面向未來(lái)汽車(chē)應用的通信控制器

1 汽車(chē)創(chuàng )新需求與FlexRay協(xié)議
市場(chǎng)研究公司strategy Analytics汽車(chē)業(yè)務(wù)部門(mén)的一項調查表明，為了提供安全、可靠和舒適的車(chē)內系統，汽車(chē)制造商會(huì )使用更多的嵌入式控制器；同時(shí)，時(shí)間觸發(fā)的通信系統也變得非常重要。然而，目前采用本地互連網(wǎng)(LIN)和控制器局域網(wǎng)(CAN)將車(chē)內各個(gè)控制單元互連起來(lái)，汽車(chē)制造商需要更高的通信帶寬及確定性，并且要具有強大的容錯數據傳輸功能，以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。F1exRay通信技術(shù)正是在這種情況下應運而生的，它不僅可滿(mǎn)足汽車(chē)應用的上述要求，而且可以實(shí)現容錯式分布式系統。業(yè)內專(zhuān)家預計，在不久的將來(lái)，主要汽車(chē)制造商都將采用FleRay協(xié)議。

作為制定FlexRay協(xié)議的聯(lián)盟創(chuàng )始者之一的飛思卡爾半導體，自2000年以來(lái)，一直致力于加快F1exRay的應用。F1exRay是一個(gè)通信協(xié)議，用于管理21世紀汽車(chē)中越來(lái)越多的數字元件。過(guò)去兩年中，博世、通用汽車(chē)、福特、大眾、奧迪及西門(mén)子VDO等汽車(chē)制造商也加入了該聯(lián)盟，共同推廣FlexRay協(xié)議，使之成為汽車(chē)工業(yè)高級應用的實(shí)際標準。目前，已有80多家汽車(chē)、半導體和軟件行業(yè)的公司支持F1exRay標準。飛思卡爾在8月己推出一款面向汽車(chē)的FlexRay設備MFR4200，并已經(jīng)批量生產(chǎn)。第一款配備基于FlexRay協(xié)議的網(wǎng)絡(luò )功能汽車(chē)有望于2006年進(jìn)入市場(chǎng)。

FlexRay協(xié)議的主要特性包括時(shí)間和事件觸發(fā)的通信方法。它支持容錯系統，具有高度差錯發(fā)現和診斷能力，支持成本經(jīng)濟的不同網(wǎng)絡(luò )布局和安全增強型系統劃分。其專(zhuān)門(mén)用于汽車(chē)的電氣物理層具有先進(jìn)的關(guān)斷和喚醒機制，有助于提供靈活的可擴展性和充足的可升級性。

在諸如線(xiàn)控制動(dòng)和線(xiàn)控駕駛等應用的高級線(xiàn)控(x-by-wire)系統方面，FlexRay協(xié)議將大有用武之地。高級線(xiàn)控可消除對液壓和機械系統的需要，利用先進(jìn)的電子系統使這些系統與駕駛者進(jìn)行溝通，可以實(shí)現低成本的設計，并易于維護。在汽車(chē)領(lǐng)域，FlexRay協(xié)議可能的應用包括：主動(dòng)和被動(dòng)安全系統、防碰撞系統、動(dòng)力傳動(dòng)系控制系統和輔助駕駛系統。FlexRay具有10Mbps的總數據傳輸速率，可提供比目前用于高級汽車(chē)控制應用的CAN協(xié)議高約20倍的網(wǎng)絡(luò )帶寬。此外，FlexRay還增加了高速協(xié)議，可滿(mǎn)足最嚴格的系統要求，使主要的車(chē)內網(wǎng)絡(luò )標準(CAN、LlN及MOST)更加完善。

總之，FlexRay將實(shí)現動(dòng)力傳動(dòng)系統和車(chē)身系統等下一代高帶寬控制應用，最終實(shí)現用于實(shí)時(shí)底盤(pán)管理、制動(dòng)和轉向系統的線(xiàn)控解決方案。

2 MFR4200具備的優(yōu)勢
FlexRay通信控制器是一種以FlexRay協(xié)議為標準、具有全面協(xié)同工作能力的通信器件，可為復雜的網(wǎng)絡(luò )提供速度、靈活性和可升級性能，有助于汽車(chē)制造商降低開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)成本，集中和簡(jiǎn)化先進(jìn)的高速電子控制系統的開(kāi)發(fā)，提高車(chē)輛的整體穩定性和安全性。

