嵌入式车载T-BOX系统解决方案

远程信息处理控制单元（TCU或T-BOX）是一种嵌入式车载系统，可应用于车辆的无线跟踪与通信等领域。
在本系列的文章中会依次对以下主要模块进行详细介绍：
第一节：电源轨；
第二节：充放电管理；
第三节：接口
第四节：紧急呼叫单元；
第五节：无线连接单元；

第三节接口
接口概述：
如下图-1所示，T-BOX有各种各样的接口与总线相连，不仅包括传统的控制器局域网CAN（Controller Area Network）、局域互联网络LIN （Local Interconnect Network）以及调试接口RS232/RS485/USB2.0，还包括了汽车总线“新贵”车载以太网（Ethernet）。

图-1

这些接口的用途总结如下表-1所示：

接口类型
用途
CAN收发器
高速CAN主要用在对实时性要求高的动力系统的控制；低速CAN主要是用在对实时性要求较低的舒适系统和车身系统的控制。
LIN收发器
用在对速度以及安全性能要求不高的场合，如车身电子配件（车窗升降等）。
以太网收发器
目前主要应用于非CAN的部分，与网关互连。主要解决高速数据传输、协议兼容和成本受限的问题。
RS232/RS485/USB2.0 收发器
用于系统的调试与测试。
表-1
下面分别介绍这四种不同的总线，并推荐相应的接口芯片。
1） CAN
该总线于上世纪80年代由德国博世公司提出，至今已经成为了汽车中不可或缺的重要组成部分。为满足车载系统的不同要求，CAN总线又分成高速CAN和低速CAN。
高速CAN主要用在对实时性要求高的动力系统的控制，如发动机、自动变速箱、组合仪表等。传输速率在125kbit/s - 1Mbit/s之间。
低速CAN主要是用在对实时性要求较低的舒适系统和车身系统的控制，如空调控制、座椅调节、车窗升降等。传输速率在5kbit/s - 125kbit/s之间。
如下图-2所示，高速CAN与低速CAN之间通过网关互连，该网关可由CAN总线上的一个节点代替。

图-2（注：ECU为Electronic Control Unit，电子控制单元）
采用CAN传输的优点有很多，比如：实时性强，传输距离较远，抗电磁干扰能力强，成本较低；采用双线串行通信方式，检错能力强，可在高噪声干扰环境中工作；可靠的错误处理和检错机制；具有优先权和仲裁功能等。
ti的主推的CAN总线接口芯片为TCAN1042-Q1 ，TCAN1051-Q1以及TCAN1043-Q1，下表-2列出了这三者的区别。

型号
芯片内部简图
区别
TCAN1042-Q1

支持带有总线唤醒功能的低功耗待机模式（standby）。待机模式电流为uA 级别。
TCAN1051-Q1

与TCAN1042不同，TCAN1051采用的是静音模式（silent）而不是待机模式（standby）。静音模式通常也称为“只听（listen only）”或者“只接收（ receive only）”模式。从外部引脚看，STB改成了S。静音模式电流模式为mA级别。
TCAN1043-Q1

带有唤醒和故障检测功能。唤醒功能：除了CANH/CANL上的活动之外，WAKE引脚还允许TCAN从本地事件中被唤醒。故障检测功能：包括多种保护和诊断功能，如线路短路检测和电池连接检测。
表-2
相比于同类产品，TI的优势如下：

符合国际领先的电磁兼容（EMC）标准；
可去除共模扼流圈，从而减少汽车设计过程中的材料成本和空间；
强大的总线故障和静电放电（ESD）保护功能：高达70V的总线故障保护，完全满足汽车电池的要求，可以防止CAN总线引脚出现短路直流电压引起故障；高达±15kV的 ESD保护，且无需外部瞬态电压抑制（TVS）二极管，节省了电路板空间和成本；
带宽增加：高达5 Mbps的速度，提高了CAN网络上电子控制单元（ECU）和节点之间的通信速度和数据传输能力；
业界最短的环路延迟：仅为175 ns。

关于CAN总线接口芯片，TI提供了相应的板级验证和参考设计：

具有 CAN FD 的 TCAN1043x-Q1 故障保护 CAN 收发器评估模块
带有以太网和CAN总线的汽车独立网关参考设计

TI还提供一系列应用笔记以及参考资料：

白皮书之使用使用chokeless收发器简化CAN总线实现
TCAN1042汽车辐射EMC一致性测试
TCAN1042 /TCAN1051 抗干扰性能测试

2） LIN
“不是有CAN了吗？为何还需要LIN？”原因很简单，CAN总线太贵啦！如果处处都用CAN的话，整车的总线架构成本会很高。在一些不需要高速传输的场合，如车身电子配件（车窗、车锁等），LIN完全可以满足需求。
LIN网络在汽车中一般不独立存在，通常会与上层CAN网络相连，形成CAN-LIN网关节点，CAN-LIN网关也可由CAN总线下的一个节点代替。如下图-3所示。

图-3
LIN总线主要是面向汽车低端分布式应用的低成本，低速串行通信总线。它的目标是为现有汽车网络提供辅助功能，在不需要高带宽和多功能的场合下使用，以降低成本。
TI的主推LIN总线接口为SN65HVDA195-Q1，速度可达20-kbps。
3）车载以太网
新的汽车功能（如自动泊车系统，高级娱乐系统等）对新的数据总线传输提出了更高的要求。显然，未来需要更加开放、高速、易于集成、线路部署成本低的车载网络。这大大推动了以太网进入车载网络的进程。
目前而言，车载以太网主要应用于非CAN的部分，主要是解决高速数据传输、协议兼容和成本受限的问题，并非用于取代CAN总线。CAN与车载以太网之间通过网关互连，如下图-4所示。未来以太网有可能替代车内所有连接，引发新的车载总线革命。

图-4
与同类产品相比，TI于2018年5月推出的以太PHY接口DP83TC811S-Q1，优势非常突出：

支持多个MAC接口：SGMII / RGMII / RMII / MII；
更低的延时：小于150ns，仅为同类产品的一半，从而使汽车在ADAS等系统能快速响应；
低功耗：210mW；
与未来的1000M PHY引脚完全兼容；
集成度更高，可减少外部元器件（如电源去耦电容），节省一半以上的PCB布局空间，EMI性能优越。

对于以太网PHY接口芯片，TI提供了相应的板级验证和参考设计：

DP83TC811S 100BASE-T1 汽车类以太网 PHY xMII 评估模块

4） RS232/RS485/USB2.0
这些接口主要用于系统的调试与测试， TI推荐的芯片为MAX3232E-Q1，SN65HVD1781-Q1以及TUSB1210-Q1。

本系列其他文章链接：

第一节：电源轨；
第二节：充放电管理；
第三节：接口
第四节：紧急呼叫单元；
第五节：无线连接单元；

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刘龙飞

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