設計工程師五步實(shí)現FlexRay穩健網(wǎng)絡(luò )拓樸

FlexRay已開(kāi)始在單通道高速動(dòng)力傳動(dòng)、駕駛輔助和提高舒適程度的汽車(chē)電子應用中大展身手。在新款BMW X5汽車(chē)中，FlexRay用于懸架控制之中，這樣就可以在利用雙通信信道和總線(xiàn)監控把這種具有容錯功能的確定性協(xié)議運用在安全駕駛功能中之前，讓工程師和開(kāi)發(fā)人員有一個(gè)逐漸適應的學(xué)習過(guò)程，降低了相關(guān)風(fēng)險。

在FlexRay應用的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，設計工程師可以通過(guò)五個(gè)基本步驟來(lái)構建一個(gè)穩健的網(wǎng)絡(luò )拓樸。

步驟1：首先必須定義車(chē)輛底盤(pán)上節點(diǎn)的數量及其假定位置，然后才能確定實(shí)現無(wú)stub（一種被稱(chēng)為“菊花鏈”的拓樸結構）無(wú)源總線(xiàn)所需的線(xiàn)纜長(cháng)度，該總線(xiàn)終端即是線(xiàn)纜終端處，如圖1所示。如果線(xiàn)纜長(cháng)度小于10米，則拓樸完成，其被認為可用于系列生產(chǎn)。

步驟2：一旦發(fā)現線(xiàn)纜長(cháng)度大于10米，就應該考慮采用“主動(dòng)星型”拓樸（參見(jiàn)圖2）。如果線(xiàn)纜長(cháng)度超過(guò)20米，則必須引入主動(dòng)星型了。最簡(jiǎn)單的主動(dòng)星型只有兩個(gè)分支，把線(xiàn)束？？為兩個(gè)電氣去耦部件。因為可通過(guò)NXP的TJA1080收發(fā)器（用于BMW X5的首批同類(lèi)器件）來(lái)增強主動(dòng)星型，故所需收發(fā)器總數只增加了一個(gè)。

步驟3：若應用在車(chē)輛發(fā)生碰撞事故之后還能夠繼續工作，系統的碰撞靈敏節點(diǎn)應分布在不同的分支上（見(jiàn)圖3）。這樣一來(lái)，一旦線(xiàn)纜被擠壓或被鉗位在一個(gè)差分電壓上，只有受影響的分支的數據傳輸被中斷，但主動(dòng)星型將保證網(wǎng)絡(luò )中其它分支的通訊不受影響。

圖1

圖2

圖3

步驟4：鑒于共振的出現，暴露在非常惡劣的RF場(chǎng)中的節點(diǎn)或布線(xiàn)也應該分布到不同的分支上（見(jiàn)圖4）。在線(xiàn)纜兩端各利用一個(gè)？？終端（FlexRay電氣物理層規范v2.1修訂版B），把RF感應電流轉移到接地位。這就使得線(xiàn)纜上的共模電壓幅度更低，同時(shí)不影響與其它分支相連接的節點(diǎn)。因此，接收到的數據流中的抖動(dòng)可以控制在合理的范圍內。

圖4

步驟5：為了確保在線(xiàn)纜兩端始終有合適的（？？的）終端（見(jiàn)圖5），中繼電纜的末端節點(diǎn)不應是可選節點(diǎn)。節點(diǎn)的電氣位置沿線(xiàn)纜的移動(dòng)不得致使線(xiàn)纜長(cháng)度超過(guò)10米過(guò)多。在非可選節點(diǎn)上，可引入短的stub（《1米）。即使有更大的靈活性，主動(dòng)星型也不必在線(xiàn)纜度終端處。

圖5

驗證與優(yōu)化

遵照這五個(gè)步驟，有助于構建在電子特性方面穩健的FlexRay拓樸結果。建議進(jìn)行仿真以對定義后的拓樸做進(jìn)一步驗證和優(yōu)化。開(kāi)采用蒙特卡羅（Monte-Carlo）仿真法來(lái)估算線(xiàn)束、產(chǎn)量范圍以及依賴(lài)于收發(fā)器和主動(dòng)星型的溫度等各項制造公差。

此外，FlexRay聯(lián)盟已推出了一種涵蓋線(xiàn)束趨膚效應在內的復雜完善的線(xiàn)纜模型。在支持汽車(chē)制造商引入FlexRay的同時(shí)，NXP也在不斷提高自己在FlexRay拓樸仿真領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)能力。

關(guān)于FlexRay應用的？？終端、線(xiàn)纜和連接器的更多信息可參見(jiàn)FlexRay電氣物理層規范v2.1修訂版B。電氣物理層應用說(shuō)明v2.1修訂版B給出了一些有關(guān)拓樸設計的建議。這兩份規范都可通過(guò)FlexRay聯(lián)盟網(wǎng)站獲得。至于TJA1080 FlexRay收發(fā)器的技術(shù)細節，可查詢(xún)NXP網(wǎng)站。

只要遵循這些建議，就有助于降低利用FPGA進(jìn)行系統設計的功耗。