摘要： 當(dāng)前汽車內(nèi)一般使用CAN網(wǎng)。由于車內(nèi)電子設(shè)備愈來愈多，以及自動(dòng)駕駛的發(fā)展，CAN已滿足不了需要。一些大的汽車企業(yè)共同開發(fā)了一種新的FlexRay網(wǎng)。本文概要地介紹了FlexRay的特點(diǎn)及應(yīng)用開發(fā)情況。 關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò) 車內(nèi)網(wǎng) FlexRay A New In-Vehicle Network——FlexRay Lin Junxiong Abstract： At present, CAN Network is generally used by vehicle developers. With the increasing number of electronic equipment in vehicle and the development of auto driver, CAN network can no longer meet the requirement. Some manufacturers are now developing a new Flex Ray network. This paper briefly introduced the characteristic of FlexRay and its application. Keywords： network, invehicle network, FlexRay. 1 一般情況 當(dāng)前，在汽車內(nèi)一般使用的是CAN（Controller Area Network）車內(nèi)網(wǎng)，使連在網(wǎng)上的一些器件和另一些器件互相通信，共同工作。例如，驅(qū)動(dòng)輪打滑時(shí)，要求一些器件之間互相通信，使力矩減?。挥肅AN將各種傳感器的信息傳送到儀表盤上的速度表、轉(zhuǎn)速表、溫度表、油表上。除此以外，調(diào)節(jié)車內(nèi)環(huán)境以增加乘車人員的舒適度也使用CAN，例如空調(diào)、照明、后視鏡控制等。除了CAN網(wǎng)以外，許多車輛還使用一些子網(wǎng)控制車內(nèi)設(shè)備，例如坐椅的調(diào)節(jié)，多媒體設(shè)備的調(diào)節(jié)，包括DVD、喇叭等。這些子網(wǎng)作為一個(gè)單一的部件，通過網(wǎng)關(guān)與主CAN相連。 現(xiàn)在汽車的發(fā)展趨勢是自動(dòng)化程度越來越高，使汽車更安全、可靠、舒適，在車內(nèi)使用更多的傳感器、傳動(dòng)裝置、電子控制單元，所產(chǎn)生的信息和控制命令，許多要求現(xiàn)有的通信總線完成不了。例如，與安全有關(guān)的信息傳遞要求絕對的實(shí)時(shí)，這類高優(yōu)先級的信息必須在指定的時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)轿?。例如剎車，從剎車踏板踩下到剎車起作用的信息傳遞絕對重要，要求立即正確地傳送，不能有任何不確定因素。這類與安全有關(guān)的系統(tǒng)還要絕對可靠，即抗故障能力要高。如果通信總線中某一根線松掉或短路，數(shù)據(jù)可以從另一路徑送達(dá)目的地。車內(nèi)電氣電子設(shè)備的增加，使通信總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量增加很大，要求通信總線有較高的帶寬和數(shù)據(jù)傳輸率。數(shù)據(jù)傳輸率要遠(yuǎn)大于1Mb/s。 考慮到當(dāng)前的通信總線不能滿足即將到來的車內(nèi)通信要求，BMW和達(dá)姆勒克萊斯勒連同飛利普、摩托羅拉半導(dǎo)體產(chǎn)品部門一起，于2000年組成FlexRay協(xié)會(huì)，現(xiàn)在還包括一些最大的有影響的汽車公司，如通用、福特，Bosch等。該協(xié)會(huì)現(xiàn)有100多個(gè)成員，包括汽車制造商、用于汽車工業(yè)的系統(tǒng)供應(yīng)商、半導(dǎo)體制造商、以及通信技術(shù)專家等。該協(xié)會(huì)的活動(dòng)中心是共同制定一個(gè)新的總線系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，以滿足日益增長的汽車控制需求。它的數(shù)據(jù)傳輸率要高，信息傳遞確定，能夠克服故障的發(fā)生。