FlexRay總線調(diào)研報告

1、文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持. FlexRay 總線調(diào)研報告 汽車電子已成為汽車行業(yè)的一個重要市場。 汽車電子行業(yè)最大的熱點(diǎn)就是網(wǎng) 絡(luò)化錯誤!未找到引用源。如今的汽車，已然是一個移動式的信息裝置，通過車 內(nèi)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以接收、發(fā)送并處理大量的數(shù)據(jù)，對某些狀況做出必要的反應(yīng)。 未來汽車的發(fā)展趨勢必然是自動化程度越來越高， 使汽車更安全、 更可靠、 更舒 適，這意味著在車內(nèi)使用更多的傳感器、 傳動裝置及電子控制單元， 這也將對車 載網(wǎng)絡(luò)提出更高的要求。針對未來汽車車載網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展要求，F(xiàn)lexRay應(yīng)運(yùn)而生。 FlexRay關(guān)注的是當(dāng)今汽車行業(yè)的一些核心需求，包括更快

2、的數(shù)據(jù)速率，更靈活 的數(shù)據(jù)通信，更全面的拓?fù)溥x擇和容錯運(yùn)算等。FlexRay的出現(xiàn)，彌補(bǔ)了既有總 線協(xié)議應(yīng)用在汽車線控系統(tǒng)或者同安全相關(guān)的系統(tǒng)時容錯性和傳輸速率太低的 不足，并將逐步取代 CAN 總線成為新一代的汽車總線 錯誤!未找到引用源。 1 FlexRay 總線介紹 1.1 車載網(wǎng)絡(luò)概述 現(xiàn)代科技推動了汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展， 早在 20世紀(jì)80年代國際上眾多 知名汽車公司就積極致力于汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究及應(yīng)用， 迄今為止， 已有多種網(wǎng) 絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。1994年，SAE車輛網(wǎng)絡(luò)委員會將汽車數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)劃分為 A、B、C等3 類。A類為面向傳感器/執(zhí)行器控制的低速網(wǎng)絡(luò)，B類為面向數(shù)據(jù)共享的中速網(wǎng) 絡(luò)

3、， C 類為面向高速、實(shí)時閉環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng)絡(luò) 錯誤!未找到引用源。另外 它還保留了 D 類網(wǎng)的定義，這類網(wǎng)絡(luò)主要是面向車內(nèi)的娛樂設(shè)備的信息傳輸。 四種汽車網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)如 錯誤!未找到引用源。 所示。 表 1 汽車網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn) A 類網(wǎng)絡(luò)主要面向傳感器、執(zhí)行器控制，是低速網(wǎng)絡(luò)。在該類網(wǎng)絡(luò)中對實(shí)時 性要求不高，且不需要診斷功能，數(shù)據(jù)速率一般在110Kbps，主要應(yīng)用于電動 門窗、 座椅調(diào)節(jié)、 燈光照明等 控制 。 目前 A 類網(wǎng) 絡(luò)協(xié)議主要有 TTP/A(Time-Triggered Protocol)、 LIN(Local Interconnect Network) 等協(xié)議。 B 類網(wǎng)絡(luò)主要面向

4、獨(dú)立模塊間的數(shù)據(jù)共享，是中速網(wǎng)絡(luò)，該類網(wǎng)絡(luò)適用于對 實(shí)時性要求不高的通信場合，數(shù)據(jù)速率一般在10100Kbps，主要應(yīng)用于電子車 輛信心中心、故障診斷、儀表顯示、安全氣囊等系統(tǒng)，以減少冗余的傳感器和其 他電子部件。在 B 類網(wǎng)絡(luò)中，具有代表性的有 SAEJ1850、 VAN(Vehicle Area Network)、CAN (ISO11595-2,不高于 125Kbps)等協(xié)議。其中，CAN 憑其優(yōu)越 的性能，目前已經(jīng)成為被全世界接受的主流協(xié)議。 C 類網(wǎng)絡(luò)主要面向高速、實(shí)時閉環(huán)控制的多路傳輸網(wǎng)，該類網(wǎng)絡(luò)適用于與安 全性相關(guān)的實(shí)時系統(tǒng)，如發(fā)動機(jī)定時、燃油供給等系統(tǒng)，數(shù)據(jù)速率通常在 125kb

5、ps1Mbps之間。目前，C類網(wǎng)絡(luò)中的主要協(xié)議包括高速 CAN(ISO118982)、 正在發(fā)展中的TTP/C和FlexRay等協(xié)議。其中高速CAN基于優(yōu)先級的隨機(jī)訪問 方式， 總線傳輸速率通常在 125kbps1Mbps 之間而其它幾種協(xié)議基于 TDMA(Time Division Multiple Access)或 FTDMA(Flexible Time Division Multiple Access)的確定性訪問方式，數(shù)據(jù)傳輸具有確定的延遲時間，且有很高的傳輸速 率(110Mbps)。 D 類網(wǎng)絡(luò)主要面向汽車信息娛樂和遠(yuǎn)程信息設(shè)備，特別是汽車導(dǎo)航系統(tǒng)，需 要功能強(qiáng)大的操作系統(tǒng)和連接能力

6、。在 D 類網(wǎng)絡(luò)中，具有代表性的有 MOST、 IDBC、IDB1394、D2B、藍(lán)牙等協(xié)議 錯誤!未找到引用源。 1.2 FlexRay 的產(chǎn)生及發(fā)展 隨著汽車中增強(qiáng)安全和舒適體驗(yàn)的功能越來越多，實(shí)現(xiàn)這些功能的傳感器、 傳輸裝置、電子控制單元(ECU)的數(shù)量也在持續(xù)上升。如今高端汽車有 100多個 ECU，如果不采用新架構(gòu)，該數(shù)字可能還會增長，ECU操作和眾多車用總線之 間的協(xié)調(diào)配合日益復(fù)雜，嚴(yán)重阻礙線控技術(shù)(X-by-wire，即利用重量輕、效率 高、更簡單且具有容錯功能的電氣 /電子系統(tǒng)取代笨重的機(jī)械 /液壓部分)的發(fā)展。 即使可以解決復(fù)雜性問題， 傳統(tǒng)的車用總線也缺乏線控所必需的確定性

7、和容錯功 能，例如， 與安全有關(guān)的信息傳遞要求絕對的實(shí)時， 這類高優(yōu)先級的信息必須在 指定的時間內(nèi)傳輸?shù)轿唬?如剎車，從剎車踏板踩下到剎車起作用的信息傳遞要求 立即正確地傳輸不允許任何不確定因素。 同時，汽車網(wǎng)絡(luò)中不斷增加的通信總線 傳輸數(shù)據(jù)量， 要求通信總線有較高的帶寬和數(shù)據(jù)傳輸率。 目前廣泛應(yīng)用的車載總 線技術(shù) CAN ， LIN 等由于缺少同步性，確定性及容錯性等并不能滿足未來汽車 應(yīng)用的要求。 寶馬和戴姆勒克萊斯勒很早就意識到了， 傳統(tǒng)的解決方案并不能滿足汽車行 業(yè)未來的需要，更不能滿足汽車線控系統(tǒng)(X-by-Wire )的要求。于是在2000年 的9月，寶馬和戴姆勒克萊斯勒聯(lián)合飛利浦

