Шина MOST

мультимедийных систем автомобиля

 

Шина MOST (транспорт для медиа-ориентированных систем) была специ­ально разработана для объединения в сеть мультимедийных систем автомобиля (шина информационно-развлекательных систем). Наряду с классическими развлекатель­ными функциями, такими как радиоприем и воспроизведение CD, информационно-­развлекательные системы имеют функции видео (DVD и ТВ), навигации, доступа к мо­бильной связи и информации. Вот о том, как устроена шина MOST, мы и поговорим в этой статье.

 

 

 

Шина MOST

 

Шина MOST поддерживает логическое объединение в сеть до 64 устройств и обеспечивает фикси­рованный и резервный диапазоны передачи. Шина MOST определяет протокол, устройства, программное обеспечение и системные слои. Шина MOST совместно разрабатывается и стандартизируется автопроизводителями и поставщиками в рамках MOST Cooperation

При скорости передачи данных более 10 Мбит/с шина MOST относится к шинам класса D.

Для передачи данных шина MOST поддер­живает следующие каналы передачи:

  • Канал для команд управления транспорти­ровкой;
  • Мультимедийный канал (синхронный канал) для передачи аудио- и видеоданных;
  • Канал пакетных данных (асинхронный канал), например, для передачи данных конфигурации для системы навигации и обновления программного обеспечения в блоках управления.

 

Конструктивные требования к шине MOST

 

Передача мультимедийных данных, как ау­дио, так и видео, требует высокой скорости передачи и синхронизации передачи между источником и получателем, а также между несколькими получателями.

 

 

Система передачи MOST

 

Физический слой MOST

 

Стандарт MOST определяет, как оптическую, так и электрическую технологии физического слоя (слоя передачи). Слой оптической пере­дачи широко распространен и в настоящее время в качестве транспортной среды ис­пользует оптоволоконные кабели (полимерное оптоволокно, POF) из полиметилметакрилата. Они имеют диаметр 1 мм и используются в сочетании со светодиодами и кремниевыми фотодиодами в качестве приемников.

Отличительной особенностью технологии MOST50 является её пригодность для электри­ческой передачи данных. Это позволяет пере­давать данные по неэкранированным кабелям с витой медной парой (UTP). В то время как технология MOST25 продолжала развиваться в Европе и получила распространение в Корее, японский рынок предпочитает MOST50 — вто­рое поколение мультимедийного стандарта.

Идентификационный номер, например, в случае MOST25, означает скорость передачи около 25 Мбит/с. Точная скорость передачи зависит от используемой системой частоты амплитудно-импульсной модуляции. При частоте амплитудно-импульсной модуляции 44,1 кГц фрейм MOST передается 44100 раз в секунду. Длина фрейма 512 бит означает ско­рость передачи 22,58 Мбит/с. Для MOST50 та же самая частота амплитудно-импульсной мо­дуляции означает двойную скорость передачи, так как длина фрейма составляет 1024 бита. Сейчас доступны и более высокие скорости передачи данных -150 Мбит/с  (MOST150).

Особенности MOST 150

 

В дополнение к более высокой пропускной способностью -150 Мбит/с, MOST150 содер­жит изохронный механизм транспортировки для эффективной передачи сжатых данных видео высокого разрешения (HD). Транспорт­ные потоки MPEG (экспертная группа по движущемуся изображению) здесь передаются напрямую. С помощью соответствующего ви­деокодека на базе MPEG4 можно передавать видео с разрешением до 1080 строк), напри­мер, с проигрывателей BluRay. Наряду с этим, MOST150 обеспечивает канал Ethernet для эффективной передачи пакетных данных IP (IP = протокол Internet).

В отличие от протокола МАМАС (асинхрон­ное управление доступом к среде MOST), ис­пользуемого с технологией MOST25, канал Ethernet способен передавать фреймы Ethernet.

Канал Ethernet передает неизмененные блоки данных Ethernet, что означает возможность эффективной интеграции программных паке­тов и приложений в области потребительской электроники и информационных технологий в автомобили за гораздо более короткие иннова­ционные циклы. Таким образом, пакеты ТСР/ IP и протоколы, использующие TCP/IP (TCP = протокол управления передачей) могут сооб­щаться через MOST150 без изменений.

Контроллер сетевого интерфейса (NIC) шины MOST — аппаратный контроллер, от­вечающий за управление физическим слоем и имеющий важные механизмы передачи.

 

 

Протокол шины MOST

 

Передача данных

 

Передача данных по шине MOST организована во фреймах данных, создаваемых синхрони­зирующим ведущим устройством с фиксиро­ванной скоростью передачи и передаваемых дальше устройствами в кольце.

