可為汽車(chē)電子系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系的靈活平臺(tái)
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本文主要介紹網(wǎng)中網(wǎng)設(shè)計(jì)的分層式軟件結(jié)構(gòu)，以及講述網(wǎng)中網(wǎng)如何利用其分層式軟件支持新一代汽車(chē)的電子裝置，其中包括汽車(chē)電子系統(tǒng)控制(動(dòng)力傳動(dòng)、車(chē)速排檔、空調(diào)/暖風(fēng)系統(tǒng)等)、音像娛樂(lè)系統(tǒng)、移動(dòng)電話(huà)及因特網(wǎng)接入系統(tǒng)，以滿(mǎn)足未來(lái)一代駕駛者的要求。
分層通信協(xié)議
分層的結(jié)構(gòu)可提高通信協(xié)議的靈活性及可延展性。某一功能層可將其具體實(shí)施情況的數(shù)據(jù)收藏起來(lái)，以免較高級(jí)的功能取得這些數(shù)據(jù)，以確保這些高級(jí)功能不會(huì)受其它功能的執(zhí)行方式所影響。例如，文件傳送協(xié)議甚至可能不知道究竟是采用光纖、有線(xiàn)還是無(wú)線(xiàn)技術(shù)傳送有關(guān)數(shù)據(jù)。只要所有數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議都采用同一的協(xié)議，較高層的協(xié)議便可改用任何一個(gè)協(xié)議。
圖 1 顯示分層通信協(xié)議只要為編程人員提供高級(jí)應(yīng)用程序編程接口 (API)，便可簡(jiǎn)化軟件的設(shè)計(jì)。若編程人員想傳送文件，高級(jí)文件傳送協(xié)議可以為其提供一組最簡(jiǎn)單的服務(wù)，讓編程人員可以列明文件服務(wù)器名稱(chēng)、源文件名稱(chēng)、目的文件名稱(chēng)等。
從應(yīng)用軟件編程人員的角度看，應(yīng)用程序編程接口可以視為高度簡(jiǎn)化的用戶(hù)接口，能夠不受其它功能層的影響?yīng)毩⑻幚砼c數(shù)據(jù)通信有關(guān)的所有麻煩問(wèn)題。應(yīng)用程序編程接口是一條理想的虛擬連接，讓編程人員無(wú)需理會(huì)奇偶錯(cuò)誤、流量控制等細(xì)節(jié)。編程人員只需提供建立連線(xiàn)所必要的信息。
當(dāng)數(shù)據(jù)通信達(dá)到某一層級(jí)之后，我們便必須為傳送的數(shù)據(jù)提供一條物理連線(xiàn)，但應(yīng)用程序編程接口與物理層之間的功能層可以處理所有底層的操作，以便支持這條虛擬連線(xiàn)。
這個(gè)模型分為以下四層：
● 應(yīng)用程序層：為應(yīng)用軟件提供可以直接使用的協(xié)議，其中包括文件傳送協(xié)議(FTP)、簡(jiǎn)單郵件傳送協(xié)議(SMTP)、超文本傳輸協(xié)議 (HTTP) 等。
● 傳輸層：傳輸控制協(xié)議 (TCP) 采用雙向的端至端連線(xiàn)，可以傳送 TCP 信息段。用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP) 采用報(bào)文傳送的模型，以收發(fā) UDP 數(shù)據(jù)報(bào)。
● 網(wǎng)絡(luò)層：負(fù)責(zé)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送及收發(fā)信息包。大部分網(wǎng)絡(luò)層都采用因特網(wǎng)協(xié)議 (IP)，以傳送稱(chēng)為 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的信息包。
● 物理層：這是連接數(shù)據(jù)鏈路硬件的接口。協(xié)議堆棧有不同的功能層，這一層真正負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)載入通信外圍設(shè)備寄存器及存儲(chǔ)緩沖器或從中取出?？刂破鲄^(qū)域網(wǎng)(CAN)及以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)都采用公共電纜網(wǎng)絡(luò)連系標(biāo)準(zhǔn)。稱(chēng)為微微網(wǎng)(piconet)的藍(lán)牙射頻網(wǎng)絡(luò)是無(wú)線(xiàn)耳機(jī)、手機(jī)免持聽(tīng)筒遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)及其它短程音頻/數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等普遍采用的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線(xiàn)紅外線(xiàn)通信系統(tǒng)則普遍采用 IrDA 標(biāo)準(zhǔn)。
