CAN/LIN/FlexRay眾星拱月　Telematics破冰在望

由於各式車內通訊技術如控制區域網路(CAN)、區域互聯網路(LIN)、FlexRay、IDB-1394、媒體導向系統傳輸(MOST)可提供豐富多元之多媒體內容，也有助增加車輛安全性與便利性，因而持續醞釀另一波車載資通訊系統(Telematics)商機。  

車輛產能銳減　車用電子受波及  

根據市調單位iSuppli調查，由於2008～2009年汽車銷售大減，也連帶衝擊車用半導體業者的出貨表現。由於汽車製造商不斷削減產能，在出清庫存的前提下，汽車產業推出新車的腳步明顯放慢，也因此，新車所需的電子系統與半導體在2009年上半年已急劇減少。  

iSuppli也指出，2008年美國市場汽車音響和後座娛樂系統(RSE)等資訊娛樂系統，原先多以大型汽車如休旅車為主要應用，但隨著休旅車銷量下滑，RSE市場也隨之縮小一至兩成。  

圖1　美普思處理器事業群策略行銷經理Ian Anderton認為，儘管近期市場受挫，但結合安全、娯樂與環保節能之資通訊系統仍大有發展潛力。

逆勢成長駕駛安全刺激車用電子升溫  

不過，iSuppli對車用電子並不是全然看壞。理由之一是，部分汽車電子系統出貨量是以汽車銷售量的一定百分比為基礎而成長，也就是說，如果車廠出貨減少，汽車電子廠商自然會調整腳步，以因應市場變化。  

矽智財業者美普思(MIPS)處理器事業群策略行銷經理Ian Anderton(圖1)也認同相關看法。他指出，車用資通訊系統一向是汽車產業中成長最大的應用之一，過去數年甚至以20%的年複合成長率(CAGR)快速成長。雖然近期成長受挫，但由於Telematics能順利連結駕駛座與汽車的其他零件，因此應用範圍極為廣泛，無論是從高效能的3D圖形和音訊到控制車輛功能的各種基本的圖形使用者介面(GUI)，都能看到半導體業者的身影(表1)。

資料來源：工研院 表1　車用各系統之零組件需求表

另外，值得慶幸的是，攸關人身安全的駕駛輔助系統(Driver Assist System, DAS)，成長速度依然迅猛，甚至足以抵銷2008和2009年汽車銷售量下滑帶來的影響。  

一般來說，駕駛輔助系統包括停車輔助、適應性巡航控制、車道保持輔助、盲點輔助及其他新興系統。如裕隆集團近期力推的自有品牌納智捷(Luxgen)，就計畫在左右後視鏡上增加電荷耦合元件(Charge Coupled Device, CCD)監視器，以強化駕駛輔助系統，避免事故。而若再輔以行車紀錄器，亦有助於釐清肇事責任。 事實上，除了駕駛輔助系統，燃料效率和綠色技術需要較為複雜的車用電子零組件，因此帶動汽車的電子控制單元(ECU)升溫，同時也將引爆更先進的微處理器(MPU)、記憶體、感測器和其他半導體技術更多商機。  

應用差異大車用匯流排各領風騷  

由於近年來微控制器與匯流排的問世，大幅改善車輛性能，因此業界預測，未來5年內汽車電子裝置成本將占汽車整體成本的25%以上，原先單純的機械產品也轉型為機電一體化產品。  

此外，近期車界對新款汽車多半要求安全、節能與環保以及娛樂等三大要素，而此三者均與車用電子息息相關，也是商機來源。  

舉例來說，為了進行胎壓偵測，確保行車安全，就有業者提出汽車胎壓監視系統(TPMS)，以無線感測網路ZigBee解決方案進行協助，可為駕駛在高速前進時偵測胎壓數值。  

而環保與節能也可表現在引擎與傳動系統的電子控制及燃料電池、CAN通訊發展上。眾所周知，電子化元件可較機械零件輕巧，在減輕車身後，自然也可減少油耗，達到提升能源效率之成效。  

