FlexRay介绍

高速实时总线协议：FlexRay2主要内容FlexRay概述FlexRay的拓扑结构FlexRay数据帧的结构FlexRay的时间等级和调度表FlexRay节点的实现方式FlexRay开发流程3FlexRay概述线控系统（X-by-Wire）线控系统需要什么样的总线？高速确定性－时间触发容错性为什么不用CAN总线？事件触发－报文不确定总线负载率－已经接近极限功能扩展、带宽储备、容错设计为什么是FlexRay？TTCANSAFEbusSPIDERTTP/CFlexRay基于FlexRay和LIN传感器用LINFlexRay用于高速数据传递布线更短减少设计的复杂性总体设计成本降低4FlexRay概述FlexRay背景TTA（1982、Vienna）＋Byteflight（1996）FlexRay联盟2000年成立核心成员：BMW、Bosch、Daimler、Freescale、GM、NXP、VW主要成员:目前28个(2009.10.12)外围成员:目前64个(2009.10.12)5FlexRay概述FlexRay技术特点高速确定性容错性灵活性分布式时钟同步6FlexRay概述应用领域：分布式控制系统一体化控制：动力系统、底盘系统高安全性要求的系统X-by-Wire(线控系统）牵引及安全控制系统国防：地面设备高传输速率要求的系统车辆主干网国防：地面设备工业控制领域（正在讨论）7FlexRay概述第一辆FlexRay量产车BMWX54.8i电子控制减震器系统上市时间－2007年XCP-on-FlexRayatAudi下一代豪华运动车的标定标定协议:XCPonFlexRay大量测量数据需要传输8FlexRay总线网络拓扑网络拓扑的分类单信道&双信道总线型&星型&混合型StarB恒润科技公司总线网络拓扑单信道－总线型IBus≤24m4≤nStubs≤22Node3Node2Node4FlexRay总线网络拓扑单信道－无源星型IStubN＋IStubM≤24m3≤nStubs≤22nSplice＝1Node1单信道－有源星型lActiveStarN≤24mnActiveBranches≥211FlexRay总线网络拓扑单信道－混合拓扑Node2Node3Node4Node5Node1ActiveStar1Node7Node8ActiveStar2Node10Node9Node6FlexRay总线网络拓扑双信道－可独立选择拓扑形式Node1Node2Node3Node4Node5ChannelAStarB13数据帧结构帧结构概念帧的分类：静态帧和动态帧空帧(NULLFrame):数据段(PayloadSegnent)不含有效数据(都为0)启动帧(StartupFrame)：FlexRay网络启动时由启动节点发送同步帧(SyncFrame):由同步节点发送，用于节点之间的同步启动帧一定是同步帧，同步帧不一定是启动帧FlexRay符合TDMA（TimeDivisionMultipleAccess）的原则，部件和信息都被分配了确定的时间槽，在此期间它们可以唯一的访问总线。时间槽有固定的重复周期。信息在总线上的时间是完全可以预测出来的，因而对总线的访问是确定性的。不过，通过为部件和信息分配时间槽的方法来固定的分配总线带宽，其不利因素是导致总线的带宽没有被完全的利用。出于这个考虑，FlexRay把周期分成了静态段（StaticSeg.）和动态段（DynamicSeg.），确定的时间槽适用于位于信息开始的静态段。在动态段，时间槽是动态分配的。每种情况下都只有一小段时间是允许唯一的总线访问的(这段时间称为mini-slots)，如果在mini-slot中出现了总线访问，时间槽就会按照需要的时间来扩展。因此总线带宽是动态可变的。为了实现功能的同步和通过两条信息间的短距离来优化带宽，该通信网络中的分布组件都要有一个共同的时基（全局时间）。为了时钟同步，同步信息是在周期的静态段传输的。通过增添一个特殊的算法，部件的本地时钟被修正为所有的本地时钟与全局时钟同步。14数据帧结构数据帧组成起始段(HeaderSegment)净荷段(PayloadSegment)静态帧－静态段动态帧－动态段结束段(TrailerSegment)数据帧结构312MT16FlexRay时间等级ChannelACycle0Cycle1CycleCycleCycleCyclemCycle63Cycle0ChannelBStaticSegmentDynamicSegmentSymbolWindowNetworkIdleTimeStaticSlotMTMTMTMTµTStaticMiniSlotSlotMTMTMTMTµTMiniSlotMTMTMTMTMT网络时间参数节点时间参数17FlexRay时间等级采样时钟&位时间gdSampleClockPeriod(1/80MHz=12.5ns)采样时钟pdMicrotick[µT](pSamplesPerMicrotick*gdSampleClockPeriod=2*12.5ns=25ns)Microtick[µT]gdBit(cSamplesPerBit*gdSampleClockPeriod=8*12.5ns=100ns)位时间gdMacrotick(pMicroPerMacroNom*pdMicrotick=40*25ns=1000ns=1µs)Macrotick[MT]gdCycle(gMacroPerCycle*pdMacrotick=5000*1µs=5000µs=5ms)通信周期18FlexRay调度表静态部分Staticsegment动态部分DynamicsegmentChannelAChannelB112233445656778899NodeBID:3、7NodeCID:5、919FlexRay节点构造FlexRayNodeMicrocontroller(Host)PowerDataPowerSupplyCCBGBGControlStatusBDChAChB主机控制器-Host通信控制器-CommunicationControllerBDBUS总线驱动器-BusDriver总线监控器-BusGuardian20FlexRay硬件实现方式1单片机MCU+独立通信控制器CC+总线驱动器BDCC：MFR4310(Freescale)、CIC-310(Infineon)、MB88121A(Fujitsu)FPGAFlexRayIPCore等BD:TJA1080(NXP)、AS8221(奥地利微电子)21FlexRay硬件实现方式2集成FlexRay功能的MCU+总线驱动器BD22FlexRay开发流程DaVinciNetworkDesignerCANoe.FlexRayOEMSupplierDaVinciNetworkDesignerCANoe.FlexRayCANalyzer.FlexRayEmbeddedSoftwareforFlexRayCANoe.FlexRayCANapeFRstressMultilogValidationVerificationCANoe.FlexRayCANalyzer.FlexRayFRstressCANoeRT