8、和摩托羅拉成立了FlexRay的聯(lián)盟。 由于FlexRay的優(yōu)秀特性和廣大的發(fā)展前景，又有很多的汽車，半導(dǎo)體和電子系 統(tǒng)的生產(chǎn)商陸續(xù)加入了 FlexRay 聯(lián)盟，為聯(lián)盟的壯大注入更強(qiáng)的活力，并使 FlexRay 通信系統(tǒng)很快獲得了動力。目前， FlexRay 聯(lián)盟包括了汽車工業(yè)中絕大 多數(shù)實(shí)力強(qiáng)勁而且影響力極強(qiáng)的角色， 包括博世， 通用汽車， 福特等等。 FlexRay 成員分為四個等級， 分別是核心成員國， 重要聯(lián)系成員國， 聯(lián)系成員國和最外層 的開發(fā)成員國。其中核心成員包括寶馬，戴姆勒克萊斯勒，通用汽車，大眾，博 世，飛思卡爾和飛利浦。 該聯(lián)盟致力于推廣 FlexRay 通信系統(tǒng)在全球的采

9、用， 使其成為高級動力總成、 底盤、線控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。其具體任務(wù)為制定FlexRay需求定義、開發(fā)FlexRay 協(xié)議、定義數(shù)據(jù)鏈路層、提供支持 FlexRay的控制器、開發(fā)FlexRay物理層規(guī)范 并實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)解決方案。由FlexRay聯(lián)盟制定的FlexRay協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)給出了汽車工業(yè) 總線更為理想的解決方案，當(dāng)前，F(xiàn)lexRay協(xié)議已經(jīng)得到業(yè)界各大汽車生產(chǎn)廠家 以及汽車半導(dǎo)體公司的支持， 成為下一代車用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。 經(jīng)過幾年的測試與修改， FlexRay協(xié)議2.1版本已經(jīng)發(fā)布。 1.3 FlexRay 的特性 在FlexRay協(xié)計(jì)設(shè)時，該聯(lián)盟就規(guī)定其三大主要目標(biāo)特性為： (1) 高速：比目前其它

10、車用主干網(wǎng)高出數(shù)倍； (2) 確定的傳輸：以便有效的應(yīng)用簡化的分布式控制算法； (3) 高容錯的通信： 以便實(shí)施更高安全需要的控制機(jī)制或以電控系統(tǒng)替代液壓 系。 為了能實(shí)現(xiàn)這些既定目標(biāo)， FlexRay 協(xié)議設(shè)計(jì)了一些新特性，正是這些優(yōu)勢 技術(shù)使FlexRay成為下一代車用通信網(wǎng)絡(luò)的首選。FlexRay提供了傳統(tǒng)車內(nèi)通信 協(xié)議不具備的大量特性 錯誤!未找到引用源。，包括： (1) 高傳輸速率： FlexRay的每個信道具有10Mbps帶寬。由于它不僅可以像CAN和LIN網(wǎng)絡(luò) 這樣的單信道系統(tǒng)一般運(yùn)行， 而且還可以作為一個雙信道系統(tǒng)運(yùn)行， 因此可以達(dá) 到20Mbps的最大傳輸速率，是當(dāng)前 CAN

11、最高運(yùn)行速率的20倍。 (2) 同步時基： FlexRay 中使用的訪問方法是基于同步時基的。該時基通過協(xié)議自動建立和 同步，并提供給應(yīng)用。時基的精確度介于 0.5卩禾口 10卩之間(通常為12小。 (3) 確定性： 通信是在不斷循環(huán)的周期中進(jìn)行的，特定消息在通信周期中擁有固定位置， 因此接收器已經(jīng)提前知道了消息到達(dá)的時間。 到達(dá)時間的臨時偏差幅度會非常小， 并能得到保證。 (4) 高容錯： 強(qiáng)大的錯誤檢測性能和容錯功能是 FlexRay設(shè)計(jì)時考慮的重要方面。FlexRay 總線使用循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC(Cyclic redundancy cheek)來檢驗(yàn)通信中的差錯。 FlexRay總線通過

12、雙通道通信，能夠提供冗余功能，并且使用星型拓?fù)淇赏耆?決容錯問題，如果出現(xiàn)意外情況，星型的支路可以有選擇的切斷。 (5) 靈活性： 在 FlexRay 協(xié)議的開發(fā)過程中，關(guān)注的主要問題是靈活性。不僅提供消息冗 余傳輸或非冗余傳輸兩種選擇， 系統(tǒng)還可以進(jìn)行優(yōu)化， 以提高可用性 (靜態(tài)帶寬 分配)或吞吐量(動態(tài)帶寬分配) 。用戶還可以擴(kuò)展系統(tǒng)，而無需調(diào)整現(xiàn)有節(jié)點(diǎn) 中的軟件。同時，還支持總線或星型拓?fù)洹?FlexRay 提供了大量配置參數(shù)，可以 支持對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，如通信周期、消息長度等，以滿足特定應(yīng)用的需求。 2 FlexRay 總線技術(shù)原理 2.1 幀格式結(jié)構(gòu) FlexRay幀格式包括幀頭段(

13、Header segment)有效載荷段(payload segment) 與幀尾段(Trailer segment三部分，如錯誤!未找到引用源。所示錯誤!未找到引用 源。節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸幀時， 首先傳輸?shù)氖菐^段， 其次傳輸?shù)氖怯行лd荷段， 最后傳輸?shù)氖菐捕巍?圖 1 FlexRay 幀格式 FlexRay幀頭段包括5個字節(jié)的信息，包括保留位(Reserved bit)、有效載荷段 前言指示位(Payload preamble indicator) 空幀指示位(Null frame indicator)、同步 幀指示位 (Sync frame indicator) 、起始幀指示位 (Sta

14、rtup frame indicator) 、幀 ID(Frame ID)、有效載荷段長度(Payload length)、幀頭 CRC(Header CRC)、周期 計(jì)數(shù) (cycle count)。 幀 ID 的范圍從 1到 2047，幀 0是無效的幀 ID 。在每個通道的一個通信周期 內(nèi)，幀 ID 僅被使用一次。一簇中每個可能被傳輸?shù)膸假x予了一個幀 ID。 ID 數(shù)字越小，則優(yōu)先級越高。 有效載荷段長度用來指明有效載荷段的尺寸。 有效載荷段的尺寸被編碼為有 效載荷段數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)值的二分之一 (即 word 的個數(shù))。在靜態(tài)時序部分的一個通 信周期內(nèi)， 所有發(fā)送幀的有效載荷段長度應(yīng)該是穩(wěn)定

15、不變的。 在動態(tài)時序部分的 一個通信周期內(nèi)， 不同幀的有效載荷段長度可能不同。 另外， 在不同周期內(nèi)特殊 動態(tài)時序部分的幀有效載荷段長度可能變化。 FlexRay有效載荷段包含0254個字節(jié)數(shù)據(jù)。在動態(tài)時序部分，有效載荷段 的前兩個字節(jié)通常用作信息ID域(Message ID Field)，接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)域中的內(nèi)容 去過濾或者引導(dǎo)數(shù)據(jù)。在靜態(tài)時序部分，有效載荷段的前 13 個字節(jié)(數(shù)據(jù) 0數(shù) 據(jù) 12)通常用作網(wǎng)絡(luò)管理向量，在同一個簇內(nèi)所有的節(jié)點(diǎn)應(yīng)具有相同長度的網(wǎng) 絡(luò)管理向量。幀頭段的有效載荷前言指示位指明了有效載荷段是網(wǎng)絡(luò)管理向量還 4 文檔來源為 ：從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .

16、 文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持. 是信息 ID 。 FlexRay幀尾段只含有24位的校驗(yàn)域，這個域包含了由幀頭段與有效載荷段 計(jì)算得出的 CRC 校驗(yàn)碼。計(jì)算幀 CRC 時，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸順序?qū)谋Ａ粑婚_始， 到有效載荷段最后一個字節(jié)的最后一位結(jié)束，這些數(shù)據(jù)都放入 CRC 生成器中進(jìn) 行計(jì)算。 2.2 編碼與解碼 FlexRay 總線協(xié)議獨(dú)立于底層物理層，有兩個不同級的二進(jìn)制媒介。這兩個 不同級媒介所產(chǎn)生的比特流叫做通信要素(Communication Element)。節(jié)點(diǎn)使用 “不歸零”編碼的方式對通信要素 CE 進(jìn)行編解碼。編碼與解碼 (Coding an

17、d Decoding)實(shí)際講述了通信控制器與總線驅(qū)動器之間，TxD、RXD和TxEN接口 信號的編碼與解碼行為。具體結(jié)構(gòu)如 錯誤!未找到引用源。 所示。 圖 2 通信控制器與總線驅(qū)動器間接口 圖中 TxEN 是通信控制器請求數(shù)據(jù)信號， TxD 是發(fā)送信號， RxD 是接收信號。 當(dāng)總線上有一個傳輸給本節(jié)點(diǎn)的幀時， 總線驅(qū)動器先把接收到的物理電平信號轉(zhuǎn) 變?yōu)橐粋€串行信號， 然后發(fā)送給通信控制器。 當(dāng)通信控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送到總線 時，過程剛好相反。編碼與解碼主要包括 3 個過程：編碼與解碼過程、位過濾過 程(Bit strobing)與喚醒模式解碼過程(Wakeup pattern Decodin

18、g。這些過程主要涉 及到以下三項(xiàng)技術(shù)： 位時鐘對齊 (Bit Clock Alignment) 、采樣與多數(shù)表決 (SamPling and Majority Voting)與通道空閑檢測(Channel Idle Detection)。 2.2.1 位時鐘對齊 位時鐘對齊機(jī)制是用來同步本地位時鐘的。位同步邊緣 (Bit Synchronization Edge)是用來對接收器的位時間進(jìn)行重新對齊的。除了在對幀頭段、幀數(shù)據(jù)載荷 段或幀尾段的字節(jié)進(jìn)行位解碼時檢測到一個高位的情況外， 節(jié)點(diǎn)在每次檢測到一 個高位時， 可以使能位同步沿檢測。 當(dāng)檢測到一個位同步時沿時， 位時鐘對齊不 會增加采樣計(jì)數(shù)器

19、的值，而是為了下次采樣將其設(shè)置為2。節(jié)點(diǎn)只能在從高到低 的轉(zhuǎn)變時， 執(zhí)行位同步。 不管位同步在何時執(zhí)行， 位時鐘對齊機(jī)制應(yīng)使進(jìn)一步的 位同步失效， 直到上面所說的再次被使能。 比特流解碼過程在任何兩個連續(xù)的位 檢測點(diǎn)之間至多執(zhí)行一次的位同步。 2.2.2 采樣與多數(shù)表決 節(jié)點(diǎn)在 RxD 輸入處執(zhí)行采樣，對于每個通道的采樣時鐘周期，節(jié)點(diǎn)應(yīng)采樣 5文檔來源為 ：從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 . 并存儲 RxD 輸入處的電平。節(jié)點(diǎn)在采樣的 RxD 信號處執(zhí)行多數(shù)表決操作，它的 目的是過濾 RxD 信號。多數(shù)表決機(jī)制實(shí)際上是一個用于阻止 RxD 輸入信號故障 的過濾器。 信號故障被定義為一個

20、事件， 它可以改變當(dāng)前物理層條件。 解碼器可 以連續(xù)的對最后一個存儲的采樣值進(jìn)行估值， 還可以計(jì)算高位采樣的數(shù)量。 如果 采樣的位大多數(shù)是高位， 那么決策單元輸出信號就是高位， 否則就是低位。 錯誤! 未找到引用源。 描述了一個采樣和多數(shù)表決的例子。 圖 3 采樣與多數(shù)表決 通道采樣時鐘的上升沿能夠引起對 RxD 比特流當(dāng)前值的采樣動作，并將其 保存在表決窗口內(nèi)。 表決窗口內(nèi)的采樣位的多數(shù)能決定輸出情況， 輸出位的高低 隨多數(shù)的改變而改變。 單個只會影響一個或者兩個通道采樣時鐘周期的故障就會 被阻止。在采樣和表決結(jié)果的計(jì)算之間是有一定延遲的。 這個延遲并沒在圖中顯 示。任何一個投票或者采樣的延

21、遲在時鐘同步上的作用必須在內(nèi)部進(jìn)行補(bǔ)償。 在 沒有故障錯誤的情況下，輸出值有一個與采樣的 RxD 信號值相關(guān)的固定采樣時 鐘周期的延遲。 2.2.3 通道空閑檢測 節(jié)點(diǎn)使用一個通道空閑檢測機(jī)制來標(biāo)識當(dāng)前通信要素的結(jié)束。 不管何時只要 在一個通道中連續(xù)檢測到 n 個高位，無論該通道當(dāng)前是否空閑， 通道都將進(jìn)行通 道空閑檢測。 但是，當(dāng)檢測到節(jié)點(diǎn)在編碼一個通信要素時， 通道空閑檢測是不會 執(zhí)行的。編碼和解碼機(jī)制是相互排斥的， 通道空閑檢測是一個解碼機(jī)制的邏輯組 件。 2.3 媒體訪問控制 在 FlexRay 協(xié)議中，媒介訪問控制是以一個循環(huán)進(jìn)行的通信周期為基礎(chǔ)的。 在一個通信周期中， FlexRa

22、y 提供了兩種訪問的方式，分別為靜態(tài)的基于時分多 址(Time Division Multiple Access)的訪問方式和動態(tài)的基于微型時槽 (Minislots)的 訪問方式。 通信周期是FlexRay進(jìn)行媒介訪問的基本單位。它是通過時間等級層次來定 義的，具體的時間等級層次由 錯誤!未找到引用源。 中所描述的 4 個時間層次組 成。圖中的通信周期層，定義了通信周期(Cycle)。它包含靜態(tài)段(Static Segment) 動態(tài)段(Dynamic Segment)符號窗(Symbol Window)及總線空閑時間(Network Idle Time)。在靜態(tài)段中，靜態(tài)的時分多址方式用來

23、仲裁靜態(tài)段傳輸?shù)膬?yōu)先級。 在動態(tài)段中， 動態(tài)的基于微型時槽方式用來仲裁動態(tài)段傳輸?shù)膬?yōu)先級。 符號窗是 一段通信時間段， 在這段時間內(nèi)可以傳輸一個符號。 總線空閑時間是一段總線通 6文檔來源為 ：從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 . 文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持. 信空閑時間，一個通信周期在此后結(jié)束。 圖 4 通信周期的時間層次 仲裁層包含有仲裁網(wǎng)絡(luò)，它構(gòu)成了 FlexRay 媒介仲裁的主干部分。在靜態(tài)段 中，仲裁網(wǎng)絡(luò)由叫做靜態(tài)時槽(Static Slots)的連續(xù)時間間隔組成，在動態(tài)段中， 由稱為微型時槽(Minislots)的連續(xù)時間間隔組成。 仲裁網(wǎng)絡(luò)

