FlexRay?在汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用解決方案

您經(jīng)常要給汽車(chē)剎車(chē)加制動(dòng)液?jiǎn)?需要抽出制動(dòng)液，以確保制動(dòng)液管中沒(méi)有氣體，雖然這些工作可能并不由車(chē)主親自動(dòng)手完成，但這個(gè)事實(shí)卻證明，即使在更加現(xiàn)代化的電動(dòng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)中，我們?nèi)匀灰淌芩^的濕系統(tǒng)帶來(lái)的困擾。隨著線控技術(shù)的出現(xiàn)，我們將能使用重量輕、效率高、更簡(jiǎn)單的電子機(jī)械系統(tǒng)，如線控剎車(chē)技術(shù)(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(shù)發(fā)展的進(jìn)程并不是一帆風(fēng)順的?，F(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不是針對(duì)高級(jí)汽車(chē)控制系統(tǒng)如線控剎車(chē)技術(shù)，線控駕駛技術(shù)等而設(shè)計(jì)的。這類(lèi)應(yīng)用需要高帶高、具有容錯(cuò)功能的確定性通信協(xié)議，而汽車(chē)市場(chǎng)目前尚未制定此類(lèi)協(xié)議。2000年，寶馬、戴姆勒克萊斯勒、飛利浦和摩托羅拉半導(dǎo)體部門(mén)(2004年更名為飛思卡爾半導(dǎo)體公司)聯(lián)合建立了FlexRay™聯(lián)盟，共同實(shí)現(xiàn)下述目標(biāo)：開(kāi)發(fā)面向車(chē)內(nèi)高速控制應(yīng)用的高級(jí)通信技術(shù)，提高車(chē)輛安全性、可靠性和舒適度，提供可供市場(chǎng)所有客戶使用的技術(shù)。

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(jí)動(dòng)力總成、底盤(pán)、線控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。FlexRay專(zhuān)為車(chē)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)而設(shè)計(jì)，它不會(huì)取代現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，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(luò)(LIN)、媒體系統(tǒng)傳輸(MOST)和J1850協(xié)議。

滿足技術(shù)要求

FlexRay在每個(gè)通道中提供10Mbps的總數(shù)據(jù)速率，能夠滿足未來(lái)應(yīng)用的帶寬要求。由于通道單獨(dú)運(yùn)行，總數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到20Mbps，是當(dāng)前CAN標(biāo)準(zhǔn)速率(1Mbps)的20倍。

FlexRay是一個(gè)時(shí)間觸發(fā)的架構(gòu)，這就意味著控制信號(hào)是根據(jù)預(yù)定義的時(shí)間進(jìn)度傳輸?shù)摹４_定性意味著：無(wú)論系統(tǒng)外部發(fā)生什么情況，都不會(huì)產(chǎn)生計(jì)劃外事件。在確定性算法中，始終會(huì)預(yù)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(gè)步驟，依此類(lèi)推。無(wú)論外部產(chǎn)生什么影響，確定性網(wǎng)絡(luò)都是完全可預(yù)測(cè)的。這對(duì)需要持續(xù)的高速性能的應(yīng)用(如線控剎車(chē)、線控駕駛)來(lái)說(shuō)非常重要。FlexRay協(xié)議可以確保將信息延遲和抖動(dòng)降至最低，另外還提供高帶寬(10Mbps)，可以減少網(wǎng)絡(luò)沖突的數(shù)量。

容錯(cuò)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(shè)計(jì)繼續(xù)運(yùn)行。更重要的是，如果網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行性能降低，故障的嚴(yán)重性也會(huì)成比例上升。換句話說(shuō)，小故障不會(huì)造成系統(tǒng)功能的喪失。FlexRay支持多個(gè)級(jí)別的容錯(cuò)功能，包括通過(guò)單信道或雙信道模式(提供傳輸所需要的冗余)，提供可擴(kuò)展的系統(tǒng)容錯(cuò)。獨(dú)立的物理層總線監(jiān)護(hù)器也有助于最大程度地減少系統(tǒng)錯(cuò)誤。

要為所有的FlexRay節(jié)點(diǎn)提供時(shí)間觸發(fā)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，需要在不同節(jié)點(diǎn)之間提供準(zhǔn)確的全局時(shí)間同步。FlexRay通過(guò)偏差糾正和速率糾正算法，支持時(shí)鐘糾正管理。在每個(gè)周期中，同步信息從網(wǎng)絡(luò)上的同步節(jié)點(diǎn)傳送到總線。為了支持容錯(cuò)系統(tǒng)，它至少提供4個(gè)同步節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都接收到一條同步信息，并將其時(shí)鐘與同步節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘進(jìn)行比較，然后糾正其時(shí)鐘，以便與同步節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘相匹配。這是一個(gè)故障-安全系統(tǒng)，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，不會(huì)干擾其它節(jié)點(diǎn)的同步。