Фреймы данных шины MOST

 

Синхронизирующее ведущее устройство обычно создает фреймы данных с тактовой частотой 44,1 кГц, реже — 48 кГц. Таким об­разом, размер фреймов данных определяет скорость шины MOST. В технологии M0ST25 размер фреймов данных составляет 512 бит (рис. 1). Синхронные и асинхронные области MOST25 совместно используют 60 байтов фрейма данных. Разграничение между син­хронными каналами и асинхронным каналом определяется значением граничных дескрип­торов с разрешением 4 байта. Синхронная область должна иметь не менее 24 байтов (шесть стереоканалов). Это означает, что для синхронной области разрешается от 24 до 60 байтов, а для асинхронной области — от 0 до 36 байтов. Начало используется для синхро­низации; для обнаружения битовых ошибок используется бит проверки четности.

Передача управляющих сообщений

 

Управляющий канал используется для сигна­лизации состояний устройства и сообщений, необходимых для администрирования си­стемы. Чтобы управляющий канал не занимал слишком большую часть пропускной способ­ности на один фрейм, он распределяется на 16 фреймов, образующих блок. Каждый фрейм транспортирует два байта (рис. «Структура MOST» ). Чтобы обе­спечить распознание начала блока, начальная часть первого фрейма в блоке имеет специаль­ную битовую комбинацию. В случае M0ST25 управляющий канал имеет общую пропускную способность 705,6 кбит/с.

 

Структура MOST

 

Передача мультимедийных данных

 

Синхронные каналы используются для пере­дачи аудио- и видеоданных в реальном вре­мени, при этом обмен данными контролиру­ется соответствующими командами в канале управления. Синхронному каналу можно выде­лить определенную пропускную способность, с разрешением в один байт фрейма данных. Например, для стерео аудиоканала с разре­шением 16 бит требуется 4 байта. В случае с MOST25, в зависимости от значения гранич­ного дескриптора, для синхронных каналов доступно не более 60 байт; это соответствует 15 стерео аудиоканалам.

 

 

Передача пакетных данных

 

Данные передаются пакетами по асинхрон­ному каналу. Поэтому он подходит для передачи информации, не имеющей фикси­рованной скорости передачи данных, но ино­гда внезапно требующей высокой скорости передачи. Примерами могут служить передача информации о треке МР3-плеера или обнов­ление программного обеспечения.

В случае с MOST25 асинхронный канал имеет общую пропускную способность до 12,7 Мбит/с и в настоящее время поддержи­вает два режима: более медленный 48-байтовый режим, где в каждом пакете для передачи чистых данных имеется 48 байт, и 1014-бай­товый, более сложный в реализации. Чтобы обеспечить надежную передачу и управление потоком для традиционно больших объемов данных, передаваемых по асинхронному ка­налу, обычно используется дополнительный транспортный протокол (протокол канального уровня); он реализуется в слое драйвера на бо­лее высоком уровне. Это либо протокол MOST High (МНР), специально разработанный для шины MOST, или обычный протокол TCP/IP, размещаемый в соответствующем адаптацион­ном слое — асинхронного управления доступом к среде MOST (MAMAC).

Топология шины MOST

 

Кольцевая структура шины MOSTШина MOST имеет кольцевую структуру (рис. «Кольцевая структура шины MOST» ). Это система потока данных от одной точки к нескольким (т.е. поток данных имеет один источник и несколько получателей) и поэтому все устройства используют общую системную частоту, получаемую из потока данных. Таким образом, устройства синфазны и могут пере­давать все данные синхронно. Это позволяет обойтись без механизмов буферизации и обра­ботки сигналов. Определенное устройство вы­полняет роль «синхронизатора» и генерирует фреймы данных, используемые для передачи данных, с которыми синхронизируются другие устройства.

Адресация

 

Обращение к устройствам на шине MOST про­исходит через 16-битовый адрес. Существуют различные типы адресации: логическая, фи­зическая и групповая адресация для одновре­менного обращения к определенной группе блоков управления.

Административные функции MOST

 

Стандарт MOST определяет механизмы управ­ления, необходимые для работы системы MOST. Эти механизмы описаны ниже.

Сетевое ведущее устройство

 

Сетевое ведущее устройство реализуется посредством маркированного устройства в системе MOST и отвечает за конфигурацию системы. В современных системах сетевое ведущее устройство обычно реализуется с использованием головного устройства (т.е. панели управления) информационно­-развлекательной системы. Зачастую это устройство одновременно является синхро­низатором. Другие устройства системы MOST в этом контексте называют ведомыми.

 

 

Подключающее ведущее устройство

 

Подключающее ведущее устройство управляет синхронными подключениями, существую­щими в системе MOST в любой отдельно взятый момент.

Прикладной уровень MOST

 

Для передачи команд управления, информа­ции о состоянии и событий стандарт MOST определяет соответствующий протокол на уровне приложений. Этот протокол позволяет инициировать определенную функцию интер­фейса приложения (т.е. функционального блока), обеспечиваемую любым устройством в системе MOST.

