1 汽车总线
车用总线，就是车载网络中底层的车用设备或车用仪表互联的通信网络。汽车总线传输是通过某种通讯协议将汽车中各种电控单元、智能传感器、智能仪表等连接起来，从而构成的汽车内部网络。其优点有：减少了线束的数量和线束的容积，提高了电子系统的可靠性和可维护性；采用通用传感器，达到数据共享的目的；改善了系统的灵活性，即通过系统的软件可以实现系统功能的变化。1.1 汽车总线技术的产生
传统的汽车电子大多采用点对点的单一通信方式，相互之间少有联系。据统计，一辆采用传统布线方法的高档汽车中，其导线长度可达2000米，电气节点可达1500个，而且大约每10年就将增加1倍。这样必然会形成庞大的布线系统。也就是，传统布线方法都不能适应现代汽车的发展。传统的电气网络已无法适应现代汽车电子系统的发展。
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| 庞大的布线系统 |
因此，新型汽车总线技术便应运而生。目前，车用总线有四种有CAN总线、LIN总线、FlexRay总线和MOST总线。
CAN是控制器局域网，LIN是局部互联协议，FlexRay是高速容错网络协议，MOST是汽车多媒体和导航网络，还有与计算机网络兼容的蓝牙、无线局域网等无线网络技术。
1.2 CAN总线
CAN（Controller Area Network）即控制器局域网，通常称为CAN bus，即CAN总线，归属于工业现场总线的范畴，是目前国际上应用最广泛的、开放式现场总线之一。它的短帧数据结构、非破坏性总线仲裁技术以及灵活的通讯方式，使CAN总线具有很高的可靠性和抗干扰性，满足了汽车对总线的实时性和可靠性的要求。
CAN总线是德国博世公司在20世纪80年代初，开发的一种串行数据通讯协议。目前汽车大多具有两条或两条以上的CAN总线，一条是动力CAN总线，主要包括发动机、ABS和自动变速器三个节点，通信速率一般为500kbps；另一条是舒适CAN总线，主要包括中央控制器和四个门模块，通信速率一般为62.55kbps或100kbps。
CAN总线是一种串行数据通信协议，其通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。CAN总线的工作原理，可由下面图来说明。
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| CAN总线的工作原理 |
①当一个节点要向其它节点发送数据时，该节点的CPU 将要发送的数据和自己的标识符传送给本节点的CAN芯片，并处于准备状态；
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| CAN芯片 |
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| CAN芯片外形 | |
2）汽车CAN总线的结构
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| 汽车CAN总线的结构 |
①通信速率最高可达1MB/s（此时距离最长40m）。
②节点数实际可达110个。
③采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个。
④每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，数据出错率极低。
⑤通信介质可采用双绞线，同轴电缆和光导纤维，一般采用廉价的双绞线即可，无特殊要求。
⑥节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上的其他操作不受影响。
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| 整车控制器 |
LIN（Local Interconnect Network）是低速串行通信总线，是基于SCI/UART( 通用异步收发接口的单总线串行通信）协议，采用单个主控制器多个从设备的模式，在主从设备之间只需要1根电压为12伏的信号线。
这种主要面向“传感器/执行器控制”的低速网络，其最高传输速率可达20千比特/秒，主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制。典型的LIN网络的节点数可以达到12个。以门窗控制为例，在车门上有门锁、车窗玻璃开关、车窗升降电机、操作按钮等，只需要1个LIN网络就可以把它们连为一体。LIN总线在汽车中的应用如下图所示。
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| LIN总线在汽车中的应用 |
LIN包含一个宿主节点和一个或多个从属节点。所有节点都包含一个被分解为发送和接收任务的从属通讯任务 ，而宿主节点还包含一个附加的宿主发送任务。在实时LIN中，通讯总是由宿主任务发起的。
- LIN总线结构
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| LIN总线结构 |
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| LIN网络中的节点 |
