flexray總線原理及應用

1、0FlexRay總線原理及應用總線原理及應用1FlexRay總線介紹總線介紹1.1FlexRay產(chǎn)生及發(fā)展產(chǎn)生及發(fā)展隨著汽車中增強安全和舒適體驗的功能越來越多，用于實現(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)配合日益復雜，嚴重阻礙線控技術(shù)（XbyWire，即利用重量輕、效率高、更簡單且具有容錯功能的電氣電

2、子系統(tǒng)取代笨重的機械液壓部分）的發(fā)展。即使可以解決復雜性問題，傳統(tǒng)的車用總線也缺乏線控所必需的確定性和容錯功能。例如，與安全有關(guān)的信息傳遞要求絕對的實時，這類高優(yōu)先級的信息必須在指定的時間內(nèi)傳輸?shù)轿?，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

3、等并不能滿足未來汽車應用的要求。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)（XbyWire）的要求。于是在2000年9月，寶馬和戴姆勒克萊斯勒聯(lián)合飛利浦和摩托羅拉成立了FlexRay聯(lián)盟。該聯(lián)盟致力于推廣FlexRay通信系統(tǒng)在全球的采用，使其成為高級動力總成、底盤、線控系統(tǒng)的標準協(xié)議。其具體任務為制定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Fl

4、exRay的控制器、開發(fā)FlexRay物理層規(guī)范并實現(xiàn)基礎(chǔ)解決方案。1.2FlexRay特點特點FlexRay提供了傳統(tǒng)車內(nèi)通信協(xié)議不具備的大量特性，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)絡這樣的單信道系統(tǒng)一般運行，而且還可以作為一個雙信道系統(tǒng)運行，因此可以達到20Mbps的最大傳輸速率，是當前CAN最高運行速率的20倍。(2)同步時基：FlexRay中使用的訪問方法是基于

5、同步時基的。該時基通過協(xié)議自動建立和同步，并提供給應用。時基的精確度介于0.5μs和10μs之間（通常為1~2μs）。(3)確定性：通信是在不斷循環(huán)的周期中進行的，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的時間。到達時間的臨時偏差幅度會非常小，并能得到保證。(4)高容錯:強大的錯誤檢測性能和容錯功能是FlexRay設(shè)計時考慮的重要方面。FlexRay總線使用循環(huán)冗余校驗CRC(Cyclicredundancyc

6、heek)來檢驗通信中的差錯。FlexRay總線通過雙通道通信，能夠提供冗余功能，并且使用星型拓撲可完全解決容錯問題。(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，反映在如下幾個方面：①支持多種方式的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)；②消息長度可配置：可根據(jù)實際控制應用需求，為其設(shè)定相應的數(shù)據(jù)載荷長度；2圖2.4混合型2.3數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀一個數(shù)據(jù)幀由頭段（HeaderSegment)、有效負載段（PayloadSegment）和尾段

7、（TrailerSegment）三部分組成。FlexRay數(shù)據(jù)幀格式如圖2.5所示。圖2.5FlexRay數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)(1)頭段共由5個字節(jié)（40位）組成，包括以下幾位：1.保留位(1位)：為日后的擴展做準備；2.負載段前言指示(1位)：指明負載段的向量信息；3.無效幀指示(1位)：指明該幀是否為無效幀；4.同步幀指示(1位)：指明這是否為一個同步幀；5.起始幀指示(1位)：指明該幀是否為起始幀；6.幀ID(11位)：用于識別該幀和該幀在

8、時間觸發(fā)幀中的優(yōu)先級；7.負載段長度(7位)：標注一幀中能傳送的字數(shù)；8.頭部CRC(11位)：用于檢測傳輸中的錯誤；9.周期計數(shù)(6位)：每一通信開始，所有節(jié)點的周期計數(shù)器增1。(2)負載段是用于傳送數(shù)據(jù)的部分，F(xiàn)lexRay有效負載段包含0~254個字節(jié)數(shù)據(jù)。對于動態(tài)幀，有效負載段的前兩個字節(jié)通常用作信息ID，接受節(jié)點根據(jù)接受的ID來判斷是否為需要的數(shù)據(jù)幀。對于靜態(tài)幀，有效負載段的前13個字節(jié)為網(wǎng)絡管理向量(NM)，用于網(wǎng)絡管理。(