24、層是建立在由宏節(jié)拍(Marcotick)組成的宏節(jié)拍層之上的。宏節(jié)拍在 簇寬度的基準(zhǔn)內(nèi)是同步的。 遍及所有簇中的同步節(jié)點(diǎn)， 宏節(jié)拍的時間是完全相同 的。每個本地宏節(jié)拍的時間都是一個整數(shù)倍的微節(jié)拍的時間。 已分配的宏節(jié)拍邊 緣叫做行動點(diǎn) (Action points) 。行動點(diǎn)是一些特定的時刻， 在這些時刻上， 將會發(fā) 生傳輸?shù)拈_始(在動態(tài)段，靜態(tài)段和符號窗)和結(jié)束(只發(fā)生在動態(tài)段) 。 微節(jié)拍層是由微節(jié)拍組成的。微節(jié)拍是由通信控制器外部振蕩器時鐘刻度， 選擇性地使用分頻器導(dǎo)出的時間單元。 微節(jié)拍是控制器中的特殊單元， 它在不同 的控制器中可能有不同的時間。節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的本地時間間隔尺寸就是微節(jié)拍。

25、 除了在啟動期間，系統(tǒng)將周期性的執(zhí)行一個通信周期，一個周期是由數(shù)量不 變的宏節(jié)拍組成的。一個通信周期總是包含有一個靜態(tài)段與一個總線空閑時間， 而動態(tài)段與符號窗則可能包含，也可能不包含。 靜態(tài)段和動態(tài)段中的仲裁是基于分配給每個通道的節(jié)點(diǎn)簇中節(jié)點(diǎn)的獨(dú)特幀 標(biāo)識符及能計(jì)算出傳輸時槽的數(shù)目的計(jì)數(shù)方法進(jìn)行的。 幀標(biāo)識符能夠決定該幀由 哪個段中的傳輸時槽在什么時候開始發(fā)送。 2.4 時鐘同步 在分布式通信系統(tǒng)中，每個節(jié)點(diǎn)都擁有自己的時鐘。由于溫度、電壓以及時 鐘源的產(chǎn)品誤差 (如晶振 )的影響，即使所有節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部時鐘基準(zhǔn)最初是同步的， 在經(jīng)過一段時間后，不同節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部時間基準(zhǔn)仍會產(chǎn)生差異。 時間觸發(fā)系統(tǒng)的

26、基礎(chǔ)假設(shè)是簇中的每個節(jié)點(diǎn)有幾近相同的時間， 這個共同的 全局時間作為每個節(jié)點(diǎn)通信定時的基礎(chǔ)。 “幾近相同”意味著任意兩個節(jié)點(diǎn)全局 時間的差異在一個指定的容許范圍內(nèi)。 FlexRay 協(xié)議使用分布式時鐘同步機(jī)制，機(jī)制中每個節(jié)點(diǎn)觀測從其他節(jié)點(diǎn)發(fā) 送來的時間同步幀， 根據(jù)這個時間同步幀每個節(jié)點(diǎn)各自地同步于整個簇。 時鐘同 步包含兩個主要的并發(fā)過程 ：宏節(jié)拍產(chǎn)生過程與時鐘同步過程。宏節(jié)拍產(chǎn)生過程 MTG(Macrotick Ge neration Process)應(yīng)用相位與速率修正值，控制周期與宏節(jié)拍計(jì) 數(shù)器。時鐘同步過程 CSP(Clock synchronization Process實(shí)現(xiàn)了周期起

27、始的初始化、 偏差值的測量與存儲、相位(Offset)與速率(Rate)修正值的計(jì)算三個過程。錯誤! 未找到引用源。 表明了這兩種過程與媒體訪問時間表之間的時間關(guān)系。 時鐘同步功能的主要任務(wù)是確保將簇中不同節(jié)點(diǎn)間的時鐘偏差抑制在一個 精度內(nèi)節(jié)點(diǎn)間兩種不同的時間偏差可以區(qū)別為相位偏差和頻率偏差。 同步不同節(jié) 點(diǎn)本地時間基準(zhǔn)，可以對相位偏差及速率偏差進(jìn)行修正。FlexRay 使用了兩種方 法的結(jié)合，相位修正與速率修正在所有節(jié)點(diǎn)中使用的處理方法相同。 相位修正僅在奇數(shù)通信周期的 NIT 段執(zhí)行，在下一個通信周期起始前結(jié)束。 相位改變量指明了添加到 NIT 相位修正段的微節(jié)拍數(shù)目，它的值由時鐘同步算

28、法決定，并有可能為負(fù)數(shù)。 相位改變量的計(jì)算發(fā)生在每個周期內(nèi)， 但修正僅應(yīng)用 在奇數(shù)通信周期的末尾。相位改變量的計(jì)算是基于單個通信周期內(nèi)測量到的值。 這個計(jì)算不會在 NIT 之前開始， 只要計(jì)算的反應(yīng)被延遲到 NIT ，執(zhí)行就能在動態(tài) 段或符號窗啟動這個參數(shù)的計(jì)算，計(jì)算必須在相位修正開始前完成。 速率修正應(yīng)在整個周期內(nèi)被執(zhí)行。速率改變量為一個整數(shù)倍的微節(jié)拍。在一 個通信周期內(nèi)， 它被添加到已設(shè)置的微節(jié)拍中， 其值可能為負(fù)數(shù)。 速率改變量的 值由時鐘同步算法決定， 并且每雙周期僅計(jì)算一次。 速率改變量的計(jì)算發(fā)生在靜 態(tài)段的奇數(shù)周期內(nèi)，它是基于奇偶雙周期內(nèi)測量到的值。這個計(jì)算不會在 NIT 之前開始

29、， 只要計(jì)算的反應(yīng)被延遲到 NIT ，執(zhí)行就能在動態(tài)段或符號窗啟動這個 參數(shù)的計(jì)算，計(jì)算必須在下一個偶數(shù)周期開始前完成。 2.5 喚醒與啟動 為了節(jié)省資源，部分節(jié)點(diǎn)處于不工作狀態(tài)時，進(jìn)入“節(jié)電模式” 。當(dāng)這些節(jié) 點(diǎn)需要再次工作時， 就需要“喚醒”它們。主機(jī)可以在通信信道上傳輸喚醒模式， 當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到喚醒特征符(Wakeup Symbol)后，主機(jī)處理器和通信控制器才進(jìn)行 上電。 在通信啟動執(zhí)行之前，整個簇需要被喚醒。啟動節(jié)點(diǎn)工作時，需要在所有通 道上同步執(zhí)行。初始一個啟動過程的行為被稱為冷啟動(Coldstart)，能啟動一個 起始幀的節(jié)點(diǎn)是有限的，它們稱作冷啟動節(jié)點(diǎn)(Coldstart No

