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1、高速实时总线协议：FlexRay,2,主要内容FlexRay概述FlexRay的拓扑结构FlexRay数据帧的结构FlexRay的时间等级和调度表FlexRay节点的实现方式FlexRay开发流程,3,FlexRay概述线控系统（X-by-Wire）线控系统需要什么样的总线？高速确定性时间触发容错性为什么不用 CAN总线？事件触发报文不确定总线负载率已经接近极限功能扩展、带宽储备、容错设计为什么是FlexRay？TTCANSAFEbusSPIDERTTP/CFlexRay,基于FlexRay 和 LIN传感器用LINFlexRay 用于高速数据传递布线更短减少设计的复杂性总体设计成本降低,4,
2、FlexRay概述FlexRay背景TTA（1982、Vienna）Byteflight（1996）FlexRay联盟2000年成立核心成员：BMW、Bosch、Daimler、Freescale、GM、NXP、VW主要成员:目前28个(2009.10.12)外围成员:目前64个(2009.10.12),5,FlexRay概述FlexRay技术特点高速确定性容错性灵活性分布式时钟同步,6,FlexRay概述应用领域：分布式控制系统一体化控制：动力系统、底盘系统高安全性要求的系统X-by-Wire(线控系统）牵引及安全控制系统国防：地面设备高传输速率要求的系统车辆主干网国防：地面设备工业控制领域
3、（正在讨论）,7,FlexRay概述第一辆FlexRay量产车BMW X5 4.8i电子控制减震器系统上市时间2007年XCP-on-FlexRay at Audi下一代豪华运动车的标定标定协议:XCP on FlexRay大量测量数据需要传输,8,FlexRay总线网络拓扑网络拓扑的分类,单信道&双信道总线型&星型&混合型,Star B,恒润科技公司,9,FlexRay总线网络拓扑单信道总线型IBus24m4 nStubs 22Node 3Node 2,Node 4,FlexRay总线网络拓扑单信道无源星型IStubN IStubM24m,3 nStubs 22nSplice1Node 1,
4、单信道有源星型lActiveStarN 24mnActiveBranches2,11,FlexRay总线网络拓扑单信道混合拓扑,Node 2,Node 3,Node 4,Node 5,Node 1,ActiveStar 1Node 7Node 8,ActiveStar 2,Node 10Node 9,Node 6,FlexRay总线网络拓扑双信道可独立选择拓扑形式,Node 1,Node 2,Node 3,Node 4,Node 5,Channel AStar B,13,数据帧结构帧结构概念帧的分类：静态帧和动态帧空帧(NULL Frame):数据段(Payload Segnent)不含有效数
5、据(都为0)启动帧(Startup Frame)：FlexRay网络启动时由启动节点发送同步帧(Sync Frame):由同步节点发送，用于节点之间的同步启动帧一定是同步帧，同步帧不一定是启动帧,FlexRay的总线访问方式是把一个通信循环分为静态段和动态段，静态段采用时分多址实现时间触发，动态段则采用灵活时分多址（FTDMA，Flexible Time Division Multiple Access），如图4 所示。这样，FlexRay比TTP/C更灵活。时间触发的缺点是灵活性差，虽然TTP/C设计时，可以灵活地选择每个节点传输数据长度，但是系统确定后就不能再改变，而且以后节点的扩充也很难
6、，除非在原先设计时就已经考虑到了1。并且，FlexRay 帧的最大长度为254 字节，TTP/C帧的最大长度为240字节8，这意味着FlexRay比TTP/C有更大的灵活性。,FlexRay把事件通道设置在与时间触发协议平行的位置。事件触发传输灵活性好，可以动态地分配带宽，而且在故障诊断以及调试中都需要事件触发消息，所以，FlexRay把一个周期分成静态和动态两部分，动态部分用于传递事件信息，把动态部分看作为一个时间片，并采用了Byteflight协议，保证一些具有高优先权的数据能够在总线忙时也有机会发送消息，低优先权的数据在总线空闲时发送消息。这样各个节点可以共享这部分带宽。因此，在事件触发
