CAN能夠為汽車電子設備提供穩定、可靠的低成本網絡連接。迄今為止，全球的CAN節點已達1.5億個，本地互連網絡(LIN)能夠為電機、開關、傳感器和車燈提供一種低成本的網絡連接方式，本文介紹飛思卡爾(Freescale)的車內CAN/LIN網絡解決方案。

　　控制器區域網絡(CAN)是一種異步的多主(multi-master)串行通信協議，可用來連接汽車和工業應用中的各種電子控制模塊。最初，CAN 是為需要高級數據集成能力、以及要求數據速率達1Mbps以上的汽車應用而設計的。未來，CAN的應用范圍還會繼續增加，以至于任何一個需要穩定、可靠的低成本網絡的系統或設備，都有可能成為CAN節點。

　　CAN應用的挑戰

　　汽車應用中的CAN網絡可根據流量性質的不同，分為兩種截然不同的類型。第一種是車身控制網絡，它的功能是控制乘客的舒適系統，因此該網絡主要處理多種無序或以非規律頻率出現的消息標示符(message identifier)。另一種是汽車動力總成網絡(Powertrain network)，它的功能是傳輸與引擎和傳動控制有關的消息，這些待處理信息的類型相對單一，但出現的頻率卻非常快，也非常有規律。但由于需要處理的信息類型的不同，導致兩種網絡在硬件和軟件系統設計上也大向徑庭。

　　與其它重要的網絡協議一樣， CAN需要一個物理層器件來執行通信功能。其物理層規范源自ISO/OSI規定的7層模型，負責對總線進行電流和電壓控制。 物理層器件還需要處理瞬態電壓，以及信令鏈路上的錯誤，并盡可能地糾錯。

　　在過去10年里，有2個主要的物理層設計走上前臺，并成為絕大多數CAN應用的物理層設計的基礎。它們通常被稱為高速和低速的物理層，并且都以電壓差的方式在一對差分信號線上執行通信功能。當差分信號線中的某一條線出現短路或開路故障時，低速物理層架構就可變成一種單線架構(參考地電平)。由于要執行這項功能，低速架構對于總線速度高于125kpbs的操作來說，成本過于昂貴。這也正是125kpbs成為劃分低速CAN和高速CAN的根本原因。盡管兩種架構都是在一對線上使用一個電壓參考，但每一種架構的終止方法(termination method)并不一樣，產品系統也不兼容。

　　另外，通用汽車在不久前開發了一種新的CAN物理層。這種物理層只采用一根線，并將速度性能限制在33.33 kbps。這種單線的CAN物理層與上面兩種類型有著顯著的不同，也沒有得到廣泛接受。

　　其實，CAN標準規范中沒有任何對物理層的要求，其它的標準組織也開發出了各種標準來幫助設計工程師開發各種能相互兼容的CAN設備。國際標準組織 (ISO)和汽車工程師協會(SAE)分別為歐洲和美國市場制定了各種標準，以確保各種物理層器件與推薦的設計規程之間有互用性。了解ISO11519-2(低速容錯CAN)和ISO 11898(高速CAN)；了解SAE J2411(單線CAN)和SAE J2284-125/250/500(高速CAN)的標準規范。

　　針對CAN應用的解決方案

　　飛思卡爾的32位MCU采用了TouCAN或FlexCAN硬件模塊，來與CAN總線進行通信。這些模塊都是基于傳統的"郵箱"或"完全 CAN(full-CAN)"硬件架構，具有16個消息緩沖器。當接收到消息后，相應的硬件過濾器會把消息裝入到這16個"郵箱"中的一個(接收緩沖器)。這種方法非常適合于動力總成系統，因為該系統中的消息都非常有規律、可以預測，應用開發商可通過軟件以足夠快的速度清?quot;郵箱"，以便新的消息不會覆蓋掉未處理的舊消息。但如果多條消息進入的速度實在太快、來不及處理和清空時，數據就會丟失。這就是為什么郵箱式架構并不一定適合于不可預測的、事件驅動型的數據網絡的原因。

