所有嵌入式系統(tǒng)制造商在營銷產(chǎn)品時(shí)都合法地采取了符合自身利益的行動(dòng)。這種市場趨勢不必要地減緩了該行業(yè)的正常流動(dòng)，而另一方面，該行業(yè)需要更快的步伐。正是出于這個(gè)原因，大多數(shù)制造商都成立了集成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化小組，以標(biāo)準(zhǔn)化不同類別的嵌入式系統(tǒng)在安全、電力消耗等方面的規(guī)范。
　　介紹
　　設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化始終是雙贏的，是定義和實(shí)施產(chǎn)品、服務(wù)或流程的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范的過程。通過標(biāo)準(zhǔn)化，由于流程優(yōu)化和使用通用組件和程序，成本得以降低。采用標(biāo)準(zhǔn)有助于程序的可復(fù)制性和更高效的執(zhí)行，有利于提高生產(chǎn)率。從這個(gè)意義上講，正在實(shí)施各種系統(tǒng)架構(gòu)模型的許多交換格式。這些標(biāo)準(zhǔn)還保證了產(chǎn)品和服務(wù)的質(zhì)量水平，從而增強(qiáng)了消費(fèi)者的信任。所有這些都有助于提高安全水平，因?yàn)轱L(fēng)險(xiǎn)、錯(cuò)誤和事故危險(xiǎn)都減少了，促進(jìn)了工作場所的安全和數(shù)據(jù)保護(hù)。
　　標(biāo)準(zhǔn)化程序有助于公司遵守現(xiàn)行法規(guī)，避免制裁和法律問題。因此，它促進(jìn)了不同系統(tǒng)和設(shè)備（甚至來自不同制造商）之間的通信和互操作性，從而允許進(jìn)入更廣闊的市場并鼓勵(lì)國際競爭。標(biāo)準(zhǔn)化還為即將推出的超低功耗處理器提供了技術(shù)基礎(chǔ)，并為專用應(yīng)用程序提供了有針對性的規(guī)范。因此，明確的標(biāo)準(zhǔn)對于實(shí)現(xiàn)不同組織之間的溝通是必不可少的。
　　現(xiàn)有的各種標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)都特別關(guān)注某些應(yīng)用領(lǐng)域，例如模塊化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、軍事和航空航天應(yīng)用、醫(yī)療應(yīng)用、汽車應(yīng)用等。因此，對于嵌入式行業(yè)，有各種專門制定其標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)。這個(gè)話題太過廣泛，無法在短短幾頁內(nèi)涵蓋，因此以下段落將深入探討嵌入式系統(tǒng)總線的主題，特別是相關(guān)協(xié)議。
　　市場提供各種類型的集成系統(tǒng)，從小型到大型固定裝置，用于公司或相當(dāng)重要的結(jié)構(gòu)。復(fù)雜性取決于所使用的系統(tǒng)類型和解決方案中存在的組件（CPU、外圍設(shè)備、傳感器等）。所有這些因素的共同點(diǎn)是各部分之間交換數(shù)據(jù)和信息，作為輸入和輸出。它們必須相互正確通信才能提供預(yù)期的結(jié)果。由于汽車電子產(chǎn)品正在呈指數(shù)級發(fā)展，而且預(yù)測非常樂觀，如圖 1 所示，專用于該領(lǐng)域的通信協(xié)議正在通過日益高效的總線管理不斷完善。研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)之一是數(shù)據(jù)傳輸速度，根據(jù)下表，該參數(shù)多年來取得了長足的進(jìn)步：
　　2000：25000 kB/秒
　　2006 年：50000 kB/s
　　2008 年：150000 kB/s
　　2016 年：1000000 kB/s
　　2020 年：10000000 kB/s

　　2030年：25000000 kB/s。

　　圖 1：電動(dòng)汽車市場正在持續(xù)增長（VP Solar）。
　　通信協(xié)議
