FlexRay车载通信协议介绍及其应用

FlexRay车载通信协议一、FlexRay介绍............................................................................................................................21.1汽车网络通信协议综述.....................................................................................................21.2FlexRay特点......................................................................................................................21.3FlexRay协会......................................................................................................................31.4FlexRay应用......................................................................................................................3二、FlexRay架构............................................................................................................................42.1FlexRay节点......................................................................................................................42.2FlexRay状态......................................................................................................................52.3FlexRay网络......................................................................................................................6三、FlexRay协议..........................................................................................................................83.1FlexRay帧格式..................................................................................................................83.1.1帧头部分..................................................................................................................83.1.2有效数据部分..........................................................................................................93.1.3帧尾部分..................................................................................................................93.2FlexRay帧编码..................................................................................................................93.2.1帧编码......................................................................................................................93.2.2特征符编码............................................................................................................103.3FlexRay通信模式............................................................................................................113.4FlexRay时钟同步............................................................................................................123.5FlexRay总线信号............................................................................................................13四、FlexRay产品开发..................................................................................................................144.1FlexRay开发进程............................................................................................................144.2FlexRay产品（以富士通为例）....................................................................................144.2.1Flexray套件..........................................................................................................144.2.2FlexRay产品特性.................................................................................................15五、历史与展望.............................................................................................................................165.1汽车技术与汽车产业......................................................................................................165.2关于汽车计算平台的思考与机会..................................................................................17一、FlexRay介绍FlexRay通讯协议运用于可靠的车内网络中，是一种具备故障容错的高速汽车总线系统。它已经成为同类产品的基准，将在未来很多年内，引导汽车电子产品控制结构的发展方向。FlexRay协议标准中定义了同步和异步帧传输，同步传输中保证帧的延迟和抖动，异步传输中有优先次序，还有多时钟同步，错误检测与避免，编码解码，物理层的总线监控设备等。1.1汽车网络通信协议综述汽车网络通信协议在保证整个系统正常运行方面起着非常重要的作用。它可以帮助解决系统很多问题，如数据共享、可扩展性、诊断接口等。目前，应用于汽车领域的网络标准除了FlexRay还有很多，如CAN、LIN、J1850及MOST等。CAN总线全称为“控制器局域网总线（ControllerAreaNetwork）”，是德国博世公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议。它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。CAN通信速率可达１Mbit/s，每帧的数据字节数为8个。LIN（LocalInterconnectNetwork，控制器局域网）总线是由LIN协会发布的一种新型低成本串行通信总线，也称为经济型CAN网络。LIN的目标是为现有汽车网络（例如CAN总线）提供辅助功能，因此LIN总线是一种辅助的总线网络，在不需要CAN总线的带宽和多功能的场合比如智能传感器和制动装置之间的通信使用LIN总线可大大节省成本。J1850总线是1994年由汽车工程师协会颁布的标准，之后普及运用于美国车厂的汽车中。不过，虽然美国各厂多采用J1850标准，但是各厂的实际做法又不相同，因此相对其他标准来说比较混乱。由于J1850总线通信速率低，只适合用于车身控制系统及诊断系统，目前在美国逐步被CAN所取代。MOST（MediaOrientedSystemTransport，面向媒体的系统传输）总线是采用光纤并用于智能交通及多媒体的网络协议，能够支持24.8Mbps的数据速率，与以前的铜缆相比具有减轻重量和减小电磁干扰的优势。1.2FlexRay特点作为一种灵活的车载网络系统，FlexRay具有高速、可靠及安全的特点，它不仅能简化车载通信系统的架构，而且还有助于汽车电子单元获得更高的稳定性和可靠性。在宝马新款SUV“X5”的电子控制减震器系统中，首次采用了控制系列车内LAN接口规格FlexRay，此次实际应用预示着FlexRay在高速车载通信网络中的大规模应用已经指日可待。图1-各个协议数据速率的比较FlexRay在物理上通过两条分开的总线通信，每一条的数据速率是10MBit/s。CAN网络最高性能极限为1Mbps，而FlexRay总数据速率可达到20Mbit/秒。因此，应用在车载网络，FlexRay的网络带宽可能是CAN的20倍之多。FlexRay还能够提供很多网络所不具有的可靠性特点。尤其是FlexRay具备的冗余通信能力可实现通过硬件完全复制网络配置，并进行进度监测。FlexRay同时提供灵活的配置，可支持各种拓扑，如总线、星型和混合拓扑。设计人员可以通过结合两种或两种以上的该类型拓扑来配置分布式系统。FlexRay本身不能确保系统安全，但它具备大量功能，可以支持以安全为导向的系统（如线控系统）的设计。1.3FlexRay协会FlexRay协会旨在推展开放式高速汇流排系统标准用于汽车的分布式控制应用。自2000年9月成立以来，协会不断发展成长，成员包括汽车产业一些最大、最具影响力的公司。FlexRay的开发工作正在BMW、戴