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由于汽車需要面對多種不同的路面及駕駛情況，因此車內的電子系統必須采用多種不同的網絡標準，才可滿足不同的性能要求。為了更好地滿足不同網絡標準的要求，車內電子系統的互連網絡便一直朝著網中網模式的路向發展。網中網模式基本上以遠程信息控制單元（TCU）為硬件，是連接車內電子系統所有通信網絡的硬件接口。至于軟件方面，傳輸控制協議/因特網協議（TCP/IP）的應用層可視為連接車內不同通信網絡的通用軟件，讓我們可以通過網絡操控車內的所有電子裝置。應用軟件只要利用傳輸控制協議/因特網協議作為通用接口，便可與其它節點上的應用程序完全運作互通。
本文主要介紹網中網設計的分層式軟件結構，以及講述網中網如何利用其分層式軟件支持新一代汽車的電子裝置，其中包括汽車電子系統控制（動力傳動、車速排檔、空調/暖風系統等）、音像娛樂系統、移動電話及因特網接入系統，以滿足未來一代駕駛者的要求。
分層通信協議
分層的結構可提高通信協議的靈活性及可延展性。某一功能層可將其具體實施情況的數據收藏起來，以免較高級的功能取得這些數據，以確保這些高級功能不會受其它功能的執行方式所影響。例如，文件傳送協議甚至可能不知道究竟是
采用光纖、有線還是無線技術傳送有關數據。只要所有數據鏈路協議都采用同一的協議，較高層的協議便可改用任何一個協議。
圖 1 顯示分層通信協議只要為編程人員提供高級應用程序編程接口 （API），便可簡化軟件的設計。若編程人員想傳送文件，高級文件傳送協議可以為其提供一組最簡單的服務，讓編程人員可以列明文件服務器名稱、源文件名稱、目的文件名稱等。
從應用軟件編程人員的角度看，應用程序編程接口可以視為高度簡化的用戶接口，能夠不受其它功能層的影響獨立處理與數據通信有關的所有麻煩問題。應用程序編程接口是一條理想的虛擬連接，讓編程人員無需理會奇偶錯誤、流量控制等細節。編程人員只需提供建立連線所必要的信息。
當數據通信達到某一層級之后，我們便必須為傳送的數據提供一條物理連線，但應用程序編程接口與物理層之間的功能層可以處理所有底層的操作，以便支持這條虛擬連線。
這個模型分為以下四層：
● 應用程序層：為應用軟件提供可以直接使用的協議，其中包括文件傳送協議（FTP）、簡單郵件傳送協議（SMTP）、超文本傳輸協議 （HTTP） 等。
● 傳輸層：傳輸控制協議 （TCP） 采用雙向的端至端連線，可以傳送 TCP 信息段。用戶數據報協議（UDP） 采用報文傳送的模型，以收發 UDP 數據報。
● 網絡層：負責通過網絡傳送及收發信息包。大部分網絡層都采用因特網協議 （IP），以傳送稱為 IP 數據報的信息包。
● 物理層：這是連接數據鏈路硬件的接口。協議堆棧有不同的功能層，這一層真正負責將數據載入通信外圍設備寄存器及存儲緩沖器或從中取出。控制器區域網（CAN）及以太網等網絡都采用公共電纜網絡連系標準。稱為微微網（piconet）的藍牙射頻網絡是無線耳機、手機免持聽筒遠程控制系統及其它短程音頻/數據通信系統等普遍采用的無線通信網絡。無線紅外線通信系統則普遍采用 IrDA 標準。
每一功能層無需知道其上下層的操作方式。事實上，每一功能層必須不受這些操作方式的影響，才可與不同功能層的其它服務在運作上互通。例如，網絡層只負責將信息包由信源傳送至目的地，本身并不知道也無需理會這些信息包是利用單向UDP數據報通信方式還是雙向 TCP 連線傳送信息。
分層協議具有較大的延展性，因為按照協議規定，所有鏈路必須采用模塊式結構及標準接口。若果有人發明了一種全新的數據鏈路技術，并想在新媒體內運行協議的全部堆棧，那么他只需編寫一套兼容的物理層驅動程序便可。其它的功能層全部無需更改，因此技術的換代更新變得非常簡單容易。
網中網模型
