1、.,1,高速實(shí)時總線協(xié)議：FlexRay,.,2,2,主要內(nèi)容FlexRay概述FlexRay的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)FlexRay數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)FlexRay的時間等級和調(diào)度表FlexRay節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)方式FlexRay開發(fā)流程,.,3,3,FlexRay概述線控系統(tǒng)（X-by-Wire）線控系統(tǒng)需要什么樣的總線？高速確定性時間觸發(fā)容錯性為什么不用CAN總線？事件觸發(fā)報文不確定總線負(fù)載率已經(jīng)接近極限功能擴(kuò)展、帶寬儲備、容錯設(shè)計(jì)為什么是FlexRay？TTCANSAFEbusSPIDERTTP/CFlexRay,.,4,.,5,.,6,基于FlexRay和LIN傳感器用LINFlexRay用于高速數(shù)據(jù)傳遞布線更

2、短減少設(shè)計(jì)的復(fù)雜性總體設(shè)計(jì)成本降低,.,7,.,8,.,9,4,FlexRay概述FlexRay背景TTA（1982、Vienna）Byteflight（1996）FlexRay聯(lián)盟2000年成立核心成員：BMW、Bosch、Daimler、Freescale、GM、NXP、VW主要成員:目前28個(2009.10.12)外圍成員:目前64個(2009.10.12),.,10,5,FlexRay概述FlexRay技術(shù)特點(diǎn)高速確定性容錯性靈活性分布式時鐘同步,.,11,6,FlexRay概述應(yīng)用領(lǐng)域：分布式控制系統(tǒng)一體化控制：動力系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)高安全性要求的系統(tǒng)X-by-Wire(線控系統(tǒng)）牽引

3、及安全控制系統(tǒng)國防：地面設(shè)備高傳輸速率要求的系統(tǒng)車輛主干網(wǎng)國防：地面設(shè)備工業(yè)控制領(lǐng)域（正在討論）,.,12,.,13,7,FlexRay概述第一輛FlexRay量產(chǎn)車BMWX54.8i電子控制減震器系統(tǒng)上市時間2007年XCP-on-FlexRayatAudi下一代豪華運(yùn)動車的標(biāo)定標(biāo)定協(xié)議:XCPonFlexRay大量測量數(shù)據(jù)需要傳輸,.,14,8,FlexRay總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞姆诸?單信道&雙信道總線型&星型&混合型,StarB,恒潤科技公司,.,15,9,FlexRay總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋯涡诺揽偩€型IBus24m4nStubs22Node3Node2,Node4,.,16,FlexRay總

4、線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋯涡诺罒o源星型IStubNIStubM24m,3nStubs22nSplice1Node1,單信道有源星型lActiveStarN24mnActiveBranches2,.,17,11,FlexRay總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋯涡诺阑旌贤負(fù)?Node2,Node3,Node4,Node5,Node1,ActiveStar1Node7Node8,ActiveStar2,Node10Node9,Node6,.,18,FlexRay總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潆p信道可獨(dú)立選擇拓?fù)湫问?Node1,Node2,Node3,Node4,Node5,ChannelAStarB,.,19,13,數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)概念幀的分類：靜

5、態(tài)幀和動態(tài)幀空幀(NULLFrame):數(shù)據(jù)段(PayloadSegnent)不含有效數(shù)據(jù)(都為0)啟動幀(StartupFrame)：FlexRay網(wǎng)絡(luò)啟動時由啟動節(jié)點(diǎn)發(fā)送同步幀(SyncFrame):由同步節(jié)點(diǎn)發(fā)送，用于節(jié)點(diǎn)之間的同步啟動幀一定是同步幀，同步幀不一定是啟動幀,.,20,FlexRay的總線訪問方式是把一個通信循環(huán)分為靜態(tài)段和動態(tài)段，靜態(tài)段采用時分多址實(shí)現(xiàn)時間觸發(fā)，動態(tài)段則采用靈活時分多址（FTDMA，F(xiàn)lexibleTimeDivisionMultipleAccess），如圖4所示。這樣，F(xiàn)lexRay比TTP/C更靈活。時間觸發(fā)的缺點(diǎn)是靈活性差，雖然TTP/C設(shè)計(jì)時，可以

6、靈活地選擇每個節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)長度，但是系統(tǒng)確定后就不能再改變，而且以后節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)充也很難，除非在原先設(shè)計(jì)時就已經(jīng)考慮到了1。并且，F(xiàn)lexRay幀的最大長度為254字節(jié)，TTP/C幀的最大長度為240字節(jié)8，這意味著FlexRay比TTP/C有更大的靈活性。,FlexRay把事件通道設(shè)置在與時間觸發(fā)協(xié)議平行的位置。事件觸發(fā)傳輸靈活性好，可以動態(tài)地分配帶寬，而且在故障診斷以及調(diào)試中都需要事件觸發(fā)消息，所以，F(xiàn)lexRay把一個周期分成靜態(tài)和動態(tài)兩部分，動態(tài)部分用于傳遞事件信息，把動態(tài)部分看作為一個時間片，并采用了Byteflight協(xié)議，保證一些具有高優(yōu)先權(quán)的數(shù)據(jù)能夠在總線忙時也有機(jī)會發(fā)送消息，低優(yōu)

