FlexRay?在汽車網(wǎng)絡中的應用解決方案

您經(jīng)常要給汽車剎車加制動液嗎?需要抽出制動液，以確保制動液管中沒有氣體，雖然這些工作可能并不由車主親自動手完成，但這個事實卻證明，即使在更加現(xiàn)代化的電動液壓制動系統(tǒng)中，我們?nèi)匀灰淌芩^的濕系統(tǒng)帶來的困擾。隨著線控技術的出現(xiàn)，我們將能使用重量輕、效率高、更簡單的電子機械系統(tǒng)，如線控剎車技術(Brake-By-Wire)，取代笨重的液壓系統(tǒng)和污穢的有毒液體，并徹底擺脫它們。

但是，向線控技術發(fā)展的進程并不是一帆風順的?，F(xiàn)存的網(wǎng)絡協(xié)議不是針對高級汽車控制系統(tǒng)如線控剎車技術，線控駕駛技術等而設計的。這類應用需要高帶高、具有容錯功能的確定性通信協(xié)議，而汽車市場目前尚未制定此類協(xié)議。2000年，寶馬、戴姆勒克萊斯勒、飛利浦和摩托羅拉半導體部門(2004年更名為飛思卡爾半導體公司)聯(lián)合建立了FlexRay™聯(lián)盟，共同實現(xiàn)下述目標：開發(fā)面向車內(nèi)高速控制應用的高級通信技術，提高車輛安全性、可靠性和舒適度，提供可供市場所有客戶使用的技術。

該聯(lián)盟現(xiàn)有125名成員，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。FlexRay專為車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)而設計，它不會取代現(xiàn)有網(wǎng)絡，但可以與現(xiàn)有系統(tǒng)結(jié)合使用，如控制器局域網(wǎng)(CAN)，本地互聯(lián)網(wǎng)絡(LIN)、媒體系統(tǒng)傳輸(MOST)和J1850協(xié)議。

滿足技術要求

FlexRay在每個通道中提供10Mbps的總數(shù)據(jù)速率，能夠滿足未來應用的帶寬要求。由于通道單獨運行，總數(shù)據(jù)速率可以達到20Mbps，是當前CAN標準速率(1Mbps)的20倍。

FlexRay是一個時間觸發(fā)的架構，這就意味著控制信號是根據(jù)預定義的時間進度傳輸?shù)?。確定性意味著：無論系統(tǒng)外部發(fā)生什么情況，都不會產(chǎn)生計劃外事件。在確定性算法中，始終會預先定義正確的輸出結(jié)果，這些結(jié)果是基于特定輸入的。此外，輸出可以控制后面的操作，其結(jié)果將決定下一個步驟，依此類推。無論外部產(chǎn)生什么影響，確定性網(wǎng)絡都是完全可預測的。這對需要持續(xù)的高速性能的應用(如線控剎車、線控駕駛)來說非常重要。FlexRay協(xié)議可以確保將信息延遲和抖動降至最低，另外還提供高帶寬(10Mbps)，可以減少網(wǎng)絡沖突的數(shù)量。

容錯功能意味著：即使系統(tǒng)的不同部分出現(xiàn)故障，系統(tǒng)仍將按照設計繼續(xù)運行。更重要的是，如果網(wǎng)絡運行性能降低，故障的嚴重性也會成比例上升。換句話說，小故障不會造成系統(tǒng)功能的喪失。FlexRay支持多個級別的容錯功能，包括通過單信道或雙信道模式(提供傳輸所需要的冗余)，提供可擴展的系統(tǒng)容錯。獨立的物理層總線監(jiān)護器也有助于最大程度地減少系統(tǒng)錯誤。

要為所有的FlexRay節(jié)點提供時間觸發(fā)的實時系統(tǒng)，需要在不同節(jié)點之間提供準確的全局時間同步。FlexRay通過偏差糾正和速率糾正算法，支持時鐘糾正管理。在每個周期中，同步信息從網(wǎng)絡上的同步節(jié)點傳送到總線。為了支持容錯系統(tǒng)，它至少提供4個同步節(jié)點。每個節(jié)點都接收到一條同步信息，并將其時鐘與同步節(jié)點的時鐘進行比較，然后糾正其時鐘，以便與同步節(jié)點的時鐘相匹配。這是一個故障-安全系統(tǒng)，如果一個節(jié)點發(fā)生故障，不會干擾其它節(jié)點的同步。

