]基于Flexray總線(xiàn)的車(chē)載指揮控制任務(wù)計算機的設計與實(shí)現

FlexRay是一種新型的高速串行總線(xiàn)標準，與傳統的CAN總線(xiàn)相比，FlexRay在通信速率、確定性、可靠性等多方面都有著(zhù)更為優(yōu)越的性能，具有靈活的使用方式，支持多種網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，負載率高，提供冗余機制的優(yōu)點(diǎn)。FlexRay總線(xiàn)與CAN總線(xiàn)相比具有以下優(yōu)勢：

(1)傳輸速率高。單通道可達10Mbps，雙通道高達20Mbps；CAN總線(xiàn)傳輸速率最高僅1 Mbps。

(2)支持雙通道。雙通道可單獨運行、并行運行或冗余運行；CAN只有一個(gè)通道，無(wú)冗余。

(3)支持最大數據幀長(cháng)254字節；CAN總線(xiàn)支持最長(cháng)數據幀僅8字節。

(4)MAC(Media Access Control)層采用TDMA(時(shí)分多路)方式，數據通信具有確定性；而CAN總線(xiàn)采用帶優(yōu)先級的CSMA／CA(沖突避免多路訪(fǎng)問(wèn)方式)，無(wú)法保證通信確定性。

(5)支持星型、總線(xiàn)型、混合型等多種拓撲結構。

FlexRay網(wǎng)絡(luò )通訊協(xié)議主要體現在4個(gè)核心機制上：編碼與解碼、數據幀與特征符處理、媒體接入控制和時(shí)鐘同步，另外控制器主機接口為實(shí)現這些機制提供數據傳輸服務(wù)。FlexRay數據幀由幀頭部分、有效數據部分、幀尾部分組成。幀頭部分由5個(gè)字節組成，包括保留位、數據指示位、空幀指示位、同步幀指示位、幀ID、有效數據長(cháng)度、頭部循環(huán)校驗CRC位和循環(huán)計數位；幀尾部分只含有單個(gè)的數據域，即一個(gè)24位的CRC(循環(huán)冗余)校驗碼。

主處理器把要發(fā)送到總線(xiàn)上的數據存入發(fā)送FlexRay消息緩沖器中，通過(guò)媒體接入控制，CRC校驗碼封裝成符合FlexRay協(xié)議的數據幀，再經(jīng)過(guò)總線(xiàn)驅動(dòng)器編碼送到總線(xiàn)上；同樣，總線(xiàn)上的數據經(jīng)過(guò)總線(xiàn)驅動(dòng)器解碼，數據幀被送到控制器中，通過(guò)幀ID過(guò)濾校驗和循環(huán)計算校驗，存入相應的消息緩沖器中。

2．5 電源模塊

電源模塊將供電系統提供的直流28V供電變換成計算機所需的各類(lèi)電源；具有過(guò)流、短路保護功能，故障排除后輸出自動(dòng)恢復等功能；具有過(guò)壓保護功能；具有過(guò)熱保護功能。電源電壓監控：此外電源模塊還具有在線(xiàn)監控功能。28V輸入電壓和+15V、-15V、+5V輸出電壓監控。

3 指揮控制計算機的軟件設計

指揮控制計算機的軟件主要駐留在處理器模塊上，分為系統軟件、實(shí)時(shí)任務(wù)軟件、地面支持軟件三部分。軟件功能結構如圖2所示。



指揮控制計算機工作模式分為4種：實(shí)時(shí)模式、 監控模式、在線(xiàn)編程模式、調試模式。實(shí)時(shí)模式下指揮控制計算機在操作系統調度下運行實(shí)時(shí)任務(wù)軟件；監控模式下指揮控制計算機運行監控軟件，可啟動(dòng)測試軟件對硬件資源逐一進(jìn)行測試；在線(xiàn)編程模式下指揮控制計算機可對其FLASH存儲器中固化的程序進(jìn)行更新；調試模式下指揮控制計算機可與宿主機通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)機，在調試代理的支持下進(jìn)行應用軟件的開(kāi)發(fā)調試。指揮控制計算機工作模式選擇流程及啟動(dòng)過(guò)程見(jiàn)圖3所示。





實(shí)時(shí)任務(wù)執行軟件包括通訊管理軟件、數據通訊管理軟件、天線(xiàn)伺服系統模擬輸入／輸出管理、圖像數據處理軟件和FLASH電子盤(pán)記錄管理軟件等功能。軟件的調度流程見(jiàn)圖4所示。


4 結束語(yǔ)

FlexRay是新型的高速總線(xiàn)通信標準，在車(chē)載系統中采用FlexRay作為通訊總線(xiàn)的解決方案，既提升了通訊帶寬和傳輸效率，又有易于系統擴展和功能升級，滿(mǎn)足車(chē)載應用環(huán)境下實(shí)時(shí)性和可靠性的要求。研究表明，基于FlexRay總線(xiàn)能很好地實(shí)現數據的傳輸和交換，實(shí)現在高速的情況下進(jìn)行實(shí)時(shí)通信的功能，通訊效果良好。

本文詳細地介紹了基于FlexRay總線(xiàn)的車(chē)載指揮控制任務(wù)計算機的總體設計思想，闡述了系統硬件平臺中的功能單元的設計，重點(diǎn)介紹了FlexRay總線(xiàn)的設計難點(diǎn)。同時(shí)詳細介紹了基于VxWorks實(shí)時(shí)操作系統的軟件架構設計，從而解決了車(chē)載應用環(huán)境對多任務(wù)和高實(shí)時(shí)性的需求問(wèn)題。