MOST总线技术

什么是 MOST

MOST（面向媒体的系统传输）总线是将光纤数据传输的许多优点带给大众汽车市场的一个尝试。很多汽车制造商现在将其安装在多种型号的车内,标志着雄心壮志取得了明显的成功。您或许一直都拒绝汽车安装 OEM DVD 播放机的诱惑。但当你在高速公路上开车时,可以偶尔注意一下身边闪过的高档轿车,你会发现小孩的注意力都被后座 DVD 吸引了,这可能会促使你做出购置决策。后座 DVD 屏只是 MOST总线在车内最常见的应用,光纤总线还可以处理数字音频信号,用于娱乐系统和免提电话,以及传送GPS 这类信息系统数据。例如保时捷（Porshe） Cayenne 4x4 和宝马(BMW) 7 系列车都是应用这类多媒体系统的预期对象,而它们也确实带有 MOST。但是,现在的车型规格显示这一技术正在随汽车型号而扩散,覆盖了高档车型到中档车型。

现在,MOST 并不是汽车厂商在量产车中装备的唯一一种光纤通道。宝马公司也在 7 系列车上用塑料光纤连接传感器和气囊系统的控制模块,采用的是 ByteFlight协议。

与 EMI 说再见

对设计工程师而言,汽车环境中使用光纤的好处是显而易见的。这种媒体能够在车内的噪声环境中传送高位率的数据,防止数据流遭受电气干扰。它有快速的边沿速率,但却消除了数据产生干扰的任何风险,这种干扰在车内电子总线传输的信号中是不可避免的,尤其是在电动机车和其它安全成为关键的系统中。

MOST 是汽车业合作的成果,而不具备正式的标准。它的最初构想始于 90 年代中期,作为宝马公司、戴姆勒克莱斯勒（DaimlerChrysler）公司、Harman/Becker公司（音响系统制造商）和 Oasis Silicon Systems公司之间的一项联合。其后不久（1998 年）,参与各方建立了一个自主的实体,即 MOST公司,由它控制总线的定义工作。Oasis公司自己保留对 MOST 命名的权利。由一家独立的测试机构负责产品的认证过程,例如 Ruetz 技术公司。除了顺从性测试以外,Ruetz公司还为 MOST 总线系统开发提供使用的软、硬件分析工具,以及 MOST 系统的培训。

虽然光纤的潜在优点已经十分明显,电信方面的经验也进一步证实了这一点,但与电信有关的成本肯定不适宜于汽车制造。因此,MOST 的重点就是努力降低部件成本。

MOST 定义标准 OSI 模型的所有七层,正如预期的那样,对汽车多媒体环境作了高度的优化,对要处理的主要流量类型规定了信号类别（如 CD 立体声和 DVD 视频）。

低成本塑料光纤

在物理层上,传输介质本身是有塑料保护套、内芯为 1 mm 的 PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）光纤,OEM 供应商可以将一束光纤像电线一样捆成光缆。光纤传输采用 650 nm（红色）的 LED 发射器（650 nm 是 PMMA 光谱响应中的低损耗“窗口”）。数据以 50 Mbaud、双相编码的方式发送,最高数据速率为 24.8 Mbps。

MOST的定义 是非常普通的,允许采用多种拓扑结构,包括星形和环形,大多数汽车装置都采用环形布局。一个 MOST 网络中最多可以有 64 个结点。一旦汽车接通电源,网络中的所有 MOST 结点就全部激活,这对低功耗、停电模式设计是一大重点,包括系统处在该种状态下的功耗量以及如何进入状态。MOST 结点在通电时的默认状态是直通（Pass-throught）,即进入的数据从接收器直接传送至发射器,以保持环路的畅通。

MOST 的数据传送使用 512 b 的帧,以及 16 个帧的块（图 1）。帧的重复率为 44.1 kHz（每帧 22.67 ms）,每个帧内除了前导码和其它内部管理位以外,还包含有同步、异步和控制数据。总线是完全同步的,设计师可将网络内的任何设备指定为主设备,其它所有结点都从主设备处获得自己的时钟。网络完全是即插即用的,当上电或有连接改变时,有一个寻找设备的过程。主结点上保持着一个所连设备的中心注册处。

产品支持水平的不断提高展现了这一总线的发展。实现MOST 结点的主要部分包括光电接口,即发射器模块和接收器模块。这一市场的主要供应商是 Infineon公司,该公司最近推出了自己 ODIN MIT/MIR4 收/发模块的规格。它们符合已定义的 4引脚物理外形,提供 650 nm 的收/发功能。接收器模块将一个光电二极管与信号处理和激活功能结合在一起,做在一片 Infineon公司现在生产的 IC 上,而上一代芯片则是从 Oasis Silicon Systems 公司获得的。Infineon公司塑料光纤营销总监 Martin Weigert 证实,这些产品的供应面临着汽车业对质量和可靠性的急迫要求,以及持续的价格压力。Weigert 解释说,一对收/发模块的标价大约为3欧元,而当汽车环境中第一次采用光纤技术时,这个价格要“高得多”。Infineon公司也为 ByteFlight公司制造收发器,并为其短程工业链制造SFH系列产品。

这一代收发器部件的额定温度超出85℃的工业标准上限值,达到了95℃,从而也成为了一种挑战,Agilent公司在今年初首先推出了 AFBR1010/2010 器件对。95℃的 温度值略微超出了 PMMA 光纤材料的理想工作范围,这种限制可能最终导致硅芯光纤取代塑料光纤。

