一文讀懂CAN總線/LIN總線/FlexRay/以太網，汽車總線的未來是它

20世紀80年代後， MCU和MPU開始在汽車中被廣泛使用，汽車電子化進程開始逐年加快。近幾年，智能化和網聯化在汽車行業興起，汽車電子化程度更上一層樓。據統計，當前汽車的創新70%來源于汽車電子産品，電子産品成本占整車比例已經從上世紀70年代的4%，成長到現在的30%左右。未來仍将進一步提升，預期到2030年，該比例将可達到50%。在電子零部件越來越多，信息傳輸量越來越大的需求促動下，汽車網絡化勢頭已經不可擋。因此，傳統的電氣網絡已無法适應現代汽車電子系統的發展，新型汽車總線技術應運而生。

圖|汽車總線

目前汽車上普遍采用的汽車總線有局部互聯協議LIN和控制器局域網CAN，正在發展中的汽車總線技術還有高速容錯網絡協議、用于汽車多媒體和導航的MOST以及與計算機網絡兼容的藍牙、無線局域網等無線網絡技術。

在這裡，與非網編輯主要講解一下傳統三大總線CAN、LIN、和汽車總線“新貴”以太網，看一下每一個汽車總線的特點、優勢和未來發展趨勢。

CAN總線

CAN-BUS即CAN總線技術，全稱為“控制器局域網總線技術（ Area -BUS）”。Can-Bus總線技術最早被用于飛機、坦克等武器電子系統的通訊聯絡上。将這種技術用于民用汽車最早起源于歐洲，在汽車上這種總線網絡用于車上各種傳感器數據的傳遞。

圖|CAN總線

汽車上面布滿了各種控制單元，越是高級的汽車，其控制單元越多，控制系統越複雜。每個控制單元都可看做一台獨立的電腦，它可以接受信息，同時能對各種信息進行處理、分析，然後發出一個指令。比如發動機控制單元會接受來自進氣壓力傳感器、發動機溫度傳感器、油門踏闆位置傳感器、發動機轉速傳感器等等的信息，在經過分析和處理後會發送相應的指令來控制噴油嘴的噴油量、點火提前角等等，其它控制單元的工作原理也都類似。在這裡可以給大家做一個比喻，車上的各種控制單元就好比一家公司各個部門的經理，每個部門的經理接受來自自己部門員工的工作彙報，經過分析作出決策，并命令該部門的員工去執行。

部分汽車的控制單元之間的所有信息都通過兩根數據線進行交換，這種數據線也叫CAN數據總線。通過該種方式，所有的信息，不管信息容量的大小，都可以通過這兩條數據線進行傳遞，這種方式充分的提高了整個系統的運行效率。

圖|CAN-BUS

總線系統之所以稱作為CAN-BUS，其實也是因為它的工作原理與運行中的公共汽車很類似。每個站點相當于一個控制單元，而行駛路線則是CAN數據總線，CAN數據總線上傳遞的是數據，而公共汽車上承載的是乘客。某個控制單元接收到負責向它發送數據的傳感器的信息後，經過分析處理會采取相應措施，并将此信息發送到總線系統上。這樣此信息會在總線系統上進行傳遞，每個與總線系統連接的控制單元都會接收到此信息，如果此信息對自己有用則會存儲下來，如果對其無用，則會進行忽略。

目前汽車上的CAN數據總線連接方式主要有兩種，一種是用于驅動系統的高速CAN總線，速率可達到500kb/s，另一種是用于車身系統的低速CAN總線，速率為100kb/s。當然對于中高級轎車還有一些如娛樂系統或智能通訊系統的總線，它們的傳輸速率更高，可以超過1Mb/s。

接下來，我們看一下CAN總線有哪些優勢：

·比傳統的布線方式的數據傳輸速度更高。

·比傳統布線方式要節省線束，降低了車身重量，同時優化了車身的布線方式。

·以CAN總線方式連接的控制單元中有一個發生故障，其它控制單元仍可發送各自的數據，互不影響。

·CAN數據總線為雙線制，如果有一條發生故障，CAN系統會轉為單線運行模式，提高了整車的穩定性。

·CAN系統的雙線在實際中是像“麻花”一樣纏繞在一起的，這樣可以有效的防止電磁波的幹擾和向外輻射。

·基于CAN總線系統可以實現更豐富的車身功能。

CAN總線是當前汽車總線應用最廣的一種，但是由于自身安全性等原因，人們已經開始為CAN總線尋求合格的替代者， 、以太網是這個過程中呼聲較高的。

LIN總線

LIN總線是針對汽車分布式電子系統而定義的一種低成本的串行通訊網絡，是對控制器區域網絡(CAN)等其它汽車多路網絡的一種補充，适用于對網絡的帶寬、性能或容錯功能沒有過高要求的應用。LIN總線是基于SCI(UART)數據格式，采用單主控制器/多從設備的模式，是UART中的一種特殊情況。

