第1篇：了解车联网概要–协议篇

这一篇主要简述车联网测试中几个常用协议，后续会逐步拓宽知识面。

车载总线协议

在汽车总线中，基于域架构的总线网络拓扑是一个值得注意的特征，如图 1-1所示。总线其实是车载网络中底层的车用设备或车用仪表互联的通信网络。

图 1-1

总线的分类

目前，主流的车用总线包括：CAN 总线、LIN 总线、FlexRay 总线、MOST 总线，未来车载总线将往以太网方向演进。

一般这五种总线的应用如下：

或者可以形象地说：

CAN 总线是中坚，LIN 是 CAN 的副手，FlexRay 是未来的希望，MOST 则负责文化事业。这五种总线将在未来继续大放异彩。下面我就一一简单介绍这五大总线。

FlexRay总线

FlexRay 是戴姆勒克莱斯勒公司的注册商标。FlexRay 联盟（FlexRay Consortium）推进了 FlexRay 的标准化，使之成为了新一代汽车内部网络通讯协议。FlexRay 关注的是当今汽车行业的一些核心需求，包括更快的数据速率，更灵活的数据通信，更全面的拓扑选择和容错运算。

因此，FlexRay 可以为下一代的车内控制系统提供所需的速度和可靠性。CAN 网络最高性能极限为 1Mbps。LIN 和 K-LINE 分枝网络最高性能极限为 20Kbit/s。而 FlexRay 两个信道上的数据速率最大可达到 10Mbps,总数据速率可达到 20Mbit/秒，因此，应用在车载网络，FlexRay 的网络带宽可能是 CAN 的 20 倍之多。

FlexRay 不仅可以像 CAN 和 LIN 网络这样的单信道系统一般运行，而且还可以作为一个双信道系统运行。双信道系统可以通过冗余网络传输数据——这也是高可靠系统的一项重要性能。

FlexRay 导线控制应用的例子包括：

线控操作转向－典型的是使用电子控制单元

防抱死制动系统(ABS)-包括车辆稳定控制(VSC)和车辆稳定助手（VSA）

CAN 总线

CAN 总线是汽车内部网络中广泛使用的通信总线，由两条电线（CAN_Low 和 CAN_High）组成，如图 1-2所示。通过 CAN 总线，ECU 之间可以可靠地传输信息，形成一个允许 ECU 通信的网络，称为 CAN（控制器局域网）。CAN 总线是一种串行通信总线，旨在保障工业和汽车应用系统的稳定性。如果将汽车类比为人体，那么 CAN 总线就相当于人体的神经系统，用于传递控制信号，车内 ECU 通过 CAN 总线相互通信，就像人体的各个部位通过神经系统来相互协作一样。

CAN 总线是广播类型的总线，这意味着所有节点都可以侦听到所有传输，无法向一个特定的节点发送报文，所有节点都将始终接收所有通信。但是，CAN 硬件能够提供本地过滤能力，使每个节点可以只对感兴趣的报文做出响应。当有多个节点都要发送数据时就会存在冲突，CAN 总线必须决定哪个节点可以发送，而其他的节点必须等待。仲裁是 CAN 协议最重要的一个特性。总线上的每一个 CAN 节点都会有一个唯一的 ID，ID 的大小决定了器件的优先级，ID 越小，优先级越高。如果几个节点同时发送数据，ID 小的优先发送。

CAN 总线应用举例

CAN 总线在工控领域主要使用低速-容错 CAN 即 ISO11898-3 标准，在汽车领域常使 500Kbps 的高速 CAN。

某进口车型拥有，车身、舒适、多媒体等多个控制网络，其中车身控制使用 CAN 网络，舒适使用 LIN 网络，多媒体使用 MOST 网络，以 CAN 网为主网，控制发动机、变速箱、ABS 等车身安全模块，并将转速、车速、油温等共享至全车，实现汽车智能化控制，如高速时自动锁闭车门，安全气囊弹出时，自动开启车门等功能。

CAN 系统又分为高速和低速，高速 CAN 系统采用硬线是动力型，速度：500kbps，控制 ECU、ABS 等；低速 CAN 是舒适型，速度：125Kbps，主要控制仪表、防盗等。

LIN 总线

LIN 总线是针对汽车分布式电子系统而定义的一种低成本的串行通讯网络，是对控制器区域网络(CAN)等其它汽车多路网络的一种补充，适用于对网络的带宽、性能或容错功能没有过高要求的应用。LIN 总线是基于 SCI(UART)数据格式，采用单主控制器/多从设备的模式，是 UART 中的一种特殊情况。数据传递速率为 1～20Kb/s，在 LIN 控制单元的软件内已经设定完毕，该速率最大能达到舒适 CAN 数据传递速率的 1/5。