　　這些是系統(tǒng)之間通過物理介質(zhì)交換數(shù)據(jù)和信息的通信規(guī)則。協(xié)議管理要傳輸?shù)男盘?hào)的特性、發(fā)送和接收速度、傳輸中的單詞和命令的語法、同步以及許多其他特性。如今，有幾十種有效且高效的協(xié)議，它們的使用取決于所用系統(tǒng)的需求。讓我們簡要介紹一下其中的一些：
　　SPI 協(xié)議：串行外設(shè)接口 (SPI) 協(xié)議支持總線上主設(shè)備和從設(shè)備之間的全雙工同步串行通信，是嵌入式系統(tǒng)中短距離通信的標(biāo)準(zhǔn)。它基于由四條線路連接的主設(shè)備和從設(shè)備。其中兩條線路承載數(shù)據(jù)信號(hào)，第三條線路表示時(shí)鐘，第四條線路決定目標(biāo)從設(shè)備。該協(xié)議支持高速，非常簡單高效
　　I 2 C 協(xié)議：它是一種串行通信協(xié)議，特別適用于相對較慢的設(shè)備，例如 RTC 和 ADC。對于通信，它使用兩根線：SCL（串行時(shí)鐘）用于同步兩部分之間的數(shù)據(jù)傳輸，SDA（串行數(shù)據(jù)）。I 2 C 是一種同步但雙向的半雙工串行協(xié)議。僅使用兩條線有助于減小封裝尺寸和能耗
　　CAN 協(xié)議：它是一種基于消息的協(xié)議，允許系統(tǒng)之間無需中央計(jì)算機(jī)即可進(jìn)行通信。它用于各種不同的應(yīng)用，但重要的是在汽車行業(yè)，它使車輛微控制器之間的通信非常高效。復(fù)雜系統(tǒng)中的效率是其強(qiáng)項(xiàng)之一，它可以輕松承受與攝像頭和 GPS 的連接。
　　上面列出的這些協(xié)議構(gòu)成了一些傳統(tǒng)協(xié)議，無論如何，這些協(xié)議對于理解汽車以太網(wǎng)都很重要。其他廣泛使用的協(xié)議包括 MOST、FlexRay 和 LIN。
　　如今，電動(dòng)汽車的技術(shù)水平已經(jīng)非常高，尤其是內(nèi)部電子系統(tǒng)。隨著新車內(nèi)智能傳感器和執(zhí)行器的增加，必須相互通信的設(shè)備數(shù)量也在增加，即使在溫度、振動(dòng)或其他方面的惡劣條件下也是如此。電動(dòng)汽車越來越復(fù)雜，電子控制單元 (ECU) 必須實(shí)時(shí)共享大量數(shù)據(jù)，這加大了對??網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求。不難理解，在這些情況下，車輛中配備越來越復(fù)雜功能的電子元件之間需要一個(gè)極其安全、可靠和高速的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。
　　汽車以太網(wǎng)是一種新興技術(shù)，它為新型汽車系統(tǒng)等的需求提供了有效的解決方案。它是一種允許在各種設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。如今，各種控制系統(tǒng)之間的通信變得更加復(fù)雜，需要很大的帶寬。這種通信方式實(shí)際上保證了高帶寬以及云服務(wù)和其他服務(wù)的更大靈活性。因此，以太網(wǎng)的使用是聯(lián)網(wǎng)汽車的新趨勢，正在取代上一段列出的傳統(tǒng)汽車總線系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)速度允許開發(fā)越來越先進(jìn)的車輛功能，例如自動(dòng)停車系統(tǒng)和全自動(dòng)駕駛汽車。IEEE 802.3 以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)保證了非常高的速度，但至少在開始時(shí)，它無法保證汽車行業(yè)對延遲、帶寬或擁塞情況的嚴(yán)格要求，因此無法保證實(shí)時(shí)應(yīng)用。
　　傳統(tǒng)以太網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生大量干擾，尤其是對于汽車應(yīng)用而言。因此，IEEE 802.3 以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的某些部分與其他標(biāo)準(zhǔn)的部分一起使用。單向四對電纜已被單對雙向 UTP 電纜取代，主要?jiǎng)?chuàng)新發(fā)生在物理層，采用 Broadcom BroadR-Reach 技術(shù)。以太網(wǎng)在汽車行業(yè)的采用得益于它已經(jīng)成為各行業(yè)局域網(wǎng) (LAN) 的標(biāo)準(zhǔn)。這意味著它是一種成熟、可靠的技術(shù)，擁有廣泛的支持基礎(chǔ)。
