黃小波 熊毅

摘要：隨著智能駕駛技術(shù)的不斷成熟，車(chē)輛內(nèi)部需要共享和處理的數(shù)據(jù)越來(lái)越多，類(lèi)型也越來(lái)越復(fù)雜。首先簡(jiǎn)要概述幾種常用成熟的數(shù)據(jù)總線(xiàn)，隨后結(jié)合ADAS工程應(yīng)用，詳細(xì)描述當(dāng)前車(chē)輛主流使用的數(shù)據(jù)總線(xiàn)，并分析了其他幾種數(shù)據(jù)總線(xiàn)在ADAS中的應(yīng)用展望。

關(guān)鍵詞：高速數(shù)據(jù)總線(xiàn);ADAS;光纖總線(xiàn)

中國(guó)分類(lèi)號(hào)：TP311 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）25-0066-03

Abstract： With the development of intelligent drive，more and more data needs to be shared and processed inside the vehicle.Firstly， several commonly used data buses were introduced in this paper. Then，combined to the application in ADAS，the current mainstream data buses used by vehicles was describedsubsequently. Finally，the outlook of severalnewdata buses application to ADAS was given.

Key words： high speed data bus;ADAS; fiber optic data bus

1引言

汽車(chē)先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）主要是指通過(guò)搭載在車(chē)輛上的傳感器實(shí)時(shí)采集周?chē)h(huán)境信息，通過(guò)一定的算法和控制準(zhǔn)則，輔助汽車(chē)控制單元做出相應(yīng)決策，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛在部分場(chǎng)景能夠代替駕駛員對(duì)汽車(chē)進(jìn)行操作，減少因駕駛員對(duì)汽車(chē)的操作失誤而引發(fā)的交通事故。

目前車(chē)輛上使用的較為成熟的傳感器主要包括：雷達(dá)傳感器（如激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)）、視頻傳感器（如攝像頭、立體相機(jī)）、V2X傳感器等。大量數(shù)據(jù)的注入，必然導(dǎo)致車(chē)輛內(nèi)部需要共享和處理的數(shù)據(jù)越來(lái)越多。因此，車(chē)輛內(nèi)部紛紛逐步采用數(shù)據(jù)總線(xiàn)技術(shù)。

本文首先簡(jiǎn)要概述幾種常用的、成熟的數(shù)據(jù)總線(xiàn)，隨后結(jié)合ADAS工程應(yīng)用，詳細(xì)描述當(dāng)前車(chē)輛主流使用的數(shù)據(jù)總線(xiàn)，并分析了其他幾種數(shù)據(jù)總線(xiàn)在未來(lái)被應(yīng)用的可能。

2總線(xiàn)介紹

2.11553B總線(xiàn)

1553B總線(xiàn)是一種軍用串行總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，具有分布處理、集中控制、實(shí)時(shí)響應(yīng)、冗余容錯(cuò)、支持非智能遠(yuǎn)程終端等特點(diǎn)，最大傳輸速率可達(dá)10Mbps，在航天航空、軍事等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。1553B 總線(xiàn)屬于一種指令/ 響應(yīng)式總線(xiàn)，采用消息作為傳輸基本單位。

組成1553B總線(xiàn)的子系統(tǒng)包含3種類(lèi)型的終端：總線(xiàn)控制器（BC）、遠(yuǎn)程終端（RT）和總線(xiàn)監(jiān)視器（MT）。總線(xiàn)控制器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)總線(xiàn)上數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向，遠(yuǎn)程終端負(fù)責(zé)總線(xiàn)和子系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸，總線(xiàn)監(jiān)視器監(jiān)視數(shù)據(jù)總線(xiàn)上信息的變化。1553B總線(xiàn)體系結(jié)構(gòu)[1]如圖1所示：

2.2 CAN總線(xiàn)

CAN總線(xiàn)作為一種全數(shù)字式現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備互連總線(xiàn)，具有實(shí)時(shí)性好、可靠性高、使用靈活等特點(diǎn)，多用于汽車(chē)、工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)部測(cè)量和執(zhí)行部件間數(shù)據(jù)通信。CAN總線(xiàn)可以進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)和全域廣播方式傳遞信息，通信速率可達(dá)1Mbps。