30、de)。在至少由三個節(jié) 點(diǎn)組成的簇中， 至少要有三個節(jié)點(diǎn)被配置為冷啟動節(jié)點(diǎn)。 組成簇的節(jié)點(diǎn)少于三個 時，每個節(jié)點(diǎn)都應(yīng)配置為冷啟動節(jié)點(diǎn)。 每個起始幀同樣應(yīng)為同步幀， 因此每個冷 啟動節(jié)點(diǎn)同樣應(yīng)為同步節(jié)點(diǎn)。 冷啟動節(jié)點(diǎn)中， 主動啟動簇中消息的節(jié)點(diǎn)稱之為主 冷啟動節(jié)點(diǎn)(Leading Coldstart Node)，其余的冷啟動節(jié)點(diǎn)則稱之為從冷啟動節(jié)點(diǎn) (Following Coldstart Node)。 當(dāng)節(jié)點(diǎn)被喚醒并完成初始化后， 它就可以在相應(yīng)的主機(jī)控制命令發(fā)出之后進(jìn) 入啟動程序。 在非冷啟動節(jié)點(diǎn)接收并識別至少兩個相互通信的冷啟動節(jié)點(diǎn)前， 非 冷啟動節(jié)點(diǎn)一直等待。 同時， 冷啟動節(jié)點(diǎn)監(jiān)控兩個

31、通信通道， 確定是否有其他的 節(jié)點(diǎn)正在進(jìn)行傳輸。 當(dāng)檢測到通信信道沒有進(jìn)行傳輸時， 該節(jié)點(diǎn)就成為主冷啟動 節(jié)點(diǎn)。 冷啟動嘗試以沖突避免操作符(Collision Avoidanee Symbol)開始，只有傳輸 CAS 的冷啟動節(jié)點(diǎn)能在最開始的四個周期傳輸幀。主冷啟動節(jié)點(diǎn)先在兩個通道 上發(fā)送無格式的符號 (一定數(shù)量的無效位 )，然后啟動集群。在無格式符號發(fā)送完 畢后，主冷啟動節(jié)點(diǎn)啟動該節(jié)點(diǎn)的時鐘， 進(jìn)入第一個通信周期。 從冷啟動節(jié)點(diǎn)可 以接收主冷啟動節(jié)點(diǎn)發(fā)送的消息， 在識別消息后， 從冷啟動節(jié)點(diǎn)便可確認(rèn)主冷啟 動節(jié)點(diǎn)發(fā)送的消息的時槽位置。 然后等待下一個通信周期， 當(dāng)接收到第二個消息 后，從冷

32、啟動節(jié)點(diǎn)便開始啟動它們的時鐘。 根據(jù)兩條消息的時間間隔， 測量與計(jì) 算頻率修正值， 盡可能地使從啟動節(jié)點(diǎn)接近主冷啟動節(jié)點(diǎn)的時間基準(zhǔn)。 為減少錯 誤的出現(xiàn)， 冷啟動節(jié)點(diǎn)在傳輸前需等待兩個通信周期。 在這期間， 其余的冷啟動 節(jié)點(diǎn)可繼續(xù)接收從主冷啟動節(jié)點(diǎn)及已完成集群冷啟動節(jié)點(diǎn)的消息。 從第五個周期開始，其余的冷啟動節(jié)點(diǎn)開始傳輸起始幀。主冷啟動節(jié)點(diǎn)接收 第五與第六個周期內(nèi)其余冷啟動節(jié)點(diǎn)的所有消息， 并同時進(jìn)行時鐘修正。 在這個 過程中沒有故障發(fā)生， 且冷啟動節(jié)點(diǎn)至少收到一個有效的起始幀報文對， 主冷啟 動節(jié)點(diǎn)則完成啟動階段，開始進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。 若從冷啟動節(jié)點(diǎn)在前四個周期計(jì)算得出的修正值沒有超過閉

33、值， 則從第五個 周期開始傳輸幀。 在第五個周期到第七個周期內(nèi)， 若時鐘修正沒有問題， 則從節(jié) 點(diǎn)完成啟動過程， 開始進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。 從冷啟動節(jié)點(diǎn)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)， 比 主冷啟動節(jié)點(diǎn)晚一個周期。 非冷啟動節(jié)點(diǎn)首先監(jiān)聽通信信道，并接收信道上傳輸?shù)男畔?。若接收到?道上傳輸?shù)男畔?便開始嘗試融入到啟動節(jié)點(diǎn)。 非冷啟動節(jié)點(diǎn)通過接收一對啟 動幀來修正它的進(jìn)度及時鐘。 在接下來的兩個周期內(nèi)， 非冷啟動節(jié)點(diǎn)要確定至少 兩個發(fā)送啟動幀的冷啟動節(jié)點(diǎn)， 并符合它們的進(jìn)度。 若無法滿足條件， 非冷啟動 節(jié)點(diǎn)將退出啟動程序。 非冷啟動節(jié)點(diǎn)接收到至少兩個啟動節(jié)點(diǎn)連續(xù)的兩組雙周期 啟動幀后， 開始進(jìn)入正常運(yùn)行

34、狀態(tài)。 非冷啟動節(jié)點(diǎn)進(jìn)入正常工作狀態(tài)， 比主冷啟 動節(jié)點(diǎn)晚兩個周期。 錯誤!未找到引用源。 描述了啟動的過程。其中， A 是主冷啟動節(jié)點(diǎn)， B 是從 冷啟動節(jié)點(diǎn)，C是非冷啟動節(jié)點(diǎn)。 圖 6 FlexRay 啟動過程 3 FlexRay 的解決方案 3.1 FlexRay 硬件實(shí)現(xiàn)方式 如錯誤!未找到引用源。所示，每個FlexRay節(jié)點(diǎn)都包括控制器部分和驅(qū)動器 部分。控制器部分包括一個微控制單元 MCU(Micro Control Unit) 和一個通信控制 器 CC(Communication Controller) 。驅(qū)動器部分通常包括總線驅(qū)動器 BD(Bus Driver)和總線監(jiān)控器BG

35、(Bus Guardian)，其中總線監(jiān)控器為可選擇組件。主控芯 片MCU主要負(fù)責(zé)計(jì)算、信息的處理和發(fā)送，通信控制器CC負(fù)責(zé)FlexRay相關(guān) 協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，總線驅(qū)動器BD負(fù)責(zé)FlexRay物理層的實(shí)現(xiàn)。 總線驅(qū)動器將通信控制器與總線相連接，總線監(jiān)控器監(jiān)視接入總線的連接。 主機(jī)通知總線監(jiān)控器通信控制器分配了哪些時槽。 接下來，總線監(jiān)控器只允許通 信控制器在這些時槽中傳輸數(shù)據(jù)， 并激活總線驅(qū)動器。 若總線監(jiān)控器發(fā)現(xiàn)時間時 序有間隔，則斷開通信信道的連接。 圖 7 FlexRay 節(jié)點(diǎn)架構(gòu) 基于FlexRay節(jié)點(diǎn)架構(gòu)，其硬件實(shí)現(xiàn)方式主要有 2種： (1) MCU+CC+BD 如錯誤!未找到引用源。

