關(guān)于車(chē)用迢信協(xié)議中的假冒錯

2 FlexRay對抗假冒錯的措施
FlexRay是新興的車(chē)用通信協(xié)議，它是因CAN協(xié)議在帶寬和可靠性不足的情況下發(fā)展起來(lái)的，主要滿(mǎn)足汽車(chē)線(xiàn)控技術(shù)(x―by―wire)的要求。在線(xiàn)控系統中，不再有機械或液壓的后備，所有的操作都由電信號通過(guò)總線(xiàn)傳送來(lái)實(shí)現，因此對通信的可靠性要求更高。為了對抗假冒錯，和過(guò)去的技術(shù)相比，FlexRay協(xié)議添加了幀頭的CRC檢驗。
FlexRay的幀頭部段由5位的先導、11位的幀ID、7位的數據長(cháng)度、11位的頭部CRC校驗和以及6位的時(shí)鐘周期計數構成。如果校驗未通過(guò)，幀就判作出錯而不予接收。5位的先導是保留位、數據區前導標志位、空幀標志位、同步幀標志位、啟動(dòng)幀標志位。頭部CRC校驗覆蓋的范圍僅包括同步幀標志位、啟動(dòng)幀標志位、幀ID和數據長(cháng)度。在FlexRay發(fā)送節點(diǎn)中頭部CRC校驗和是離線(xiàn)計算好并在組態(tài)時(shí)提供給cc的，接收節點(diǎn)的cc則根據收到的在覆蓋域的以及CRC校驗和的比特流計算CRC校驗和。頭部CRC校驗的生成多項式為：

其計算初值為0x01A。該頭部CRC校驗保證覆蓋的20位內Hamming距離為6。由于接收節點(diǎn)的cc是根據收到的在覆蓋域的以及CRC校驗和的比特流計算CRC校驗和，如果出錯的位數較多，有可能減少此項檢驗的有效性，在FlexRay波特率較高的情況下，出錯位數多是可能的。這里被保護的數據內容是：同步幀標志表明本幀是否是用于時(shí)鐘同步；啟動(dòng)幀標志表明本幀是否是啟動(dòng)時(shí)用的；幀ID在靜態(tài)段時(shí)是時(shí)間片(slot)的編號，在動(dòng)態(tài)段內為優(yōu)先級編號，在網(wǎng)絡(luò )的同一簇內每一個(gè)幀有1個(gè)ID；數據長(cháng)度在組態(tài)時(shí)也是確定了的。因此在組態(tài)時(shí)可以離線(xiàn)算好CRC校驗和。如果在應用時(shí)這些內容不管何種原因發(fā)生了破壞，接收者就可以發(fā)現。
FlexRay在發(fā)送時(shí)間片的實(shí)際使用權上還加以控制，即有與節點(diǎn)cc相配的總線(xiàn)監守(bus guardian)，用以對抗Babbling Idiot錯?？偩€(xiàn)監守在調度規定的時(shí)刻開(kāi)啟發(fā)送通道，允許cc發(fā)送，否則cc是送不出去的。消息以廣播方式送到各節點(diǎn)，若接收也以時(shí)間片確定的話(huà)，假冒是很難的，除非總線(xiàn)監守與該節點(diǎn)的cc都出了錯。但是FlexRay的總線(xiàn)監守并不保護發(fā)生在動(dòng)態(tài)段的不準時(shí)發(fā)送，如果因為干擾，在周期內某節點(diǎn)cc的時(shí)間片指針vSlotCounter出了錯，就有不準時(shí)的消息傳送；若同時(shí)傳送的ID也錯，假冒錯就會(huì )發(fā)生，vSlotCounter要等到新的時(shí)鐘同步消息時(shí)再復位為1。
FlexRay對數據區前導標志和空幀標志未作頭部CRC校驗的覆蓋，這可能引起問(wèn)題。數據區前導標志用于標明數據區開(kāi)始部分是否包含有消息ID(在動(dòng)態(tài)段發(fā)送的幀)或者網(wǎng)絡(luò )管理向量(在靜態(tài)段發(fā)送的幀)?？諑瑯酥居糜跇嗣鲾祿^的數據是否可按原來(lái)的規定使用或者是空幀。網(wǎng)絡(luò )管理向量是一個(gè)選項，作為應用的數據由host寫(xiě)入，為高一層的協(xié)議提供服務(wù)，目前還未有規定。顯然這二位如果出錯，頭部CRC校驗可以通過(guò)，但數據區的解釋都會(huì )完全不同，其性質(zhì)就是一種假冒錯。雖然幀的發(fā)送節點(diǎn)未變，但是卻是一個(gè)假幀代替了原來(lái)的幀。發(fā)生在這二位的錯如果在節點(diǎn)發(fā)送幀以前就已有，那么幀尾部的CRC校驗將不能檢測出錯。如上一節所分析，這種情況是有可能存在的。如果是在發(fā)送過(guò)程中產(chǎn)生的，那么幀尾部的CRC校驗將有可能檢測出錯。
FlexRay幀尾部的CRC校驗和為24位，它由發(fā)送節點(diǎn)的cc生成，覆蓋由頭部保留位到數據區的最后一位，FlexRay的2個(gè)信道采用不同的CRC計算初值。覆蓋區長(cháng)度在2 048位時(shí)Hamming距離為6，覆蓋區長(cháng)度為4 094位時(shí)Hamming距離為4。在汽車(chē)環(huán)境里，與CAN相比這一Hamming距離似不夠。因為它們都要面對同樣的機械設備，即同樣的干擾。如圖l所示，ISO7637中的試驗脈沖1，對電源為12 V的系統，Us為一75～一100 V，tr為1μs，假定硬件無(wú)法在此時(shí)間內將它衰減到足夠小，那么FlexRay將有10位受影響；td為2 ms，硬件應能克服電源的跌落。與此對比，CAN僅1位受影響。又如圖2所示，試驗脈沖3a，Us為一112～一150 V，tr為(5±1．5)ns，td為O．1μs，td允差的上下限為(+O．1，0)，t1為100μs，t4為10 ms。對這種高頻干擾，驅動(dòng)器會(huì )有收發(fā)錯，CAN的比特采樣間隔為1μs，采到O．1μs錯誤的概率小，而FlexRay的位間隔為0．1μs，采到O．1μs錯誤的概率就大。由此看來(lái)，在帶寬增加時(shí)，出錯的概率增加多倍，而報錯的能力并未增加多倍。為了成功應用，必須對硬件的抗干擾能力做大的提高。