數(shù)據(jù)總線技術在ADAS中的應用探討

黃小波 熊毅

摘要：隨著智能駕駛技術的不斷成熟，車輛內部需要共享和處理的數(shù)據(jù)越來越多，類型也越來越復雜。首先簡要概述幾種常用成熟的數(shù)據(jù)總線，隨后結合ADAS工程應用，詳細描述當前車輛主流使用的數(shù)據(jù)總線，并分析了其他幾種數(shù)據(jù)總線在ADAS中的應用展望。

關鍵詞：高速數(shù)據(jù)總線;ADAS;光纖總線

中國分類號：TP311 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）25-0066-03

Abstract： With the development of intelligent drive，more and more data needs to be shared and processed inside the vehicle.Firstly， several commonly used data buses were introduced in this paper. Then，combined to the application in ADAS，the current mainstream data buses used by vehicles was describedsubsequently. Finally，the outlook of severalnewdata buses application to ADAS was given.

Key words： high speed data bus;ADAS; fiber optic data bus

1引言

汽車先進駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）主要是指通過搭載在車輛上的傳感器實時采集周圍環(huán)境信息，通過一定的算法和控制準則，輔助汽車控制單元做出相應決策，實現(xiàn)車輛在部分場景能夠代替駕駛員對汽車進行操作，減少因駕駛員對汽車的操作失誤而引發(fā)的交通事故。

目前車輛上使用的較為成熟的傳感器主要包括：雷達傳感器（如激光雷達、毫米波雷達、超聲波雷達）、視頻傳感器（如攝像頭、立體相機）、V2X傳感器等。大量數(shù)據(jù)的注入，必然導致車輛內部需要共享和處理的數(shù)據(jù)越來越多。因此，車輛內部紛紛逐步采用數(shù)據(jù)總線技術。

本文首先簡要概述幾種常用的、成熟的數(shù)據(jù)總線，隨后結合ADAS工程應用，詳細描述當前車輛主流使用的數(shù)據(jù)總線，并分析了其他幾種數(shù)據(jù)總線在未來被應用的可能。

2總線介紹

2.11553B總線

1553B總線是一種軍用串行總線標準，具有分布處理、集中控制、實時響應、冗余容錯、支持非智能遠程終端等特點，最大傳輸速率可達10Mbps，在航天航空、軍事等領域得到廣泛應用。1553B 總線屬于一種指令/ 響應式總線，采用消息作為傳輸基本單位。

組成1553B總線的子系統(tǒng)包含3種類型的終端：總線控制器（BC）、遠程終端（RT）和總線監(jiān)視器（MT）?？偩€控制器負責數(shù)據(jù)總線上數(shù)據(jù)流動的方向，遠程終端負責總線和子系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸，總線監(jiān)視器監(jiān)視數(shù)據(jù)總線上信息的變化。1553B總線體系結構[1]如圖1所示：

2.2 CAN總線

CAN總線作為一種全數(shù)字式現(xiàn)場控制設備互連總線，具有實時性好、可靠性高、使用靈活等特點，多用于汽車、工業(yè)領域內部測量和執(zhí)行部件間數(shù)據(jù)通信。CAN總線可以進行點對點、一點對多點和全域廣播方式傳遞信息，通信速率可達1Mbps。

CAN總線是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，包含4種幀數(shù)據(jù)格式。在報文傳輸中，報文分為數(shù)據(jù)幀、遠程幀、出錯幀、超載幀。CAN總線體系結構如圖2所示：

2.3 MOST總線

MOST總線是由汽車工業(yè)協(xié)議在1999年制定的一種高速媒體總線，具有性能可靠、成本低、系統(tǒng)簡單、結構靈活、數(shù)據(jù)兼容性好和電磁干擾性能良好等特點，在車載多媒體設備上得到廣泛應用。

MOST總線是一種以光纖為物理載體的環(huán)形總線，能夠傳輸最高25Mbps的數(shù)據(jù)流。MOST總線是一點對多點的數(shù)據(jù)流系統(tǒng)，提供Most總線接口的設備可以方便地掛到總線上或從總線上去除。在MOST總線上，既可以傳輸如音頻、視頻流這種同步數(shù)據(jù)，也可以傳輸基于其他數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的非同步數(shù)據(jù)。MOST總線體系結構如圖3所示：

2.4 1394B總線

1394B總線是由IEEE于1995年根據(jù)FireWire制定的一種高性能數(shù)據(jù)總線，由于其高可靠性、低延遲、高實時性等特點，已成為航空領域應用中比較成熟的一種數(shù)據(jù)總線。作為一種高速串行總線，1394B總線支持點對點的光纖數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率可覆蓋100Mbps～3.2Gbps范圍。

