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在SoC中集成FlexRay網(wǎng)絡(luò )控制器的設計策略
作者：
時(shí)間：2012-11-27
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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為了使先進(jìn)的汽車(chē)應用如線(xiàn)剎和穩定性控制成為可能，業(yè)內建立了新的標準FlexRay以提高車(chē)載網(wǎng)絡(luò )的數據率、可靠性和安全性。FlexRay聯(lián)盟經(jīng)過(guò)5年工作之后，終于將規范穩定下來(lái)。標準組件已經(jīng)上市，第一輛裝備FlexRay的汽車(chē)有望在今年末量產(chǎn)
隨著(zhù)FlexRay開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用，現在是汽車(chē)電子工程師計劃在其設計中添加FlexRay的時(shí)候了。對于那些想把FlexRay集成到新型芯片的公司，現在已經(jīng)可以獲取可綜合、經(jīng)過(guò)驗證的FlexRay知識產(chǎn)權(IP)。
新的汽車(chē)應用如先進(jìn)引擎和排放控制及線(xiàn)控功能需要許多電子組件，其中每一個(gè)都對更高的數據率、確定性的行為和可靠性有強烈的要求。這就極大地增加了對汽車(chē)總線(xiàn)的要求，而FlexRay通信協(xié)議的開(kāi)發(fā)正是為了滿(mǎn)足這些要求。
FlexRay技術(shù)可以被分為三個(gè)主要領(lǐng)域：配置和管理FlexRay簇的軟件、實(shí)現FlexRay協(xié)議的數字邏輯及模擬信號驅動(dòng)器。在此，我們重點(diǎn)討論FlexRay IP的數字硬件單元并考慮如何將其集成到系統級芯片(SoC)之中。
如上所示，FlexRay層級的中間層是協(xié)議執行層，在此流出的幀數據被發(fā)送到物理層。在一側，協(xié)議執行層與控制器主接口對接，其中包含所有接口數據的存儲并給控制器主接口提供服務(wù)。在另一側，協(xié)議執行層與編碼/解碼層對接。物理層包含總線(xiàn)驅動(dòng)器、總線(xiàn)監護選件和物理互連。
概念的最佳分割
在設計FlexRay核的過(guò)程中，設計工程師應該把重點(diǎn)放在與通信相關(guān)的容錯設計，而不是放在諸如消息協(xié)議算法之類(lèi)與應用相關(guān)的問(wèn)題。該范例確保其設計適用于具有不同容錯要求的各種應用。
FlexRay核被分為負責處理所有FlexRay特有協(xié)議的協(xié)議引擎(PE)和負責處理將FlexRay功能集成到其它系統的所有任務(wù)的控制器主接口(CHI)。
CHI主要訪(fǎng)問(wèn)FlexRay核的配置、控制和狀態(tài)寄存器及消息緩沖器的配置、控制和狀態(tài)寄存器。消息緩沖器具有FlexRay幀(已接收幀和待發(fā)送幀)，包括幀首、有效載荷及幀狀態(tài)信息。消息緩沖器數據存儲在FlexRay存儲器之中，而消息緩沖控制結構在CHI中實(shí)現。
終端用戶(hù)應用需求的差異很大，因此，該內核應該具有可配置能力，以便集成商能夠優(yōu)化應用性能并調節芯片類(lèi)似面積和功耗之類(lèi)的特性。例如，在IPextreme提供給飛思卡爾FlexRay控制器核之中，內核可以被配置為實(shí)現最大256個(gè)消息緩沖器和最大輸入均為256的兩個(gè)接收FIFO。
一些應用可以從用戶(hù)定制和面向特定應用的CHI獲益，這需要良好定義的、詳細和備有證明文件的的PE接口。IP供應商提供滿(mǎn)足許多應用需求的通用目的CHI，它包括所有詳細的FlexRay功能，如獨立收發(fā)緩沖器(單和雙緩沖發(fā)送)的使用、狀態(tài)或事件傳輸模式、接收FIFO功能、消息緩沖過(guò)濾和雙通道模式。
然而，特定的應用可能需要這些功能的子集。對于一些面積和功耗很重要的應用，減少CHI復雜性的好處很大。該策略?xún)H當PE模塊的接口和行為被非常好地定義和歸檔時(shí)才可行。
時(shí)鐘域交叉(CDC)單元實(shí)現從CHI時(shí)鐘域到PE時(shí)鐘域的信號交叉，反之亦然，從而容許異步和CHI時(shí)鐘域。CHI頻率依賴(lài)于待處理的消息緩沖器的復雜性和數量，它可以比PE時(shí)鐘慢很多或快很多。如果CHI可用與PE一樣的40MHz時(shí)鐘驅動(dòng)，那么，就可以省略CDC以減少門(mén)數。
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