CAN總線(xiàn)是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，包含4種幀數(shù)據(jù)格式。在報(bào)文傳輸中，報(bào)文分為數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、出錯(cuò)幀、超載幀。CAN總線(xiàn)體系結(jié)構(gòu)如圖2所示：

2.3 MOST總線(xiàn)

MOST總線(xiàn)是由汽車(chē)工業(yè)協(xié)議在1999年制定的一種高速媒體總線(xiàn)，具有性能可靠、成本低、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)靈活、數(shù)據(jù)兼容性好和電磁干擾性能良好等特點(diǎn)，在車(chē)載多媒體設(shè)備上得到廣泛應(yīng)用。

MOST總線(xiàn)是一種以光纖為物理載體的環(huán)形總線(xiàn)，能夠傳輸最高25Mbps的數(shù)據(jù)流。MOST總線(xiàn)是一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)據(jù)流系統(tǒng)，提供Most總線(xiàn)接口的設(shè)備可以方便地掛到總線(xiàn)上或從總線(xiàn)上去除。在MOST總線(xiàn)上，既可以傳輸如音頻、視頻流這種同步數(shù)據(jù)，也可以傳輸基于其他數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的非同步數(shù)據(jù)。MOST總線(xiàn)體系結(jié)構(gòu)如圖3所示：

2.4 1394B總線(xiàn)

1394B總線(xiàn)是由IEEE于1995年根據(jù)FireWire制定的一種高性能數(shù)據(jù)總線(xiàn)，由于其高可靠性、低延遲、高實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)，已成為航空領(lǐng)域應(yīng)用中比較成熟的一種數(shù)據(jù)總線(xiàn)。作為一種高速串行總線(xiàn)，1394B總線(xiàn)支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的光纖數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率可覆蓋100Mbps～3.2Gbps范圍。

1394B總線(xiàn)通信協(xié)議層包含4個(gè)協(xié)議層：依次為總線(xiàn)管理層、事務(wù)層、鏈路層和物理層。其中總線(xiàn)管理層主要負(fù)責(zé)對(duì)總線(xiàn)資源和節(jié)點(diǎn)資源進(jìn)行管理，事務(wù)層主要支持異步傳輸中讀、寫(xiě)等操作，鏈路層將事務(wù)層的請(qǐng)求和響應(yīng)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的包，準(zhǔn)備發(fā)送到總線(xiàn)上，物理層提供了數(shù)據(jù)傳輸所需的電子和機(jī)械接口。1394B總線(xiàn)體系結(jié)構(gòu)[2]如圖4所示：

2.5SFODB總線(xiàn)

SFODB總線(xiàn)是1999年美國(guó)國(guó)家航空和宇宙航行局聯(lián)合國(guó)防部而開(kāi)發(fā)制定了SFODB 標(biāo)準(zhǔn)。具有高可靠性、低延時(shí)以及能夠適應(yīng)空間惡劣環(huán)境的特點(diǎn)，因而非常適合于航天應(yīng)用。SFODB既可采用串行傳輸方式也可采用并行傳輸方式，支持200Mbps～1Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。

SFODB總線(xiàn)符合ANSI標(biāo)準(zhǔn)，支持主機(jī)與外設(shè)、主機(jī)與主機(jī)之間的通道連接。其物理拓?fù)溆晒饫w連接多個(gè)FBIU單元以及單個(gè)CFBIU單元組成的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)[3]。其中CFBIU主要完成網(wǎng)絡(luò)配置、控制及狀態(tài)監(jiān)控，而FBIU主要完成數(shù)據(jù)收發(fā)。SFODB總線(xiàn)體系結(jié)構(gòu)如圖5所示：

3工程應(yīng)用

ADAS功能通過(guò)傳感層、決策層、執(zhí)行層三大部分實(shí)現(xiàn)。傳感層通過(guò)攝像頭、雷達(dá)等設(shè)備對(duì)周?chē)h(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集;決策層對(duì)采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷并做出決策;控制層通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)車(chē)輛實(shí)行駕駛控制。當(dāng)前常用的ADAS功能如下表所示：

