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车内电子系统：灵活的网中网 |
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作者：美国国家半导体 Abdul Aleaf |
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由于汽车需要面对多种不同的路面及驾驶情况，因此，未来一代的汽车需要为其电子系统装设多种不同的通信网络，以确保其稳定性及带宽都可满足不同情况的要求。为了更好地满足不同网络标准的要求，车内电子系统的互联网络便一直朝着网中网模式发展。
网中网模式基本上以远程信息控制单元（TCU）为硬件，是连接车内电子系统所有通信网络的硬件接口。在软件方面，传输控制协议/因特网协议（TCP/IP）的应用层可视为连接车内不同通信网络的通用软件。应用软件只要利用TCP/IP作为通用接口，便可与其他节点上的应用程序完全运作互通。
分层通信协议
分层的结构可提高通信协议的灵活性及可延展性。某一功能层可将其具体实施情况的数据收藏起来，以免较高级的功能取得这些数据，以确保这些高级功能不会受其他功能的执行方式所影响。只要所有数据链路协议都采用同一协议，较高层的协议便可改用任何一个协议。
图 1 所示的分层通信协议只要为编程人员提供高级应用程序编程接口（API），便可简化软件的设计。若编程人员想传送文件，高级文件传送协议可以为其提供一组最简单的服务，让编程人员可以列明文件服务器名称、源文件名称、目的文件名称等。
图 1 分层通信协议
从应用软件编程人员的角度看，应用程序编程接口可以视为高度简化的用户接口，能够不受其他功能层的影响独立处理与数据通信有关的所有麻烦问题。应用程序编程接口是一条理想的虚拟连接，让编程人员无需理会奇偶错误、流量控制等细节，只需提供建立连线所必要的信息。当数据通信达到某一层级之后，我们便必须为传送的数据提供一条物理连线，但应用程序编程接口与物理层之间的功能层可以处理所有底层的操作，以便支持这条虚拟连线。
这个模型分为应用程序层、传输层、网络层、物理层四层。每一功能层无需知道其上下层的操作方式。例如，网络层只负责将信息包由信源传送至目的地，本身并不知道也无需理会这些信息包是利用单向用户数据报协议（UDP）数据报通信方式还是双向传输控制协议（TCP）连线传送信息。
按照协议规定，所有链路必须采用模块式结构及标准接口，因此分层协议具有较大的延展性。若有人发明了一种全新的数据链路技术，并想在新媒体内运行协议的全部堆栈，那么他只需编写一套兼容的物理层驱动程序便可，技术的换代更新变得简单容易。
网中网模型
由于不同的情况有着不同的需求，因此未来一代的汽车需要为其电子系统装设多种不同的通信网络，如控制器区域网、蓝牙微微网、音像网络、低成本有线网络、低成本无线网络，以确保其稳定性及带宽都能够满足不同情况的要求。而我们只要采用分层协议及中央网关处理器，便可解决不同网络之间的相互通信问题。
未来一代的车内电子系统互连网络一般都会采用多种不同的控制器区域网。这些控制器区域网主要分为高速与低速两种。速度低至10～125kbps 的低速网络可为不同控制装置提供联系，如：启动器可以通过网络控制倒后镜的移动角度，而尾灯群组则可利用这些网络缩短互连线路。此外，速度高达 126kbps ～1Mbps 的高速控制器区域网可支持性能要求较高的重要功能，如动力传动控制。
如何建立网络联系
图2所示的是可让用户进入汽车电子系统互连网络进行诊断的无线远程接口系统，其中的远程信息控制单元可以利用极具成本效益的芯片制造。
图2 可让用户进入汽车电子系统互连网络进行诊断的接口系统
这套诊断系统可以利用英特网浏览器进入汽车的电子系统互联网络。浏览器进入控制器区域网节点进行存取时，必须与设有远程信息控制单元的万维网服务器取得联系。远程信息控制单元可视为控制器区域网的主机，因为控制器区域网节点本身不会进入因特网协议（IP）的堆栈执行工作。英特网服务器负责解释浏览器提出的工作请求，然后与控制器区域网节点进行通信，以便落实有关的请求行动。
每一控制器区域网节点都有一套高级的驱动程序，而这套驱动程序采用针对个别特殊应用而设的协议，以便一旦收到英特网发出的请求时可以即时做出回应。这套驱动程序负责分析协议数据单元 （PDU） 的句法及将其中的信息解译，并大量执行任何必要的区域工作，以满足协议数据单元提出的工作请求。区域工作完成后，有关工作的文件会编入新的格式之中，然后通过控制器区域网总线存入万维网服务器。
此外，动态节点配置（DNC）服务器储存了一张载列最新节点的清单，并负责资料的更新。每当有新的节点加入控制器区域网（可以在带电及不带电的状态下进行插接），该新节点会立即广播有关的配置请求，通知采用远程信息控制单元的动态节点配置服务器。基本上，我们可以仿照动态主机配置协议（DHCP）制定动态节点配置协议。动态主机配置协议已被很多个人电脑广泛采用，其优点是确保个人电脑可以自动取得有关网络配置的数据。这个设计好像将个人电脑的随插即用（PnP）操作机制引入动态节点配置服务器，让我们很轻易便能增添或删除任何节点。控制器区域网的节点利用动态节点配置的请求发布由其随机产生的节点识别码。这个识别码是相关节点的“别名”，而这个“别名”可视为该节点在控制器区域网的名称或“地址”。但我们不可将这个“别名”与信息滤波及控制器区域网上的识别码混为一谈。
若远程信息控制单元的动态节点配置服务器收到动态节点配置请求，服务器首先会核实节点请求的识别码是否确实有效，以及这个识别码与网络上其他现有节点是否会相抵触。服务器会进一步核实，以确保自己是否有足够的存储空间可以将新加节点的配置图表载列于其最新节点名单之内。若一切顺利，动态节点配置服务器便会确认这个请求，并为该节点分派一个独特数字，作为其正式名称，以便该节点在执行工作时可以使用。该节点的识别码也会记录在服务器的最新节点名单内。其后传送给该节点的所有通信都会采用这个议定的识别码。若请求的识别码已失效，远程信息控制单元便会拒绝接受请求，使节点不得不再请求另一识别码，直至远程信息控制单元收到可以接受的识别码为止。
未来的发展方向
未来一代的汽车越来越需要建立一个自己的通信网，以便不时与个人的移动设备及外在环境保持密切的联系。汽车可以利用英特网建立无线联系，这个联系方式有一个很大的优点，即可以远程收集运行数据。汽车生产商可以上网查看客户资料，看看客户究竟有没有按照防护/维修程序进行维修，也可监视汽车性能的转变 （看看有没有磨损和故障的迹象），发出维修通知和警告。
“智能汽车网络”是一个新兴的行业用语，意指汽车电子系统的传感器及传动装置必须具备一定的智能才可确保汽车能够充分发挥其性能。若要车内的电子装置具备一定的智能，车内的每一个电子系统必须能够通过智能汽车网络获得所需的数据，因为只有取得最充足的数据，车内各系统才可回应实际情况做出最恰当的决定，发挥最高的系统性能。(end)
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(8/27/2005) |
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