的是，由于各种数据总线和网络的传输速率、信号表示、通信协议等不同，所以不同类型的总线之间无法进行直接耦合连接并进行数据交换，必须经过一种具有特殊功能的计算机进行转换，这种计算机称为网关。网关使不同总线和网络的信息共享，并使协议间不产生冲突，从而实现无差错的数据传输。

（2）宝马汽车的 CAN总线

宝马汽车的 CAN总线分为 PT-CAN总线（动力CAN 总线）、K-CAN总线（车身CAN总线）、F-CAN总线（底盘CAN总线）及 D-CAN 总线（诊断CAN总线）。其中，PT-CAN总线传输速率为500kbit/s，包括发动机、变速器、燃油泵等电控单元；K-CAN 总线传输速率为100kbit/s，主要包括组合仪表、滑动天窗、车身模块、灯光模块及自动恒温空调等电控单元；F-CAN 总线传输速率为500kbit/s，包括动态稳定、DSC传感器、转向柱开关、主动转向等电控单元；D-CAN总线传输速率为500kbit/s，连接到汽车的诊断接口，用于故障诊断。

（3）丰田汽车的CAN总线

丰田汽车的CAN 总线一般分为HS-CAN总线和MS-CAN 总线。其中HS-CAN 总线由1号CAN总线和2号CAN总线组成，传输速率为500kbit/s，是高速通信总线，用于传动系统、底盘和某些车身电气通信。MS-CAN总线传输速率为250kbit/s，是中速通信总线、用于车身电气通信，也被称为 MS 总线。

5.  CAN总线在智能网联汽车中面临的挑战

在L0到L3级别汽车的智能辅助系统中，CAN 总线是车联网的重要组成部分，车联网需要解决车辆各系统之间的信息交换和共享问题。通过对传感器数据和终端数据的处理，实现车辆诊断、提醒、报警等功能。在现阶段，对于车联网，主要依赖于车身有线通信、短距离无线通信和远程移动通信三个方面的通信技术。其中，车身有线通信主要是指车内装置通过CAN 总线与车身控制单元通信，从而获得车速、胎压、油量等车辆状态信息。在汽车智能网联时代，随着汽车传感器和处理器的大量增加，导致通信带宽需求显著增加。在引入信息娱乐系统和基于视频的高级驾驶辅助系统（ADAS）时，这些应用的数据传输带宽要求明显高于传统的控制系统。现有的CAN 总线技术已无法满足需要，急需下一代的车辆网络技术和体系结构。

此外，CAN 总线通信缺乏加密和访问控制机制，缺少认证和消息验证机制，无法识别和警告异常消息。在智能联网汽车的 CAN 总线安全中，CAN 总线用于将汽车的T-box与各种 ECU 控制模块连接起来，而T-box则作为智能汽车的联网设备，具有更多的外部接人点，数据传输和信息验证的过程极易受到黑客的攻击。鉴于 CAN 总线的特点，攻击者可以通过物理入侵或远程入侵的方式进行攻击和入侵。例如通过消息伪造和重放，利用系统漏洞远程控制车辆的多媒体系统，然后攻击车辆控制单元，获得远程向 CAN 总线发送命令的权限，达到远程控制动力系统和制动系统的目的，在用户不知情的情况下减速，关掉汽车发动机，突然制动或者让制动失灵。当车辆处于物理接触状态时，攻击者可以通过接口注入命令来控制车辆的动力系统，并可以控制转向盘和制动系统，严重威胁到交通参与者的人身安全。基于CAN总线数据通信的汽车数据安全保障也是一个亟待解决的问题。

6.1.3 LIN 总线

1.LIN总线概述

LIN（Locl lterconeetNetwok）即局部连接网络，是由奥迪、宝马、戴姆勒-克菜斯勒、摩托罗拉、博世、大众和沃尔沃等公司和部门（LIN 联合体）提出的一种低成本的汽车底层串行通信网络，用于实现汽车中的分布式电子系统控制。LIN 的目标是为现有汽年网络（例如CAN总线）提供辅助功能，因此LIN总线是一种辅助的串行通信总线网络，多用不需要 CAN 总线的带宽和多功能的场合，其典型应用是车上传感器和执行器的联网。LIN 总线已成为A类车载网络的主流总线之一。

在车载网络中，LIN 处于低端，与CAN 以及其他 B类或C类网络比较，它的传输速度低、结构简单、价格低廉。在汽车上，LIN与这些网络是互补的关系。由于汽车产品包括部件和整机，对价格和复杂性非常敏感，在汽车网络系统低端使用 LIN 可以显现其必要性和优越性。LIN和 CAN 主要特性的对比见表6-1。