從表1中我們可以看出，通過(guò)裝載在車(chē)輛上的電子傳感裝置，對(duì)車(chē)輛進(jìn)行全面感知，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)每個(gè)參數(shù)進(jìn)行交通全程控制，提高交通效率和交通安全。

目前車(chē)輛內(nèi)部是廣泛使用的數(shù)據(jù)總線(xiàn)組成形式如圖6所示。從圖中可以看出，車(chē)輛動(dòng)力/控制系統(tǒng)總線(xiàn)廣泛使用CAN數(shù)據(jù)總線(xiàn)[4]，這主要得益于CAN總線(xiàn)較高性?xún)r(jià)比、成熟公開(kāi)的技術(shù)和通信高可靠性。而車(chē)載多媒體系統(tǒng)總線(xiàn)，選擇的是技術(shù)日益成熟的MOST數(shù)據(jù)總線(xiàn)，由于其采用光纖作為信息傳輸媒介，能夠支持較高的數(shù)據(jù)速率，因而開(kāi)始被廣泛使用[5]。作為汽車(chē)輔助駕駛系統(tǒng)，ADAS系統(tǒng)要適配整車(chē)已有的數(shù)據(jù)總線(xiàn)，所以在上述車(chē)載系統(tǒng)中，ADAS對(duì)外所使用的數(shù)據(jù)總線(xiàn)基本也是CAN+MOST總線(xiàn)這種架構(gòu)形式。

從2.4和2.5章節(jié)我們可以看到，1394B總線(xiàn)和SFODB總線(xiàn)都屬于新一代光纖總線(xiàn)，具有傳輸速率高、通信高可靠的特點(diǎn)，且在航空航天領(lǐng)域已成熟應(yīng)用，由于價(jià)格和技術(shù)公開(kāi)度等方面原因，導(dǎo)致這類(lèi)高速數(shù)據(jù)總線(xiàn)在民用汽車(chē)領(lǐng)域尚未廣泛應(yīng)用。目前已有該類(lèi)數(shù)據(jù)總線(xiàn)在車(chē)輛中使用的相關(guān)研究[6]，相信未來(lái)不久，該類(lèi)光纖數(shù)據(jù)總線(xiàn)也會(huì)廣泛使用于車(chē)載網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，為ADAS搭建更加快速、穩(wěn)定、可靠的通信平臺(tái)。

4結(jié)束語(yǔ)

智能駕駛技術(shù)研究的不斷深入，推動(dòng)著越來(lái)越多汽車(chē)廠商開(kāi)始搭載ADAS。ADAS在給汽車(chē)駕駛帶來(lái)舒適、便捷和安全的同時(shí)，也對(duì)車(chē)輛內(nèi)部使用的數(shù)據(jù)總線(xiàn)提出更高要求。高可靠性、高實(shí)時(shí)性、高數(shù)據(jù)傳輸率，同時(shí)又具備體積小、質(zhì)量輕、功耗低等特點(diǎn)，這將是未來(lái)汽車(chē)智能駕駛系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)總線(xiàn)的新要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 龐茂，吳瑞明，楊禮康.軍用車(chē)輛常用數(shù)據(jù)總線(xiàn)性能比較及發(fā)展趨勢(shì)[J].浙江科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，27（3）：203-207.

[2] 張杰.機(jī)載高速數(shù)據(jù)總線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用研究[J].電子測(cè)量技術(shù)， 2016（6）：163-166.

[3] 邱愛(ài)華，張濤. SFODB總線(xiàn)在飛行器數(shù)據(jù)管理中的應(yīng)用探討[J].空間科學(xué)學(xué)報(bào)，2013（6）：664-671.

[4] 馬福萍.2016年款五門(mén)版路虎極光車(chē)載數(shù)據(jù)總線(xiàn)傳輸信息解析[J].汽車(chē)電器，2017（4）：42-44.

[5] 陳益鋒.2014年新款寶馬5系MOST總線(xiàn)系統(tǒng)功能詳解[J].汽車(chē)電器，2015（1）：41-42.

[6] 王妍，董全林，文懷濤，等.基于1394b光纖總線(xiàn)的視頻發(fā)送系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2011，27（3）：80-81，100.

【通聯(lián)編輯：梁書(shū)】