36、所示，該方式下每一個模塊相對獨(dú)立，其優(yōu)點(diǎn)是實(shí) 現(xiàn)比較方便， 能夠選擇的芯片的種類相當(dāng)?shù)亩啵?但缺點(diǎn)是集成度比較低。 主控芯 片MCU可以任意選擇，只要其與通信控制器CC的傳輸速率滿足FlexRay的要 求即可。通信控制器主要有飛思卡爾(Freescales的 MFR4100、MFR4200和 MFR43xx系列，英飛凌(Infineon)的CIC310，以及富士通的 MB88121A等。總 線驅(qū)動器BD中應(yīng)用最為廣泛的為恩智浦(NXP)的TJA1080,而奧地利微電子的 AS8221 應(yīng)用較少。 圖 8 FlexRay 的硬件實(shí)現(xiàn)方式 1 (2) MCU+BD 如錯誤!未找到引用源。所示，主控

37、芯片集成了 FlexRay通信控制器，整個節(jié) 點(diǎn)的集成度得到了提高。 目前市面上這種形式的芯片也有了一定數(shù)量， 但是價格 比 MCU+CC+BD 的形式偏高。主要有飛思卡爾的 MC9S12XF、 MPC55xx 等系 列控制器，恩智浦的 SJA2510,富士通的 MB9仆465XA，德州儀器公司(TI)的 TMS570 等。 圖 9 FlexRay 的硬件實(shí)現(xiàn)方式 2 除了上述兩種硬件實(shí)現(xiàn)方式外，理論上還有一種集成度最高的形式，即把主 控MCU、通信控制器CC和收發(fā)器BD都集成到一個芯片當(dāng)中。這是未來FlexRay 的發(fā)展趨勢，但是要實(shí)現(xiàn)這樣高集成度的目標(biāo)，還有很多困難。這是因?yàn)?，F(xiàn)lexRa

38、y 協(xié)會規(guī)定， 為了盡可能的提高系統(tǒng)的安全性， 應(yīng)該將控制器和收發(fā)器分開， 第二 個原因就是半導(dǎo)體工藝面臨一些難題。 3.2 相關(guān)硬件介紹 3.2.1 FlexRay 總線驅(qū)動器 (1) 恩智浦的 TJA1080 3TJA1080 控制器是恩智浦公司出品的一款針對 FlexRay 的具有高速時間觸 發(fā)通訊系統(tǒng)的收發(fā)芯片，也是全球第一款符合FlexRay協(xié)議2.1規(guī)定的FlexRay 收發(fā)器。 3TJA1080 本身可作為節(jié)點(diǎn)收發(fā)器或有源星型收發(fā)器，并且具有卓越的 ESD保護(hù)和功耗管理性能。其溫度范圍-40C 125C，具有高達(dá)1OMbit/s數(shù)據(jù)傳 輸速度。 TJA1080 內(nèi)置自動電壓管理系

39、統(tǒng)，支持 2.5V、3.0V、3.3V 和 5V 的微 處理器，并能自動適配接口標(biāo)準(zhǔn)。TJA1080擁有優(yōu)秀的電磁兼容性(EMC )，內(nèi) 置電壓和溫度檢測， 具有總線錯誤檢測和一個安全超時保護(hù)。 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如 錯 誤!未找到引用源。所示。因其優(yōu)良的性能，TJA1080得到了廣泛的應(yīng)用。 圖 10 TJA1080 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 (2) 奧地利微電子的 AS8221 AS8221 是奧地利微電子公司推出的 FlexRay 標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)器，其能提供全部功 能，以使其整合到永久性電池電壓供電的電子控制單元中。 微芯片僅靠汽車電池 (12V或24V)供電，但它可通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)喚醒功能，進(jìn)而能夠控制本地電源電

40、壓。AS8221適合車載應(yīng)用，工作溫度為-40C 125C，支持2.5V、3.0V、3.3V和 5V的微處理器，并能自動適配接口標(biāo)準(zhǔn)。此外，AS8221還具有溫度保護(hù)以及總 線短路保護(hù)功能。具體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如 錯誤!未找到引用源。 所示。由于其推出 時間稍晚于CIC310,所以應(yīng)用相對較少。 圖 11 AS8221 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 3.2.2 FlexRay 通信控制器 (1) 飛思卡爾的 MFR4x00 系列 MFR4x00 系列包括 MFR4200, MFR4300, MFR4310,三者分別是基于 FlexRay 協(xié)議v1.1、v2.1和v2.1a版本。MFR4200控制器是業(yè)界第一款面向汽

41、車的 FlexRay 設(shè)備，主要面向汽車應(yīng)用的底盤控制、車身電子和動力傳輸應(yīng)用。 MFR4200 的 傳輸速率最高可達(dá)10 Mbps，環(huán)境溫度-40C 125C，內(nèi)部40MHz石英振蕩器， 11文檔來源為 ：從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 . 文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持. I/O 口工作電平最大值5.5V，提供兩個硬件可選的主機(jī)接口：HCS12接口用于直 接連接飛思卡爾半導(dǎo)體的HCS12系列微控制器；異步存儲器接口 （AMI）用來異步 連接微控制器。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如 錯誤!未找到引用源。所示。該系列芯片應(yīng)用相 對較多，并且有開發(fā)板出售。 圖12 FMR4

42、300內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 （2）英飛凌的CIC310 英飛凌現(xiàn)有的FlexRay解決方案的核心是FlexRay通信控制器CIC310，其為 基于博世 E-RAY核的專用于 FlexRay的通信控制器。CIC310的環(huán)境溫度 -40C125C，核心供電是1.5V，端口電壓是3.3V，具有3種接口方式將數(shù)據(jù)傳 輸?shù)教幚砥?，分別為 SSC （ Synchronous Serial Channel串行接口 ）方式、XM U （De-multiplexer 8/16 bit Parallel In terface，非復(fù)用的 8/ 16 位并行接口 ）方式和 MLI方式。其中SSC為一般的串口連接方式，具有連接簡

43、單和連接線少的特點(diǎn)， 但數(shù)據(jù)傳輸速率較低；XMU接口為并口連接方式，數(shù)據(jù)傳輸速度比串口方式 快很多，但連接線較多；ML I接口為專用接口方式，一般可以和專用車載控制 器連接。CIC310的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如錯誤!未找到引用源。所示。 圖13 CIC310的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 CIC310由于采用了基于英飛凌微型鏈路接口 （MLI）和標(biāo)準(zhǔn)串口與并口的可升 級、快速接口理念，可與目前市場上絕大多數(shù)的汽車微控器或微處理器架構(gòu)結(jié)合 使用。另外，如需快速實(shí)現(xiàn)FlexRay的應(yīng)用，經(jīng)過AUTOSAR Validator項(xiàng)目驗(yàn)證、 符合AUTOSAR要求的CIC-310驅(qū)動軟件已經(jīng)可以向客戶提供。 將飛思卡爾的MFR43

44、10和英飛凌的CIC310兩種芯片的主要參數(shù)進(jìn)行總結(jié)對 比，可得錯誤!未找到引用源。 表2 MFR4310 與CIC310參數(shù)對比 飛思卡爾MFR4310 英飛凌CIC310 支持FlexRay協(xié)議版本 v2.1a v2.1 工作溫度 -40 C 125 C -40 C 125C I/O 口工作電平 3.3V （最大 5.5V） 3.3V 核心供電 2.5V（可由內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器得 到） 1.5V 數(shù)據(jù)傳輸速率 每通道支持2.5、5、8和10 Mb/s的數(shù)據(jù)速率 每通道最大10 Mb/s的數(shù)據(jù) 速率 接口方式 異步存儲器接口 （AMI）和 專用HCS12接口 串行接口 SSC、并行接口 XMU