LIN总线上的所有通讯都由主机节点中的主机任务发起，主机任务根据进度表来确定当前的通讯内容，发送相应的帧头，并为报文帧分配帧通道。低传输速率、小于20kb/s、采用NRZ编码。目前几乎所有的微控制器芯片上都有SCI/UART接口。
宿主节点发送一个包含同步中断、同步字节和消息识别码的消息报头。从属任务在收到和过滤识别码后被激活并开始消息响应的传输。响应包含两个、四个或八个数据字节和一个检查和（checksum）字节。报头和响应部分组成一个消息帧。
总线上的从机节点接收帧头之后，通过解读标识符来确定自己是否应该对当前通讯作出响应、做出何种响应。基于这种报文滤波方式，LIN可实现多种数据传输模式，且一个报文帧可以同时被多个节点接收利用。
通过CAN网关，LIN网络还可以和汽车其他系统进行信息交换，实现更丰富的功能。目前LIN已经成为国际标准，被大多数汽车制造商和零部件生产商所接受。
1.4 MOST总线
MOST（多媒体传输系统）是一种专门针对服务于车内多媒体应用的数据总线技术。
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| MOST（多媒体传输系统） |
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| 光脉冲传输数据 |
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| 环状拓朴 |
一旦设定完成，资料就会持续地从发送处流向接收处，过程中不用再有进一步的封包处理程序，将运作机制如此设计，最适合用于实时性音讯、视讯串流传输。
1.5 FlexRay总线
FlexRay总线，专为车内联网而设计，具有高速、可靠及安全的特点。采用基于时间触发机制，具有高带宽、容错性能好等特点，在实时性、可靠性和灵活性方面具有一定的优势。
FlexRay还能够提供很多网络所不具有的可靠性特点。尤其是FlexRay具备的冗余通信能力可实现通过硬件完全复制网络配置，并进行进度监测。FlexRay同时提供灵活地配置，可支持各种拓扑，如总线、星型和混合拓扑。FlexRay本身不能确保系统安全，但它具备大量功能，可以支持以安全为导向的系统（如线控系统）的设计。
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| 线控刹车 |
它采用了周期通信的方式，一个通信周期可以划分为静态部分、动态部分、特征窗和网络空闲时间4个部分。静态部分和动态部分用来传输总线数据，即FlexRay报文。特征窗用来发送唤醒特征符合媒介访问检测特征符。网络空闲时间用来实现分布式的时钟同步和节点参数的初始化。FlexRay在物理上通过两条分开的总线通信，每一条的数据速率是10MBit/s。
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| FlexRay |
而相比于传统总线技术，车载以太网不仅可以满足汽车制造商对带宽的需求同时还能降低车内的网络成本，是未来整车网络架构设计的趋势。目前，车载以太网主要用于诊断、车载信息娱乐系统（IVI）以及驾驶辅助系统。
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| 车载以太网 |
而车载以太网参考OSI分层结构，规定了每一层的功能及协议。车载以太网协议通常被认为是一个4层协议系统：应用层、传输层、网络层、数据链路层，每一层都具有不同的功能。
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参照OSI模型，车载以太网在物理层，即第一、二层采用了博通公司的Broad-Reach技术，BroadR-Reach的物理层（PHY）技术由OPEN（一对以太网）联盟推动，因此有时也被称为OPEN联盟BroadR-Reach（OABR）。
BroadR-Reach由一对双绞线实现全双工通信，并提供100Mbit/s 及更高的宽带性能。该技术使用单对的非屏蔽双绞线进行通信，不仅可以减轻线缆重量达到30%，还可以降低80%连接成本，符合汽车要求的新型物理层技术。BroadR-Reach技术已被IEEE标准化，并命名为100BASE-T1，其中T1是指车载以太网。
a)100BASE-TX
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b)100BASE-T1
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| 100BASE-T1 |
c))1000BASE-T1
也叫IEEE802.3bp，它是被IEEE针对千兆车载以太网定义的标准。与100BASE-T1相同，1000BASE-T1也使用的是一对双绞线进行全双工的信息传输。1000BASE-T1不仅能提高数据的传输速率，同时满足汽车行业高可靠性、低电磁辐射、低功耗以及同步实时性等方面的要求。
D)100BASE-T4
采用的是半双工传输模式，传输媒体采用3类、4类、5类非屏蔽双绞线。其中的三对线用以传输数据，一对线进行冲突检验和控制信号的发送接收。最大传送距离是100米。
2)数据链路层
定义操作通信连接的程序，封装数据包为数据帧以及监测、纠正数据包传输的错误。