由于不同的情況有不同的要求，因此未來一代的汽車需要為其電子系統裝設多種不同的通信網絡，以確保其穩定性及帶寬都可滿足不同情況的要求。我們只要采用分層協議及中央網關處理器，便可解決不同網絡之間的相互通信問題。
以下是新一代汽車可能會裝設的車內通信網絡：
● 控制器區域網：這種中頻頻帶網絡具有高度可靠的特性，是幾乎所有汽車都必定裝設的標準網絡。
● 藍牙微微網：這是專為移動電話及筆記本電腦而設的中頻頻帶無線通信網絡，也是幾乎所有汽車都必定裝設的標準網絡。
● 音像網絡：這是專為播放音像制作的高頻頻帶網絡，目前市場上有多種不同的適用協議，其中包括國內數據總線 （Domestic Data Bus， D2B）、FireWire （IEEE 1394）、媒體導向系統傳輸 （Media Oriented Systems Transport， MOST） 以及移動媒體鏈路 （Mobile Media Link， MML ） 等。
● 低成本有線網絡：這是一種采用通用異步收發器的網絡，而且還配備 I2C、SPI 及 MicroWire 等接口，使不同芯片可以獲得直接的總線連系，因此是最適合小鍵盤、顯示屏及傳感器采用的低成本接口。
● 低成本無線網絡：這是采用 ZigBee 或其它專用網絡的低頻頻帶無線網絡，可為輪胎胎壓傳感器、報警與門鎖的射頻遠程控制鍵以及其它電子系統提供低成本的無線連系。
未來一代的車內電子系統互連網絡一般都會采用多種不同的控制器區域網。這些控制器區域網主要分為高速與低速兩種。速度低至10kbps~125kbps的低速網絡可為不同控制裝置提供聯系，例如啟動器可以通過網絡控制倒后鏡的移動角度，而尾燈群組則可利用這些網絡縮短互連線路。此外，速度高達 126kbps~1Mbps的高速控制器區域網可支持性能要求較高的重要功能如動力傳動控制。如何為汽車電子系統建立網絡連系
圖2 顯示可讓用戶進入汽車電子系統互連網絡進行診斷的無線遠程接口系統，其中的遠程信息控制單元可以利用極具成本效益的芯片制造。
這套診斷系統可以利用萬維網瀏覽器進入汽車的電子系統互連網絡。瀏覽器進入控制器區域網節點進行存取時，必須與設有遠程信息控制單元的萬維網服務器取得聯系。遠程信息控制單元可視為控制器區域網的主機，因為控制器區域網節點本身不會進入因特網協議的堆棧執行工作。萬維網服務器負責解釋瀏覽器提出的工作請求，然后與控制器區域網節點進行通信，以便落實有關的請求行動。
每一控制器區域網節點都有一套高級的驅動程序，而這套驅動程序采用針對個別特殊應用而設的協議，以便一旦收到萬維網發出的請求時可以即時作出回應。這套驅動程序負責分析協議數據單元 （PDU） 的句法及將其中的信息解譯，并大量執行任何必要的區域工作，以滿足協議數據單元提出的工作請求。區域工作完成后，有關工作的文件會編入新的格式之中，然后通過控制器區域網總線存入萬維網服務器。
此外，動態節點配置（DNC）服務器儲存了一張載列最新節點的清單，并負責資料的更新。每當有新的節點加入控制器區域網（可以在帶電及不帶電的狀態下進行插接），該新節點會立即廣播有關的配置請求，通知采用遠程信息控制單元的動態節點配置服務器。基本上，我們可以仿照動態主機配置協議（DHCP）制定動態節點配置協議。動態主機配置協議已獲很多個人電腦廣泛采用，其優點是確保個人電腦可以自動取得有關網絡配置的數據。雖然動態節點配置較為簡單，但仍可讓控制器區域網節點取得一部分必要的網絡配置數據。這個設計好像將個人電腦的隨插即用（PnP）操作機制引入動態節點配置服務器，讓我們很輕易便能增添或刪除任何節點。控制器區域網的節點利用動態節點配置的請求發布由其隨機產生的節點識別碼。這個識別碼是相關節點的“別名”，而這個“別名”可視為該節點在控制器區域網的名稱或“地址”。但我們不可將這個“別名”與信息濾波及控制器區域網上的識別碼混為一談。
