车载网络应用研究之MOST协议

(1.内蒙古机电职业技术学院，内蒙古 呼和浩特 010051；2.南京消防士官学校，江苏 南京 211133； 3. 上海汇众汽车制造有限公司 研发中心，上海 200072)

摘 要： 文章介绍了汽车网络的发展现状、MOST多媒体网络技术及MOST的应用，指出：由于有低成本、抗干扰、高带宽、实时同步高质量通信等优点，MOST(Media Oriented Systems Transport)协议在车上网络技术应用的前景最为广阔。

关键词： 汽车电子；MOST；网络协议

中图分类号： TN915.04  文献标识码： A  文章编号： 1007—6921(2009)19—0092—03
 1 汽车网络的发展 

汽车网络的发展动力，主要来源于汽车电子的越来越多的使用。调查资料证明，在目前的汽车创新中，70％来源于电子系统的革新。前两年国产汽车还把防抱死系统(ABS)作为一项汽车档次标准，现在这样的新技术层出不穷，比如牵引力控制(TCS)、电子制动力分配(EBD)、电子行驶稳定系统(ESP)、刹车辅助(BA)等等。另一组数据指出，1977年全球汽车的电子系统平均每辆是110美元，到了2001年这个数字是1 800美元，2003年超过了2 000美元。

美国汽车工程师协会(SAE)将汽车网络根据速率划分为A、B、C三个等级(见表1)：A类面向传感器/执行器控制的低速网络，速率通常只有1kbps～10kbps，主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制；B类面向独立模块间数据共享的中速网络，速率一般为10kbps～100kbps，主要应用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示、安全气囊等系统；C类面向高速、实时闭环控制的多路传输网，最高位速率可达1Mbps，主要用于悬架控制、牵引控制、先进发动机控制、ABS等系统。
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2 车上媒体网络协议 

目前，由于CAN网络协议有着多方面的优势，是应用范围最广的汽车网络标准。但是由于汽车越来越多的多媒体等信息设备，这些网络技术要求更高的数据传送速率(250kbps～400Mbps)，CAN等网络协议达不到这样的要求。因此MOST等高速网络协议标准就应运而生了，目前该类网络技术采用的协议主要有MOST、集成数据传送总线、1394、蓝牙等。

IDB(智能数据总线)首次确定了汽车行业用于信息、通信和娱乐系统的接口标准，目前SAE已将各种IDB设备分为3类:低速(IDB-C)、高速(IDB-M)和无线通信(IDB-Wireless)。IDB-M包括D2B、MOST、IDB-1394等传输速率较高的标准和协议。D2B技术于20世纪80年代后期由Philips、Sony等公司共同开发，D2B技术使汽车变成了一个流动的多媒体工具。但D2B产生和应用之后，由于其速度太慢，因而在1998年，Audi、BMW、DaimlerChrysler、Harman/Becker、Motorola、OasisSiliconSystems、JohnsonControls、DelphiDelco 等公司又联合开发了MOST(媒体系统数据交换)协议。它是专门用于汽车工业的多媒体光纤网络标准，速率可达50Mbps。MOST网络不仅提供很高的速率和性能，而且成本相对较低。BMW在业界率先采用了MOST协议，DaimlerChrysler等欧洲汽车制造商均计划采用该协议。
 3 MOST多媒体网络技术 

MOST多媒体网络技术的产生，是为了使新的多媒体设备应用在汽车上，以及其他诸如以流媒体传输效率为主要目标的市场而设计的。拥有智能高速网络的塑料光纤MOST协议可以解决众所周知的传统模式错综复杂的布线、繁琐的连接器、陈旧的控制以及厚重的铜线等不能满足现代汽车外围设备需要的这些矛盾。

MOST技术采用一根塑料光纤传输所有控制和信号信息。塑料光纤具有许多优点，如质量非常轻，频率响应非常好等等。一些现代轿车上有几公里长的布线，汽车传统的铜布线昂贵、复杂并且不可变。通过网络、汽车上所有多媒体设备用单独的塑料光纤媒介传输各种信号，降低了成本，同时扩展了功能。当越来越多复杂的多媒体系统应用于汽车上时，MOST使设备之间的高速数据交换成为可能，MOST技术提供了一种分配多媒体信息和控制使用这些信息的手段。塑料光纤提供了一种成本极低的信息传输介质，同时数据不受电磁干扰的影响，也能够消除由于传统铜线传输数据造成的电磁干扰。

MOST技术使硬件不再是多媒体应用发展的限制因素，所有各层的应用发展已经被定义和标准化，包括连接分配和控制多媒体信息的硬件和软件层。在软件方面，允许在不同的设备上交换信息。还定义了一种传输机制：在设备间建立了数据流的连接，这种连接仅需要很低的功耗，因此大部分带宽可以应用于真正需要传输的数据，所以网络利用率很高。在硬件方面，通过塑料光纤进行数据交流，使硬件设备成本降低。硬件的同步不需要在每个节点有缓存和信号处理，也不需要信息数据包处理，环状拓扑结构使网络的连接节点最少。