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以太网音视频桥接技术旨在满足车内音视频应用的低延迟和可保证的带宽要求，对传统的以太网进行了扩展，通过增加精确时钟同步、带宽预留等协议增强传统以太网音视频传输的实时性。
AVB技术提供了优先级、流预留协议（SRP）、流量整形协议（FQTSS）等核心功能。AVB在车内的应用案例有唇同步多媒体播放、在线导航地图等汽车联网应用、ADAS以及诊断功能等。
3.网络层
定义网络设备间如何传输数据，根据唯一的网络设备地址路由数据包，提供流和拥塞控制以防网络资源的损耗。
IPV4协议
IPV4是网络协议版本，是一种无连接的协议，操作在使用分组交换的链路层上。此协议不保证任何数据包均能送达目的地，也不能保证所有数据包均按照正确的顺序无重复的到达。
IPV6协议
IPV6是网络协议版本，由IETF(Internet Engineering Task Force）互联网工程任务组设计用于替代IPV4的下一代网络协议。相比于IPV4，IPV6具有更大的地址空间。随着互联网的快速发展，IPV6协议将会起到十分重要的作用，它不但可以解决网络地址资源数量的匮乏，也可以解决多种接入设备接入互联网的障碍。
TSN（Time Sensitive Network ）
2012年，IEEE音视频桥接工作组正式更名为TSN，TSN定义了以太网数据传输的时间敏感机制，为标准以太网增加了确定性、可靠性，以确保以太网能够为关键数据的传输提供稳定一致的服务级别。
4）传输层
传输层的功能是建立端口到端口的通信，确定主机和端口后，就可以实现程序之间的通信。
TCP协议
TCP/IP协议对应OSI模型的传输层，该部分是网络结构的中心部分，是下方硬件相关层和上方软件处理层的重要连接点。TCP是一种面向连接的、可靠的传输协议。它能够保证两端通信主机之间的信息可达。能够正确处理传输过程中丢包、传输顺序错乱等异常情况。
UDP协议
UDP协议是一种简单的、无连接的传输协议。当网络可靠，需要突发大量的数据时可以选择使用UDP，不用考虑丢包重传等情况，以提高数据传输效率。
5)应用层
应用层协议是用户与网络的交互界面，负责处理网络特定的细节信息覆盖了OSI参考模型的第5层至第7层。应用层可根据用户需求为用户提供多种应用协议，如超文本传输协议（HTTP）、通信控制（SOME/IP）、服务发现（Service Discovery）、动态主机配置协议（DHCP）、流媒体服务（Stream Media Service）、设备发现、连接管理和控制协议（IEEE 1722.1）等。
2.2 车载以太网技术的应用
伴随着车载以太网技术的不断成熟，它将带来更高的带宽和更低的延迟。并且，在OPEN联盟、AVnu等组织的推动下，车载以太网将会成为车载网络骨干，不专注于一个特定的应用领域，会集成动力总成、盘底、车身、多媒体、辅助驾驶等子系统，形成一个域级别的汽车网络。
汽车的各种操纵系统正向电子化、自动化方向发展，传统的汽车机械操纵系统将变成通过高速容错通信总线与高性能CPU相连的电气系统，如汽车将采用电气马达和电控信号来实现线控驾驶、线控制动、线控油门和线控悬架等，采用这些线控系统将完全取代现有系统中的液压和机械控制。
3．车用总线类别小节
目前，绝大多数车用总线都被SAE（美国汽车工程师协会）下属的汽车网络委员会按照协议特性分为A、B、C、D四类。
A类总线。面向传感器或执行器管理的低速网络，它的位传输速率通常小于 20Kb/S。A类总线以LIN(Local Interconnect Network 本地互联网）规范最有前途。其由摩托罗拉（Motorola）与奥迪（Audi）等知名企业联手推出的一种新型低成本的开放式串行通讯协议，主要用于车内分布式电控系统，尤其是面向智能传感器或执行器的数字化通讯场合。
B类总线。面向独立控制模块间信息共享的中速网络，位速一般在10~125 Kb/S之间。
B类总线以CAN(Controller Area Network 控制器局域网络）最为著名。CAN网络最初是BOSCH公司为欧洲汽车市场所开发的，只用于汽车内部测量和执行部件间的数据通讯，逐渐的发展完善技术和功能，1993年ISO正式颁布了道路交通运输工具一数字信息交换一高速通讯控制器局域网（CAN）国际标准（ISO11898-1)，近几年低速容错CAN的标准ISO 11519-2 也开始在欧洲的一些车型中得到广泛的应用。B类总线主要应用于车身电子的舒适型模块和显示仪表等设备中。
C类总线。面向闭环实时控制的多路传输高速网络，位速率多在125Kb/S ~ 1Mb/S 之间。C类总线主要用于车上动力系统中对通讯的实时性要求比较高的场合，主要服务于动力传递系统。在欧洲，汽车厂商大多使用“高速CAN”作为C类总线，它实际上就是ISO 11898-1 中位速率高于125Kb/S的那部分标准。美国则在卡车及其拖车、课程、建筑机械和农业动力设备中大量使用专门的通讯协议 SAEJ1939。
D类总线。面向多媒体设备、高速数据流传输的高性能网络，位速率一般在 2Mb/S 以上，主要用于CD等播放机和液晶显示设备。D类总线，近期才被采纳入SAE对总线的分类范畴之中。其带宽范畴相当大，用到的传输介质也有好几种。其又被分为低速（IDB-C为代表）、高速（IDB-M为代表）和无线（Bluetooth 蓝牙为代表）三大范畴。
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