　　通過該協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)各種解決方案，旨在實(shí)現(xiàn)安全可靠的駕駛；例如，確保以下系統(tǒng)：
　　娛樂系統(tǒng)，例如衛(wèi)星導(dǎo)航和音響設(shè)備
　　先進(jìn)的安全系統(tǒng)，例如自動(dòng)緊急制動(dòng)和巡航控制
　　診斷系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛性能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并將其傳達(dá)給救援人員
　　定位系統(tǒng)，提供有關(guān)車輛位置、速度和方向的信息。
　　雖然各種標(biāo)準(zhǔn)都相當(dāng)完善，但它們?nèi)栽诓粩喟l(fā)展，并不斷出現(xiàn)更具創(chuàng)新性和效率的想法和建議。世界各地的各種標(biāo)準(zhǔn)化過程由不同的協(xié)會(huì)和批準(zhǔn)協(xié)會(huì)共同進(jìn)行，這意味著技術(shù)委員會(huì)共享測試程序，以確保協(xié)議完美運(yùn)行。汽車以太網(wǎng)是一種具有物理層的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，適用于汽車行業(yè)。它可以節(jié)省大量成本，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，數(shù)據(jù)傳輸不是通過電纜進(jìn)行的，而是通過滿足電磁兼容性和汽車抗擾度要求的特殊發(fā)射器進(jìn)行的，具有高傳輸速度和高 IT 安全性。
　　如上所述，傳統(tǒng)以太網(wǎng)和汽車以太網(wǎng)之間的差異在于物理層。通信通過 IP 進(jìn)行，并經(jīng)過優(yōu)化，但收發(fā)器和電纜不同，因?yàn)樗褂脝螌﹄p絞線進(jìn)行全雙工通信。因此，車輛必須實(shí)施專門為汽車以太網(wǎng)設(shè)計(jì)的硬件。IEEE 802.3bw (100BASE-T1) 是一種專為汽車應(yīng)用開發(fā)的新型物理層通信協(xié)議。它在非屏蔽單對雙絞線上的通信速度為 100 Mbps。
　　該協(xié)議采用一些特殊技術(shù)，降低了電磁干擾和成本，因?yàn)橄到y(tǒng)重量更輕，從而提高了燃料成本效率。100BASE-T1 是全雙工標(biāo)準(zhǔn)，傳輸和接收發(fā)生在同一對雙絞線上，如圖 2 所示。它使用點(diǎn)對點(diǎn)拓?fù)渲苯舆B接兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。與傳統(tǒng)以太網(wǎng) (100Base-Tx) 不同，100Base-T1 是全雙工信號(hào)，因此同一對雙絞線將傳輸從主設(shè)備到從設(shè)備的雙向信號(hào)。通過使用示波器觀察信號(hào)，無法區(qū)分來自主設(shè)備和從設(shè)備的信號(hào)，因?yàn)樗鼈兺瑫r(shí)傳輸。

　　圖 2：100Base-T1 的點(diǎn)對點(diǎn)拓?fù)?br>　　結(jié)論
　　汽車領(lǐng)域的新協(xié)議具有多項(xiàng)顯著優(yōu)勢，首先是傳輸大量數(shù)據(jù)的成本低。這對于汽車制造商來說是一個(gè)重要因素，因?yàn)樗麄儽仨毷冀K控制生產(chǎn)成本。它們用途廣泛，可以適應(yīng)不同的需求，并可以連接車輛中的各種系統(tǒng)和組件，從安全系統(tǒng)到娛樂系統(tǒng)。此外，它們可用于不同規(guī)模和復(fù)雜程度的網(wǎng)絡(luò)，使其適用于任何類型的交通工具。與傳統(tǒng)汽車通信協(xié)議相比，汽車以太網(wǎng)具有眾多優(yōu)勢，但必須精心設(shè)計(jì)和調(diào)整才能發(fā)揮其潛力。隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車以太網(wǎng)有望成為未來汽車的關(guān)鍵組成部分。