LIN 总线应用

典型的 LIN 总线应用是汽车中的联合装配单元，如：门、方向盘、座椅、空调、照明灯、湿度传感器，交流发电机等。对于这些成本比较敏感的单元，LIN 可以使那些机械元件如智能传感器、制动器或光敏器件得到较广泛的使用。这些元件可以很容易的连接到汽车网络中并得到十分方便的维护和服务。在 LIN 实现的系统中通常将模拟信号量用数字信号量所替换，这将使总线性能优化。

在以下的汽车电子控制系统中使用 LIN 来实现将得到非常完美的效果：

• 车顶

  湿度传感器，光敏传感器，信号灯控制，汽车顶篷

• 车门

  车窗玻璃，中枢锁，车窗玻璃开关，吊窗提手

• 车头

  传感器，小电机

• 方向盘

  方向控制开关，挡风玻璃上的擦拭装置，方向灯，无线电，空调，座椅，座椅控制电机，转速传感器。尽管 LIN 最初的设计目的是用于汽车电子控制系统，但 LIN 也可广泛应用于工业自动化传感器总线，大众消费电子产品中。

MOST 总线

MOST (Media Oriented System Transport) 面向媒体的系统传输总线，MOST 是汽车业合作的成果，而不具备正式的标准。

MOST 总线支持当今汽车中多媒体设备的快速增长，如图 1-3所示。MOST 规范中定义了物理层和数据链路层，以及用于数据通信的 ISO/OSI 模型的七层，通过使用标准化接口简化了 MOST 协议在多媒体设备中的集成。

以太网总线

车载以太网是一种高速、低延迟的网络物理层。车载以太网基于成熟的以太网标准，经调整后适用于汽车。它使用单对非屏蔽双绞线，重量轻、成本低。它旨在实现车载模块之间的大量数据传输，以支持现代动力系统、ADAS、信息娱乐和舒适系统等，如图1-4所示。目前有几种不同的车载以太网标准，包括100BASE-T1、1000BASE-T1和多千兆车载以太网10GBASE-T1，最后一种的数据传输速度可从100 Mb/s到10 Gb/s。

车载无线协议

常见协议的分类

BLE、Wi-Fi、蜂窝网络、GNSS、UWB、NFC 协议

• BLE：“蓝牙”（Bluetooth）通常是指在两个电子设备之间无线传输数据的技术。

• Wi-Fi：Wi-Fi 是一种无线局域网协议，从传统的路由器、手机，到智能电视、智能音箱等各种 IoT 设备，都离不开 Wi-Fi。

• 蜂窝网络：即我们平常用的移动网络。现代网联汽车同样使用蜂窝网络上网，通常有 2G/3G/4G/5G 几个版本的迭代。当前全球主流的蜂窝网络类型包括 2G 时代的 GSM、3G 时代的 WCDMA/CDMA2000，以及 4G 时代的 LTE/LTE-A 等。

• CNSS：全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）是一个总称，包括 GPS、GLONASS、Galileo、BDS 等。

❑ GPS（Global Positioning System，全球卫星定位系统）：源于美国，自 1994 年起开始运行。

❑ GLONASS（格洛纳斯）：源于俄罗斯，自 2010 年起重新运行。

❑ Galileo（Galileo satellite navigation system，伽利略卫星导航系统）：源于欧盟，自 2011 年起开始运行。

❑ BDS（BeiDou Navigation Satellite System，北斗）：源于中国，自 2000 年起开始运行。

❑ 其他全球导航卫星系统：包括印度区域导航卫星系统（IRNSS）和日本的准天顶卫星系统（QZSS）等。

• UWB：UWB（Ultra Wideband）意思是超宽带。UWB 无线通信是使用超宽带的频率带宽的无线通信，其主要特征是能够实现高精度定位。

• NFC：（Near Field Communication）是一种短距离的高频无线通讯技术，可以让装置进行非接触式点对点资料传输，也允许装置读取包含产品资讯的近距离无线通讯(NFC)标签。

参考：

《智能汽车网络安全权威指南（上册）》李程 陈楠 王仲宇

汽车四大总线:CAN、LIN、Flexray、MOST

智车信安 I 智能网联汽车渗透测试服务 ACT PENTEST

原文始发于微信公众号（山海格物实验室）：第1篇：了解车联网概要–协议篇