事實上，各種車用匯流排協定，乃針對不同的局部控制或整車控制所設計，因此功能迥異(表2)。如CAN雖只能提供最高1Mbit/s的傳輸速度，且欠缺安全控制所需之即時傳遞效能，但因具備低成本、低速與短距離特色，且設計靈活，故已在其他電子控制單元如儀表板、汽車動力及車身控制系統中受到重用，目前仍是汽車內部通訊的主流標準。

資料來源：工研院 表2　各式車用控制網路通訊協定

至於LIN，由於傳輸速率僅20kbit/s，則多以CAN之輔助角色出線，並應用於局部控制標準，或應用於毋須傳遞訊息與高速傳輸之汽車電子控制系統，包括車身、車窗控制、駕駛資訊、制動裝置間通訊、系統智慧感測器等。  

除了分別以銅線與電氣為主的CAN與LIN之外，以光纖為主的光通訊匯流排也正在崛起，這類匯流排包括FlexRay、MOST、IDB-1394等，並特別注重是否具備高傳輸速率、容錯(Fault-tolerant)能力等。FlexRay也被視為是未來整合引擎控制與車身傳動、底盤和懸吊及電子線控駕駛等核心的主流匯流排協定。  

老牌技術不退場　CAN持續當紅  

一般來說，傳統車用線路採用點對點方式來傳遞訊息，但由於車用電子配備複雜化，因此各控制單元必須傳遞的資訊也隨之增加，進而促使CAN的問世。  

CAN是一種串列通訊匯流排，並具一定位元速率與高抗電磁干擾性。如訊號傳輸距離達到10公里時，仍可提供5kbit/s的資料傳輸速率，因此受到廣泛應用。  

一般汽車若採用傳統的配線設計，約需超過40公斤的電線，以及總計超過2公里長的電線，這在現實生活中是不被車廠與消費者所接受的，CAN由於能有效與傳統線路結合，進而簡化系統設計之難題，同時也克服相關控制單元互相傳遞訊息之困擾，因而受到重用。  

這項問世較久的技術，雖然近期沒有太多變化，但仍有業者針對其應用進行延伸。如2008年6月時Maxim就推出新型車用CAN收發器，並在其中內建故障保護功能，以防止元件損壞或干擾CAN匯流排通訊。  

空間/成本限制大　LIN邁向整合  

愛特梅爾(Atmel)高壓產品部資深行銷經理Claus Mochel說，CAN一直廣泛用於汽車系統中，而且非常成功。然而，對於某些汽車應用來說，CAN卻過於複雜，也過於昂貴。因此，同樣屬於低成本串列通訊網路的LIN，可用於實現汽車中的分散式電子系統控制。LIN主要是為CAN提供輔助，尤其在智慧感測器和制動裝置之間的通訊時採用LIN，將可大幅降低成本，而其他低頻寬或簡易功能的應用也都可見到LIN的身影。  

Mochel進一步解釋，在LIN網路中，由於受到空間和成本方面的限制，所以發展趨勢是不斷提高整合度。如該公司新推出的LIN系統級封裝元件(SiP)就具高整合度，以滿足此項需求。  

由於看好未來LIN及其應用的成長幅度，愛特梅爾不斷擴展具有高度效能的LIN產品系列，包含LIN收發器和LIN系統基礎晶片、帶有LIN收發器和電壓調節器的系統基礎晶片(System Basis Chip, SBC)，以及帶有SBC和微控制器的LIN系統級封裝產品。  

愛特梅爾稍早時推出用於汽車LIN應用的8位元微控制器系列產品，並能忍受高達150℃的環境溫度。由於許多車身電子子系統，如車門鎖、車窗升降、雨刷、照明系統、陽光和落雨感測器等，都通過LIN進行連接，因此它們須要配有類比/數位轉換器的LIN控制器，以滿足感測器訊號格式化之需求。看準此一需求，愛特梅爾也推出基於微控制器之低成本、小型化射頻(RF)發射器(圖2)，用於汽車遙控車門開關應用。此類元件為系統級封裝或多晶片封裝(MCM)解決方案，整合微控制器和RF發射器，並以具競爭力的成本實現極小的鑰匙設計。