該協(xié)會(huì)于2004年夏天制定了FlexRay通信系統(tǒng)規(guī)范第2.0版（FlexRay Communication System Specifications Version 2.0）供一般公眾使用。 2 FlexRay的一些特點(diǎn) 2.1數(shù)據(jù)傳輸率及結(jié)構(gòu) 最大數(shù)據(jù)傳輸率為10Mb/s，還可更高一些。 FlexRay網(wǎng)的結(jié)構(gòu)可以有四種形式，即總線式、星形網(wǎng)、星形總線混合式及多個(gè)星形串接式。 2.2故障耐受能力 一個(gè)有故障耐受能力的系統(tǒng)必須保證網(wǎng)上成員不能將系統(tǒng)阻斷。網(wǎng)絡(luò)上的物理故障，例如短路，可以將出問題的網(wǎng)絡(luò)分支封閉。故障的封閉由獨(dú)立事件控制。FlexRay提供一個(gè)可供選擇的監(jiān)視器叫Bus Guardian，可以根據(jù)需要將通信控制器與網(wǎng)絡(luò)斷開。 2.3確定的通信方式 當(dāng)前的車內(nèi)網(wǎng)交換信息采用異步通信方式?，F(xiàn)有的通信協(xié)議都是基于事件的，當(dāng)總線上的數(shù)據(jù)量增加時(shí)，故障響應(yīng)急劇降低。 在定時(shí)觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，例如FlexRay，任何網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)都安排在指定的時(shí)間片內(nèi)，在安排好以后，就不能改變。因此，F(xiàn)lexRay永遠(yuǎn)不會(huì)出現(xiàn)信息流過載。 2.4時(shí)間同步 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)有一個(gè)總體時(shí)鐘，每一個(gè)控制單元有一個(gè)局部時(shí)鐘，F(xiàn)lexRay系統(tǒng)有一個(gè)特定的控制算法，使網(wǎng)絡(luò)中每一單個(gè)節(jié)點(diǎn)的局部時(shí)鐘與總體時(shí)鐘同步，利用偏移修正和時(shí)間修正這兩種方法與總體時(shí)鐘同步。 2.5組態(tài)同步和異步傳輸 通信周期是FlexRay中的基本通信單元，通信單元定義的時(shí)間窗由必備的固定時(shí)間段和可選的動(dòng)態(tài)時(shí)間段組成。在網(wǎng)絡(luò)組態(tài)時(shí)，每一時(shí)間段的長度就已確定。 固定時(shí)間段用來安排時(shí)間同步信息，用作同步通信。固定時(shí)間段傳送的信息在通信開始時(shí)必須組態(tài)好，傳輸數(shù)據(jù)的最大量不能超過固定段的長度。 通信周期中的動(dòng)態(tài)時(shí)間段用作事件信息通信，它可以在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)，要求帶寬可變。在動(dòng)態(tài)時(shí)間段中，器件利用優(yōu)先級競爭帶寬，優(yōu)先級在信息幀的ID中給出。這一部分的通信模式和CAN總線類似。 2.6幀格式 FlexRay幀分成三段，即頭段、負(fù)載段、尾段。 2.6.1頭段 頭段中包括四部分，即幀ID（11位）、負(fù)載段長度指示（7位）、頭部CRC（11位）、周期計(jì)數(shù)（6位）。幀ID中用來識(shí)別該幀和該幀在事件觸發(fā)幀中的優(yōu)先級。負(fù)載段長度指示標(biāo)注一幀中能傳送的字?jǐn)?shù)。頭部CRC檢測傳輸中的錯(cuò)誤。周期計(jì)數(shù)有一個(gè)計(jì)數(shù)器，每一通信周期開始時(shí)，該計(jì)數(shù)器增1。在幀ID之前還有5位，第1位是保留位，第2位是負(fù)載段前言指示，第3位是0幀指示，第4位是同步幀，第5位是起始幀指示。 2.6.2負(fù)載段 負(fù)載段是該幀用來傳送數(shù)據(jù)的部分。FlexRay負(fù)載段的長度可達(dá)127個(gè)字（254字節(jié)），比CAN大30倍，其長度可變，從0到254字節(jié)，在頭部的負(fù)載段指示中標(biāo)出。 2.6.3尾段 尾段為3個(gè)8位的CRC，用以檢測錯(cuò)誤。 一幀的長度為［5+（0……254）+3］字節(jié)。 