汽車的「智能化時代」又將如何構建自己的「神經網絡」？
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asthma rescue inhalers在汽車(che)智(zhi)能化(hua)的進(jin)程中，除了車(che)載CPU、顯示屏以及傳感器的升級外，還有一(yi)個不可或缺的組成部(bu)分：總線系(xi)統。汽車(che)解碼之前在介紹特斯(si)拉底(di)盤時，曾(ceng)涉及過Model S內(nei)部(bu)的總線設計(ji)。
本(ben)文，我們來了解下總線到底是什(shen)么(me)？以(yi)及(ji)它為何對汽車智(zhi)能化如此(ci)重要？簡單來講，如人的大(da)腦要發(fa)號指令(ling)，需要神經系統去傳遞信息一樣，汽車也有自己的“神經網絡”。
ECU無處不在
最(zui)常見的(de)(de)(de)“神(shen)經網絡(luo)”叫(jiao)做CAN Bus，Bus即總線(xian)(xian)的(de)(de)(de)意(yi)思。CAN總線(xian)(xian)是目前(qian)最(zui)常見，也(ye)是最(zui)普及(ji)的(de)(de)(de)一(yi)種汽車(che)內部通訊協(xie)議，它最(zui)早由博世集團制定。目前(qian)，除了一(yi)些非常低端(duan)的(de)(de)(de)車(che)型，大部分量產(chan)車(che)都采用了CAN作為通訊標準通訊協(xie)議。
CAN本身并不是所謂的(de)“神經網(wang)絡(luo)(luo)”，它(ta)只是這個網(wang)絡(luo)(luo)內部各個節點(dian)之(zhi)間對(dui)話的(de)語言，就(jiu)如同(tong)兩臺(tai)遠程計算機之(zhi)間，可以通過HTTP或FTP進(jin)行(xing)對(dui)話一樣。在(zai)一輛現代化的(de)汽車(che)上，大(da)致(zhi)有100~300個、甚至更多個ECU，即電子控(kong)制單元（Electric Control Unit），來作(zuo)為“神經節點(dian)”。
一輛(liang)汽車(che)能(neng)(neng)否正常運(yun)營，就要看(kan)這些ECU之(zhi)間是否配合融洽；而ECU數(shu)量的多少，也代表著汽車(che)數(shu)字化程度的高低。現在，越來越多的機(ji)械零部(bu)件，被電(dian)控(kong)(kong)零部(bu)件所取(qu)代。比(bi)較典(dian)型的例(li)子有(you)轉(zhuan)向(xiang)助(zhu)(zhu)力(li)：液壓助(zhu)(zhu)力(li)、電(dian)子液壓助(zhu)(zhu)力(li)、電(dian)子助(zhu)(zhu)力(li)，再到(dao)線控(kong)(kong)轉(zhuan)向(xiang)。ECU已(yi)經被應(ying)用(yong)到(dao)了(le)汽車(che)的核心(xin)功能(neng)(neng)上。
這數百個ECU，在(zai)汽車內部組成了一個局(ju)域網(wang)(wang)。與外網(wang)(wang)不同，局(ju)域網(wang)(wang)的(de)信息(xi)傳輸特點是(shi)，一個ECU發出的(de)數據(ju)包，所(suo)有(you)的(de)節(jie)點都會(hui)接(jie)收到，但(dan)只有(you)承擔該數據(ju)包任(ren)務的(de)節(jie)點，才會(hui)去執行命令。
舉個例(li)子，比如剎車(che)燈(deng)(deng)。當監(jian)(jian)控剎車(che)踏板的ECU，監(jian)(jian)測(ce)到踏板行(xing)程有變動時，就(jiu)會通知(zhi)監(jian)(jian)測(ce)尾燈(deng)(deng)的ECU。此時，該ECU控制尾燈(deng)(deng)，并將其通電(dian)點亮。這一個簡單(dan)的操(cao)作，其實背后有至少2個ECU的配(pei)合。
此外，由于汽車模(mo)(mo)塊(kuai)化設計(ji)，ECU也分為了不同(tong)模(mo)(mo)塊(kuai)。比(bi)如，發動機(ji)有一個單獨的(de)ECU體系，叫做ECM（Engine Control Module ）。這個模(mo)(mo)組由多(duo)個控制發動機(ji)不同(tong)功能的(de)ECU組成(cheng)，比(bi)如節氣(qi)門的(de)開(kai)合、燃油噴射劑量(liang)、渦輪介入時機(ji)等(deng)。