圖|車載網絡示意圖

LIN總線是面向汽車低端分布式應用的低成本，低速串行通信總線。它的目标是為現有汽車網絡提供輔助功能，在不需要CAN總線的帶寬和多功能的場合使用，降低成本。

LIN聯盟成立于1999年，并發布了LIN01.0版本。最初的成員有奧迪、寶馬、克萊斯勒、摩托羅拉、博世、大衆和沃爾沃等。

LIN總線相對于CAN的成本節省主要是由于采用單線傳輸、矽片中硬件或軟件的低實現成本和無需在從屬節點中使用石英或陶瓷諧振器。這些優點是以較低的帶寬和受局限的單宿主總線訪問方法為代價的。

圖|汽車總線示意圖

LIN總線上的所有通訊都由主機節點中的主機任務發起，主機任務根據進度表來确定當前的通訊内容，發送相應的幀頭，并為報文幀分配幀通道。總線上的從機節點接收幀頭之後，通過解讀标識符來确定自己是否應該對當前通訊做出響應、做出何種響應。基于這種報文濾波方式，LIN可實現多種數據傳輸模式，且一個報文幀可以同時被多個節點接收利用。

LIN總線是CAN總線的副手。未來，或許将随着CAN總線一起退出曆史的舞台。

是一種用于汽車的高速、可确定性的，具備故障容錯能力的總線技術，它将事件觸發和時間觸發兩種方式相結合，具有高效的網絡利用率和系統靈活性特點，可以作為新一代汽車内部網絡的主幹網絡。是汽車工業的事實标準(facto )。

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的拓撲結構多樣，既可以像CAN總線一樣使用線型結構，也可以使用星型結構。中心節點負責轉發信息。當除中心節點外的某個節點損壞或線路故障時，中心節點可以斷開與該節點的通信。但當中心節點損壞時，整個總線便無法工作。可以将多個星型總線的中心節點連接起來。

和CAN總線最本質的區别是總線分配的方式不同。CAN總線是采用CSMA/CA機制。各節點會一直監聽總線，發現總線空閑時便開始發送數據。用的是TDMA(Time ) 和FTDMA( Time )兩種方法。将一個通信周期分為靜态部分、動态部分、網絡空閑時間。靜态部分使用TDMA方法，每個節點會均勻分配時間片，每個節點隻有在屬于自己的時間片裡面才能發送消息，即使某個節點當前無消息可發，該時間片依然會保留（也就造成了一定的總線資源浪費）。在動态部分使用FTDMA方法，會輪流問詢每個節點有沒有消息要發，有就發，沒有就跳過。靜态部分用于發送需要經常性發送的重要性高的數據，動态部分用于發送使用頻率不确定、相對不重要的數據。

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相比較于CAN總線要複雜許多，安全性相對較高。但是，總線也有其弊端，就是造價成本過高，除了德系車廠在量産車上使用過，其他國家極少見。随着汽車電子化程度的增加，對總線帶寬的要求也越來越高。用來取代原來普遍使用的CAN總線是不現實的，因為成本實在太高。

以太網

新的汽車功能，如自動泊車系統、車道偏離檢測系統、盲點檢測和高級信息娛樂系統等引發了對新的數據總線需求。顯然，未來我們需要的是更加開放、高速，且易于與其他電子系統或者設備集成的車載網絡，同時有助于減少功耗，線束重量和部署成本。

圖|多功能汽車系統示意圖

傳統車載網絡支持的通信協議較為單一，而車載以太網可以同時支持AVB、TCP／IP、DOIP、SONIP等多種協議或應用形式。其中， AVB 是對傳統以太網功能的擴展，通過增加精确時鐘同步、帶寬預留等協議增強傳統以太網音視頻傳輸的實時性，是極具發展潛力的網絡音視頻實時傳輸技術。SOME／IP（ － on IP）則規定了車載攝像頭應用的視頻通信接口要求，可應用于車載攝像頭領域，并通過API實現駕駛輔助攝像頭的模式控制。

作為AVB協議的擴展，車載時間敏感網絡（TSN， Time－ ）則引入時間觸發式以太網的相關技術，能高效的實現汽車控制類信息的傳輸。此外，1Gbit 速率通信标準的車載以太網同時還支持 POE（Power Over ）功能和高效節能以太網（EEE， － ）功能，POE 功能可在雙絞線傳輸數據的同時為連接的終端設備供電，省去了終端外接電源線，降低了供電的複雜度。

圖|車用以太網

當前，以太網和CAN的連接通過以太網網關來實現。以太網目前還不是用來取代CAN的，主要還是應用在非CAN的部分。車載以太網不僅具備了适應ADAS、影音娛樂、汽車網聯化等所需要的帶寬，而且還具備了支持未來更高性能的潛力（如自動駕駛時代所需要的更大數據傳輸）。它将成為實現多層面高速通信的基石，相對于20世紀90年代的控制器局域網（CAN）革命，它的規模将更大，意義将更深遠。專家預測，到2020年，汽車中部署的以太網端口将達5億個。

研究人員表示：“CAN通過變頻變換來控制，這比以太網好，因此在一段時間内都不會被以太網取代。但是到2021年以後，随着ESN這個新以太網協議推出，估計汽車會陸續去掉CAN總線，而僅有以太網通信。”