若遠程信息控制單元的動態節點配置服務器收到動態節點配置請求，服務器首先會核實節點請求的識別碼是否確實有效，以及這個識別碼與網絡上其他現有節點是否會相抵觸。服務器會進一步核實，以確保自己是否有足夠的存儲空間可以將新加節點的配置圖表載列于其最新節點名單之內。最后，若一切順利，動態節點配置服務器便會確認這個請求，并為該節點分派一個獨特數字，作為其正式名稱，以便該節點在執行工作時可以使用。該節點的識別碼也會記錄在服務器的最新節點名單內。其后傳送給該節點的所有通信都會采用這個議定的識別碼。若請求的識別碼已失效，遠程信息控制單元便會拒絕接受請求，使節點不得不再請求另一識別碼，直至遠程信息控制單元收到可以接受的識別碼為止。
美國國家半導體的 CP3BT26 是一款極具成本效益的遠程信息控制單元處理器，這款屬于 CP3000 連接處理器系列的芯片具備以下的特色及功能：
● 可擴展為 32 位的 24 MHz、16 位精簡指令集計算 （RISC） 中央處理器
● 256 kbytes 的內置快閃存儲器
● 8 kbytes 的快閃數據存儲器 （可利用 256k 快閃存儲器進行編程）
● 32 kbytes 靜態隨機存取存儲器 （SRAM）
● 藍牙 （Bluetooth） 基帶控制器
● 兩個設有對象儲存功能的 CAN 2.0B 動態控制器 （前稱 fullCAN）
● 符合 USB 1.1 標準的全速節點
● ACCESS.bus、SPI 及 Microwire/Plus 低成本芯片至芯片總線
● 四通道通用異步收發器 （UART）
● AAI 編碼譯碼器接口 （可與 SSI 接口兼容）
● 54 條通用輸入/輸出端口管腳
● 通用計時器
● 監視計時器
● 低功率模式
藍牙及傳輸控制協議/因特網協議的全套堆棧已有供應。此外，市場上還有全套已成功通過測試的軟件開發工具、外圍設備驅動程序以及實時操作系統可為開發工作提供全面性的支持。未來的發展方向
這些分布式系統必須能夠充分發揮各自的性能，才可滿足以下的設計要求：
● 減低汽車的負載重量，以符合未來一代的能源效益要求
● 提供更多個性化的服務，增添駕駛樂趣
● 一旦無線的個人電子設備如移動電話、個人數字助理及筆記本電腦進入汽車的無線接收范圍內，車內的特定通信網絡可以自動與這些便攜式電子產品建立聯系
● 更易添加新的特色及功能
● 復雜的系統——例如不同供應商提供的不同軟件——都可集成一起
汽車的重要電子系統大部分都能通過專用的“內聯網”連接一起。可以聯網的服務包括：
● 提供電源管理及配置的信息
● 提供識別碼及配置的信息
● 儀表板顯示器 （汽車狀態、速度、燃油存量、里程儀表等）
● 車身狀態及控制 （門鎖、倒后鏡、座椅等）
● 診斷數據顯示器 （每分鐘轉數、油溫等）
● 診斷測試模式 （調節計時、燃油/空氣混合等）
● 動力傳動狀態
● 導航系統 （顯示前進路徑的地圖顯示器）
● 娛樂系統狀態及控制
● 人機接口 （顯示器、語音等）
未來一代的汽車越來越需要建立一個自己的通信網，以便不時與個人的移動設備及外在環境保持密切的聯系。汽車可以利用因特網建立無線聯系，這個聯系方式有一個很大的優點，那就是可以遠程收集運行數據。汽車生產商可以上網查看客戶資料，看看客戶究竟有沒有按照防護/維修程序進行維修，也可監視汽車性能的轉變 （看看有沒有磨損和故障的跡象），以及發出維修通知和警告。
“智能汽車網絡”是一個新興的行內用語，意指汽車電子系統的傳感器及傳動裝置必須具備一定的智能，才可確保汽車能夠充分發揮其性能。若要車內的電子裝置具備一定的智能，車內的每一電子系統必須能夠通過智能汽車網絡獲得所需的數據，因為只有取得最充足的數據，車內各系統才可因應實際情況做出最恰當的決定，發揮最高的系統性能。
責任編輯：gt
工商網監
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