Характеристики некоторых автомобильных шин не в состоянии обеспечить передачу больших массивов видеоинформации, поэтому производителям пришлось обратить свой взор на то, как эта задача решена в глобальных сетях. Так родилась волоконно-оптическая систем передачи данных. Аббревиатура этой современной системы передачи данных происходит от сокращения названия "Media Oriented Systems Transport (MOST) Cooperation".
Данный стандарт принят у автопроизводителей и согласован с разработчиками программного обеспечения (ПО) и поставщиками мультимедийного оборудования. Протокол устроен таким образом, что в нем используется адресная передача определенному устройству, являющемуся получателем.
В немецких автомобилях развлекательная система,обеспечивающая передачу большого информационно-развлекательного контента, называется Infotainment (от сокращения Informations- und Entertainment).
Скорость передачи данных по шине MOST
Ничего более приемлемого из доступных на сегодня технологий, чем использование оптоволокна для передачи огромного потока информации в цифровом формате с максимальной скоростью на рынке нет. Поэтому производители автомобилей используют то, что надежно работает в системах связи и телевидения.
Чтобы транслировать цифровой ТВ сигнал со стереозвуком, необходима скорость около 6 Мбит/с.
Принятый стандарт позволяет по шине MOST передавать информацию со скоростью до 21,2 Мбит/с. Проверенная на практике высокая помехоустойчивость и надежность как нельзя лучше подходят для применения в автомобиле, где присутствуют сильные электромагнитные помехи. Кроме того, оптоволоконная шина сама никаких помех не создает, что очень важно для надежности автомобиля в целом. Применение данной технологии позволяет отказаться от множества проводов, необходимых для передачи аналоговых сигналов, и значительно уменьшить вес.
Блоки управления и компоненты шины MOST
Приведем основные компоненты, из которых состоит шина MOST (рис. 1).
Рис. 1. Схема расположения блоков управления шины MOST
- Световод (LWL). Собственно проводник, идущий от одного блока управления к другому по кольцевой схеме.
- Оптический разъем (штекер). По сути, это оптическое штекерное соединение. С его помощью световые сигналы попадают в блок управления и транслируются к следующему устройству, сопряженному с шиной MOST.
- Электрический разъем. Обеспечивает подачу питания, процедуру диагностики цепи на наличие разрыва при центральном сопряжении всех блоков управления.
- Внутренний источник питания. Обеспечивает подачу питания к каждому узлу данного блока. При необходимости в режиме экономии (спящем режиме) он позволяет отключать питание отдельных компонентов в блоке управления для уменьшения потребления.
- Приемопередатчик или волоконно-оптический трансмиттер (FOT). Как и во многих бытовых устройствах, он представляет собой оптрон. При приеме сигнала поступающие от светодиода световые сигналы преобразовываются фотодиодом (фототранзистором) в импульсное напряжение, которое далее подается на MOST-трансивер.
При передаче сигнала от блока управления светодиод обеспечивает обратное преобразование импульсного напряжения от MOST-трансивера в световой сигнал, который поступает в световод. Длина волны выработанных световых волн составляет от 650 нм (визуально воспринимается их как красный свет). Данные передаются как последовательность световых импульсов, и этот модулированный свет направляется через световод к следующему блоку управления.
- MOST-трансивер. Он состоит из двух компонентов - трансмиттера и ресивера (приемника и передатчика). Трансмиттер отправляет посылаемые телеграммы в форме импульсного напряжения на волоконно-оптический трансмиттер.
Ресивер принимает сигналы (импульсное напряжение), анализирует и, если они предназначены этому блоку управления, то транслирует принятые данные к центральному процессору блока управления.
Телеграммы, предназначенные другим блокам управления, направляются через трансивер без изменений, они посылаются на следующий блок управления.
При этом передачи данных на центральный процессор не происходит.
- Стандартный микроконтроллер (центральный процессор). Он является центральным процессором блока управления и управляет всеми его функциями.
- Компоненты блока. Эти компоненты предназначены для выполнения функций, характерных для конкретного блока управления, например, CD-дисковода, тюнера и т.д.
Структура шины MOST
Главной особенностью шины MOST является ее кольцевая структура (рис. 2). Блоки управления посылают данные в одном направлении по световоду к следующему блоку управления по кольцу. Этот процесс продолжается до тех пор, пока эти данные снова не вернутся в тот же блок управления, который их и отправлял. На этом кольцевая цепь замыкается. Диагностика шины MOST осуществляется через диагностический интерфейс и при помощи CAN-диагностики.