MOST除了定义协议、硬件和软件层的传输控制、实时、数据包的高效性之外，还具有以下特性：

①独立系统时钟。②无中央处理器。③当一个新的外围设备添加到网络中或从网络中移出，MOST支持自动安装，允许采用多种拓扑结构，包括星形和环形，大多数汽车装置都采用环形布局。④节点之间的延迟通过MOST的内部协议来补偿，具有理想的同步效果。⑤MOST的概念形成了一个真正的P2P网络，即允许任何一个节点直接无阻碍的与另外的节点通信(对话)。⑥使用轻松：简单的连接器、无交流循环、无辐射、即插即用，虚拟网络管理。⑦宽应用范围：应用于带宽从kbps到几Mbps(将来可以达到150Mbps)，高品质完整数据，具有低抖动特性，支持异步和同步数据传输，一个网络中最多支持64个设备。⑧同步带宽：达到24.5 Mbps同步数据吞吐量(相当于15声道的CD音质，将来可以达到150 Mbps)。⑨异步带宽：达到15 Mbps异步数据吞吐量。(10)机动性：实时通道和宽带数据包，遥控和信息流控制，可变的仲裁机制，对不同的协议传输是透明的，协议独立并且面向对象。(11)与消费者和PC产业协同：有无PC机都可以运转，与PC流和即插即用标准一致。(12）低运行成本：适合运用于对成本敏感的外围设备。
 4 MOST的应用 
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以下展示了MOST设备简单的应用。他们是一些基础模块，也可以应用于更复杂的设备如收音机，导航系统，视频播放等，为了实现复杂的信息和娱乐系统。客户设备通常是将各种数字信号转化为模拟信号。这些应用也提供最柔性的方式将外部设备连接到一个机载网络上。

模拟音频网关：如图1所示，最简单的MOST应用包括模拟音频网关。一个简单的数——模转换器(DAC)可以连接到一个MOST收发器上来驱动一个扬声器。可以通过一个人机操作界面(HMI)将MOST收发器设置为从指定的通道接收数据，并且收发器驱动数-模转换器时钟，这个时间是基于网络定时控制所提供的时间。MOST收发器甚至提供很多制造商现有的数-模转换设备连接的工业标准。

麦克风可以连接到一个模-数转换器(ADC)然后依次直接连接到一个MOST收发器商。HMI设置通信通道，ADC将数据送给MOST收发器。模拟视频界面：如图2所示视频资源可以轻松的连接到一个MOST网络上，通过一个视频ADC和MPEG译码器，其将视频资源数字化并放到网络上。图3显示了MOST在数字视频播放界面方面的应用：以前捕获的视频信号可以通过一个视频播放界面解码，如果数据来源于DVD,这个界面甚至可以保护任何受版权保护的机制。视频传输的安全加密方面：视频内容提供商高度关注数字化的车载娱乐资源。由于播放音乐内容的大多数问题都已经解决了，因此这方面的问题不是关注的焦点。然而，内容提供商所关心的问题是，如何保证只有经过授权的用户才能观看视频内容。这就迫使设计人员必须遵循某些标准，确保内容不会被复制。数字传输内容保护(DTCP)就是一种标准，通过这个标准，平台可以安全地传输信息。这个解决方案有两个基本的要素。首先是证实身份，通过MOST网络连接的两个设备通过传送铃声，从而保证接收设备在得到授权以接收内容。其次，一旦建立了有效的连接，接收设备对进入的数据流进行解码。对于MOST网络，使用的是一种人们称作M6的加密方法。而对于其他网络标准，则使用AES加密方法。
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汽车中的外围设备的数量正快速的增加。图4显示了最新汽车的标准配置。
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5 MOST的帧结构 

MOST的数据传送使用512b的帧，以及16个帧的块(图2)。帧的重复率为44.1kHz(每帧22.67 ms)，每个帧内除了前导码和其他内部管理位以外，还包含有同步、异步和控制数据。总线是完全同步的，设计师可将网络内的任何设备指定为主设备，其他所有节点都从主设备处获得自己的时钟。网络完全是即插即用的，当上电或有连接改变时，有一个寻找设备的过程。主节点上保持着一个所连设备的中心注册处。
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产品支持水平的不断提高展现了这一总线的发展。实现MOST 结点的主要部分包括光电接口，即发射器模块和接收器模块。这一市场的主要供应商是Infineon公司，该公司最近推出了自己 ODIN MIT/MIR4 收/发模块的规格。它们符合已定义的 4引脚物理外形，提供波长 650 nm 的收/发功能。接收器模块将一个光电二极管与信号处理和激活功能结合在一起，集成在一片 Infineon公司现在生产的 IC 上，而上一代芯片则是从 Oasis Silicon Systems 公司获得的。
 6 小结与前景 

未来的汽车驾驶室将具备以下一些设备和功能：高质量的数字式无线电和多个高质量的主动扬声器(在一些豪华车上可多达14个或更多)，GPS或蜂窝基站导航系统，语音控制和语音指导，多个LCD视频显示器，DVD和CD的视频、语音数字记录系统，杜比数码5.1声道环绕立体声影院，高级安全系统有蜂窝电话访问和无线传输的能力等等。

今天的豪华车和将来的标准车型将会整合所有这些或更多设备，有一种强劲的需求希望通过一个可靠的、很强适应性的、低成本和高性能的数字网络将所有这些设备连接起来。MOST技术正可解决这一市场需求，现在MOST的传输速率可达24.5 Mbps，超过当今市场的需求，将来MOST技术的发展可以满足更多的功能性，MOST技术必将得到快速的发展。
［参考文献］
［1］  秦贵和.媒体设备连接网络协议MOST［J］.计算机应用,2003,(S1). 
［2］  魏学哲,孙泽昌,陈觉晓.汽车网络分类方法及其主流协议发展趋势［J］.同济大学学报(自然科学版)，2004，(6). 
［3］  Graham Prophet.MOST能超出汽车范围吗？［DB/OL］.电子中国http://www.ednchina.com,2005-12~5.