MOST-Bus

Der Media Oriented Systems Transport (Klasse D), gegründet 1998, hat eine wachsende Bedeutung im Bereich Infotainment, zuerst eingeführt ab etwa 2003 in der Fahrzeug-Oberklasse. Während der schnellste CAN-Bus theoretisch 1 MBit/s schafft, unterscheidet man MOST 25, MOST 50 und den 2012 im Audi A3 vorgestellten MOST 150, wobei die Zahl den theoretisch möglichen Betrag in MBit/s bezeichnet. In der Praxis wird bei MOST 25 z.B. mit 21,2 bis 24,8 MBit/s übertragen.

Hohe Übertragungsgeschwindigkeiten sind nötig, damit z.B. ein Stereoton- und Bildsignal so übertragen wird, dass nichts ruckelt. Zusätzlich müssen über den gleichen Bus z.B. verschiedene Videos gleichzeitig übertragbar sein. Obwohl es inzwischen für bestimmte MOST-Geschwindigkeiten auch elektrische Kabel gibt (MOST 50), geht es in der Praxis offensichtlich (noch) nicht ohne Lichtwellenleiter.

Neben dem geringeren Gewicht sind vor allem die enorme Geschwindigkeit des Lichts und die absolute Unempfindlichkeit gegenüber Störeinflüssen wie z.B. magnetische Wellen beeindruckend. Nachteilig sind vielleicht ein vergleichsweise hoher Leistungsverlust (Dämpfung) und eine inzwischen aber durch den Einsatz von Kunststoffleitungen kaum noch störende Begrenzung im Biegeradius. Der Dämpfung begegnet man mit immer wieder neuer Signalaufbereitung in jedem Steuergerät.

Beim MOST-Bus ist also von optischen Transceivern auszugehen, die ankommende Lichtwellen über Fotodioden in elektrische Signale umwandeln und diese dann verstärkt über rotes Licht (650 nm) abgebende Dioden (als Repeater) weitergeben. Eine Fotodiode hat einen P-N-Übergang, auf den durch ein Fenster oder optische Faser Licht fallen kann. Sollen Lichtsignale besonders schnell erfasst werden, wird sie in erhöhter Sperrspannung betrieben.

Im Prinzip kann dann ein solcher MOST-Bus insgesamt so lang sein, wie er will, er darf nur nicht zu lang zwischen einzelnen Transceivern sein. Zwischen dem Ausgang des vorigen und Eingang des nächsten Transceivers sind trotzdem mehrere Meter möglich.

Wie z.B. beim CAN-Bus gibt es adressierte Signale (16 Bit), die aber in jedem Fall nicht nur quittiert, sondern auch weitergeleitet werden müssen. Das PMMA (Polymethylmethacrylat) im Kern des klassischen Lichtwellenleiters kennt man auch unter der Bezeichnung Plexi- oder Acrylglas (Thermoplast). Dieser Stoff hat im Gegensatz zu heute im Kfz gebräuchlichen optischen Fasern gewisse Einschränkungen beim Biegeradius. Radien von unter 25 mm sind nicht erlaubt.

Diese Radien haben aber auch etwas mit der Lichtdurchleitung zu tun. Sie geschieht nämlich durch sogenannte Totalreflexion an der Grenzfläche zur nächsten, den inneren Kern umgebenden schwarzen Schicht. Hier wird also alles Licht zurückgeworfen, reflektiert bis zum nächsten Auftreffen auf die Randschicht. Wenn die Anzahl der Reflexionen in Biegungen zunimmt, wird die Dämpfung größer.

Der Zugriff auf andere Busse ist nötig, wenn z.B. bei höherer Geschwindigkeit die Lautstärke des Audio-Systems verändert werden soll.

Zu enge Biegungen können das Prinzip der Totalreflexion auch teilweise aufheben, indem eben doch durch einen zu steilen Einfallwinkel Lichtenergie verloren geht. Wie gut auch, dass zu jedem Lichtwellenleiter nur zwei Steckkupplungen gehören, denn die können u.U. mehr Dämpfung erzeugen als die gesamte Leitung dazwischen. Dämpfung ist im Prinzip das Verhältnis zwischen Sende- und Empfangsleistung.

Allerdings spielt hier noch der Logarithmus eine Rolle. Übrigens immer dann, wenn eine besonders drastische Steigerung noch mit einigermaßen kontinuierlich steigenden Zahlenwerten beschrieben werden soll. 3 dB Dämpfung bedeuten also schon 50 Prozent Verlust. Dämpfungen von Steckern und Leitung können addiert werden. Wir kommen darauf später zurück, wenn ein Lichtwellenleiter repariert werden soll.

Nach der Bus- oder Sternstruktur beim CAN-Bus lernen wir jetzt den ringförmigen Aufbau kennen. Hierbei ist auch die Festlegung einer Senderichtung wichtig. So wird die Botschaft im Kreis weitergegeben. Ein Teilnehmer der bis 64 möglichen ist immer der Master und erzeugt die Botschaft oder deren Rahmen, andere können einfügen. So ähnelt der bisher schnellste Bus dem langsamsten, dem LIN-Bus.