Рис. 2. Кольцевая структура шины MOST
Системный администратор
Для управления работой системы шины MOST служат системный администратор и администратор диагностики. Приведем основные функции системного администратора:
- управление состояниями системы;
- отправка телеграмм шины MOST;
- управление пропускной способностью передачи данных.
Состояния системы шины MOST
Спящий режим (Sleep)
Обмен данными в шине MOST не происходит. Приборы, подключенные к шине, находятся в режиме готовности и могут быть активированы оптическим запускающим импульсом от системного администратора. Потребляемый ток имеет минимальное значение. Для активации спящего режима необходимы следующие условия:
- все блоки управления в шине MOST подают сигналы о своей готовности переключиться в спящий режим;
- через разъем Gateway не поступает никаких запросов от других шин;
- диагностика не проводится.
Кроме названных условий шина MOST может переключаться в спящий режим администратором батареи через разъем Gateway при разряженной стартерной батарее, а также при активации режима транспортировки через диагностический тестер.
Режим готовности Standby
Система шины MOST активирована и находится в режиме ожидания Standby.
При этом у водителя создается впечатление, что система выключена, потому что не активированы все устройства вывода информации (дисплей, радиоусилитель, и т.п.). Этот режим активируется при пуске автомобиля, а также при холостой работе системы.
Кроме этого, система шины MOST активируется в следующих случаях:
- через разъем Gateway другими шинами данных (например, открыванием двери водителя, переводом зажигания в положение EIN (вкл.);
- активация блоком управления в шине MOST, например, входящим телефонным вызовом.
Рабочий режим (Power-ON)
В этом режиме блоки управления полностью включены. По шине MOST происходит обмен данными. Пользователь располагает всем спектром функций.
Условия для рабочего режима (Power-ON):
- система шины MOST находится в режиме готовности (Standby);
- система активируется другими шинами данных через разъем Gateway, например, активирован дисплей;
- система активируется пользователем.
Отрезки телеграмм
Системный администратор посылает по кольцевой шине MOST отрезки телеграмм (фреймы) с тактовой частотой 44,1 кГц. Тактовый сигнал необходим для синхронной передачи данных.
Частота 44,1 кГц соответствует тактовой частоте, используемой в бытовых устройствах (CD-, DVD-плееры, DAB-радио)и,таким образом, делает возможным подключение этих приборов к шине MOST.
Один отрезок телеграммы (фрейм) имеет длину 64 байта (рис. 3). Каждый байт состоит из 8 бит. Структура любого фрейма такова: начальное поле, поле ограничения, поле данных, два контрольных байта, поле состояния и поле четности.
Рис. 3. Структура фрейма (отрезка телеграммы)
Начальное поле, называемое также преамбулой, обозначает начало фрейма. У каждого фрейма блока есть свое собственное начальное поле, его длина - 4 бита.
Поле ограничения предназначено для четкого разграничения начального поля и следующих за ним поля данных. Его длина также 4 бита.
Иными словами первый байт каждого отрезка занимает начальное поле и поле ограничения.
Далее идет поле данных, в котором шина MOST передает до 60 байтов информации на блоки управления.
Различаются два типа передачи данных:
- синхронная передача звука и видео;
- асинхронная передача изображений, расчетной и текстовой информации.
Разделение полей данных является плавающим. Объем поля данных для синхронных данных составляет от 24 до 60 байт (рис. 4). Передача синхронных данных имеет более высокий приоритет, чем передача асинхронных . Асинхронные данные вносятся в зависимости от адресата (отправителя/получателя) и посылаются на приемник в пакетах по 4 байта (квадлеты), объем этих данных может составлять от 0 до 36 байт.
Рис. 4. Передача синхронных и асинхронных данных
Два контрольных байта в каждом фрейме передают:
- адрес приемопередатчика (идентификатора);
- команды управления на приемник (например, "громче/тише" для усилителя).
Контрольные байты из фреймов в контрольных блоках составляются в один контрольный фрейм. Один блок состоит из 16 фреймов (рис. 5). В контрольном фрейме содержатся данные управления и диагностики, которые должны передаваться от отправителя к получателю. Это интерпретируется как адресная передача данных, например: отправитель - блок управления передней информационно-командной панели; получатель - усилитель; управляющий сигнал - "громче/тише".
Рис. 5. Блок контрольных байтов фрейма
Поле состояния фрейма содержит информацию для получателя об отправке фрейма.
При помощи поля "паритета" (поле четности) фрейм в последний раз проверяется на полноту данных.
