本文詳細比較了現有幾類主流汽車總線系統的特點。這些比較將有助于界定下一代高安全性、高容錯性的分布式汽車通信網絡標準。
汽車總線協議
隨著汽車功能的不斷增加、可靠性要求的不斷提高以及價格的不斷下降，越來越多的電子控制單元（ECU）將被引入到汽車中。目前，在高端汽車中一般會有50個以上的ECU。為了使這些ECU能夠在一個共同的環境下協調工作，也為了進一步降低成本，人們設計了針對汽車通信網絡的總線協議。
一般來說，汽車通信網絡可以劃分為四個不同的領域，每個領域都有其獨特的要求。現有的主流汽車總線協議都無法適應所有的要求：
信息娛樂系統：此領域的通信要求高速率和高帶寬，有時會是無線傳輸，目前主流應用協議有MOST，正在推出的還有IDB-1394等；
高安全的線控系統（X-By-Wire）：由于此領域涉及安全性很高的剎車和導向系統，所以它的通信要求高容錯性、高可靠性和高實時性。可以考慮的協議有TTCAN、FlexRay、TTP等；
車身控制系統：在這個領域CAN協議已經有了二十多年的應用積累，其中包括傳統的車身控制和傳動裝置控制；
低端控制系統：此系統包括那些僅需要簡單串行通信的ECU，比如控制后視鏡和車門的智能傳感器以及激勵器等，這應該是LIN總線最適合的應用領域。
其中，控制器局域網（CAN）是最有名的、也是最早成為國際標準的汽車總線協議。CAN協議是串行協議，能夠有效地支持具有高安全等級的分布實時系統。CAN是一個多主機系統，所以它設計了高效率的仲裁機制來解決傳輸沖突問題，具有高優先級的系統總能優先得到總線的使用權。CAN還同時使用了其它一些防錯手段，能夠判斷出錯的節點并及時關閉之，這樣就在很大程度上保證了總線的可靠性。CAN的傳輸速率和總線長度相關，最高可以到1Mbps，一般車內使用的速率是500Kbps到200Kbps。
CAN多年來作為車身控制的主干網已經形成了從IC設計到軟件開發和測試驗證的完整產業鏈，而且它還將在新的汽車主干網行業標準確立之前一直充當這一角色。
在車內，還有許多ECU的控制并不需要CAN這樣高速率和高安全的通信，本地互聯網絡（LIN）就是為適應這類應用而設計的低成本解決方案。LIN是一個公開的協議，它基于SCI（UART）串行通信的格式，結合了汽車應用的特點。LIN是單一主機系統，不但降低了硬件成本，而且在軟件和系統設計上也能更容易地兼容其它網絡協議，比如CAN。LIN的傳輸速率最高可到20Kbps，主要是受到EMI和時鐘同步的限制。
由于LIN器件易得——幾乎所有的IC都帶有SCI（UART）接口，LIN很快就在車內低端控制器領域取得領先地位。典型的LIN應用有車門、后視鏡、導向輪、馬達、照明以及其它智能傳感器。LIN不但定義了物理層和數據層，還定義了相關的應用軟件層。這些都為LIN方案提供商解決了設備兼容的問題，很有利于汽車工業的規模生產。相信LIN協議會是汽車低端控制網絡的未來標準。
車內除了嵌入式控制系統以外，還有諸如媒體播放器、導航系統、無線通信系統以及其他多種信息娛樂設備，這些設備之間的互連需要更高速的通信協議。媒體導向系統傳輸協議（MOST）是目前車載信息娛樂系統普遍接受的高速通信協議。MOST基于ISO/OSI七層網絡模型設計，物理層由光纖通信組件構成，具有很好的抗干擾性，設計傳輸速率可達150Mbps（目前產品可達25Mbps）。除了控制數據外，MOST數據可分為同步傳輸數據和異步傳輸數據，具有很大的靈活性——同步數據可直接用于音視頻設備，異步數據可用于傳輸其它數據塊，如導航地圖數據等，甚至也可用于支持TCP/IP數據包的傳輸。MOST還定義了應用層，包括MOST設備、功能塊、功能函數以及參數格式等等，這些協議可以確保各個廠家生產的設備具有MOST互聯性，也有利于車內信息娛樂設備的及時更新換代。