45、和專用 MLI接口 可配置的消息緩沖區(qū) 128個 128個 存儲RAM 8K bytes 8.25K bytes 引腳數(shù) 64 64 323集成FlexRay通信控制器的主控芯片 飛思卡爾的MC9S12XF和MPC56xx系列 飛思卡爾的S12和S12X產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了可擴(kuò)展性，支持硬件和軟件的重復(fù)使用， 提供一系列汽車電子平臺之間的兼容性。S12 MCU系列是汽車市場中應(yīng)用最廣 泛的16位架構(gòu)?；赟12的設(shè)備的年發(fā)貨量現(xiàn)已超過1億?？蓴U(kuò)展的S12系列 可為開發(fā)人員提供廣泛的選擇，其片上閃存容量可從32KB擴(kuò)展到1MB，并能 平穩(wěn)移植到更高性能的S12X設(shè)備。 MC9S12XF擁有50MHz S1

46、2X內(nèi)核，基于高效的16位CISC架構(gòu)；集成的 單/雙通道FlexRay v2.1，每通道支持2.5、5、8和10 Mb/s的數(shù)據(jù)速率；FlexRay 時鐘，采用頻率從4MHz到40MHz不等的水晶振蕩器，使用PLL (鎖相環(huán))實(shí) 現(xiàn)成本和EMC的優(yōu)化；512KB、384KB、256KB和128KB的汽車質(zhì)量閃存選擇； 2KB和4KB的EEPROM ； 16KB、24KB和32KB的RAM ； 16通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換 器(ADC)可配置8/10/12位分辨率；集成了電機(jī)控制模塊，使用 6通道脈沖寬度 調(diào)制器(PWM)，具有故障保護(hù)和電流感應(yīng)輸入。 MPC56xx系列則是32位處理器，最高頻率可達(dá)6

47、4MHz，集成了支持FlexRay 協(xié)議v2.1版本的FlexRay模塊。其具有內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器，只需單一電平的輸入 電源。 (2)恩智浦的SJA2510 SJA2510是32位ARM9微控制器，最高頻率可達(dá) 80MHz，具有32個模擬 輸入和24個16位脈寬調(diào)制(PWM)輸出，六個CAN控制器，八個LIN主控制器 和多種高級電源模式。SJA2510內(nèi)含一個嵌入式并完全整合的 FlexRay控制器， 是第一個成功采用FlexRay v2.1標(biāo)準(zhǔn)的整合設(shè)備。SJA2510嵌入式控制器具有可 變動式緩沖存儲器容量，可依實(shí)際需求提供設(shè)計(jì)彈性和易失存儲器配置。這種彈 性使裝置上所有內(nèi)存都可被應(yīng)用，大幅提

48、升產(chǎn)品的成本 /性能比。 (3) 德州儀器公司(TI)的TMS570系列 TMS570是基于兩個相同的新一代 ARM? R4 CortexTM 內(nèi)核之上的對稱型 雙核MCU。每個Cortex-R4內(nèi)核的性能均可達(dá)到 300 MIPS，而且TMS570還 集成了 2MB的片上閃存、FlexRayTM網(wǎng)絡(luò)、BIST、CAN及多種外設(shè)，此外 還有TI高端定時器協(xié)處理器與兩個12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。TMS570F MCU是 業(yè)界首款基于雙內(nèi)核Cortex-R4F處理器的浮點(diǎn)MCU，使車載系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可根 據(jù)性能要求執(zhí)行單雙高精度浮點(diǎn)數(shù)學(xué)算法，加速的乘法、除法以及平方根等功能。 該產(chǎn)品所面向的應(yīng)用包

49、括底盤控制、制動、電子車輛穩(wěn)定與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及高級駕 13文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯. 文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持. 駛輔助等，可充分滿足開發(fā)過程中不同大小的存儲器容量與性能差異的要求。 3.3 FlexRay 通信系統(tǒng)的軟件流程 FlexRay 通信是實(shí)現(xiàn) FlexRay 數(shù)據(jù)采集和標(biāo)定數(shù)據(jù)發(fā)送，因此主要包括 FlexRay 數(shù)據(jù)接收和 FlexRay 數(shù)據(jù)發(fā)送兩部分。由于 FlexRay 總線對于總線上數(shù) 據(jù)收發(fā)的實(shí)時性要求嚴(yán)格， 因此在程序設(shè)計(jì)時采用中斷的方式來執(zhí)行 FlexRay 總 線的數(shù)據(jù)通信。FlexRay數(shù)據(jù)接收中斷處理程序，

50、讀取 FlexRay中斷中接收到的 數(shù)據(jù)，并按照固定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存入單片機(jī)的緩存中，實(shí)現(xiàn)FlexRay總線數(shù)據(jù)采集； FlexRay數(shù)據(jù)發(fā)送中斷處理程序，將數(shù)據(jù)按照特定的時槽發(fā)送到 FlexRay總線上， 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。 3.3.1 FlexRay 初始化流程 由于FlexRay通信主要基于時間觸發(fā)的周期性通信循環(huán)，時間同步是FlexRay 網(wǎng)絡(luò)的通信基礎(chǔ)； FlexRay 網(wǎng)絡(luò)將啟動節(jié)點(diǎn)的時鐘作為參考，通過啟動，建立整 個網(wǎng)絡(luò)的同步時間， 且在通信的過程中， 其它節(jié)點(diǎn)不斷地以此為基準(zhǔn)進(jìn)行自我校 正。FlexRay的初始化，主要是實(shí)現(xiàn)FlexRay網(wǎng)絡(luò)通信之間的的喚醒、啟動、時 間同步，是現(xiàn)實(shí)

51、FlexRay網(wǎng)絡(luò)正常通信的基礎(chǔ)，F(xiàn)lexRay網(wǎng)絡(luò)的具體啟動配置流 程圖如 錯誤!未找到引用源。 所示。 圖 14 FlexRay 初始化流程 3.3.2 FlexRay 通信發(fā)送流程 當(dāng)FlexRay網(wǎng)絡(luò)正常啟動后，才可以進(jìn)行 FlexRay數(shù)據(jù)通信。FlexRay總線 通信主要是基于時間觸發(fā)，在靜態(tài)段中，它是基于 TDMA 技術(shù)的時間觸發(fā)，是 通過事先安排好的時刻表贏得總線。FlexRay消息發(fā)送的中斷產(chǎn)生過程：TDMA 時分表中的每個時槽都會對應(yīng)一個中斷， 且這些中斷按時分表在時間軸上分布開 來，只有在其對應(yīng)的時槽時刻，才會由 FlexRay模塊自動置位中斷，且每個時槽 的發(fā)送中斷產(chǎn)生