飛思卡爾半導體推出的MFR4200是FlexRay通信控制器，主要面向汽車(chē)應用的底盤(pán)控制、車(chē)身電子和動(dòng)力傳輸應用。它可以實(shí)現高級線(xiàn)控汽車(chē)應用，為汽車(chē)工業(yè)的下一代控制應用拓展了空間。線(xiàn)控汽車(chē)子系統包括制動(dòng)、方向盤(pán)控制、懸架／反應控制和節流閥控制，它將逐步取代大部分液壓管路、有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、傳感器和發(fā)動(dòng)機等機械線(xiàn)纜。MFR4200具有很高的通信帶寬及準確性，能提供比現有的CAN解決方案高出10倍的吞吐量，以及強大的容錯數據傳輸功能，提供高級線(xiàn)控技術(shù)所需的容錯性和準確的時(shí)間性能。

MFR4200可提供FlexRay聯(lián)盟定義的先進(jìn)網(wǎng)絡(luò )特性的系統設計。該器件容易與各種微控制器，如飛思卡爾的S12X、PowerPCMPC5xx和MPC55xx，以及數字信號控制器(DSC)產(chǎn)品線(xiàn)進(jìn)行無(wú)縫集成，從而實(shí)現低成本的FlexRay控制單元網(wǎng)絡(luò )。只要簡(jiǎn)單地添加FlexRay控制器，就可將現有的和新的控制單元集成進(jìn)FlexRay網(wǎng)絡(luò )。

MFR4200是實(shí)現具有高帶寬、準確性、高度可靠和共享全球時(shí)基的強大的網(wǎng)絡(luò )解決方案。歸納起來(lái)，它具有以下豐富特性：
◆共有兩條通道，每條通道是獨立的，可提供雙倍帶寬，每條通道的比特率高達10 Mbps
◆59個(gè)消息緩沖區，每個(gè)均擁有32 B數據的有效載荷。
◆FlexRay結構具有高達254 B數據的有效載荷。用于填補的FlexRay有效載荷數據超過(guò)32 B。
◆一個(gè)可配置的接收先進(jìn)先出(FIFO)。
◆每個(gè)消息緩存區可配置為一個(gè)接收緩沖區、傳輸緩沖區(單或雙)，或者作為接收FIFO的一部分。
◆可供每個(gè)通道使用的兩個(gè)接收屏蔽消息緩沖區。
◆消息緩沖區可以利用狀態(tài)或事件語(yǔ)義進(jìn)行配置。
◆靈活的差錯信令機制可提供8個(gè)可配置計數器、插槽狀態(tài)指示器和中斷。
◆用于時(shí)鐘同步化的內部測量時(shí)間差值，可通過(guò)控制器主機接口(CHI)簡(jiǎn)便地讀出。
◆多達4個(gè)插槽狀態(tài)，可獨立觀(guān)察通信控制器的接收緩沖區。
◆利用3個(gè)主動(dòng)消息緩沖區(主動(dòng)傳輸緩沖區、主動(dòng)接收緩沖區和主動(dòng)接收FIFO緩沖區)，可以CHI方法使主機訪(fǎng)問(wèn)所有的消息緩沖區。
◆基于結構ID、周期計數器和通道的可配置消息過(guò)濾，用于傳輸和接收緩沖區。
◆基于結構ID、通道和消息ID的可配置消息過(guò)濾，用于接收FIFO。
◆通信周期持續時(shí)間可以用微時(shí)標進(jìn)行配置。
圖1是MF、R4200器件的方框圖。

MFR4200器件以一種唯一的用戶(hù)模式――正常模式工作，沒(méi)有低功耗模式。在正常模式下，可以選擇不同的主機接口，每個(gè)主機接口都擁有自己的相關(guān)外部引腳和接口配置。該器件采用64引腳的小型四方扁平封裝(LQFP)。

3 迎接FlexRay應用時(shí)代
汽車(chē)電子行業(yè)最大的熱點(diǎn)就是網(wǎng)絡(luò )化。CAN網(wǎng)絡(luò )的上游是傳輸速率更高的FlexRay協(xié)議，下游是LIN協(xié)議。FlexRay不僅速率高，而且更加安全可靠，其接口和收發(fā)器方面要求也較高，對精度和復雜性的要求更高。

目前，飛思卡爾半導體正在與其他廠(chǎng)商合作，努力為FlexRay開(kāi)發(fā)商提供包括芯片產(chǎn)品和符合FlexRay協(xié)議規范2.1版的網(wǎng)絡(luò )仿真工具在內的第一套完整的解決方案。與CAN類(lèi)似，符合2.1版標準的硬件也將嵌入到現有的汽車(chē)微控制器系列產(chǎn)品中，從而進(jìn)一步降低成本。相應的產(chǎn)品已在開(kāi)發(fā)之中，不久就會(huì )面市。

我們相信，邁向汽車(chē)高帶寬先進(jìn)控制應用開(kāi)發(fā)的F1exRay時(shí)代已經(jīng)為期不遠了。