興修“汽車主干道”

想象一下，如果全國所有的家庭住宅都由各自的專用道路連接起來，我們的道路將變得多么擁擠，堵塞，混亂不堪？

事實上，直到大約25年前，汽車控制單元、傳感器、電機和執行器的情況就是如此。隨著電氣和電子功能數量的增加，連接的線束數量開始失控，這不僅造成了成本的上升，更是嚴重危及了系統的可靠性。

為了提升效率，在20世紀80年代初期，博世的工程師們率先評估了當時其他領域的串行總線系統，探討其在汽車中運用的可能性，并開始了“汽車主干道“的建設工程。

一開始，事情并不容易，博世研究人員Siegfried Dais這樣說道："我們根本沒有這方面的專業知識，例如關于串行數據傳輸的專業知識，所以不得不靠自己研究來解決許多問題。"經過幾年的探索，Siegfried Dais和Uwe Kiencke領導的團隊創建了這樣一個數據傳輸系統，在這個系統中，往返于大量汽車電子元件的數字信號沿著共享的 "主干道 "被傳輸。

在1985年，博世為這個被稱為 “Automotive Serial Controller Area Network（汽車串行控制器局域網）”的新總線系統申請了專利，CAN 由此誕生了。

CAN的應用成功限制了連接線束的數量，將不同電子控制的功能聯系起來，這是汽車系統未來發展至關重要的一步。事實上，許多后續的系統創新，如駕駛輔助系統，都依賴不同的控制單元所發出的協調、同步的指令。如果沒有CAN，博世在未來幾年內實現自動駕駛功能的期望幾乎是不可能的。如今，CAN成為了全球范圍內最重要的總線之一，幾乎是所有新車的標準配置。

“汽車主干道“的“交通規則”

那么，CAN這個至關重要的“汽車主干道“究竟如何運行呢？這離不開“交通規則” -- CAN 協議的指導。1990年初，Bosch CAN 規范（CAN 2.0版）被提交給國際標準化組織。在經過數次行政討論之后，1993 年11 月，CAN的國際標準ISO-11898正式出版。

簡而言之，CAN協議作為CAN這個“汽車主干道”運行的“交通規則”，規定了CAN總線中報文的基本傳輸準則，即報文傳輸復雜的內在邏輯：在總線空閑狀態下，任意節點都可以向總線上發送信息，最先向總線發送信息的節點獲得總線的發送權。當多個節點同時向總線發送消息時，所發送消息的優先權高的那個節點獲得總線的發送權。

博世根據不同的應用場景和需求，提供了多種可供選擇的CAN協議。

為了克服經典CAN 1 Mbps的比特率限制，博世在2012年推出CAN FD協議（具有靈活數據速率的CAN），將每個CAN幀的數據字節數從最多8個擴展到最多64個，從而縮小經典CAN和其他協議的差距。如果經典CAN中報文是以自行車的速度進行傳輸，那CAN FD中的報文傳輸就達到了公交車的速度。CAN FD符合ISO11898-1:2015國際標準。CAN FD協議的控制器也能夠進行經典的CAN通信。

CAN FD Light 協議是CAN FD的一個輕量級版本，適用于具有一個主控制器和許多從屬控制器的低成本應用，典型應用是在OLED驅動IC中的動態高分辨率照明。CAN FD Light從機不需要外部晶振來提供基準工作頻率，從而降低了成本。CAN FD Light 目前打算用于1 Mbps，CAN FD Light 的數據字節數相較CAN更多，可以穩定地完成更復雜的指令。CAN FD Light目前正在由CiA（CAN in Automation）進行標準化。

CAN XL 協議（具有擴展長度的控制器區域網絡）保持CAN協議的優勢，將每個CAN幀的數據字節數擴展到2048個，為至少10Mbit/s的數據速率提供了一個卓越的解決方案，堪稱CAN協議報文傳輸的高鐵速度。CAN XL以10Mbit/s以上的比特率填補了CAN FD和100BASE-T1（以太網）之間的空白。CAN XL協議控制器也能夠進行經典的CAN和CAN FD通信。CAN XL正在由CiA 610-1規范（CAN in Automation）起草，并將作為ISO11898的一部分進行標準化。

遵循“交通規則”的“交警”

在CAN總線通信中，只有“交通規則”還遠遠不夠，每個參與通信的電子控制單元（ECU）都還需要一個CAN接口，包括一個CAN控制器和一個CAN收發器。CAN控制器就好比是指揮CAN通信的“交警”，履行CAN協議所規定的通信功能，根據CAN總線協議控制數據幀的發送和接收，從而大大減輕主機的負擔。

CAN控制器由接口管理邏輯、發送緩沖器、CAN核心模塊、驗收濾波器和接收FIFO組成。

接口管理邏輯用于連接外部主控制器或ECU，解釋來自他們的命令。隨后報文被存儲在發送緩沖器中，CAN核心模塊從發送緩沖器讀取CAN報文并通過收發器傳輸到總線上。收到總線上的報文時，CAN核心模塊根據CAN規范將串行位流轉換成用于接收的數據，經過驗收濾波器過濾掉無須接收的報文并存儲在接收FIFO中，最后報文經過接口管理邏輯提供給主控制器或ECU。

目前，博世推出了兩款CAN協議控制器IP模塊，即M_CAN和X_CAN。

M_CAN可以作為獨立的設備，作為ASIC的一部分，或在FPGA (現場可編程邏輯門陣列)上實現。它支持經典CAN和CAN FD（具有靈活數據速率的CAN）通信。M_CAN已被開發為符合ISO 26262-11:2018第4條的獨立安全單元（SEooC）。

X_CAN可以在SoC（片上系統）中實現。它支持經典CAN、CAN FD（具有靈活數據速率的CAN）和CAN XL（具有擴展長度的CAN）通信。根據ISO 26262-11:2018第4條，X_CAN正被開發為獨立安全單元（SEooC）。

博世知識產權（IP）模塊

博世作為CAN總線這條“汽車主干道”的創始人，對“交通規則”CAN FD，CAN XL協議和“交警”M_CAN, X_CAN協議控制器模塊有著獨家知識產權。

CAN協議和CAN協議控制器IP模塊也是博世半導體業務中知產產權（IP）模塊的重點產品。

自1970年2月，博世開始了半導體的研發、生產和銷售。如今，博世半導體產品及相關知識產權不僅提供給內部使用，還提供給外部的半導體、消費電子及汽車行業客戶。知識產權模塊，簡稱IP模塊，代表了在硬件中相對獨立的具備完整功能的模塊配置方案。

博世是汽車 IP 業務的先驅之一，IP 模塊使芯片制造商能夠在微控制器、FPGA 和汽車 ASSP 等標準產品中快速采用完整的功能模塊，從而顯著縮減開發時間和成本。許多供應商和原始設備制造商都很欣賞博世在系統領域的專業知識，其電子控制單元的性能也高度依賴博世內置 IP 模塊。

隨著中國汽車市場的蓬勃發展以及對半導體的需求不斷增強，博世持續加速IP模塊業務在中國的發展。博世不斷開發 IP 模塊并將功能更新轉化為標準，致力于為客戶提供優質的，創新的，系統性的產品和服務。

原文標題：半導體 | 造福整個汽車行業，只因博世修了這條路！

文章出處：【微信公眾號：博世汽車電子事業部】歡迎添加關注！文章轉載請注明出處。
審核編輯:湯梓紅