支持高吞吐量、確定性、容錯特性的FlexRay網(wǎng)絡，可為高級電子控制的安全應用帶來大量優(yōu)勢。FlexRay結(jié)合了這三大屬性，是其它車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的理想替代產(chǎn)品，它同時還能支持FlexRay聯(lián)盟計劃今后提供的應用。例如， MOST支持高數(shù)據(jù)速率，卻是專門用來連接車內(nèi)多媒體組件的網(wǎng)絡標準，可能不適合動力總成、底盤和線控應用。

CAN是國際標準化的串行總線系統(tǒng)，被歐洲生產(chǎn)商廣泛采用，用于引擎管理、車身電子和娛樂控制。在通常的數(shù)據(jù)速率下(500Kbps)，CAN網(wǎng)絡能夠連接多個電子控制單元。在美國，它將取代用于診斷和數(shù)據(jù)共享的J1850標準。但是，在傳送信息時，CAN使用了優(yōu)先級仲裁，這就意味著，低優(yōu)先級的信息總是排在高優(yōu)先級的信息后面，因而導致延遲。只有優(yōu)先級最高的信息可以在預定義傳輸時間保證被傳輸。此外，CAN速率相對較低，且不具備容錯功能，因而不能用于線控等先進應用。LIN是CAN中成本較低、速率相對較慢的子網(wǎng)絡，但不能處理線控等應用要求的數(shù)據(jù)速率。

FlexRay解決方案

FlexRay是帶靜態(tài)和動態(tài)插槽的可擴展系統(tǒng)，程序員能夠根據(jù)應用需求進行配置。憑借同步數(shù)據(jù)傳輸，可為可靠性要求很高的應用提供時間觸發(fā)的通信。基于byteflight™協(xié)議的異步傳輸使所有FlexRay節(jié)點能夠使用全部帶寬，完成事件驅(qū)動的通信。Byteflight是10Mbps時間控制協(xié)議，主要用于提供汽車安全有關應用。通過容錯同步和冗余傳輸通道，F(xiàn)lexRay擴展了Byteflight系統(tǒng)協(xié)議的面向安全的功能。

FlexRay可以支持光物理層和電物理層，使生產(chǎn)商能夠部署最符合他們需求的布線機制。此外，開發(fā)人員還可以將FlexRay系統(tǒng)從單通道總線擴展為多個雙通道星狀拓撲，具有完全通道冗余。如果將FlexRay用作車內(nèi)網(wǎng)絡的骨干系統(tǒng)，連接動力總成、底盤、車身、安全和多媒體應用(有無支持FlexRay的應用皆可)，制造商甚至還能更好地利用高帶寬的優(yōu)勢。

根據(jù)應用的確定性和容錯要求，在每個節(jié)點內(nèi)，F(xiàn)lexRay模塊均包括實施FlexRay協(xié)議所需的所有組件。

寄存器模塊---包含控制寄存器，用于配置FlexRay設備，還包括狀態(tài)寄存器，用于讀取當前的協(xié)議狀態(tài)信息。

信息緩沖器接口-CPU中使用該接口，以接收和傳輸數(shù)據(jù)，包括寄存器塊生成的數(shù)據(jù)。

協(xié)議狀態(tài)機-通信控制器的核心。它執(zhí)行整個協(xié)議邏輯，如信息處理、建立通信周期、啟動和錯誤處理。

定時單元-負責定時控制，包括支持分布式時鐘的同步。

循環(huán)冗余碼校驗(CRC)單元-在信息傳輸和接收過程中，生成和檢驗每個數(shù)據(jù)幀的校驗和。

接受和傳輸單元：每個通道一個。

FlexRay聯(lián)盟的一個公開目標是為車內(nèi)高速控制應用開發(fā)高級通信技術，以提高安全性、可靠性和舒適度。 [資料來源: www.flexray-group.org]。但是，眾所周知，業(yè)界高度關注線控系統(tǒng)，讓為它是FlexRay技術帶來的主要益處。目標是要減少車輛控制對液壓系統(tǒng)的依賴，最可能的應用就是線控剎車。