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1915年福特汽车公司在其T型汽车上引入了电灯和电喇叭。此后，汽车对电气和电子系统的依赖一直在稳步增加。最初的系统往往是局部的和独立的。例如，控制前照灯的开关直接连接到电池上。然而，今天，这些系统都是相互关联的。当汽车的前灯打开时，仪表板照明、镜子和其他系统都可以适应新的条件。为了使其正常工作，各种不同的系统必须相互通信。随着汽车的发展，它内部的网络也在发展，使这种通信成为可能。随着自主驾驶车辆的不断发展，对车辆内部和车辆之间的数据运输的需求将更大。本文研究了三种汽车通信标准-控制器区域网络(CAN)总线、以太网和平板显示链路(FPD-Link)-并探讨了哪个接口最适合哪个系统。
CAN总线
CAN总线最初是由Robert Bosch GmbH在20世纪80年代开发的。今天，它得到了几个集成电路和子系统制造商的支持，并用于所有现代汽车。CAN总线允许总线上的不同控制器或处理器通过总线上传递的消息相互通信。有一种确定优先级的方法，以便低优先级的消息不会干扰高优先级的消息。CAN总线的运行速度小于1Mbps和消息长度(CAN帧)通常长度为50到100位。
由于CAN总线可以由许多不同的控制器共享，因此通常不太适合发送可能需要每秒更新超过100次的消息。理想情况下，它是适合转发更慢的状态更新从传感器到发动机控制单元。这包括有关其他机械系统（传输、制动、巡航控制、动力转向、窗户、门锁和其他）的通信等应用，其中数据量有限，所涉及的带宽往往相对较低。
进一步降低整体传输速度的事实是，汽车系统变得更加复杂，网络中增加了更多的传感器和处理器。图1显示了用于门和气候控制功能的CAN总线。由于每一个都是低带宽应用程序，所以很少担心一个干扰另一个。然而，如果同一总线也处理更高的带宽，更关键的功能例如发动机控制，门和气候控制的优先级需要设置得足够低，这样这些功能就不会干扰发动机的控制。
结果表明，CAN总线非常适合于汽车内机械传感器和系统之间的通信网络，但它并不容易扩展到诸如娱乐系统或摄像机或雷达传感器等应用程序的高带宽要求。
以太网
以太网是家庭和办公室中最常见的高速接口之一，有些汽车正在使用以太网传输各种高速数据。与CAN总线一样，以太网是一个分组系统，在网络各个部分的节点之间以数据包的形式传输信息。与CAN总线一样，以太网是双向的，任何单个链路上可能的速度都随着系统上节点数的增加而降低。然而，以太网可以比CAN总线在链路上传输数据快100倍。
以太网在导航系统和控制等应用中，对中带宽通信有很好的应用前景。它可以用与CAN总线相同的方式使用，同时提供更多的带宽。以太网将是取代CAN总线的理想选择，但由于以太网每个节点的成本较高，它可能不会取代，而是会增加CAN总线。
今天，一些汽车正在使用以太网进行数据密集型需求，如备份相机和娱乐系统。
要在以太网网络上传输视频，即使只有一个视频通道被传输，视频必须在其源处被压缩，然后在目的地被解压，以避免超过以太网带宽限制。对于像备份相机这样的应用程序，这意味着相机中需要有一个相对高功率的处理器来压缩图像以使其进入以太网网络。这反过来意味着相机将在物理上更大，更昂贵，并将有更高的功耗比解决方案，不需要太多的图像处理。这种解决方案的另一个缺点是视频压缩和解压增加了链接的延迟。
如果同一以太网网络由车内多个摄像机或其他视频源共享，则压缩量（和相应的视频质量）与可以的视频通道数之间存在权衡得到支持。这种限制可以通过在汽车内以分层配置设置多个网络来减轻。可能有一个网络只处理引擎控制和诊断，第二个网络处理后座娱乐和音频系统，另一个网络处理驾驶员辅助功能，如视觉增强相机。最后，以太网提供了比CAN总线更大的容量，牺牲了更大的复杂性，但仍然难以处理最高带宽的应用程序，如视频。
FPD-Link
FPD-Link是一种用于高带宽数据点对点传输的技术。它有一个向前通道，有着非常高的速度：每秒几千兆比特，和一个低速后通道。后通道可以用来运输一个在400kbps的I2C母线，或它可以控制GPIO线路的速率高达1Mbps。FPDLink被开发用于在汽车内传输视频数据。例如，它可以用来向视频显示器发送未压缩的视频。而后通道从显示屏上的触摸屏发送信息返回到处理器生成视频。FPD的物理层-链路要么是双绞线，要么是同轴电缆。布线是专用的，所以如果FPD-Link用于备用摄像机，一根电缆从备用摄像机转到处理器，第二根电缆从处理器转到舱内显示器。
在这个应用程序中使用FPD-Link的最大优点是相机和显示器都可以是简单得多的电路，因为不需要压缩和解压缩。此外，由于链接是专用的，一个视频系统的图像质量与车辆中的其他情况无关。后通道可用于配置摄像机，操作变
焦镜头，或将触摸屏信息发送回控制器，而不会中断前通道上的视频流。
对于自主驾驶车辆，另一个重要因素将是链路中的延迟量。压缩和解压缩图像所需的处理增加了这种延迟。对于像后座娱乐这样的应用程序来说，从DVD读取数据和在屏幕上显示数据之间的延迟并不重要。然而，如果正在传输的图像是从摄像机中寻找车辆路径中的行人，延迟可能会产生可怕的后果。
FPD-Link非常适合关键链路，其中高带宽和低延迟是最重要的因素。此外，通过一个双绞线或同轴连接，有能力支持一个反向通道和电源，布线可以简化。图2显示了一个OMAP™视频处理器连接到两个不同的摄像机，并显示了一个单双绞线电缆到每个外围设备。这条双绞线支持摄像机视频数据和触摸屏/摄像机设置数据。它还可以为显示器或摄像机提供电源。由于每个链路专用于一个外围设备，因此两个摄像机的信号之间不存在干扰的风险。
结论
那么哪个接口最适合汽车通信？它们都是-但每个都是为了自己的目的。在成本是驱动因素的低速控制应用中，CAN总线是至高无上的。当带宽需求上升时，以太网可以作为增强接口介入，以支持适度的带宽需求。当需要最高带宽和最低延迟链路，例如对于向自主车辆驾驶员提供输入的环绕声摄像机系统，那么FPD-Link就可以迎接挑战了。
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