支持高吞吐量、確定性、容錯(cuò)特性的FlexRay網(wǎng)絡(luò)，可為高級(jí)電子控制的安全應(yīng)用帶來(lái)大量?jī)?yōu)勢(shì)。FlexRay結(jié)合了這三大屬性，是其它車(chē)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的理想替代產(chǎn)品，它同時(shí)還能支持FlexRay聯(lián)盟計(jì)劃今后提供的應(yīng)用。例如， MOST支持高數(shù)據(jù)速率，卻是專(zhuān)門(mén)用來(lái)連接車(chē)內(nèi)多媒體組件的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，可能不適合動(dòng)力總成、底盤(pán)和線控應(yīng)用。

CAN是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)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(chē)身電子和娛樂(lè)控制。在通常的數(shù)據(jù)速率下(500Kbps)，CAN網(wǎng)絡(luò)能夠連接多個(gè)電子控制單元。在美國(guó)，它將取代用于診斷和數(shù)據(jù)共享的J1850標(biāo)準(zhǔn)。但是，在傳送信息時(shí)，CAN使用了優(yōu)先級(jí)仲裁，這就意味著，低優(yōu)先級(jí)的信息總是排在高優(yōu)先級(jí)的信息后面，因而導(dǎo)致延遲。只有優(yōu)先級(jí)最高的信息可以在預(yù)定義傳輸時(shí)間保證被傳輸。此外，CAN速率相對(duì)較低，且不具備容錯(cuò)功能，因而不能用于線控等先進(jìn)應(yīng)用。LIN是CAN中成本較低、速率相對(duì)較慢的子網(wǎng)絡(luò)，但不能處理線控等應(yīng)用要求的數(shù)據(jù)速率。

FlexRay解決方案

FlexRay是帶靜態(tài)和動(dòng)態(tài)插槽的可擴(kuò)展系統(tǒng)，程序員能夠根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行配置。憑借同步數(shù)據(jù)傳輸，可為可靠性要求很高的應(yīng)用提供時(shí)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(diǎn)能夠使用全部帶寬，完成事件驅(qū)動(dòng)的通信。Byteflight是10Mbps時(shí)間控制協(xié)議，主要用于提供汽車(chē)安全有關(guān)應(yīng)用。通過(guò)容錯(cuò)同步和冗余傳輸通道，F(xiàn)lexRay擴(kuò)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(jī)制。此外，開(kāi)發(fā)人員還可以將FlexRay系統(tǒng)從單通道總線擴(kuò)展為多個(gè)雙通道星狀拓?fù)?，具有完全通道冗余。如果將FlexRay用作車(chē)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的骨干系統(tǒng)，連接動(dòng)力總成、底盤(pán)、車(chē)身、安全和多媒體應(yīng)用(有無(wú)支持FlexRay的應(yīng)用皆可)，制造商甚至還能更好地利用高帶寬的優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)應(yīng)用的確定性和容錯(cuò)要求，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)，F(xiàn)lexRay模塊均包括實(shí)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(shè)備，還包括狀態(tài)寄存器，用于讀取當(dāng)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(jī)-通信控制器的核心。它執(zhí)行整個(gè)協(xié)議邏輯，如信息處理、建立通信周期、啟動(dòng)和錯(cuò)誤處理。

定時(shí)單元-負(fù)責(zé)定時(shí)控制，包括支持分布式時(shí)鐘的同步。

循環(huán)冗余碼校驗(yàn)(CRC)單元-在信息傳輸和接收過(guò)程中，生成和檢驗(yàn)每個(gè)數(shù)據(jù)幀的校驗(yàn)和。

接受和傳輸單元：每個(gè)通道一個(gè)。

FlexRay聯(lián)盟的一個(gè)公開(kāi)目標(biāo)是為車(chē)內(nèi)高速控制應(yīng)用開(kāi)發(fā)高級(jí)通信技術(shù)，以提高安全性、可靠性和舒適度。 [資料來(lái)源: www.flexray-group.org]。但是，眾所周知，業(yè)界高度關(guān)注線控系統(tǒng)，讓為它是FlexRay技術(shù)帶來(lái)的主要益處。目標(biāo)是要減少車(chē)輛控制對(duì)液壓系統(tǒng)的依賴(lài)，最可能的應(yīng)用就是線控剎車(chē)。