‧ 汽車的智慧神經網路如何構建？

騰訊數碼  劉琦

在汽車智慧化的進程中，除了車載CPU、顯示幕以及感測器的升級外，還有一個不可或缺的組成部分：匯流排系統。汽車解碼之前在介紹特斯拉底盤時，曾涉及過Model S內部的匯流排設計。

本文，我們來瞭解下匯流排到底是什麼？以及它為何對汽車智慧化如此重要？簡單來講，如人的大腦要發號指令，需要神經系統去傳遞資訊一樣，汽車也有自己的“神經網路”。

ECU無處不在

最常見的“神經網路”叫做CAN Bus，Bus即匯流排的意思。CAN匯流排是目前最常見，也是最普及的一種汽車內部通訊協訂，它最早由博世集團製訂。目前，除了一些非常低端的車型，大部分量產車都採用了CAN作為通訊標準通訊協訂。

CAN本身並不是所謂的“神經網路”，它只是這個網路內部各個節點之間，對話的語言，就如同兩台遠端電腦之間，可以通過HTTP或FTP進行對話一樣。在一輛現代化的汽車上，大致有100~300個、甚至更多個ECU，即電子控制單元（Electric Control Unit），來作為“神經節點”。

一輛汽車能否正常運營，就要看這些ECU之間是否配合融洽；而ECU數量的多少，也代表著汽車數位化程度的高低。現在，越來越多的機械零部件，被電控零組件所取代。比較典型的例子有轉向助力：液壓助力、電子液壓助力、電子助力，再到線控轉向。ECU已經被應用到了汽車的核心功能上。

這數百個ECU，在汽車內部組成了一個局域網。與外網不同，局域網的資訊傳輸特點是，一個ECU發出的資料包，所有的節點都會接收到，但只有承擔該資料包任務的節點，才會去執行命令。

舉個例子，比如刹車燈。當監控刹車踏板的ECU，監測到踏板行程有變動時，就會通知監測尾燈的ECU。此時，該ECU控制尾燈，並將其通電點亮。這一個簡單的操作，其實背後有至少2個ECU的配合。

此外，由於汽車模組化設計，ECU也分為了不同模組。比如，發動機有一個單獨的ECU體系，叫做ECM（Engine Control Module ）。這個模組由多個控制發動機不同功能的ECU組成，比如節氣門的開合、燃油噴射劑量、渦輪介入時機等。

 

CAN負責組建局域網

要讓所有的這些ECU之間相互配合，需要一個資料傳輸協訂來作為“傳令者”。CAN協議是其中之一，它的全稱叫做Controllers Area Network。該協議誕生於1983年，是全球最大汽車零組件集團博世的獨家專利。

 

CAN協議存在的意義是，它為汽車的電子化、數位化進程，起到了巨大推動作用。借助CAN協訂，汽車內部的數百個ECU，可以在沒有主機（也就是車載CPU）的情況下組建一個局域網。1986年，SAE（汽車工程師協會）正式發表CAN協議標準。

其實，CAN匯流排是汽車產業與電腦產業有效配合的一個成功典範：在CAN標準被公佈後的第二年，也就是1987年，英特爾與飛利浦開發出了，全球第一款CAN匯流排適用的晶片（即ECU）。1988年發佈的寶馬8系，是全球第一款搭載CAN匯流排的量產車型。

CAN協議的普及，讓汽車大幅度數位化，其意義不僅體現在汽車電子化程度的提升，也對於車輛的故障檢修帶來了革命性的變化。要知道，一輛現代化的汽車正常行駛，其需要的代碼數量，要遠超於一架波音747客機所需的。

 

OBD介面便是最直接的受益者，這個在1996年被美國政府強制推行的檢修介面，通過採集CAN匯流排的各種資料，可以對車輛的運行狀況，做一個更精確的評估。甚至在逆向破解後，駭客通過CAN匯流排可以遠端控制車輛。

但是，CAN並非是唯一的車用通訊協訂。為了彌補CAN協議在某些方面的不足，汽車工業還研發出了很多其他協議，比如LIN協議。相比CAN，LIN的頻寬要更小、承載的資料量更少，但同時成本也更低，適合應用於一些簡單的ECU中，比如車窗升降等。

隨著技術進步，汽車內部的資料量暴增。尤其是大螢幕的普及和流媒體技術的介入，讓CAN匯流排在某些時候“力不從心”，已無法勝任工作。於是，更高級的通訊協定問世了，比如MOST、FlexRay、乙太網等。

這些協議標準，擁有更大的頻寬與更強的穩定性。其中，MOST是一種高速多媒體傳輸介面，專門為汽車內部的一些高碼率音訊、影像提供傳輸。FlexRay也是一種高速協訂，但不僅限於多媒體傳輸。在自動駕駛的奧迪A7中，位於後備箱的車載CPU（奧迪稱之為zFAS）模組，就是依靠FlexRay協議，來讀取前置攝影機捕捉的資料。

至於乙太網，這本不是專用於汽車技術的，而是電腦局域網的標準協訂。與上述多種協訂相比，乙太網的傳送速率是最快的。按照頻寬劃分，乙太網可以分為標準乙太網（10Mbit/s)、快速乙太網（100Mbit/s），以及10G（10Gbit/s）乙太網。注意，與HTTP等超文字傳輸協定不同，乙太網是實體層的標準。

目前匯流排協訂最發達的車型，當屬特斯拉Model S，該車採用了CAN、LIN，以及乙太網三種標準，分別處理不同級別的資料。注意，雖然特斯拉有兩個車載CPU（Nvidia Tegra處理器），但其匯流排依然是局域網架構。

除上述這些匯流排協訂外，汽車工業使用的局域網標準，還有諸如Byteflight、D2B、DC-Bus、IEBus、SPI，以及VAN等多種。這些協議由不同機構研發，打破了博世CAN協訂的壟斷。目前已經被部分汽車品牌應用到旗下車型，但都不如CAN協訂普及。

 

其實，CAN協訂不僅應用到汽車內部，某些外部場景也需要CAN協訂的支援。最典型的就是OBD介面。通過這個介面，檢修員可以讀取到車輛的發動機運行狀況、機油餘量、里程數等資訊。

通用、富豪、特斯拉等車型支援遠端控制，其原理就是手機發出的指令先到達伺服器，然後被轉發到車載通訊模組。車載通訊模組接收到指令後，再通過CAN匯流排將指令傳達到各個ECU。

在電動車領域，充電介面其實也需要CAN匯流排的支援。無論是歐標還是美標的介面，其中有一項是CAN協訂通訊介面。這一項的作用，是告訴充電樁電池目前有多少電，這個資料將從電池組的監控ECU上讀取。

 

隨著汽車智慧化的提升，CAN匯流排將更多的暴露到外網中，因此汽車資訊安全成為了新的課題。比如特斯拉，就不只一次被車主和駭客成功破解。此外，隱私問題也因此而升級，當車輛這個局域網接入物聯網時，你的一舉一動都受到監控。

這就要求，不僅車聯網伺服器提升安全級別，CAN匯流排也要從基本層面做好加密、認證、防偽等工作。