另外一家准备进入 MOST 收发器市场的是 Melexis 公司,部件号为 MLX75600/02,它也能满足 95℃温度的要求（图 2）。Melexis 公司光学产品总线经理 Peit De Pauw 证实,该器件的目标价格在 3欧元～3.5 欧元之间,并说明该公司通过自己的传感器产品在汽车领域预先获得了很多专业知识,然后才进入这一市场。De Pauw 认为这是Melexis 公司超过其它公司的优势所在,因为其它公司只拥有电信领域的光学知识。

所有光/电和电/光模块都要用到能接纳低成本的光纤终端的连接器外壳结构。很多供应商包括 FCI公司和Furukawa公司,都能提供以各种组合形式将电气连接与光纤对混合在一起的连接器。

接口控制器

收发器模块的另外一个方面,MOST 结点的基本件是网络控制器 IC,它来自现在已属于SMSC成员的 Oasis Silicon Systems公司。Oasis公司 提供 OS 8104,这款芯片集成了网络接口、数据路由引擎、主控与管理接口,以及整套软件和相应的开发工具。81050 则增加了较高层次的智能以提升 MOST 功能,而 8805 则是一款系统级的集成器件,它包括 ADC 和 DAC,用于音频信号流的直接输入和输出。

主要的微处理器与 DSP 供应商也日益增加对该总线的支持。Analog Devices公司用自己的为汽车视频显示与免提手机连接而配置的Blackfin DSP,通过 MOST提供与汽车网络的连接功能。德州仪器公司刚宣布的一款针对汽车信息娱乐产品而优化的OMAP 处理器。德州仪器公司从 SMSC 获得许可,集成了 MediaLB 总线,即片上和片间的通信总线,它可以传输局部去复用的 MOST 网络数据。德州仪器公司称,这种永不过时的设计可以用于今后任何 MOST 升级。片上的数字音频路由引擎（DSP 内核与 MediaLB 接口）可在音频端口间处理和引导音频数据,德州仪器公司称这一引擎相当于 100 MHz DSP 带宽。

富士通公司是 MOST使能 处理器的早期介入者,它早在 2004 年初就宣布在自己与 Oasis公司之间合作建立了一个研发公司 mycable,开发多媒体汽车系统的参考设计。mycable 公司专注于嵌入式多媒体设计,而富士通公司的 MPEG 芯片则用于参考设计的视频解码。

应用不止于汽车

根据 MOST 公司的前景展望,除严格条件的汽车环境外,这种总线还会用于多种应用中。一个可能的应用是将总线传送用于家庭环境,但从目前的趋势来看这种可能性不大。Gartner Dataquest 公司曾在自己的分析中指出,配备多媒体的家庭将需要有线和无线两种高速数据传输媒介。当 Oasis公司专门为相适应的内容（音、视频）对总线作出规定时,MOST 就可能成为有线媒介的候选者。但 Gartner公司 的分析师 Paul O''Donovan 称不大可能出现向家庭的较大渗透。他认为,即使提前采用 MOST 的高速版本,“可能性也不大,原因只是无需新增布线的原则：我们希望家庭中大都是电力线和其它已布好的走线,在家庭与汽车之间传送内容而不是播放机的传送,这是准则。”

但是,制造商则必须解决汽车 MOST 网络的接入问题,理由只有一个,即用于系统升级。在很多汽车中,装收音机、CD 机等的标准长方形槽都不见了,设计者将收音机、CD、电话、GPS 和其它系统都装在仪表板后面安置硬件的一些地方,而不是在一个专门的盒子里。Analog Devices公司等供应商则更提出了一种终极概念,即让这些功能的每一种都变成在 Blackfin DSP 中运行的一个软件线程。这样带来的好处不仅是收音机不再容易被窃,实际上连报警软件也可以与同一个处理器捆绑在一起。

现在去看看任何一个汽车爱好者的网站,就会发现在这个问题上早已存在的很多焦虑。如没有槽安装自己升级的收音机或其它车内设备;或者汽车软件无法识别升级的设备,或者是升级的设备功能无法正常发挥（或根本不能发挥）。还可能发生更糟糕的情况,因为替换的处理器除了处理娱乐功能外还要控制车内的电子软件,这样当更换音频设备后可能会导致气候控制而停止工作。随着配有 MOST 的汽车不断增多,出现这种接口问题的可能性也在增加。

美国的消费电子协会正在与 MOST 公司一起定义一个消费电子网关功能,可以通过它连接这些升级,在本文发表时,已发布了该网关规范的建议草案。

进一步的开发包括对 MOST 的修订,使其基本速度从 50 Mbps增加到 150 Mbps,从而能够满足多视频流的带宽要求,并与推荐的车载无线网络接口。用于 ByteFlight 的光纤标准看来也会得到进一步的发展,ByteFlight公司的结构方法与面向多媒体的 MOST 相差甚远,目前只有10Mbps速率。因为它要用于安全性十分苛刻的系统中,所以ByteFlight 是完全确定性的,并有失效恢复能力。Infineon 公司的Wiegert称,ByteFlight 要求产品有完全的可跟踪能力,因为数据的存储是不定的。这些情况也引导FlexRay 总线认真考虑采用光传输方案。

Infineon公司的 Weigert 注意到,业界系统设计师对 MOST 的兴趣与日俱增。对于不需要超过 64 个结点的设计来说（虽然可以用总线扩展器）,MOST 提供了在噪声环境中使用光纤完成数据采集或网络控制的完备、低成本方式。虽然 MOST 公司的设计是用于典型长度为数米的车内连线,但掌握的极限值能覆盖较长的距离。典型塑料光纤的衰减率低于 0.2 dB/m,而一对收发器（如 Agilent公司 的 AFBR1010/2010）从发射器的输出（光学）端到接收器输入端的光预算规定为 14 dB。考虑到低成本、大批量市售的连接器会导致某种极小的传输损耗,并且光纤中前几米的损耗要高于（相对）后面较长距离的损耗,因此数十米的长度应该是合理的。