7、先權(quán)的數(shù)據(jù)在總線空閑時發(fā)送消息。這樣各個節(jié)點(diǎn)可以共享這部分帶寬。因此，在事件觸發(fā)方面，F(xiàn)lexRay的節(jié)點(diǎn)共享決定了其靈活性更好。,.,21,FlexRay符合TDMA（TimeDivisionMultipleAccess）的原則，部件和信息都被分配了確定的時間槽，在此期間它們可以唯一的訪問總線。時間槽有固定的重復(fù)周期。信息在總線上的時間是完全可以預(yù)測出來的，因而對總線的訪問是確定性的。不過，通過為部件和信息分配時間槽的方法來固定的分配總線帶寬，其不利因素是導(dǎo)致總線的帶寬沒有被完全的利用。出于這個考慮，F(xiàn)lexRay把周期分成了靜態(tài)段（StaticSeg.）和動態(tài)段（DynamicSeg.），

8、確定的時間槽適用于位于信息開始的靜態(tài)段。在動態(tài)段，時間槽是動態(tài)分配的。每種情況下都只有一小段時間是允許唯一的總線訪問的(這段時間稱為mini-slots)，如果在mini-slot中出現(xiàn)了總線訪問，時間槽就會按照需要的時間來擴(kuò)展。因此總線帶寬是動態(tài)可變的。,.,22,為了實(shí)現(xiàn)功能的同步和通過兩條信息間的短距離來優(yōu)化帶寬，該通信網(wǎng)絡(luò)中的分布組件都要有一個共同的時基（全局時間）。為了時鐘同步，同步信息是在周期的靜態(tài)段傳輸?shù)摹Ｍㄟ^增添一個特殊的算法，部件的本地時鐘被修正為所有的本地時鐘與全局時鐘同步。,.,23,14,數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)幀組成起始段(HeaderSegment)凈荷段(PayloadS

9、egment)靜態(tài)幀靜態(tài)段動態(tài)幀動態(tài)段結(jié)束段(TrailerSegment),.,24,數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu),.,25,.,26,312,MT,16,FlexRay時間等級ChannelA,Cycle0,Cycle1,CycleCycleCycleCyclem,Cycle63Cycle0,ChannelB,StaticSegment,DynamicSegment,SymbolWindow,NetworkIdleTime,StaticSlotMTMTMTMTT,StaticMiniSlotSlotMTMTMTMTT,MiniSlotMTMTMTMTMT網(wǎng)絡(luò)時間參數(shù)節(jié)點(diǎn)時間參數(shù),.,27,17,FlexRa

10、y時間等級采樣時鐘&位時間gdSampleClockPeriod(1/80MHz=12.5ns)采樣時鐘pdMicrotickT(pSamplesPerMicrotick*gdSampleClockPeriod=2*12.5ns=25ns)MicrotickTgdBit(cSamplesPerBit*gdSampleClockPeriod=8*12.5ns=100ns)位時間gdMacrotick(pMicroPerMacroNom*pdMicrotick=40*25ns=1000ns=1s)MacrotickMTgdCycle(gMacroPerCycle*pdMacrotick=5000*

11、1s=5000s=5ms)通信周期,.,28,18,FlexRay調(diào)度表,靜態(tài)部分Staticsegment,動態(tài)部分Dynamicsegment,ChannelAChannelB,11,22,33,44,56567,7,8,8,9,9,NodeBID:3、7,NodeCID:5、9,.,29,19,FlexRay節(jié)點(diǎn)構(gòu)造,FlexRayNode,Microcontroller(Host),PowerData,PowerSupply,CCBG,BG,ControlStatus,BDChAChB主機(jī)控制器-Host通信控制器-CommunicationController,BDBUS總線驅(qū)動器-BusDriver總線監(jiān)控器-BusGuardian,.,30,20,FlexRay硬件實(shí)現(xiàn)方式1單片機(jī)MCU+獨(dú)立通信控制器CC+總線驅(qū)動器BDCC：MFR4310(Freescale)、CIC-310(Infineon)、MB88121A(Fujitsu)FPGAFlexRayIPCore等BD:TJA1080(NXP)、AS8221(奧地利微電子),.,31,21,FlexRay硬件實(shí)現(xiàn)方式2集成FlexRay功能的MCU+總線驅(qū)動器BD,.,32,22,FlexRay開發(fā)流程,DaVinciNetworkDesignerCANoe.FlexRayOEMSup