CAN負責組建局域網
要讓所有的這(zhe)些(xie)ECU之(zhi)間相(xiang)互配合，需要一個數據傳輸協(xie)議(yi)來作(zuo)為(wei)“傳令者”。CAN協(xie)議(yi)是其中之(zhi)一，它的全稱叫(jiao)做Controllers Area Network。該協(xie)議(yi)誕生于1983年，是全球最大汽車零部(bu)件集團博(bo)世的獨家專利。
CAN協(xie)(xie)議存在的(de)(de)(de)意義是(shi)，它為汽(qi)車的(de)(de)(de)電子化(hua)、數(shu)字化(hua)進(jin)程起到(dao)了巨大(da)推動作(zuo)用。借助CAN協(xie)(xie)議，汽(qi)車內部的(de)(de)(de)數(shu)百(bai)個ECU，可以(yi)在沒有主機（也就(jiu)是(shi)車載CPU）的(de)(de)(de)情況下組建一(yi)個局域網。1986年(nian)，SAE（汽(qi)車工程師協(xie)(xie)會）正(zheng)式(shi)發表CAN協(xie)(xie)議標(biao)準。
其實，CAN總線是(shi)(shi)汽車產(chan)業(ye)與計算機(ji)產(chan)業(ye)有效配合(he)的(de)一個成功典范：在CAN標準被公布后的(de)第(di)二(er)年，也就是(shi)(shi)1987年，英特(te)爾與飛(fei)利浦(pu)開(kai)發(fa)出了全(quan)球第(di)一款(kuan)CAN總線適用的(de)芯片（即ECU）。1988年發(fa)布的(de)寶馬8系，是(shi)(shi)全(quan)球第(di)一款(kuan)搭載CAN總線的(de)量產(chan)車型(xing)。
CAN協(xie)議的(de)(de)普(pu)及，讓汽車(che)(che)(che)(che)大幅度數字化(hua)(hua)，其(qi)意義不僅體現在汽車(che)(che)(che)(che)電子化(hua)(hua)程度的(de)(de)提升，也對于車(che)(che)(che)(che)輛(liang)的(de)(de)故障檢(jian)修(xiu)帶(dai)來了革命性(xing)的(de)(de)變化(hua)(hua)。要知道，一輛(liang)現代(dai)化(hua)(hua)的(de)(de)汽車(che)(che)(che)(che)正常行駛，其(qi)需要的(de)(de)代(dai)碼數量，要遠(yuan)超于一架波音747客機(ji)所需的(de)(de)
OBD接口便是最(zui)直接的(de)(de)(de)受益者，這個在(zai)1996年被美國政府(fu)強制推行的(de)(de)(de)檢修接口，通過采(cai)集CAN總線的(de)(de)(de)各種數據，可(ke)以(yi)對車(che)輛的(de)(de)(de)運行狀(zhuang)況做一(yi)個更精確的(de)(de)(de)評估。甚至在(zai)逆向(xiang)破解后，黑客通過CAN總線可(ke)以(yi)遠(yuan)程控制車(che)輛。
但是，CAN并非是唯(wei)一的(de)車用(yong)通(tong)訊(xun)協(xie)議。為了彌補(bu)CAN協(xie)議在某(mou)些方面(mian)的(de)不足，汽車工業還研(yan)發出了很多(duo)其(qi)他協(xie)議，比如LIN協(xie)議。相比CAN，LIN的(de)帶(dai)寬要更小、承載的(de)數據量更少，但同(tong)時成本(ben)也更低，適(shi)合(he)應用(yong)于一些簡單的(de)ECU中，比如車窗升降等。
隨著技術(shu)進步，汽車(che)內部的數據(ju)量暴增。尤(you)其是大屏幕的普及和流媒(mei)體技術(shu)的介(jie)入，讓CAN總線(xian)在某些時(shi)候“力不從(cong)心”，已無法勝(sheng)任工作。于是，更高級的通訊協議問(wen)世了(le)，比如MOST、FlexRay、以太網等。
這些協議(yi)標準，擁有更(geng)大(da)的帶(dai)寬與更(geng)強的穩定性。其中，MOST是一(yi)種高速(su)多媒體(ti)傳輸接口，專門為汽車(che)內部(bu)的一(yi)些高碼率音頻、視(shi)頻提(ti)供傳輸。FlexRay也是一(yi)種高速(su)協議(yi)，但不僅(jin)限于多媒體(ti)傳輸。在(zai)自動駕駛的奧迪A7中，位(wei)于后備箱的車(che)載CPU（奧迪稱之為zFAS）模組(zu)，就是依(yi)靠FlexRay協議(yi)來讀取前置攝像頭捕捉的數據。