Grundsätzlich unterscheiden sich Blockstruktur und Übertragungsrate für die Botschaften von MOST 25 und 50 nicht, nur der Datenkopf (Header) ist bei MOST 25 kleiner. Bei beiden dient der erste Teil der Synchronisation. Er wird Präambel (Preamble - Einleitung) genannt und ist 4 Bits lang. 16 Botschaften (Frames) bilden einen Block. Der Anfang eines Blocks ist durch eine im ersten Bit abweichende Präambel gekennzeichnet.

Auf die Präambel folgt die Festlegung der Kanallängen (Boundary Descriptor). Mit 4 beschreibt er die Länge des nachfolgenden synchronen Kanals. Der ist mindestens 24 Bytes lang, kann aber auch die ganzen, für Nutzdaten zur Verfügung stehenden 60 Byte füllen. Dann ist überhaupt kein Byte für den asynchronen Kanal mehr übrig. Diese Aufteilung zwischen synchronem und asynchronem Kanal gilt für den ganzen Block.

Eine Botschaft dauert 22,67 µs (0,00002267 s), was also 44.111 Bitzeiten pro Sekunde (44,1 kHz) entspricht. Damit passt ihre Länge zur Abtastfrequenz älterer CD- Spieler, während neuere DVD-Spieler mit 48 kHz arbeiten. Entsprechende Änderungen in der Spezifikation des MOST-Busses sind schon erfolgt.

Die vom CD-Spieler 44.111 Mal pro Sekunde abgetasteten je 16 Bit für die rechte und linke Stereoseite ergeben also 32 Bit oder 4 Byte an zu übertragenden Daten. Da sind dann noch 56 Byte je Botschaft übrig. Jede Botschaft kann also maximal die Audiodaten von 15 CD-Spielern gleichzeitig, unkomprimiert und ohne Zeitverzögerung transportieren. Da fragt man sich, wozu überhaupt noch MOST 50/150 nötig ist, aber denken Sie einmal an bis zu 6 Dolby-Kanäle und Videos mit hohen Ansprüchen an die Auflösung.

Jeweils 8 Bit (1 Byte) im synchronen Bereich können vergeben werden. Mehrere von denen ergeben einen logischen Kanal, dessen Zusammensetzung sich nur nach den Bedürfnissen der zu übertragenden Daten richtet. Für deren Übertragungsdauer bleiben also die Daten für einen Teilnehmer reserviert. Nach dem Beispiel oben bei zweimal 16 Bit pro Seite wären also für diese Stereoübertragung 4 Datenkanäle nötig, so lange, wie die Überspielung dauert.

Wie das Beispiel oben weiter zeigt, würde für die Übertragung die (Teil-)Belegung des synchronen Datenteils bei weitem ausreichen, zumal er ja auf Kosten des asynchronen verlängerbar wäre. Die Daten werden so weitergegeben, wie sie entstehen. Sollte das einmal nicht möglich sein, z.B. bei plötzlichem Bedarf an großen Datenmengen (z.B. für Navigation) im asynchronen Bereich, können diese auch auf mehrere einander folgende Blocks aufgeteilt werden.

Im asynchronen Kanal geht es im Gegensatz z.B. zur Abspielung einer CD um unregelmäßige Daten, die übertragen werden müssen, Bilder verschiedener Größe in ungleichen Abständen oder gesprochene wie geschriebene Texte. Da können auch kleinere Steuerungsbefehle drinstecken.

Die Teilnehmer am MOST-Bus sind nicht gleichberechtigt, denn es gibt einen Network Master, der meist auch das Timing bestimmt und an dessen Takt sich alle anderen anpassen müssen. Solange das nicht gelingt, gibt ein einzelner die im Ring laufenden Daten ohne besondere Kenntnisnahme weiter (Bypass), um die reibungslose Datenübertragung nicht zu stören.

Da nach dem Master die Teilnehmer durch zu unterschiedlich lange dauernde Synchronisation erst einer nach dem anderen im Netz auftauchen, werden deren Adressen bei jedem Neubeginn auch neu vergeben. Das sind die logischen Adressen, zu denen es aber auch noch physikalische, Gruppen- und Broadcast-Adressen gibt.

Bei Komplettausfall eines Teilnehmers kommt auch die Datenübertragung über den optischen Bus vollständig zum Erliegen. Auch deshalb gibt es noch einen Eindraht-Ring, der mit etwa 0,5 MBit/s arbeitet. Hierüber sind dann z.B. Fehlermeldungen möglich. 16 mal 2 Byte bilden den Rahmen über diesen Bus, bei dem wieder Regeln dafür sorgen, dass nicht ein Teilnehmer diesen allein belegt.

Es gibt also einen Master und Slaves. Ersterer verwaltet z.B. die verschiedenen Adressen der Slaves und hat Überblick im Bus. Er hilft beim Aufbau von Verbindungen zwischen den Slaves, z.B. indem er Anfragen nach bestimmten Adressen beantwortet. Damit verwaltet er diese auch und verhindert doppelte Ausgabe der gleichen Adresse. Durch die Zuteilung von Adressen kann er Slaves von der Teilnahme am Datenverkehr ausschließen.