汽车的智能神经网络如何构建？

在汽车智能化的进程中，除了车载CPU、显示屏以及传感器的升级外，还有一个不可或缺的组成部分：总线系统。汽车解码之前在介绍特斯拉底盘时，曾涉及过Model S内部的总线设计。

本文，我们来了解下总线到底是什么?以及它为何对汽车智能化如此重要?简单来讲，如人的大脑要发号指令，需要神经系统去传递信息一样，汽车也有自己的“神经网络”。

ECU无处不在

最常见的“神经网络”叫做CAN Bus，Bus即总线的意思。CAN总线是目前最常见，也是最普及的一种汽车内部通讯协议，它最早由博世集团制定。目前，除了一些非常低端的车型，大部分量产车都采用了CAN作为通讯标准通讯协议。

CAN本身并不是所谓的“神经网络”，它只是这个网络内部各个节点之间对话的语言，就如同两台远程计算机之间，可以通过HTTP或FTP进行对话一样。在一辆现代化的汽车上，大致有100~300个、甚至更多个ECU，即电子控制单元(Electric Control Unit)，来作为“神经节点”。

一辆汽车能否正常运营，就要看这些ECU之间是否配合融洽;而ECU数量的多少，也代表着汽车数字化程度的高低。现在，越来越多的机械零部件，被电控零部件所取代。比较典型的例子有转向助力：液压助力、电子液压助力、电子助力，再到线控转向。ECU已经被应用到了汽车的核心功能上。

这数百个ECU，在汽车内部组成了一个局域网。与外网不同，局域网的信息传输特点是，一个ECU发出的数据包，所有的节点都会接收到，但只有承担该数据包任务的节点，才会去执行命令。

举个例子，比如刹车灯。当监控刹车踏板的ECU，监测到踏板行程有变动时，就会通知监测尾灯的ECU。此时，该ECU控制尾灯，并将其通电点亮。这一个简单的操作，其实背后有至少2个ECU的配合。

此外，由于汽车模块化设计，ECU也分为了不同模块。比如，发动机有一个单独的ECU体系，叫做ECM(Engine Control Module )。这个模组由多个控制发动机不同功能的ECU组成，比如节气门的开合、燃油喷射剂量、涡轮介入时机等。

CAN负责组建局域网

要让所有的这些ECU之间相互配合，需要一个数据传输协议来作为“传令者”。CAN协议是其中之一，它的全称叫做Controllers Area Network。该协议诞生于1983年，是全球最大汽车零部件集团博世的独家专利。

CAN协议存在的意义是，它为汽车的电子化、数字化进程起到了巨大推动作用。借助CAN协议，汽车内部的数百个ECU，可以在没有主机(也就是车载CPU)的情况下组建一个局域网。1986年，SAE(汽车工程师协会)正式发表CAN协议标准。

其实，CAN总线是汽车产业与计算机产业有效配合的一个成功典范：在CAN标准被公布后的第二年，也就是1987年，英特尔与飞利浦开发出了全球第一款CAN总线适用的芯片(即ECU)。1988年发布的宝马8系，是全球第一款搭载CAN总线的量产车型。

CAN协议的普及，让汽车大幅度数字化，其意义不仅体现在汽车电子化程度的提升，也对于车辆的故障检修带来了革命性的变化。要知道，一辆现代化的汽车正常行驶，其需要的代码数量，要远超于一架波音747客机所需的。

OBD接口便是最直接的受益者，这个在1996年被美国政府强制推行的检修接口，通过采集CAN总线的各种数据，可以对车辆的运行状况做一个更精确的评估。甚至在逆向破解后，黑客通过CAN总线可以远程控制车辆。

但是，CAN并非是唯一的车用通讯协议。为了弥补CAN协议在某些方面的不足，汽车工业还研发出了很多其他协议，比如LIN协议。相比CAN，LIN的带宽要更小、承载的数据量更少，但同时成本也更低，适合应用于一些简单的ECU中，比如车窗升降等。

随着技术进步，汽车内部的数据量暴增。尤其是大屏幕的普及和流媒体技术的介入，让CAN总线在某些时候“力不从心”，已无法胜任工作。于是，更高级的通讯协议问世了，比如MOST、FlexRay、以太网等。

这些协议标准，拥有更大的带宽与更强的稳定性。其中，MOST是一种高速多媒体传输接口，专门为汽车内部的一些高码率音频、视频提供传输。FlexRay 也是一种高速协议，但不仅限于多媒体传输。在自动驾驶的奥迪A7中，位于后备箱的车载CPU(奥迪称之为zFAS)模组，就是依靠FlexRay协议来读取前置摄像头捕捉的数据。

至于以太网，这本不是专用于汽车技术的，而是计算机局域网的标准协议。与上述多种协议相比，以太网的传输速度是最快的。按照带宽划分，以太网可以分为标准以太网(10Mbit/s)、快速以太网(100Mbit/s)，以及10G(10Gbit/s)以太网。注意，与HTTP等超文本传输协议不同，以太网是物理层的标准。

目前总线协议最发达的车型，当属特斯拉Model S，该车采用了CAN、LIN，以及以太网三种标准，分别处理不同级别的数据。注意，虽然特斯拉有两个车载CPU(Nvidia Tegra处理器)，但其总线依然是局域网架构。

除上述这些总线协议外，汽车工业使用的局域网标准，还有诸如Byteflight、D2B、DC-Bus、IEBus、SPI，以及VAN等多种。这些协议由不同机构研发，打破了博世CAN协议的垄断。目前已经被部分汽车品牌应用到旗下车型，但都不如CAN协议普及。

其实，CAN协议不仅应用到汽车内部，某些外部场景也需要CAN协议的支持。最典型的就是OBD接口。通过这个接口，检修员可以读取到车辆的发动机运行状况、机油余量、里程数等信息。

通用、沃尔沃、特斯拉等车型支持远程控制，其原理就是手机发出的指令先到达服务器，然后被转发到车载通讯模块。车载通讯模块接收到指令后，再通过CAN总线将指令传达到各个ECU。

在电动车领域，充电接口其实也需要CAN总线的支持。无论是欧标还是美标的接口，其中有一项是CAN协议通讯接口。这一项的作用，是告诉充电桩电池目前有多少电，这个数据将从电池组的监控ECU上读取。[!--empirenews.page--]

随着汽车智能化的提升，CAN总线将更多的暴露到外网中，因此汽车信息安全成为了新的课题。比如特斯拉，就不只一次被车主和黑客成功破解。此外，隐私问题也因此而升级，当车辆这个局域网接入物联网时，你的一举一动都受到监控。这就要求，不仅车联网服务器提升安全级别，CAN总线也要从基本层面做好加密、认证、防伪等工作。