7、方面，FlexRay的节点共享决定了其灵活性更好。,FlexRay符合TDMA（Time Division Multiple Access）的原则，部件和信息都被分配了确定的时间槽，在此期间它们可以唯一的访问总线。时间槽有固定的重复周期。信息在总线上的时间是完全可以预测出来的，因而对总线的访问是确定性的。不过，通过为部件和信息分配时间槽的方法来固定的分配总线带宽，其不利因素是导致总线的带宽没有被完全的利用。出于这个考虑，FlexRay把周期分成了静态段（Static Seg.）和动态段（Dynamic Seg.），确定的时间槽适用于位于信息开始的静态段。在动态段，时间槽是动态分配的。每种情况下
8、都只有一小段时间是允许唯一的总线访问的(这段时间称为mini-slots)，如果在mini-slot中出现了总线访问，时间槽就会按照需要的时间来扩展。因此总线带宽是动态可变的。,为了实现功能的同步和通过两条信息间的短距离来优化带宽，该通信网络中的分布组件都要有一个共同的时基（全局时间）。为了时钟同步，同步信息是在周期的静态段传输的。通过增添一个特殊的算法，部件的本地时钟被修正为所有的本地时钟与全局时钟同步。,14,数据帧结构,数据帧组成起始段(Header Segment)净荷段(Payload Segment)静态帧静态段动态帧动态段结束段(Trailer Segment),数据帧结构,3
9、1 2,MT,16,FlexRay时间等级Channel A,Cycle 0,Cycle 1,CycleCycleCycleCycle m,Cycle 63 Cycle 0,Channel B,StaticSegment,DynamicSegment,SymbolWindow,NetworkIdle Time,StaticSlotMT MTMT MTT,Static MiniSlot SlotMT MTMT MTT,MiniSlotMT MTMT MTMT网络时间参数节点时间参数,17,FlexRay时间等级采样时钟&位时间gdSampleClockPeriod(1/80MHz=12.5ns)
10、采样时钟pdMicrotickT(pSamplesPerMicrotick*gdSampleClockPeriod=2*12.5ns=25ns)MicrotickTgdBit(cSamplesPerBit*gdSampleClockPeriod=8*12.5ns=100ns)位时间gdMacrotick(pMicroPerMacroNom*pdMicrotick=40*25ns=1000ns=1s)MacrotickMTgdCycle(gMacroPerCycle*pdMacrotick=5000*1s=5000s=5ms)通信周期,18,FlexRay调度表,静态部分Static segme
11、nt,动态部分Dynamic segment,Channel AChannel B,11,22,33,44,5 65 67,7,8,8,9,9,Node BID:3、7,Node CID:5、9,19,FlexRay节点构造,FlexRay Node,Microcontroller(Host),PowerData,PowerSupply,CCBG,BG,ControlStatus,BDCh ACh B主机控制器-Host通信控制器-Communication Controller,BDBUS总线驱动器-Bus Driver总线监控器-Bus Guardian,20,FlexRay硬件实现方式
12、1单片机MCU+独立通信控制器CC+总线驱动器BDCC：MFR4310(Freescale)、CIC-310(Infineon)、MB88121A(Fujitsu)FPGA FlexRay IP Core 等BD:TJA1080(NXP)、AS8221(奥地利微电子),21,FlexRay硬件实现方式 2集成FlexRay功能的MCU+总线驱动器BD,22,FlexRay开发流程,DaVinci Network DesignerCANoe.FlexRayOEMSupplierDaVinci Network DesignerCANoe.FlexRayCANalyzer.FlexRay,Embedded Software for FlexRay,CANoe.FlexRayCANapeFRstressMultilogValidationVerificationCANoe.FlexRayCANalyzer.FlexRayFRstressCANoe RT,