　　前面曾提到，車身電子網絡的消息是零星產生的，具有不可預測的性質，這使飛思卡爾的Scalable CAN (msCAN) 架構非常適合這些應用。因為HC08、HC12和HCS12等MCU系列都是8位和16位的控制器，它們都是車身電子系統與器件的核心，因此msCAN模塊適合用這些MCU系列來開發。由msCAN模塊接收的CAN消息被放到一個先進先出(FIFO)的存儲結構中，這種結構保持了所接收的消息的順序，因此許多具有同一標示符的消息能夠有序地快速接收，不必擔心單一接收緩沖器會出現溢出問題。

　　為滿足多種類型的CAN物理層的需求，飛思卡爾提供了一系列CAN物理層器件，來滿足或超越ISO或SAE制訂的性能標準。

但僅有一個簡單的物理層器件是不夠的。例如，所有的汽車模塊都需要由經過調整的電源供電。有時，一個本地開關或傳感器需要將該模塊從睡眠狀態下迅速激活為運行 狀態，而開關或傳感器的電壓為汽車蓄電池的電壓。這就是飛思卡爾的系統基礎芯片(SBC)為汽車設計表(design table)帶來的幫助和價值。SBC結合了CAN物理層所需要的電壓調整、獨立的看門狗定時器、本地激活電路，以便能用更少的元器件獲得更大的靈活性。當這些電路能夠采用同一半導體工藝制造時，就有必要將這些功能集成到單一封裝內，減少設計最后階段所需要的元器件數量。這將減少開發成本、提高可靠性、增加設計靈活性。

　　LIN應用的設計挑戰

　　本地互連網絡 (LIN) 是一種基于 UART 的單主 (節點) 多從 (節點) 網絡架構，最早是為汽車傳感器和制動器(actuator)的聯網應用而開發的。它為電機、開關、傳感器和車燈提供了一種低成本的網絡連接方式。LIN不僅僅可以連接獨立的傳感器和制動器，其主節點還可以在LIN網絡與CAN等更高級網絡之間進行連接。

　　然而想把LIN網絡集成到汽車環境中去并非輕而易舉。目前絕大多數適合LIN的應用，都采用了分立的、點對點的線束系統，而沒有考慮到負載端的芯片、電路和元件。因此，不論負載是燈或電機，還是傳感器，通常都通過簡單的連接器連接到雜亂的線束。結果，剩下的板上空間就十分有限，很難再集成LIN所需要的元件。例如在電動后視鏡中，供應商可能會放置多達3個電機、發熱元件、電鍍鉻玻璃和多個車燈，于是就沒有留下足夠的空間來滿足其它潛在性要求。

　　對汽車電子制造商來說， 制造控制模塊的能力是另一個重大挑戰。 它不僅僅是LIN開發商會碰到的問題，也是電機、傳感器和制動器制造商經常面對的問題。

　　最后，智能化的LIN網絡系統為開發商提供了新的選擇。現在，系統前端可以完成對電機、車燈和螺線管等負載的控制。由于可提供前所未有的控制和系統級信息，LIN網絡可輕易否決診斷數據。然而問題是，為了控制和診斷這些負載，該如何設計一個小體積的半導體芯片，以適合于非常狹小的應用空間。

　　降低LIN網絡的能量輻射也同樣重要，因為長距離的線纜總線在傳輸信息時，會像天線一樣對周圍的其它器件輻射能量。作為單線總線，LIN可以在地電平與電池電壓之間進行切換。這種大幅度的電壓切換也會造成大量的電磁輻射，因此在進行物理層器件設計時需要更加仔細。

　　針對LIN應用的解決方案

　　作為一種開放式標準的UART協議，LIN使飛思卡爾能夠開發出一條完整的、高度集成的機電元件產品線。這些元器件在一個非常緊湊的封裝內，為特定的從設備應用(slave application)集成了所有需要的半導體器件與連接器，給LIN的從節點(slave node)開發商提供了巨大的好處。

　　高集成度解決了許多客戶的設計挑戰。其中一種機電器件的制造方法，是將MCU、物理層和負載處理(load hand-ling)的半導體器件放置在一個絕緣金屬襯底 (IMS)上(該襯底可當作一個小的PCB)，這種方法可獲得極佳的熱性能。該IMS為負載處理、通信與邏輯半導體提供了無以倫比的散熱性能。