IDB-1394是從IEEE 1394標準演化而來的另一種支持車內信息娛樂系統的高速通信協議。IDB-1394可以達到400Mbps或更高的傳輸速率，而且IEEE 1394也是一種很成熟的通信協議，已經有很多設備支持。這些都是IDB-1394的優勢，然而由于MOST受到更多廠商的支持，包括一些軟件開發商的支持，可以預計MOST將會在汽車工業中進一步擴張勢力。
汽車線控系統，按照汽車工程師社團（SAE）的定義，需要一個安全等級為C的通信網絡架構。如果要實現一個完全的線控汽車，沒有傳統的機械或液壓系統作備份，不但要對傳統的機械和液壓單元作創新性的ECU替代，而且傳統的CAN總線系統也不再適用。CAN的本質是一種事件驅動的協議，在高安全性的系統中，CAN缺乏必要的決定性、同步性和容錯性。
因此人們開始為線控汽車設計滿足安全性要求的新一代汽車主干通信網絡。TTCAN、FlexRay和TTP就是其中的主要代表，它們無一例外地都采用了時間驅動的機制。在時間驅動的系統里，信息的發送由預先設立好的時間表確定，所有的節點都知道什莫時間該發送，什莫時間該收取；信息收發的不確定性僅僅是時間同步的誤差，而這個誤差通常可以控制在非常小的范圍內。這一特點使時間驅動的通信網絡成為線控汽車通信網絡的必然選擇。
TTCAN由CAN發展而來，數據格式和CAN兼容。它定義了一個時間周期，在此周期內又有多個時間間隔，有些時間間隔專用于特定的網絡節點（無需仲裁），其余間隔類似普通的CAN協議。其特點是保留了和傳統CAN網絡的兼容，同時又具有時間驅動的優點。然而，TTCAN不能提供比CAN更高的傳輸速率，在容錯性方面也沒有明確的設計說明。
FlexRay協議將其時間周期分為靜態段和動態段兩個部分。靜態段采用TDMA方式傳輸時間驅動類型的數據，動態段采用Mini-Slot方式傳輸事件驅動類型的數據。在安全性方面，FlexRay采用冗余通道的方式確保數據正確傳輸，而其它的容錯機制并沒有直接在協議中明確說明，而交由應用提供者自己設計。這種方法有很大的設計靈活性，然而會由此產生安全隱患以及兼容性問題。
TTP協議對所有的節點采用TDMA的網絡通道分配方式，即所有節點在一個周期內都會傳輸數據至少一次。整個系統采用統一的時間標準，所有的節點都存有預先定義的時間表，一旦傳輸數據和時間表發生沖突則認為節點錯誤。只要一個節點有一次錯誤，那末該節點將退出通信網絡，確保網絡不受錯誤節點的干擾。TTP將網絡成員檢查服務也定義在協議中，確保網絡中沒有可疑的節點。這些雖然限制了該協議的靈活性，但確保了它的高安全性。
TTCAN、FlexRay和TTP三種協議在其它方面的比較
可以看到TTCAN由于受到帶寬等的限制，將不會在下一代線控汽車主干網中占有主導地位。FlexRay和TTP都可以使用虛擬CAN通道技術來兼容現有的CAN網絡和器件，而兩者在安全性和靈活性方面各有優缺點。因為汽車工業的規模化和線控器件的兼容性，雙標準并存的狀況一定會影響下一代線控汽車的發展。雖然有研究表明TTP節點會具有更低的制造和實現成本，而且TTP也已經在汽車和航空業中得到應用，但是推廣FlexRay的企業巨頭的影響力決不容忽視。或許下一代汽車通信主干網的決定因素不是技術而是政治。
本文小結
本文通過討論汽車網絡協議，如CAN、LIN、MOST、IDB-1394、TTCAN、FlexRay和TTP等，分析了下一代汽車網絡的發展趨勢。希望這一討論能夠為正在蓬勃發展的中國汽車制造業以及汽車配件制造業提供一些借鑒。
