FlexRay 介绍_总线_节点

汽车上的总线技能包括：LIN、CAN、CAN FD、FlexRay、MOST及Ethernet。

随着汽车电子技能的不断发展和系统的集成化，我们可不须要传统的机器通报掌握旗子暗记而是通过电子手段来驾驶汽车，而这一电子手段即X-By-Wire（X代表汽车中的各个别系，By-Wire可称为电子线控），如线控转向（Steering-By-Wire），线掌握动（Brake-By-Wire），线控技能紧张运用在主动安全等关键系统中，这些场合都对信息的实时性和安全性有很高的哀求。

另一方面随着汽车电子电器架构繁芜度的提升尤其当前赞助驾驶系统、无人驾驶技能的快速发展，传统的LIN、CAN总线已不堪重负且无法知足未来高带宽的哀求，上期讲的CAN FD只是对传统CAN总线的一种扩展和过渡，首先其不会对原有的整车网络带来大的变更，具备很好的兼容性又具有不错的传输速率（最高2Mbps），其次LIN CAN总线在汽车上已运用了这么多年，若溘然向新的总线技能迁移（如本期讲的FlexRay）会带来开拓迁移量、韶光本钱、硬件本钱等方面的同步提升（所有节点必须升级为FlexRay节点），因此CAN FD在当前阶段是很好的过渡方案。
但当同时考虑X-By-Wire运用处景和更高的带宽哀求时，CAN FD则无法知足，而FlexRay则非常适用，但FlexRay的运用对OEM的能力哀求比较CAN会提高很多。

FlexRay同盟

FlexRay的涌现和发展离不开2000年由Daimler Crysler 、 BMW 、Motorola 和Philips创建的FlexRay同盟的推动。
该同盟的目标是开拓一种独立于OEM、确定性和容错的FlexRay通信标准，该同盟的每个成员都可以利用该标准而无需支付容许费。
目前FlexRay同盟的核心成员包括：BOSCH 、BMW、Daimler AG、General Motors、Volkswagen AG、NXP Semiconductors。

FlexRay同盟在2010年发布了3.0.1版规范，开始推动作为ISO标准，并在2013年发布了ISO 17458标准规范。

第一款采取FlexRay的量产车于2006年底在BMW X5中推出，运用在电子掌握减震系统中，2008年，全新BMW 7系全面采取了FlexRay。
其余Audi、Mercedes-Benz以及领克等车型上也逐渐运用。

FlexRay是专为车内局域网设计的一种具备故障容错的高速可确定性车载总线系统，采取了基于韶光触发的机制且具有高带宽、容错性好等特点，在实时性、可靠性及灵巧性方面都有很大的上风，非常适用于安全性哀求较高的线控场合及带宽要去高的场合。

1、高速率和容错性

FlexRay支持两通道，可通过一个或两个通道进行数据传输，单个通道的数据传输速率可达10Mbps，通过两通道平行传输数据时可达20Mbps。
也可通过双通道传输相同的数据（真实情形大多运用的办法），当个中某个通道涌现故障或信息有误时，另一通道可连续正常传输，并影响全体网络的数据通讯，通过这种冗余备份实现很好的容错性。

2、确定性

FalexRay是一种韶光触发式的总线系统，符合TDMA(Time Division Multiple Access)的原则，因此在韶光掌握区域内，时隙会分配给确定的，即会将规定好的韶光段分配给特定的，时隙是经固定周期重复，也便是说信息在总线上的韶光可以被预测出来，因此担保了其确定性。
这就意味着掌握旗子暗记是根据预定义的韶光进度传输的，无论系统外部发生什么情形，都不会产生操持外事宜。
在确定性算法中，始终会预先定义精确的输出结果，这些结果是基于特定输入的。

3、灵巧性

FlexRay除了支持韶光触发式通讯外，还可通过事宜触发来进行数据的传输，例如对付韶光哀求不高的信息，可配置在事宜掌握区域内传输，可形成以韶光触发为主，兼顾事宜触发的灵巧特性。

此外，FlexRay的拓扑是多样的，有线型、星型和稠浊型三大类，再结合单通道和双通道的利用（FlexRay的两个通道可相互独立实现，以是两个通道可采取不同的拓扑构造，如一个通道为主动星型拓扑，另一个为总线拓扑构造），以是终极组合的结果可形成很多种。
再例如既有点对点的线行构造和多节点的线性构造，还有增加冗余性的双通道星型拓扑构造等等。

FlexRay规范定义了OSI参考模型中的物理层和数据链路层，每个FlexRay节点通过一个FlexRay Controller和两个FlexRay Transceivers（用于通道冗余）与总线相连，FlexRay Controller卖力Flexray协议中的数据链路层，FlexRay Transceivers则卖力总线物理旗子暗记吸收发送。

FlexRay可采取屏蔽或不屏蔽的双绞线，每个通道有两根导线，即总线正（Bus-Plus，BP）和总线负（Bus-Minus，BM）组成。
采取不归零法（NRZ,Non-Return to Zero）进行编码。

