基于MOST技术实现汽车以太网数据包通道设计

作者：微芯科技公司汽车信息系统部资深营销经理 Henry Muyshondt

汽车电子系统是生产过程中最复杂的一个系统，其中包括许多子系统，即许多不同的域。随着汽车功能的不断增加，这些域彼此之间必须通信，有时需要在多个域之间协调。例如，高级驾驶辅助系统（ADAS）需要处理来自多个摄像头和其他传感器的信息，处理之后还需要通过信息娱乐系统中的屏幕和音频播放设备呈现给用户。如果汽车要执行特定的自动操作，ADAS中的数据还必须传输到车身控制、刹车控制、转向控制和发动机控制域。

如果存在某一网络可以充当不同系统之间的通信主干，则不同域之间的所有这种交互均可实现。一辆汽车由多个子系统组成，这些子系统彼此之间可以通信，但对于各自所采用的数据传输的要求却迥然不同。例如，用于升、降车窗的简单按钮对于数据通信的要求极低，并且对成本极为敏感。要跟踪车窗升降情况，您不会运行完整的TCP/IP协议栈，甚至不会使用控制器局域网络（CAN）控制器。大多数汽车会采用成本低廉的局域互连网络（LIN）串行总线，使用一根电线进行通信。CAN能实现汽车的很多实用功能，虽然它比LIN复杂，但在各种汽车单片机中都可轻松实现。CAN采用基于报文的协议并已经过专门优化，可用于发送相对少量的信息，许多诊断功能以及车身和引擎控制通信均通过CAN实现。

随着需要传输的数据量不断增加，需要部署速度更快、更为复杂的网络。鉴于传输的数据量，这种网络的处理能力需要明显高于前文所述的各种网络，并且所用带宽要高出几个数量级。

在20世纪90年代末，汽车行业开发了MOST技术来满足音频和视频通信需求。这种网络从一开始便设计为向各种设备发送连续传输的时间敏感型数据，主要目的在于简化汽车信息和娱乐系统。据负责此标准的汽车制造商及供应商联盟MOST Cooperation称，目前内置MOST网络的车型有175种以上。为实现该技术，已部署了超过15000万台设备。对于一些高端车型，一辆汽车中的设备就多达15台。

由于汽车要与外部网络相连，互联网协议（IP）也变得尤为重要。IT领域中的大多数通信都采用基于以太网和IP数据包的各种协议，许多应用也依赖此标准处理传入和传出汽车的信息，从而使信息到达世界各地。IP还可用作一种在汽车内的不同域之间发送信息的标准方法。

与车外系统交换的任何数据，无论通过诊断接口还是蜂窝调制解调器进行交换，都很可能放入各个数据包中，数据包中包含源地址和目标地址，以及用于控制从A点到B点的数据传输方式的其他信息。由于外部连接并不可靠，因此需要采用这种方法。这种传输对于电子邮件、网页浏览以及非时间关键型或非时间敏感型传输数据等非常有用。此外，以太网的广泛应用还促使采用IP数据包的各种应用大量涌现。这类数据包是这种通信的基础，无论是IEEE 802.3有线以太网物理层通信还是IEEE 802.11 WLAN或蜂窝通信等其他通信机制。

认识到IP通信的作用以及以太网物理介质所使用的数据包格式后，MOST技术向其传统的控制（同步和异步通道）中添加了专用MOST以太网数据包通道（MEP），使其更适合连续的音频和视频传输。

MOST网络的优势在于，它能够直接将数据路由到希望数据采用以太网格式的各种应用，同时，当向输出设备发送音频流或视频流等连续传输的信息流时，无需涉及主机处理器。此外，无需为满足一个数据包或信息流传输协议而强制所有数据都采用一种特定格式。此MEP通道能够在不通过高级别以太网管理协议栈进行任何特殊处理的情况下接收标准以太网数据包，然后通过MOST网络发送该数据包。MOST150 INIC甚至具有以太网式MAC地址，因此可提取适当位置的以太网数据包，然后传送到其他标准以太网设备。系统中无需中央交换式集线器及其他硬件。音频和视频节目等数据流可通过数据流通道并行发送，从而更有效地利用可用带宽。实际上，即使应用仅需要基于IP的传输，MOST150网络也会将100%的带宽仅分配到以太网通道。因此，经过实践检验的汽车物理层现可应用于车内以太网传输。凭借MOST150，单个物理层即可兼具数据包和信息流技术为汽车带来的全部优势。

国际标准化组织（ISO）针对网络通信开发了开放系统互连（OSI）参考模型。图1所示为OSI模型的以太网实现方案。

图1：ISO开放系统互连参考模型的以太网实现方案。

要基于MOST150使用同一模型，只需更改最下面两层并将其替换为MOST技术。之后，您便可以并行运行其他MOST网络层。图2给出了修改后的OSI模型的实现方案。

如图2所示，所有较高层均保持不变。要进行以太网通信，只需更改数据链路层和物理层，而无需对面向用户的实际应用进行任何更改。MOST网络数据包通道具有自身的协议栈，此协议栈既可以与以太网协议栈并行运行，也可以独立运行。

图2：修改后包括MOST技术和以太网的OSI参考模型。

虽然已存在许多可用于IP通信的IT相关协议栈，但汽车行业开发了自己的通信协议栈。其中包括许多汽车应用特定的功能，例如，系统管理和控制功能以及至CAN等其他汽车网络的网关。这些汽车行业通信协议栈不适合通过标准以太网运行，但非常适合MOST网络。将以太网与MOST技术组合到一个数据链路层和物理层上，能够加快所需开发的进展速度，这是因为无需无谓的重复劳动即可管理汽车信息和娱乐系统。向汽车中添加IP功能时，可以利用现有的整个汽车网络管理基础架构。针对汽车开发和制造系统的完整工具链已经存在，只需稍加更改，便可向现有MOST网络功能组添加这些IP功能。

结论

MOST Cooperation一直密切关注当今可用的各种联网技术。该联盟成员已认识到不同网络所带来的各种优势，并且已提出相应的解决方案来充分发挥各种网络的优势。MOST技术可复用多种不同的数据传输机制。所开发的MOST150的MOST以太网数据包通道能够在汽车内、外采用IP通信，同时还可充分利用MOST技术已有的高效同步数据流传输机制。它包括汽车行业所需的所有软件层，并且无需新的汽车网络管理协议栈。

借助MOST150，设计人员可以充分利用MOST Cooperation成员针对已经行驶在路上的数亿节点在十余年间积累的汽车联网经验。实现这些系统所需的硅和物理基础架构已经过汽车应用的实践检验，并且实现汽车联网系统所需的汽车相关规范现已推出。汽车生产周期中从汽车设计和开发到汽车制造和现场维修各个阶段所需的工具链已经就绪。凭借MOST技术，未来将完全向基于IP的系统发展，同时还可充分利用数十年来积累的面向车内联网的自动化相关经验。

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