Протокол для управляющих сообщений MOST включает следующие элементы управ­ляющего сообщения:

  • Адрес устройства в системе MOST (DevicelD);
  • Идентификатор функционального блока (FBIockID), реализованного этим устрой­ством и его идентификатор в системе MOST (InstID);
  • Идентификатор для функции, вызываемой в рамках функционального блока (FunctionID);
  • Тип операции (ОрТуре).

 

Функциональный блок

 

Функциональный блок (FBIock) определяет интерфейс определенного приложения или системного сервиса. Каждый получатель и ис­точник мультимедийных данных соотносится с функциональным блоком, предоставляю­щим соответствующие функции для их ад­министрирования. Поэтому функциональный блок может иметь несколько источников и получателей, пронумерованных номерами источников и получателей.

Функциональный блок имеет функции, предоставляющие информацию о количестве и типе источников и получателей (SyncDatalnfo, Sourcelnfo и Sinklnfo). Каждый функциональ­ный блок с каким-либо источником имеет функцию «размещения» для запроса синхрон­ного канала и подключения к нему источника. Соответственно, функциональный блок с по­лучателем имеет функцию «подключение» для подключения получателя к определенному синхронному каналу и функцию «отключение» для разрыва этого подключения.

Обращение к функциональному блоку осу­ществляется через 8-битовый идентификатор FBIockID, определяющий тип блока, и допол­нительный 8-битовый идентификатор InstID.

Классы функций

 

Для стандартизации способа, которым опреде­ляются функции, стандарт MOST предусматри­вает ряд классов функций. Они определяют свойства функции и допустимые операции.

Области применения MOST

 

Наряду с определением нижних уровней, не­обходимых для передачи данных, стандарт MOST определяет интерфейсы для типичных областей применения в области автомо­бильных информационно-развлекательных систем, например, CD-чейнджера, усилителя или радиоприемника.

Функциональные блоки, определенные ор­ганизацией MOST Cooperation, перечислены в каталоге функций.

Стандартизация MOST

 

Стандарт MOST поддерживается организацией MOST Cooperation, которая также публикует соответствующие спецификации. Специфика­ции можно найти на сайте MOST Cooperation.

Организация MOST Cooperation была учреж­дена в 1998 году концернами BMW, Daimler, Becker Radio и OASIS Silicon Systems с целью стандартизации технологии MOST.

 

 

Оптические волокна (оптические волноводы)

 

Оптические волокна пропускают электромаг­нитные волны в ультрафиолетовом (УФ), види­мом и инфракрасном (ИК) диапазонах спектра. Они изготавливаются из кварца, стекла или полимеров, обычно в виде волокон с сердце­виной, коэффициент преломления которой выше, чем у оболочки. Таким образом, попа­дающий луч света проходит в зону сердцевины и удерживается в ней за счет рефракции или полного отражения. В зависимости от харак­тера изменения коэффициента преломления, различают четыре типа волокон:

  • Со ступенчатым изменением преломления и резко выраженной границей между серд­цевиной и оболочкой;
  • С плавным изменением коэффициента пре­ломления в зоне сердцевины;
  • С очень небольшим диаметром сердцевины (одномодовое волокно);
  • С заполненными воздухом капиллярами, расположенными вокруг сердцевины че­рез определенные промежутки (волокно со световым кристаллом).

 

В зависимости от расположения кривая по­казателя преломления может иметь вид кри­вой со ступенчатым изменением преломления или кривой одномодового волокна. Полимер­ные волокна бывают только со ступенчатым изменением преломления.

Свойства оптического волокна

 

Стеклооптическое волокно имеет высокую сте­пень прозрачности в переходном диапазоне от УФ к ИК. Особо низкое затухание наблюдается при длинах волн 850, 1310 и 1550 нм. Синте­тические волокна поглощают волны длиннее 850 и короче 450 нм. Разности дисперсии и продолжительности распространения различ­ных мод вызывают возрастающее расширение импульсов, поскольку увеличение длины во­локна ограничивает ширину полосы частот. В волокнах со световыми кристаллами путем соответствующего микроструктурирования сердцевины можно влиять на рассеяние и эффективность нелинейных эффектов для достижения нужных результатов.

Световоды могут быть использованы в диапазоне рабочих температур от -40 °С до 135 °С; специальные волокна работоспособны до 800 °С.

Применение световодов в автомобилях

 

Затухание изгиба на 3600 в зависимости от радиуса изгибаОсновной областью применения световодов является передача данных. Синтетические кабели предпочитаются для LAN (локальных сетей) и шины MOST в автомобилях. Необхо­димое соответствие радиусов изгиба означает, что установка в автомобилях является кри­тичной. Если радиус изгиба слишком мал, то затухание будет слишком большим (рис. «Затухание изгиба на 3600 в зависимости от радиуса изгиба» ).

Оптические волокна все чаще использу­ются в автомобильных лампах и датчиках. Волоконно-оптические датчики не создают полей рассеяния, не образуют искр, не чув­ствительны к помехам.

В следующей статье я расскажу об электронной архитектуре в автомобилестроении.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *