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

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，即使在更加現代化的電動(dòng)液壓制動(dòng)系統中，我們仍然要忍受所謂的濕系統帶來(lái)的困擾。隨著(zhù)線(xiàn)控技術(shù)的出現，我們將能使用重量輕、效率高、更簡(jiǎn)單的電子機械系統，如線(xiàn)控剎車(chē)技術(shù)(Brake-By-Wire)，取代笨重的液壓系統和污穢的有毒液體，并徹底擺脫它們。

但是，向線(xiàn)控技術(shù)發(fā)展的進(jìn)程并不是一帆風(fēng)順的?，F存的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議不是針對高級汽車(chē)控制系統如線(xiàn)控剎車(chē)技術(shù)，線(xiàn)控駕駛技術(shù)等而設計的。這類(lèi)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(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體部門(mén)(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(shí)現下述目標：開(kāi)發(fā)面向車(chē)內高速控制應用的高級通信技術(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(hù)使用的技術(shù)。

該聯(lián)盟現有125名成員，致力于推廣FlexRay通信系統在全球的采用，使其成為高級動(dòng)力總成、底盤(pán)、線(xiàn)控系統的標準協(xié)議。FlexRay專(zhuān)為車(chē)內聯(lián)網(wǎng)而設計，它不會(huì )取代現有網(wǎng)絡(luò )，但可以與現有系統結合使用，如控制器局域網(wǎng)(CAN)，本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )(LIN)、媒體系統傳輸(MOST)和J1850協(xié)議。

滿(mǎn)足技術(shù)要求

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

FlexRay是一個(gè)時(shí)間觸發(fā)的架構，這就意味著(zhù)控制信號是根據預定義的時(shí)間進(jìn)度傳輸的。確定性意味著(zhù)：無(wú)論系統外部發(fā)生什么情況，都不會(huì )產(chǎn)生計劃外事件。在確定性算法中，始終會(huì )預先定義正確的輸出結果，這些結果是基于特定輸入的。此外，輸出可以控制后面的操作，其結果將決定下一個(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 )都是完全可預測的。這對需要持續的高速性能的應用(如線(xiàn)控剎車(chē)、線(xiàn)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 )沖突的數量。

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

要為所有的FlexRay節點(diǎn)提供時(shí)間觸發(fā)的實(shí)時(shí)系統，需要在不同節點(diǎn)之間提供準確的全局時(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 )上的同步節點(diǎn)傳送到總線(xiàn)。為了支持容錯系統，它至少提供4個(gè)同步節點(diǎn)。每個(gè)節點(diǎn)都接收到一條同步信息，并將其時(shí)鐘與同步節點(diǎn)的時(shí)鐘進(jìn)行比較，然后糾正其時(shí)鐘，以便與同步節點(diǎn)的時(shí)鐘相匹配。這是一個(gè)故障-安全系統，如果一個(gè)節點(diǎn)發(fā)生故障，不會(huì )干擾其它節點(diǎn)的同步。

支持高吞吐量、確定性、容錯特性的FlexRay網(wǎng)絡(luò )，可為高級電子控制的安全應用帶來(lái)大量?jì)?yōu)勢。FlexRay結合了這三大屬性，是其它車(chē)內聯(lián)網(wǎng)的理想替代產(chǎn)品，它同時(shí)還能支持FlexRay聯(lián)盟計劃今后提供的應用。例如， MOST支持高數據速率，卻是專(zhuān)門(mén)用來(lái)連接車(chē)內多媒體組件的網(wǎng)絡(luò )標準，可能不適合動(dòng)力總成、底盤(pán)和線(xiàn)控應用。

CAN是國際標準化的串行總線(xiàn)系統，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。在通常的數據速率下(500Kbps)，CAN網(wǎng)絡(luò )能夠連接多個(gè)電子控制單元。在美國，它將取代用于診斷和數據共享的J1850標準。但是，在傳送信息時(shí)，CAN使用了優(yōu)先級仲裁，這就意味著(zhù)，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(shí)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(xiàn)控等先進(jìn)應用。LIN是CAN中成本較低、速率相對較慢的子網(wǎng)絡(luò )，但不能處理線(xiàn)控等應用要求的數據速率。

FlexRay解決方案

FlexRay是帶靜態(tài)和動(dòng)態(tài)插槽的可擴展系統，程序員能夠根據應用需求進(jìn)行配置。憑借同步數據傳輸，可為可靠性要求很高的應用提供時(shí)間觸發(fā)的通信?；赽yteflight™協(xié)議的異步傳輸使所有FlexRay節點(diǎn)能夠使用全部帶寬，完成事件驅動(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)應用。通過(guò)容錯同步和冗余傳輸通道，FlexRay擴展了Byteflight系統協(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(xiàn)機制。此外，開(kāi)發(fā)人員還可以將FlexRay系統從單通道總線(xiàn)擴展為多個(gè)雙通道星狀拓撲，具有完全通道冗余。如果將FlexRay用作車(chē)內網(wǎng)絡(luò )的骨干系統，連接動(dòng)力總成、底盤(pán)、車(chē)身、安全和多媒體應用(有無(wú)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。

根據應用的確定性和容錯要求，在每個(gè)節點(diǎn)內，FlexRay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，以接收和傳輸數據，包括寄存器塊生成的數據。

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

定時(shí)單元-負責定時(shí)控制，包括支持分布式時(shí)鐘的同步。

循環(huán)冗余碼校驗(CRC)單元-在信息傳輸和接收過(guò)程中，生成和檢驗每個(gè)數據幀的校驗和。

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)目標是為車(chē)內高速控制應用開(kāi)發(fā)高級通信技術(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(xiàn)控系統，讓為它是FlexRay技術(shù)帶來(lái)的主要益處。目標是要減少車(chē)輛控制對液壓系統的依賴(lài)，最可能的應用就是線(xiàn)控剎車(chē)。