52、與標(biāo)志置位都是在該時槽數(shù)據(jù)發(fā)送完畢之后，由FlexRay模塊自 動產(chǎn)生相應(yīng)的置位與中斷；當(dāng)進(jìn)入FlexRay對應(yīng)時槽的中斷服務(wù)程序后，調(diào)用發(fā) 送函數(shù)，鎖定發(fā)送時槽對應(yīng)的發(fā)送緩存， 對發(fā)送緩存賦值并置位發(fā)送， 最后解鎖 發(fā)送緩存，等待下一個周期該時槽的發(fā)送刻到來發(fā)送。具體的FlexRay總線數(shù)據(jù) 發(fā)送中斷流程如 錯誤!未找到引用源。 所示。 圖 15 FlexRay 數(shù)據(jù)發(fā)送過程 3.3.3 FlexRay 通信接收流程 FlexRay數(shù)據(jù)接收也是采用中斷方式，F(xiàn)lexRay協(xié)議控制器采用“提前搜索算 法”來保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)時接收。在FlexRay中，每一個接收時槽的接收中斷產(chǎn)生都是 在時槽接收數(shù)據(jù)完

53、畢并確認(rèn)有效后，由 FlexRay 模塊自動產(chǎn)生相應(yīng)的接收中斷。 當(dāng)進(jìn)入FlexRay對應(yīng)時槽中斷服務(wù)程序后，程序調(diào)用接收函數(shù)，鎖定接收時槽對 應(yīng)的接收緩存， 確認(rèn)為數(shù)據(jù)幀后， 讀取接收緩存中的數(shù)據(jù)與幀長度， 最后解鎖接 收緩存，等待下一個周期該時槽的接收時刻到來。具體的FlexRay總線數(shù)據(jù)接收 中斷流程如 錯誤 !未找到引用源。 所示。 圖 16 FlexRay 數(shù)據(jù)接收過程 4 FlexRay 的應(yīng)用 4.1 FlexRay 的應(yīng)用領(lǐng)域 FlexRay 擁有的高傳輸速率、容錯性好以及可靈活應(yīng)用等特點(diǎn)使其適用于較 多應(yīng)用領(lǐng)域： (1) 替代 CAN 總線 在數(shù)據(jù)速率要求超過 CAN 的應(yīng)用

54、中，人們現(xiàn)在同時使用了兩條或多條 CAN 總線，而數(shù)據(jù)傳輸速率高于 CAN 的 1020 倍的 FlexRay 則可以輕松應(yīng)用于這些 場合。 (2) 骨干網(wǎng)絡(luò) FlexRay的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常靈活，包括單/多通道總線結(jié)構(gòu)，單/多通道星形結(jié)構(gòu) 以及多種不同總線、星形混合結(jié)構(gòu)等， 網(wǎng)絡(luò)可與現(xiàn)有其它各種總線 (如 LIN ， CAN 等)系統(tǒng)兼容，故具有成為聯(lián)系大量元件器主干網(wǎng)的先天優(yōu)勢。同時，其靈活的 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，也可使設(shè)計(jì)者針對不同的應(yīng)用背景選擇不同的可靠等級以控制成本。 (3) 實(shí)時應(yīng)用，分布式控制系統(tǒng) FlexRay 的訪問方法基于同步時基，該時基通過協(xié)議自動建立和同步。因此 用戶可提前知道消息到

55、達(dá)時間，消息周期偏差非常小，這使得FlexRay成為具有 嚴(yán)格實(shí)時要求的分布式控制系統(tǒng)的首選技術(shù)。 (4) 面向安全的系統(tǒng) FlexRay 使用循環(huán)冗余校驗(yàn) CRC 來檢驗(yàn)通信中的差錯，還可以通過雙通道 通信提供冗余功能，并且使用星型拓?fù)淇赏耆鉀Q容錯問題， 如果出現(xiàn)意外情況， 星型的支路可以有選擇的切斷。因此，F(xiàn)lexRay的高容錯性和可靠性可以支持面 向安全的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如線控系統(tǒng)。 4.2 FlexRay 的車用前景 目前 FlexRay 最主要的應(yīng)用領(lǐng)域即是汽車，業(yè)界正致力于在汽車設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)向 全電子系統(tǒng)，它將通過創(chuàng)新的智能駕駛輔助系統(tǒng)為司機(jī)和乘員提供更高的安全性 以及更舒適的車內(nèi)環(huán)境。

56、而這種智能系統(tǒng)必然需要大量的采樣、 通信以及協(xié)調(diào)控 制，對車載網(wǎng)絡(luò)提出了較高的要求，這也應(yīng)該是FlexRay聯(lián)盟研發(fā)FlexRay的動 力所在。 FlexRay的重要目標(biāo)應(yīng)用之一是線控操作（如線控轉(zhuǎn)向、線控制動等），即利 用容錯的電氣 /電子系統(tǒng)取代機(jī)械 /液壓部分。汽車線控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上就是一種 特殊的局域網(wǎng)。 這種系統(tǒng)是從飛機(jī)控制系統(tǒng)引申而來的， 飛機(jī)控制系統(tǒng)中提到的 Fly-by-Wire 是一種電線代替機(jī)械的控制系統(tǒng)，它將飛機(jī)駕駛員的操縱控制和操 作命令轉(zhuǎn)換成電信號， 利用機(jī)載計(jì)算機(jī)控制飛機(jī)的飛行。 這種控制方式引入到汽 車駕駛上， 就稱為 Drive-by-Wire（ 電控駕駛），

57、引入到制動上就產(chǎn)生了 Brake-by-Wire（電控剎車），引入到轉(zhuǎn)向控制上就有 Steering-by-Wire（電控轉(zhuǎn)向）， 因此統(tǒng)稱為 X-by-Wire 。這些創(chuàng)新功能的基礎(chǔ)是一種能夠滿足嚴(yán)格容錯要求的寬 帶總線結(jié)構(gòu)，而FlexRay的高傳輸速率和良好的容錯性使其具有該方面的應(yīng)用潛 力。 盡管研發(fā)FlexRay最早的設(shè)想是實(shí)現(xiàn)汽車中的線控操作，然而其它發(fā)展趨勢 也在推動FlexRay技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。除了線控操作以外，F(xiàn)lexRay在汽車動力 總成和安全電子系統(tǒng)方面也有很大的應(yīng)用空間，這些應(yīng)用都需要高速數(shù)據(jù)傳輸， 如作為中央電子骨干總線連接車內(nèi)各種總線網(wǎng)絡(luò)， 而且便于在車內(nèi)引入新的電

58、子 控制系統(tǒng)。 在安全系統(tǒng)采用時間觸發(fā)技術(shù)， 就能在既定的時間內(nèi)處理信號， 提高 實(shí)時性。采用FlexRay技術(shù)可實(shí)現(xiàn)汽車的微控制，例如對懸掛系統(tǒng)的控制，即使 車輛轉(zhuǎn)彎角度已經(jīng)達(dá)到極限， 其數(shù)據(jù)通信也不會發(fā)生延遲現(xiàn)象； 動力系統(tǒng)代替現(xiàn) 有的機(jī)械系統(tǒng)控制電子節(jié)氣門， 該電子節(jié)氣門和現(xiàn)有系統(tǒng)結(jié)合工作， 如電腦化燃 油噴射器、電腦化可變進(jìn)氣系統(tǒng)、電腦化怠速控制系統(tǒng)等錯誤 !未找到引用源。 。 在企業(yè)方面，首個投入生產(chǎn)的 FlexRay應(yīng)用是BMW公司X5運(yùn)動型多功能 轎車（SAV）上名為Adaptive Drive的系統(tǒng)。Adaptive Drive基于飛思卡爾半導(dǎo)體的 32 位 FlexRay 微控制器，它可以監(jiān)視有