Протекание процессов в шине MOST
Пуск системы (Wake-up)
Если шина MOST находится в спящем режиме (Sleep), то процесс пробуждения Wake-up сначала переводит систему в режим ожидания Standby. Если шину MOST активирует один из блоков управления (а не системный администратор), то он посылает модулированный световой сигнал Slave на следующий блок управления. Благодаря приемопередающему блоку, активному в спящем режиме Sleep, следующий в кольцевой структуре блок управления прини-мает световой сигнал Slave и транслирует его дальше, пока сигнал не достигнет системного администратора. мает световой сигнал Slave и транслирует его дальше, пока сигнал не достигнет системного администратора. Принимая световой сигнал Slave, системный администратор инициирует команду на пуск системы. Для этого он отправляет модулированный световой сигнал Master к следующему блоку управления. Все блоки управления транслируют этот световой сигнал Master дальше по кругу. Приняв свой световой сигнал Master в оптоволоконном трансмиттере, системный администратор понимает, что кольцо замкнуто и начинает отправку фреймов.
В первых отрезках телеграммы блоки управления получают команду на самоидентификацию. На основании результатов идентификации системный администратор посылает актуальную последовательность (фактическую конфигурацию) на все блоки управления, включенные в кольцевую структуру, что делает возможным адресную передачу данных. Администратор диагностики сравнивает зарегистрированные блоки управления (фактическая конфигурация) с сохраненным списком встроенных блоков управления (номинальная конфигурация). Если фактическая конфигурация не совпадает с номинальной, администратор диагностики делает соответствующую запись в накопителе ошибок. Процесс пробуждения Wake-up на этом завершается и может начаться передача данных.
Передача синхронных данных - звука и видео
Рассмотрим пример синхронной передачи данных на примере проигрывания музыкального CD (см. рис. 6). Пользователь при помощи пульта управления мультимедиа, а также устройства отображения информации выбирает название желаемой записи на музыкальном CD. Пульт управления передает при помощи шины данных управляющие сигналы на блок управления передней информационно-командной панели - системный администратор. После этого системный администратор добавляет в постоянно посылаемые фреймы блок телеграммы с контрольными данными (16 фреймов):
Рис. 6. Управление данными при синхронной передаче
Адрес отправителя: блок управления передней информационнокомандной панели, позиция 1 в кольцевой структуре.
Адрес приемника источника данных: CD-дисковод, позиция его в кольцевой структуре зависит от расположения и комплектации.
Команды управления: воспроизвести запись 10; распределить каналы передачи данных.
CD-дисковод (источник данных) устанавливает, какие байты в поле данных отвечают за передачу его данных. После этого он добавляет блок с контрольными данными.
Адрес отправителя источника данных: CD-дисковод, позиция его в кольцевой структуре зависит от расположения и комплектации.
Адрес приемника системного администратора: блок управления передней информационно-командной панели, позиция 1 в кольцевой структуре
Команда управления: передача данных музыкального контента CD в каналы 01, 02, 03, 04 (стерео).
Управление данными при синхронной передаче
После предыдущих событий блок управления передней информационно-командной панели при помощи блока с контрольными данными посылает следующую телеграмму.
Адрес отправителя: блок управления передней информационнокомандной панели, позиция 1 в кольцевой структуре.
Адрес приемника: блок управления цифрового звукового пакета Digital Sound Paket, позиция в кольцевой структуре зависит от расположения.
Команды управления:
- прочитать данные из каналов 01, 02, 03, 04 и воспроизвести через громкоговорители;
- актуальные звуковые параметры (громкость, микшер, баланс, тембр и т.д.);
- выключить бесшумное включение;
- воспроизвести музыку.
Данные музыкального CD остаются сохраненными в поле данных до тех пор, пока фрейм вновь не достигнет по кольцу CD-дисковода, т.е. источника данных. Только теперь данные заменяются новыми, и цикл повторяется снова. Это позволяет каждому устройству вывода (звуковой пакет Sound Paket, разъемы для наушников) в шине MOST применять синхронные данные. Системный администратор при помощи отправки соответствующих контрольных данных определяет, какое устройство принимает и обрабатывает эти данные.
Каналы передачи данных
Для передачи звука и видео требуется несколько байтов в каждом поле данных. Источник данных резервирует число байтов в соответствии с видом сигнала. Зарезервированные байты обозначаются как каналы. Один канал содержит один байт данных. Для звуковых сигналов резервируется следующее количество каналов: моно - 2, стерео - 4, surround - 12.
Резервирование этих каналов делает возможной одновременную передачу синхронных данных от нескольких источников данных.
Передача асинхронных данных - изображения, текста и функций
Данные для составления карт системы навигации, навигационных расчетов, интернет-страничек, электронной почты E-mail, передаются асинхронно (рис. 7).
