汽車功能越來越豐富，輔助駕駛、娛樂系統等應用逐漸普及，車內元件數量及資料量也隨之成長。面對多種多樣的車載應用，車內通訊選擇也變得更加多元，以各自優勢滿足未來汽車的傳輸需求。
CAN匯流排持續演進
(承前文)CAN通訊在80年代由Robert Bosch GmbH開發，自此之後已有大幅度演進。多點網路通訊協定大幅減少車輛所需的纜線配線，同時也能實現將匯流排存取權限授予匯流排上最高優先順序節點的仲裁通訊系統。CAN通訊協定和實體層在90年代初期原本針對最高1Mbps資料傳輸速率進行標準化，現在CAN通訊已進化至最高10Mbps，縮小90年代經典CAN與低速汽車乙太網路(如10Base-T)之間的差距。
CAN為多指令序列匯流排，意即單一指令節點無法控制個別節點何時可讀取和寫入CAN匯流排。每個訊框都含有一個識別符，以建立CAN訊息的優先順序。若多個節點同時嘗試傳送至CAN匯流排，優先順序最高(或仲裁ID最低)的節點將取得匯流排控制權。CAN通訊在嚴苛環境下十分可靠，ECU僅需一對纜線即可進行通訊。
80年代CAN剛開發時，車內的ECU數量相對較少。現在車輛可容納100個以上的ECU，控制功能涵蓋基本動力轉向到座椅按摩器與方向盤加熱器等豪華功能。隨著ECU增加及車輛對更先進安全功能的需求，CAN通訊也有所發展。表1列出更多CAN通訊網路相關資訊，其中包括CAN FD Light、CAN訊號改善功能(SIC)與CAN Extra Long(XL)等新標準。
表1 CAN演進過程
PCIe在汽車領域嶄露頭角
PCIe是雙向高速序列匯流排的通訊標準，可滿足高頻寬、超低延遲的效能需求。PCIe較常運用在工業應用中，隨著製造商開始重新思考資料骨幹架構，PCIe現在也在汽車應用中嶄露頭角，以支援高頻寬與低延遲系統，因應需要即時處理的感測器資料與使用者資訊呈指數成長的趨勢。
為解決此項挑戰，集中式運算節點支援許多不同類型的網域(ADAS、車載資訊娛樂系統、動力傳動系統)。集中式運算箱通常包含許多支援車輛不同功能的模組，讓車輛製造商無須重新設計整個網域控制器，即可靈活地進行車輛擴充、縮減和自訂功能。由於PCIe支援單一根複合體或中央處理器(CPU)至許多端點或接收器，採用集中式與模組化的PCIe設計，可大幅減少車輛所需的整體ECU和纜線。
當汽車產業開始需要跨資料骨幹進行共同處理與備援時，由於許多CPU內建原生PCIe介面，不需要在背板上進行其他介面轉換，PCIe變得越來越具有吸引力。PCIe擁有龐大的生態系統與開放式軟體資源，並隨著各世代持續讓頻寬加倍且可充分擴充。正因如此，PCIe通訊協定才能跟上汽車資料處理指數成長所需的頻寬。
設計高速資料訊號路徑時，訊號衰減可能將成為一大挑戰。可能將需要轉接驅動器(Redriver)或重計時器(Retimer)等訊號調節器，以復原和補償印刷電路板材質、導孔、連接器或纜線的插入損耗及雜訊。轉接驅動器與重計時器可改善透過PCIe通訊協定傳輸資料的整體訊號完整性，表2列出轉接驅動器與重計時器之間的差異。
表2 PCIe轉接驅動器與重計時器的比較
四大通訊介面助攻ADAS發展
哪種介面最適合汽車通訊？每種介面都是最佳介面，選用不同介面各有其目的。當頻寬需求上升(例如雷達和光達資料傳輸)，乙太網路可支援所需頻寬需求；當需要最高頻寬與最低延遲連結時(例如為自駕車提供輸入的環景攝影機系統)，FPD-Link能夠滿足挑戰；CAN匯流排可持續在成本為驅動因素的情況下(例如資料優先順序、氣囊展開等)，為低速控制應用提供ADAS支援；PCIe則能夠滿足需要即時處理且不斷增加的感測器資料與使用者資訊移動需求。這四種重要的汽車通訊協定結合建立了整合式連接車輛，除可即時支援駕駛安全，也能夠滿足ADAS架構不斷增加的需求。
(本文作者皆任職於德州儀器)
參考資料
[1] 什麼是FPD-Link？(https://www.ti.com/video/6094247787001?HQS=null-null-adas-adascomm-vanity-tr-fpd-link-wwe)
[2] 德州儀器：控制器區域網路(CAN)簡介(https://www.ti.com/lit/an/sloa101b/sloa101b.pdf?ts=1694402588561)
[3] 解決PCIe訊號完整性挑戰(https://www.ti.com/video/6051762921001?HQS=null-null-adas-adascomm-vanity-tr-pcie-wwe)
多元通訊攜手打造未來汽車 四大協定各司其職(1)
多元通訊攜手打造未來汽車 四大協定各司其職(2)