1394B總線通信協(xié)議層包含4個協(xié)議層：依次為總線管理層、事務層、鏈路層和物理層。其中總線管理層主要負責對總線資源和節(jié)點資源進行管理，事務層主要支持異步傳輸中讀、寫等操作，鏈路層將事務層的請求和響應轉化為相應的包，準備發(fā)送到總線上，物理層提供了數(shù)據(jù)傳輸所需的電子和機械接口。1394B總線體系結構[2]如圖4所示：

2.5SFODB總線

SFODB總線是1999年美國國家航空和宇宙航行局聯(lián)合國防部而開發(fā)制定了SFODB 標準。具有高可靠性、低延時以及能夠適應空間惡劣環(huán)境的特點，因而非常適合于航天應用。SFODB既可采用串行傳輸方式也可采用并行傳輸方式，支持200Mbps～1Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。

SFODB總線符合ANSI標準，支持主機與外設、主機與主機之間的通道連接。其物理拓撲由光纖連接多個FBIU單元以及單個CFBIU單元組成的環(huán)形網絡[3]。其中CFBIU主要完成網絡配置、控制及狀態(tài)監(jiān)控，而FBIU主要完成數(shù)據(jù)收發(fā)。SFODB總線體系結構如圖5所示：

3工程應用

ADAS功能通過傳感層、決策層、執(zhí)行層三大部分實現(xiàn)。傳感層通過攝像頭、雷達等設備對周圍環(huán)境數(shù)據(jù)進行采集;決策層對采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)進行判斷并做出決策;控制層通過執(zhí)行機構對車輛實行駕駛控制。當前常用的ADAS功能如下表所示：

從表1中我們可以看出，通過裝載在車輛上的電子傳感裝置，對車輛進行全面感知，實現(xiàn)對汽車每個參數(shù)進行交通全程控制，提高交通效率和交通安全。

目前車輛內部是廣泛使用的數(shù)據(jù)總線組成形式如圖6所示。從圖中可以看出，車輛動力/控制系統(tǒng)總線廣泛使用CAN數(shù)據(jù)總線[4]，這主要得益于CAN總線較高性價比、成熟公開的技術和通信高可靠性。而車載多媒體系統(tǒng)總線，選擇的是技術日益成熟的MOST數(shù)據(jù)總線，由于其采用光纖作為信息傳輸媒介，能夠支持較高的數(shù)據(jù)速率，因而開始被廣泛使用[5]。作為汽車輔助駕駛系統(tǒng)，ADAS系統(tǒng)要適配整車已有的數(shù)據(jù)總線，所以在上述車載系統(tǒng)中，ADAS對外所使用的數(shù)據(jù)總線基本也是CAN+MOST總線這種架構形式。

從2.4和2.5章節(jié)我們可以看到，1394B總線和SFODB總線都屬于新一代光纖總線，具有傳輸速率高、通信高可靠的特點，且在航空航天領域已成熟應用，由于價格和技術公開度等方面原因，導致這類高速數(shù)據(jù)總線在民用汽車領域尚未廣泛應用。目前已有該類數(shù)據(jù)總線在車輛中使用的相關研究[6]，相信未來不久，該類光纖數(shù)據(jù)總線也會廣泛使用于車載網絡領域，為ADAS搭建更加快速、穩(wěn)定、可靠的通信平臺。

4結束語

智能駕駛技術研究的不斷深入，推動著越來越多汽車廠商開始搭載ADAS。ADAS在給汽車駕駛帶來舒適、便捷和安全的同時，也對車輛內部使用的數(shù)據(jù)總線提出更高要求。高可靠性、高實時性、高數(shù)據(jù)傳輸率，同時又具備體積小、質量輕、功耗低等特點，這將是未來汽車智能駕駛系統(tǒng)對數(shù)據(jù)總線的新要求。

參考文獻：

[1] 龐茂，吳瑞明，楊禮康.軍用車輛常用數(shù)據(jù)總線性能比較及發(fā)展趨勢[J].浙江科技學院學報，2015，27（3）：203-207.

[2] 張杰.機載高速數(shù)據(jù)總線技術的應用研究[J].電子測量技術， 2016（6）：163-166.

[3] 邱愛華，張濤. SFODB總線在飛行器數(shù)據(jù)管理中的應用探討[J].空間科學學報，2013（6）：664-671.

[4] 馬福萍.2016年款五門版路虎極光車載數(shù)據(jù)總線傳輸信息解析[J].汽車電器，2017（4）：42-44.

[5] 陳益鋒.2014年新款寶馬5系MOST總線系統(tǒng)功能詳解[J].汽車電器，2015（1）：41-42.

[6] 王妍，董全林，文懷濤，等.基于1394b光纖總線的視頻發(fā)送系統(tǒng)設計[J].微計算機信息，2011，27（3）：80-81，100.

【通聯(lián)編輯：梁書】