每一功能層無(wú)需知道其上下層的操作方式。事實(shí)上，每一功能層必須不受這些操作方式的影響，才可與不同功能層的其它服務(wù)在運(yùn)作上互通。例如，網(wǎng)絡(luò)層只負(fù)責(zé)將信息包由信源傳送至目的地，本身并不知道也無(wú)需理會(huì)這些信息包是利用單向UDP數(shù)據(jù)報(bào)通信方式還是雙向 TCP 連線(xiàn)傳送信息。
分層協(xié)議具有較大的延展性，因?yàn)榘凑諈f(xié)議規(guī)定，所有鏈路必須采用模塊式結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)接口。若果有人發(fā)明了一種全新的數(shù)據(jù)鏈路技術(shù)，并想在新媒體內(nèi)運(yùn)行協(xié)議的全部堆棧，那么他只需編寫(xiě)一套兼容的物理層驅(qū)動(dòng)程序便可。其它的功能層全部無(wú)需更改，因此技術(shù)的換代更新變得非常簡(jiǎn)單容易。
網(wǎng)中網(wǎng)模型
由于不同的情況有不同的要求，因此未來(lái)一代的汽車(chē)需要為其電子系統(tǒng)裝設(shè)多種不同的通信網(wǎng)絡(luò)，以確保其穩(wěn)定性及帶寬都可滿(mǎn)足不同情況的要求。我們只要采用分層協(xié)議及中央網(wǎng)關(guān)處理器，便可解決不同網(wǎng)絡(luò)之間的相互通信問(wèn)題。
以下是新一代汽車(chē)可能會(huì)裝設(shè)的車(chē)內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)：
● 控制器區(qū)域網(wǎng)：這種中頻頻帶網(wǎng)絡(luò)具有高度可靠的特性，是幾乎所有汽車(chē)都必定裝設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)。
● 藍(lán)牙微微網(wǎng)：這是專(zhuān)為移動(dòng)電話(huà)及筆記本電腦而設(shè)的中頻頻帶無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)，也是幾乎所有汽車(chē)都必定裝設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)。
● 音像網(wǎng)絡(luò)：這是專(zhuān)為播放音像制作的高頻頻帶網(wǎng)絡(luò)，目前市場(chǎng)上有多種不同的適用協(xié)議，其中包括國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)總線(xiàn) (Domestic Data Bus, D2B)、FireWire (IEEE 1394)、媒體導(dǎo)向系統(tǒng)傳輸 (Media Oriented Systems Transport, MOST) 以及移動(dòng)媒體鏈路 (Mobile Media Link, MML) 等。
● 低成本有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)：這是一種采用通用異步收發(fā)器的網(wǎng)絡(luò)，而且還配備 I2C、SPI 及 MicroWire 等接口，使不同芯片可以獲得直接的總線(xiàn)連系，因此是最適合小鍵盤(pán)、顯示屏及傳感器采用的低成本接口。
● 低成本無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)：這是采用 ZigBee 或其它專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)的低頻頻帶無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，可為輪胎胎壓傳感器、報(bào)警與門(mén)鎖的射頻遠(yuǎn)程控制鍵以及其它電子系統(tǒng)提供低成本的無(wú)線(xiàn)連系。
未來(lái)一代的車(chē)內(nèi)電子系統(tǒng)互連網(wǎng)絡(luò)一般都會(huì)采用多種不同的控制器區(qū)域網(wǎng)。這些控制器區(qū)域網(wǎng)主要分為高速與低速兩種。速度低至10kbps~125kbps的低速網(wǎng)絡(luò)可為不同控制裝置提供聯(lián)系，例如啟動(dòng)器可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制倒后鏡的移動(dòng)角度，而尾燈群組則可利用這些網(wǎng)絡(luò)縮短互連線(xiàn)路。此外，速度高達(dá) 126kbps~1Mbps的高速控制器區(qū)域網(wǎng)可支持性能要求較高的重要功能如動(dòng)力傳動(dòng)控制。
如何為汽車(chē)電子系統(tǒng)建立網(wǎng)絡(luò)連系
圖2 顯示可讓用戶(hù)進(jìn)入汽車(chē)電子系統(tǒng)互連網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行診斷的無(wú)線(xiàn)遠(yuǎn)程接口系統(tǒng)，其中的遠(yuǎn)程信息控制單元可以利用極具成本效益的芯片制造。
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