表6-1 LIN与CAN主要特性对比

2. LIN总线系统的结构

（1）LIN的网络结构 LIN总线上的最大电控单元节点数为16个，系统中两个电控单元节点之间的最大距离为 40m。

LIN的网络结构如图6-13所示，LIN 总线网络由一个主节点、一个或多个从节点组成。所有节点都包含一个从任务（SlaveTask），负责消息的发送和接收;主节点还包含一个主任务（Master Task），负责启动LIN 总线网络中的通信。

图6-13 LIN总线网络结构

（2）LIN的节点结构

一个LIN 节点主要由微控制器和 LIN 收发器组成，而微控制器通过UART/SCI接口与LIN收发器连接，LIN节点结构如图6-14所示。几乎所有微控制器都具备UART/SCI接口，并且LIN收发器（如TJA1020、MC33399等）的RXD、TXD引脚可与微控制器的RXD、TXD引脚直接连接，无须电平转换。因此LIN节点设计方便，结构简单，价格低廉。

图6-14  LIN节点结构示意图

在LIN 系统中，加入新节点时，不需要其他从节点进行任何软件或硬件的改动。LIN 和CAN一样，传送的信息带有一个标识符，它给出的是这个信息的意义或特征，而不是这个信息传送的地址。

LIN系统总线的网络节点数不仅受标识符长度的限制，而且受总线物理特性的限制。在LIN系统中，建议节点数不要超过16个，否则网络阻抗降低，在最坏工作情况下会发生通信故障。LIN系统每增加一个节点大约使网络阻抗降低3%%。

LIN收发器的VBAT与LIN引脚间二极管的作用是∶当VBAT为低（本地节点断电或断路等）时，防止 LIN总线反向驱动节点的电源线（这将大大增加总线负载）。LIN 收发器的内部在 LIN 引脚与VBAT引脚之间串联了二极管和30kΩ的从机端电阻，因此 LIN 从节点的LIN引脚不需外加端电阻。而LIN 主节点的LIN 引脚与VBAT引脚间需要外加二极管和1 kΩ的端电阻。

3.  LIN总线系统的数据通信

（1）LIN 总线的数据通信及波形

LIN 总线上的信息帧由信息标题和信息内容两部分组成，如图6-15所示。一个LIN 网络上的通信总是由主节点的主发送任务所发起的，主节点向 LIN 总线发送一个信息标题（包括同步间隔区、同步分界区、同步区和标识符区），然后由主节点或从节点向 LIN 总线发送对应的信息内容（包括数据和对应的校验和）。

图6-17 LIN信息波形

（2）LIN 总线的信息传输模式 LIN 总线共有以下三种信息传输模式。

1）主节点请求从节点数据（Datafrom Slave to Master)。

如图6-16所示，主节点通过向 LIN 总线上发送信息标题，请求从节点的数据。当从节点接收到信息标题后，将向LIN 总线上发送相关的回应信息（如传感器信息）。

图6-16 主节点请求从节点数据

2）主节点向从节点发送数据[Datafrom Master to Slave（s）]。

如图6-17所示，主节点向 LIN 总线上发送信息标题后，再向 LIN 总线上发送命令信息内容（参数设置或执行器控制信息）。当从节点接收到相关信息后，更改电控单元的相关参数或者按照主节点的命令控制执行器动作。

图6-17 主节点向从节点发送数据

3）从节点之间发送数据[Datafrom Slave to Slave(s)]

如图6-18所示，主节点向LIN 总线上发送信息标题给某个从节点，要求该从节点向其他从节点发送数据。

图6-18 从节点之间发送数据

4.LIN 总线在汽车中的应用

现以奥迪A6轿车为例，说明LIN总线在汽车中的实际应用。奥迪A6轿车LIN总线系统组成及元件位置分布如图6-19所示。

图6-19 奥迪LIN总线系统组成及元件位置分布

奥迪A6的空调系统、舒适系统、供电管理系统、动力转向系统、轮胎压力监控系统、安全气囊系统等采用LIN总线进行连接，如图6-20所示。

图6-20 奥迪A6  LIN总线系统分布

6.1.4  MOST总线

1.  MOST总线系统概述

在汽车影音娱乐和信息显示系统中，为保证音质清晰、画面流畅，需要传输的数据量很大，传输速率的要求很高，例如图6-23给出的带有立体声的数字式电视系统，需要约6Mbit/s的传输速率。CAN总线（最高传输速率1Mbit/s）的信息传输能力难以满足要求，为此，汽车生产商开发出光学总线系统。

目前，汽车光学总线系统主要有DDB、MOST 和 Byteflight三类，其中 MOST 总线应用最为广泛。

MOST总线是 Media Oriented Systems Transport 的缩写，是用于多媒体数据传送的网络系统。MOST总线可连接汽车音响系统、视频导航系统、车载电视、高保真音频放大器、车载电话、多碟 CD播放器等模块，其数据传输速率最高可达24.8Mbit/s，而且没有电磁干扰。在图6-24 给出的奥迪 A6的数字式电视系统中，海量的视频和音频数据是由 MOST 总线来传输的，而 CAN 总线只能用来传输控制信号。