Рис. 7. Управление данными при асинхронной передаче
Источники асинхронных данных передают их через нерегулярные промежутки времени. Помимо этого, каждый источник сохраняет свои асинхронные данные в буферной памяти. Источник данных теперь ожидает получения блока телеграмм с адресом приемника. Источник вносит данные в блок телеграмм, а именно - в свободные байты поля данных. Данные вносятся пакетами (квадлетами) по 4 байта каждый. Приемник считывает пакеты данных в поле данных и производит оценку информации. Асинхронные данные остаются в полях данных до тех пор, пока блок телеграмм вновь не достигнет источника данных. Источник данных забирает данные из полей данных и заменяет их новыми.
Диагностика шины MOST
Администратор диагностики
Как уже отмечалось, кроме системного администратора у шины MOST есть администратор диагностики. Он осуществляет диагностику обрыва контура цепи и передает данные диагностики блоков управления, включенных в шину MOST, на диагностический тестер.
Сбой системы
Если в каком-либо месте шины MOST передача данных будет нарушена, то в силу кольцевой структуры шины это говорит об обрыве контура цепи Ringbruch.
Причинами обрыва контура цепи могут быть следующие:
- обрыв световода;
- сбои в подаче питания на блок управления отправителя или приемника;
- повреждения в приемопередающем блоке отправителя или приемника.
Диагностика обрыва контура цепи Ringbruch
Ввиду того что при обрыве контура цепи передача данных в шине MOST невозможна, то обрыв диагностируется при помощи диагностической проводки (рис. 8). Диагностическая проводка подключена к каждому блоку управления шины MOST через центральный соединитель проводов. Для локализации обрыва контура цепи необходимо провести диагностику обрыва контура цепи, она является составной частью диагностики исполнительных элементов администратора диагностики.
Рис. 8. Диагностическая проводка шины MOST
Признаки обрыва контура цепи:
- при воспроизведении пропадает звук и видеоизображение;
- не работает управление и ввод параметров через пульт управления;
- в накопитель ошибок администратора диагностики записывается сообщение "Optischer daten-bus Unterbrechung" (обрыв оптической шины данных).
После начала диагностики обрыва контура цепи администратор диагностики посылает по диагностической проводке импульс на блоки управления. На основе этого импульса все блоки управления при помощи своих передатчиков в волоконно-оптическом трансмиттере посылают световые сигналы.
При этом все блоки управления проверяют следующие позиции:
- свое энергоснабжение, а также свои внутренние электрические функции;
- прием световых сигналов от предыдущего блока управления в кольцевой структуре шины.
Каждый блок управления, включенный в шину MOST, отвечает через промежуток времени, установленный его программным обеспечением. На основании промежутка времени между началом диагностики обрыва контура цепи и ответом блока управления, администратор диагностики распознает, какой именно блок управления дал ответ.
Блоки управления шины MOST после начала диагностики обрыва контура цепи выдают два информативных пункта:
1. Электрическая часть блока управления в порядке. Это означает что функции блока управления выполняются, соответственно, и питание блока в норме.
2. Оптическая часть блока управления в порядке. Это означает что его фотодиоды принимают световой сигнал от блока управления, находящегося перед ним в кольцевой структуре шины.
Благодаря этой информации администратор диагностики распознает, есть ли в системе сбой электрического характера(сбой в электроснабжении) или между какими блоками управления прервана оптическая передача данных.
Диагностика обрыва контура цепи с увеличенным затуханием
Диагностика обрыва контура цепи делает возможным лишь распознавание обрыва в передаче данных. При диагностике исполнительных элементов администратора диагностики проводится дополнительно диагностика обрыва контура цепи с сокращенной мощностью светового сигнала для распознавания увеличенного затухания (рис. 9). Диагностика обрыва контура цепи с сокращенной мощностью светового сигнала соответствует описанной выше. Блоки управления включают свои светодиоды в волоконно-оптическом трансмиттере с затуханием 3 dB, т.е. с сокращенной на половину мощностью светового сигнала. Если у световода увеличенное затухание, то на приемник приходит световой сигнал с низким уровнем. Приемник выдаст сообщение "Optisch nicht in Ordnung" (оптическая часть не в порядке). Таким образом, администратор диагностики распознает место повреждения, и диагностический тестер выдает соответствующее сообщение.
Рис. 9. Диагностика обрыва контура цепи с увеличенным затуханием
Литература
1. Николай Пчелинцев. CAN-шина в современных автомобилях. "Ремонт и Сервис", 2009, №4.
2. Михаил Митин. Применение локальной шины LIN в современном автомобиле. "Ремонт и Сервис", 2010, №1.
3. Servise Audi. Новые технологии обмена данными - LIN, MOST, BluetoothTM. Программа самообучения 286.
Автор: Михаил Митин (г. Москва)
Источник: Ремонт и сервис