資料來源：愛特梅爾 圖2　結合微控制器之射頻發射器，可應用於車門遙控設計。

延伸多媒體與安全應用　FlexRay受重視  

近期崛起的FlexRay，由於具備雙向20Mbit/s的傳輸速率，並採用時間觸發(Time-triggered)與備援(Redundant)等傳輸方式，又具備高度耐震動性及高效率傳輸，並能同時支援CAN、LIN及MOST等電氣與光纖物理層，因而頗受重視。  

奧地利微電子(AustriaMicrosystems)FlexRay行銷經理Harald Gall表示，FlexRay一開始設定的目標就是關鍵的安全應用，且該技術結合高頻寬、彈性和容錯能力，都足以促成全新應用領域，例如除了安全系統以外，車載通訊系統也是一例。  

Gall不諱言，儘管車載多媒體和娛樂的重要性持續增加，不過下一個通訊標準的發展方向卻相當不明確。例如MOST、IDB-1394甚至乙太網路等，都被認為可望成為下一個多媒體匯流排系統標準。但儘管如此，Gall並不認為多媒體通訊系統的多線發展將會對FlexRay造成直接影響。Gall預期，未來車載通訊各領域之解決方案都將被建立，而這些通訊系統也都將與FlexRay並行不悖。  

也因如此，奧地利微電子陸續於2008年底發表三款FlexRay收發器產品，並分別適用於開關電池電壓Clamping 15 ECU的基本收發器和Clamping 30 ECU的標準收發器，以及具備位元重塑功能(Bit-reshaping)的元件。位元重塑功能能夠強化FlexRay網路穩定性，並擁有較高品質的輸出驅動器，提升FlexRay收發器之耐受性(圖3)。

資料來源：奧地利微電子 圖3　奧地利微電子發布之具有嵌入式位元重整功能之FlexRay元件電路圖

另外，奧地利微電子最近也發表一個完整的SBC系列，提供LIN V2.1介面，支援廣泛應用如車窗升降、車頂與車門模組以及座椅調整等。  

Gall表示，因應未來智慧化車輛的進展，奧地利微電子也將發表針對下一代倒車輔助攝影系統而量身定製的LIN和CAN系統基礎晶片，用於執行整個系統的電源管理。  

愛特梅爾也表態將加速跟進此一市場。Mochel透露，由於FlexRay尚屬較新的匯流排系統，故愛特梅爾將於不久後推出支援這一匯流排系統的微控制器、收發器系列，並大力支持各式進階車用通訊網路之演進。  

微控制器差異大　32位元逐步進入主流市場  

由於車用資通訊系統是整合車用電子、系統與微控制器而成的整合式設計，因此各零組件無不扮演關鍵角色。近期隨著微控制器推波助瀾下，相關應用也隨著改變。  

一般來說，大都由微控制器與微處理器來負責車輛的儀表控制、電動車門與車窗控制等。但隨著車上設備及應用產品愈趨複雜，8位元微控制器已經不堪負荷，因而見到16、32或甚至是64位元微控制器的抬頭，並在不同應用中大展身手(表3)。目前一部中階汽車所需微控制器數量約為五十個，而高階車款則上看一百個，微控制器在車用電子產業之成長力道可見一斑。

Anderton表示，微控制器目前正處於由16位元過渡至32位元的時期，尤其是特別講究成本和可靠性的汽車產業更是如此。雖在汽車產業中，目前仍會持續使用8及16位元的微控制器，並應用於一些超低成本又基本的操作功能，例如暖氣和車窗的操控等。  

但在32位元微控制器成本相同、且效能更佳的前提下，Anderton認為，一段時日之後，原本使用數個8和16位元的微控制器就會改用單一的32位元微控制器。同時，隨著各式汽車標準組織的出現，車內的電子設備也越來越一致，並且需要大量軟體開發的協助。因此，在發展合乎標準的零件的過程當中，32位元微控制器由於可一致使用C++程式編碼，大幅降低軟體開發門檻，並加速車用電子設備之普及與應用，因而成長態勢極為可期。  

車用資通訊系統有商機　業者紛湧入  

圖4　劍橋無線半導體台灣區業務經理李定翰表示，該公司持續針對射頻應用進行整合，未來包括藍牙、FM與GPS都在整合之列。

劍橋無線半導體台灣區業務經理李定翰(圖4)表示，一般人熟知的藍牙多為手機與耳機的應用，而在車用資通訊系統中，當然這項可為駕駛者提供免持聽筒便利性的應用仍將持續；但該公司亦將整合全球衛星定位系統(GPS)與調頻廣播(FM)機制，提供包括即時交通訊息頻道(TMC)、車隊管理與追蹤或是其他延伸應用。 李定翰解釋，該公司近來陸續推出整合藍牙與FM之晶片產品，且在購併GPS晶片大廠瑟孚(SiRF)以後，亦可再進一步整合瑟孚的GPS技術，最終推出多合一之系統單晶片(SoC)產品。  

李定翰強調，系統單晶片不但可有效降低成本，亦可節省功耗，因此無論對負責前裝之車廠或是後裝之原始設備製造商，都極具誘因，該公司因此也極為看好此一領域。  

現場可編程閘陣列(FPGA)業者Altera就為開發資訊娛樂、導航、舒適和便捷、輔助駕駛系統的汽車設計人員和原始設備製造商(OEM)提供替換資訊娛樂系統(P.A.R.I.S.)。該系統包括工具、矽智財(IP)和軟體，可大幅簡化車內系統開發。 賽靈思(Xilinx)同樣推出全新解決方案，以滿足各類先進駕駛輔助系統之影像處理需求。該公司於2008年12月時推出可支援各種視覺化駕駛輔助系統之解決方案，允許車輛支援各種先進應用功能，其中包括行人偵測、碰撞警告、號誌辨識、盲點偵測、倒車及停車輔助等。  

意法半導體(ST)則在日前推出微機電系統(MEMS)加速度感測器(圖5)，用以為駕駛提供更加精準的方向感測。此款新產品符合汽車工業的非安全性設備應用的要求，如汽車警報器、跟蹤和監控系統、黑盒子系統、座椅控制、導航支援和天線定位等，亦可用於增強型導航設備中，在失去導航感測時仍可提供方向判別。

資料來源：意法半導體 圖5　意法半導體日前推出的微機電系統加速度感測器

德州儀器(TI)亦於2008年11月時推出首款車用雙核心浮點微控制器，協助設計人員為安全關鍵應用提供創新設計。該款以安謀國際(ARM)處理器為基礎的浮點雙核心車用微控制器，由於特別適合必須符合IEC 61508 SIL3或ISO26262 ASIL D安全標準的應用，因此即使車用標準日趨嚴格，依然得以順利獲得車廠採用。  

ARM嵌入式解決方案總監Wayne Lyons亦表示，隨著每輛車的微控制器數量倍增，安全控制功能的精密度也將大幅提升。高效能並符合安規之控制器產品，有助於讓設計人員降低設計的複雜度並開發安全車輛。  

Strategy Analytics資深分析師Mark Fitzgerald則指出，嵌入式控制將持續推動高階車用微控制器效能與功能的開發，並進一步整合各種應用。然而，若進一步探討，多重感測器的高階駕駛輔助系統將需要高效能處理器，因此能達到更高運算效能的多核心設計自然有其揮灑空間。  

從上述業者動向可以看出，雖然車廠正面臨危急存亡之緊要關頭，但由於資通訊系統可有效提升車輛附加價值，同時滿足節能環保、安全、娛樂之三大需求，未來發展仍然不可小覷。而若車廠願意轉換心態，採用各種新問世之資通訊技術與系統，也可望扭轉乾坤，一舉突破市場僵局。