可通过丈量BP和BM之间的电压差识别总线状态，这样可减少外部滋扰对总线信息的影响，因这些滋扰同时浸染在两根导线上可相互抵消。
每一通道需利用80~110欧的终端电阻。
将不同的电压加载在一个通道的两根导线上，可使总线有四种状态：Idle_Lp（Low power）、Idle、Data_0和Data_1

显性：差分电压不为0V（Data_0和Data_1）

隐性：差分电压为0V（Idle_Lp、Idle）

FlexRay帧格式

FlexRay帧由起始段、有效负载段和结束段三大部分构成。

1、起始段：由40个bits构成（5 bytes），包括

-Status Bits-5bits

-Frame ID-11bits

-Payload Length-7 bits

-Hedaer CRC-11bits

-Cycle count -6 bits

个中5bits的Status Bits包含四类指示符：净荷指示位（Payload Preamble Indicator）、空帧指示位（Null Frame Indicator-指明该帧是否为无效帧）、同步帧指示位（Sync Frame Indicator-指明该帧是否为一个同步帧）和起始帧指示位（Startup Frame Indicator-指明该帧是否为起始帧）。

Frame ID：数据标志符，定义了在韶光窗口（Slot）中发送的号码，每个通道数据标志符需唯一。

Payload Length：事情区长度，指示该帧含有的有效数据长度，在每个Cycle下的静态区中，每帧的数据长度是相同的，在动态区的长度则是不同的。

Hedaer CRC：用于起始段冗余校验，检讨传输中的缺点。

Cycle count：循环计数器。

2、有效负载段

包含要传输的有效数据，有效数据长度最大254个Bytes（0~127个Words），

3、结束段

包含24 Bits的考验域，由起始段和有效负载段打算得出的CRC校验码，打算CRC时，根据网络传输顺序从保留位到有效负载段的末了一位放到CRC天生器中进行打算。

FlexRay编码

编码的过程实际便是对要发送的数据进行一定的打包处理，即在节点可传输带有主打算机数据的数据前需将其转换为“比特流（Bitstream）”。

RxD为吸收旗子暗记，TxD为发送旗子暗记，TxEN为通讯掌握器要求数据，对付静态帧和动态帧分别按照如下办法进行编码。

个中TSS（传输启动序列）：用于初始化节点和网络通讯的对接（5~15位的低电平）；FSS（帧启动序列）：用于补偿TSS后第一个字节可能涌现的量化偏差（一位高电平）；BSS（字节启动序列）：给吸收节点供应数据定时信息（一位高电平并紧随一位低电平）；FES（帧结束序列）：用于标识数据帧末了一个字节序列结束（一位低电平紧随一位高电平）。

对付动态区数据还额外须要DST（动态段尾部序列）：仅用于动态帧传输，用于表明动态段中传输时动作点的精确韶光防止吸收段过早检测到网络空闲状态（一位长度可变的低电平和高电平）。

将这些序列和有效位（MSB到LSB）组装起来完成了编码过程，终极构成在网络传播的比特流。

FlexRay通讯

FlexRay总线的通讯由通讯周期（Communication Cycle）构成，从总线启动到停滞都在不断重复该通讯周期。
每个通讯周期具有相同的可配置韶光间隔，且每个通讯周期由静态段（Static Segment）、动态段（Dynamic Segment）、特色窗（Symblo Window）和网络空闲韶光（Network Idle Time）四部分构成。

1、静态段（Static Segment）

静态段采取TDMA(Time Division Multiple Access)办法由固定的时隙（Slot）组成，不可变动且所有时隙大小同等。

因此每个节点可拥有一个或多个Slots，这样每个节点在每个通讯周期内都可在其所霸占的Slot内发送，两个节点也可在不同的通道上共享同一Slot，单个Slot也可为空（即不被任何节点占用），所有的帧和Slots在静态段都具有相同的长度。
单个Slot的长度由总线中最长的FlexRay Message决定，其包括四部分：Action Point Offset、FlexRay Frame、Channel Idle Delimiter（11个隐性位）和Channel Idle。

2、动态段（Dynamic Segment）

动态段采取FTDMA(Flexible Time Division Multiple Access)办法，由较小的时隙（Minislot）组成，可根据须要拓展变动，一样平常用于传输事宜掌握型。

在动态段每帧可能有不同的长度，动态时隙（Dynamic Slot）的长度依赖于帧的长度，只有空的Slot才是实际的一个Minislot的大小。

3、特色窗（Symblo Window）

用于传输特色符号，FlexRay的符号有三种:

-冲突避免符号：用于冷启动节点的通讯启动

-测试符号：用于总线的测试

-唤醒符号：用于唤醒过程的初始化

4、网络空闲韶光（NIT-Network Idle Time）

用于时钟同步处理

如下是一个通讯示例：

FlexRay总结

从上面可看出，FlexRay比较传统LIN、 CAN和CAN FD要更繁芜一些，因此不管对OEM还是供应商的能力哀求势必提高不少，其次从传统总线技能向FlexRay迁移在本钱及Effort上都要增加很多，普遍运用仍须要韶光。

参考文献：

1、FlexRay introduction（EB、Vector、BOSCH等资料）