3 FlexRay應(yīng)用開發(fā)現(xiàn)狀 雖然FlexRay協(xié)議是供一般公眾使用的，但已開始作為未來車內(nèi)網(wǎng)事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)lexRay產(chǎn)品及其應(yīng)用工具已開始進(jìn)入汽車工業(yè)。 FreeScale Semiconductor是第一個(gè)向市場提供芯片的公司，該公司于2002年就著手開發(fā)FlexRay控制器，它的MFR 4200 FlexRay Controller現(xiàn)在開始投產(chǎn)。預(yù)計(jì)使用FlexRay的汽車在2006年可進(jìn)入市場。 像FlexRay這樣比較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要一些工具軟件供工程師開發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。目前已經(jīng)有一些工具軟件可供使用，但只有少數(shù)提供友好的用戶界面。這些工具用來生成控制器主界面的組態(tài)文件，這些文件必須在一開始就加載到FlexRay控制器中。FlexRay是TZMikroelektronik（TZM）公司提供的一個(gè)FlexRay網(wǎng)絡(luò)通用組態(tài)工具包，用戶可以用它來生成每一節(jié)點(diǎn)的所有組態(tài)文件。TZM還提供一種Flex Card，可插入筆記本電腦和臺(tái)式電腦中，使用的是PCMCIA接口，可監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)。FlexCard可以使硬件開發(fā)人員與FlexRay網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，卡上有16MB的緩沖存貯器，可暫時(shí)存儲(chǔ)輸入數(shù)據(jù)，若PC端的連接被暫時(shí)阻斷,也不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。此外，卡中還集成有兩個(gè)通道用的物理層，這樣做有很大的好處，不必將連到物理層的大量導(dǎo)線引到外面去，因而接口的責(zé)任大大減輕。 美國國家儀器公司還為FlexRay總線提供了一個(gè)LabVIEW編程工具，F(xiàn)lexRay庫，用以測試FlexRay通信網(wǎng)上的器件?？擅赓M(fèi)下載的FlexRay庫有28個(gè)虛擬儀器（VI）功能快，是按FlexRay協(xié)議設(shè)計(jì)的。大多數(shù)FlexRay應(yīng)用軟件的流程由4個(gè)子VI組成，即Flex Initialije.vi，F(xiàn)lex Read Data.vi，F(xiàn)lex Get Data.vi和Flex Terminate vi。Flex Initialije vi打開、組態(tài)、啟動(dòng)一個(gè)FlexRay通道；Flex Read Data.vi從FlexRay通道上讀取總線數(shù)據(jù)，并將其寫入內(nèi)部讀緩沖存貯器中；Flex Get Data.vi檢查內(nèi)部緩沖存貯器的數(shù)據(jù)，并將它轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)，作為結(jié)果，VI返回這些浮點(diǎn)數(shù)；Flex Terminate.vi終止并關(guān)閉該FlexRay通道的通信。 4 小結(jié) 裝備FlexRay網(wǎng)的汽車預(yù)計(jì)要到2006年才會(huì)在市場上出現(xiàn)。FlexRay的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過CAN，它的數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)10Mb/s，支持同步傳輸和異步傳輸，按事先安排好的時(shí)間片傳輸數(shù)據(jù)，不需要仲裁，有多種拓樸結(jié)構(gòu)，在節(jié)點(diǎn)間靈活分配帶寬，還有可選的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視器使網(wǎng)絡(luò)工作更有效。最重要的是它有故障耐受能力，提供確定的通信方式。這兩點(diǎn)對未來的自動(dòng)駕駛中的安全十分重要。要使FlexRay能夠成功地被采用，還需要有效的開發(fā)工具和高質(zhì)量的集成電路。 來源：《國外電子測量技術(shù)》增刊