FireWire在汽车市场中的应用

虽然ISO11898(控制器区域网络)主导着目前的汽车市场,但这个市场正越来越多地采用其它类型的总线系统,以响应用户对数据传输、可靠性等方面的新需求。

通过FireWire(IEEE1394)连接,支持‘实时多媒体’应用、并允许在车内方便地使用音视频消费电子设备的第一辆汽车有望在2005年进入市场。从此之后,那些周末出游的家庭再也不用忍受孩子不停地发问“快到目的地了吗？”。因为人们可以像在家里一样在车内玩视频游戏或播放音频,届时的问题也许会变成“哇,我们已经到了吗？”。

通过FireWire总线,我们还可以为驾驶员提供定制的信息、娱乐、通信和互联网服务。

标准化现状

数据传输任务要求这类多媒体总线至少能提供400Mbps的速度。全球的标准化组织正试图为汽车工业打造这类的公共高速总线。为了开发出一种统一的、简单经济的完整解决方案,欧洲的ERTICO组织、日本的EpoC、汽车多媒体接口协会(AMI-C)和IDB论坛(智能数据总线)正在比较不同的概念,并着手建立规范。

1394汽车工作组成立于2000年1月,旨在使FireWire标准适应汽车工业的环境。该小组的工作重点放在物理层、汽车协议栈和汽车领域的电源管理。目前正在开发的规范允许通过用于光/电传输的铜线进行数据传输。

IDB-1394协议是在2002年7月提交给1394协会和AMI-C全球工作组的。1394协会和IDB论坛在2002年10月制定了物理层规范,并在2003年CES展览会上展示了参考设计。基于TI与Renault公司合作开发的IDB-1394硬件,AMI-C和EpoC在2002年9月开发了完整的软件解决方案。

这种“概念验证”包括用于未压缩音视频数据的DVD和显示单元以及用于车辆控制功能的通信层和汽车控制信息。除了网络通信模型、1394协议栈和完整的音频网络外,汽车上还添加了连接数字消费类设备的用户便利端口(CCP)。

FireWire的简要介绍

1394是IEEE制定的一种串行高速总线标准,它定义了背板物理层以及与电缆连接的点对点虚拟总线。目前的IEEE1394-1995和IEEE1394a-2000规范支持100Mbps、200Mbps和400Mbps的数据率。新的IEEE1394b规范将数据率扩展到1.6Gbps,并增加了高达3.2Gbps的架构和基础元素。

IEEE1394b规范还允许使用包括塑料光纤(POF)在内的光传输,并将传输距离扩展到100米。

与许多其它总线相比,IEEE1394是一个开放标准。除了1394协会外,许多其它组织已经参与到这项标准化工作中,包括数字视频广播(DVB)标准协会、数字音视频理事会(DAVIC)和视频电子标准协会(VESA)。

汽车FireWire规范IDB-1394的目标是利用POF或铜线在18米的传输距离内实现100Mbps数据率。目前,TI公司已经为IEEE1394a、IEEE1394b和IDB-1394标准提供了半导体解决方案。

网络拓扑

总的网络架构分成两部分:板上网络将车内所有多媒体部件连接在一起,而从电气角度看,设计用于连接外部消费类设备的网络连接节点(CCP)是独立的。

与大部分多媒体总线所采用的环结构相比,1394的树结构具有以下优点:

扩展简单:很容易增加新的设备,而不必破坏现有网络。

故障容忍与隔离:能够非常容易地完成故障定位,而且即使某个节点失效,总线仍能继续工作。

即插即用:在运行期间可以插拨设备,而不会影响其它系统的正常工作。除了方便播放外,在服务或工作期间维护和分析设备时,这也显得特别重要。

升级混合:因为1394总是保证后向兼容性,所以当工作在更高速度(如800Mbps)的新设备面世时,它们可以被轻松地连接到现有系统。每个节点能够根据终端设备支持的速度动态改变它的数据率。这意味着即使一辆汽车已经上市5年,新的外部消费类设备仍可以轻易地接入汽车网络。

一个网络最多能够连接63台设备,而1394规范允许寻址1,023个网络,每个节点能支持高达281TB(吉字节)的存储器容量。这些数量对于今后几年的汽车应用来说已经足够。

EMI

EMI(电磁干扰)是汽车应用中一个重要的开发课题。1394的高数据率所产生的能量幅射将影响其它系统。在这方面,一个重点是如何正确选择连接器和传导媒介。

1394b规范引入了一种额外的物理层模式,称作“Beta模式”,它对IBM的8b/10b编码进行了修改。光纤通道和千兆以太网采用相同的编码方法,它先将信息合在一起,然后解码数据和控制信号。这创建出一个鲁棒的系统,它能够满足甚至超过FCC和其它国家标准及法规对能量幅射的严格要求。1394b的另一个新特性是可以在电缆的单个差分对上对数据和时钟信号进行联合编码。此外,1394b插件在设计过程中已经提高了EMI性能。

尽管在结构上有这么多改善,但仍然存在一个问题,即基于铜线连接的1394网络能否提供与光纤传输系统相同的EMI性能。然而,POF线缆可能存在的长期问题目前正刺激许多用户重新考虑将铜线作为传输媒介。

汽车工业

自从90年代以来,汽车制造公司的开发部门和领先的系统供应商一直试图创建全系列的网络兼容电子设备。现在,大多数汽车至少拥有几个基于微处理器的联网系统,而且它们的数量正在逐年增加。

市场观察家预测,汽车工业中联网设备的平均数量很容易就可以增加10倍。例如, C系列奔驰汽车目前装备的联网系统最多达到40个。根据半导体器件的标准生命周期曲线,这类系统的成本正在直线下降。例如,TI公司已经将去年上市的TSB81BA3 1394b芯片的推荐售价降低了近33%。

FireWire的主要优势是它在音视频消费类设备中得到广泛应用。当全球各地的电视公司转向数字传输时(2006到2010年之间),1394将成为汽车驾驶员日常生活中最重要的多媒体标准。

这种前景正在鼓励汽车制造商和供应商开始考虑在汽车市场中使用FireWire。标准已经固化,而且你可以从TI公司获得元器件、参考开发板和软件。

作者:Uwe Fuhrmann

TI(德国)公司