图6-23 带有立体声的数字式电视系统

图6-24 奥迪A6中的数字电视

MOST总线可以不需要额外的主控计算机系统，结构灵活，性能可靠并易于扩展采用塑料光纤（Plastic Optical Fiber，POF）作为物理层的传输介质，支持“即插即用”方式，在网络上可以随时添加和去除设备，具有方便简洁的应用系统界面。MOST 总线通过光缆借助于光波传输数据，具有导线少、重量轻、传输速度快、不会产生电磁干扰及对电磁干扰不敏感等优点，使 MOST总线具有较高的传输速率和较强的抗干扰性能。

2. MOST总线的网络拓扑结构

MOST总线采用环形网络拓扑结构，如图6-25所示。控制单元通过一根光导纤维沿环形方向将数据传送至环形结构中的下一个控制单元，这个过程一直持续到数据返回至原先传送它们的那个控制单元并接收到这些数据为止，由此，形成了一个闭合的环路。MOST总线系统的故障诊断借助于数据总线的诊断接口和诊断 CAN进行。

图6-25 奥迪A6 MOST总线的环形拓扑结构

在MOST总线中，各个终端设备（节点、控制单元）之间通过一个数据只沿一个方向传输的环形总线连接，音频、视频信息在环形总线上循环，并由每个节点（控制单元）读取和转发。各个控制单元之间通过光导纤维相互连接而形成一个封闭环路，因此每个控制单元拥有两根光导纤维，一根光导纤维用于发射器，另一根光导纤维用于接收器。

3.  MOST总线的数据类型

MOST 利用光纤网络可以传送图6-26 所示的三种数据。

图6-26 MOST的数据（信息）组成

1）同步数据∶

实时传送音频信号、视频信号等流动型数据。

2）异步数据∶

传送访问网络及访问数据库等的数据包。

3）控制数据∶

传送控制报文及控制整个网络的数据。

MOST是以基于数字电话交换机等使用的“帧同步传送”技术为基础的。因此，通立简单的硬件就可以实现流动型数据的同步传送，只会产生完全可以预测到的最小限度的滞后。各种数据在媒介上以同步方式传输，在整个总线内都可以获得相关数据，即以无损方式读取（复制）数据并能够用于不同组件。

NOST一根光纤最多可以同时传送 15个频道的 CD质量的非压缩音频数据。在一个局域网上，最多可以连接64个节点（装置）。

6.1.5  FlexRay 总线

FlexRay是一种用于汽车的高速、可确定性、具备故障容错能力的总线技术，它将事件触发和时间触发两种方式相结合，具有高效的网络利用率和系统灵活性特点，可以作为新一代汽车内部网络的主干网络。FlexRay是汽车工业的事实标准（Fac to Standard）。FlexRay 总线主要用于线控转向和线控制动等需要高实时安全性的系统中。2006年它首次应用于量产车，作为数据主干网用在了宝马 X5的悬架系统上。

FlexRay 总线具有高可靠性特点，特别是具备冗余通信能力，通过硬件实现全网配置复制和进度监控，支持多种拓扑，如总线拓扑、星形拓扑和混合拓扑。总线拓扑的主要优势在于，采用设计工程师熟悉的汽车网络架构，因而有效控制成本。在需要更高带宽、更短延迟时间或确定性行为，而同时容错功能并非必需的情况下，这种总线拓扑非常有用。典型的应用领域就是直接替换 CAN以满足带宽要求。而使用星形拓扑却可完全解决容错问题，因为如果出现意外情况，星形拓扑的支路可以有选择地切断。如果总线线缆长度超过规定限制，星形拓扑还可以当成复制器用。

FlexRay 的总线拓扑和星形拓扑均支持双通道，即 FlexRay 总线有两个通道，其最高速率都可达到10Mbit/s，也就是说，总线的两个通道上的数据总速。

率可达20Mbit/s，网络带宽是CAN的20倍以上。而正是因为是两条线路，能更好地实现冗余，使得消息具有容错能力。图6-27给出了 FlexRay 总线拓扑下的 A、B 双通道传输结构，如果其中的某一通道出现故障，则可通过另一通道进行数据传输。但当这两条信道传递不同的信息时，数据吞吐量将加倍。

图6-27 FlexRay 的双通道传输结构

在图6-28所示的带有CAN、MOST、FlexRay多总线的车载网络结构中，网关可以实现不同总线之间的信息共享，还可以激活和监控CAN、LIN和 FlexRay 总线网络的工作状态并实现车辆数据同步。另外，可以通过 OBD接口读取网关数据而实现故障诊断。

图6-28 带有多总线的车载网络构建