至于(yu)以(yi)(yi)太(tai)(tai)(tai)網，這本不是專用于(yu)汽車技術的，而是計算機局域網的標準協議。與(yu)上(shang)述多種協議相比，以(yi)(yi)太(tai)(tai)(tai)網的傳(chuan)輸速(su)度是最快(kuai)的。按照帶寬劃分，以(yi)(yi)太(tai)(tai)(tai)網可(ke)以(yi)(yi)分為標準以(yi)(yi)太(tai)(tai)(tai)網（10Mbit/s)、快(kuai)速(su)以(yi)(yi)太(tai)(tai)(tai)網（100Mbit/s），以(yi)(yi)及(ji)10G（10Gbit/s）以(yi)(yi)太(tai)(tai)(tai)網。注(zhu)意，與(yu)HTTP等超(chao)文本傳(chuan)輸協議不同，以(yi)(yi)太(tai)(tai)(tai)網是物理層的標準。
目前總線(xian)(xian)協議(yi)最發達的(de)車(che)型，當屬特斯拉Model S，該(gai)車(che)采用了(le)CAN、LIN，以及以太網三(san)種標準，分別處(chu)理(li)不同級別的(de)數據。注意，雖然(ran)特斯拉有兩個車(che)載(zai)CPU（Nvidia Tegra處(chu)理(li)器），但其總線(xian)(xian)依然(ran)是局域網架(jia)構。
除上述這(zhe)些總(zong)線協議外，汽車(che)工業使用(yong)的局域網標準，還(huan)有諸如(ru)Byteflight、D2B、DC-Bus、IEBus、SPI，以(yi)及VAN等多種。這(zhe)些協議由不同機構(gou)研發，打破了博世CAN協議的壟(long)斷。目(mu)前已經被部(bu)分汽車(che)品牌應用(yong)到旗下車(che)型，但(dan)都不如(ru)CAN協議普及。
其實，CAN協議不(bu)僅應用到汽車內(nei)部(bu)，某些外部(bu)場(chang)景也需要CAN協議的支持。最典型的就是(shi)OBD接(jie)口。通(tong)過這個接(jie)口，檢修員可以讀取到車輛(liang)的發動機(ji)(ji)運行狀況、機(ji)(ji)油(you)余量、里程數等(deng)信息。
通用、沃爾沃、特(te)斯拉等車型支(zhi)持遠(yuan)程控制，其原理(li)就是手(shou)機發(fa)出(chu)的指令(ling)先到達(da)服務器(qi)，然后被轉(zhuan)發(fa)到車載(zai)通訊(xun)模(mo)塊(kuai)。車載(zai)通訊(xun)模(mo)塊(kuai)接收到指令(ling)后，再通過CAN總線(xian)將指令(ling)傳(chuan)達(da)到各個ECU。
在電(dian)動車(che)領域(yu)，充(chong)電(dian)接(jie)口(kou)其實也(ye)需要CAN總(zong)線的(de)(de)支持。無論是(shi)歐標(biao)還是(shi)美標(biao)的(de)(de)接(jie)口(kou)，其中有一項(xiang)是(shi)CAN協議通(tong)訊接(jie)口(kou)。這(zhe)一項(xiang)的(de)(de)作用，是(shi)告訴充(chong)電(dian)樁電(dian)池(chi)目(mu)前有多少電(dian)，這(zhe)個數據將從電(dian)池(chi)組的(de)(de)監控ECU上讀取(qu)。
隨著汽車(che)(che)智(zhi)能化的提(ti)升(sheng)，CAN總線(xian)將更多的暴露到(dao)外網(wang)中(zhong)，因(yin)此(ci)汽車(che)(che)信(xin)息(xi)安全(quan)成(cheng)為了新的課題(ti)。比如特(te)斯拉，就(jiu)不只一(yi)次被車(che)(che)主和黑客成(cheng)功破解。此(ci)外，隱私問題(ti)也(ye)(ye)因(yin)此(ci)而升(sheng)級，當車(che)(che)輛這個局域網(wang)接入物聯網(wang)時(shi)，你的一(yi)舉一(yi)動(dong)都受到(dao)監控(kong)。這就(jiu)要求，不僅車(che)(che)聯網(wang)服(fu)務器提(ti)升(sheng)安全(quan)級別(bie)，CAN總線(xian)也(ye)(ye)要從基(ji)本層面(mian)做(zuo)好加密、認(ren)證(zheng)、防偽等工作。