汽車ECU通訊新平臺-FleRay(V21)協(xié)議規(guī)范

ECUFlexRay〔V2.1〕協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)原紀(jì)光霽，萬茂松一、車載網(wǎng)絡(luò)概述ECU增加。汽車電子系統(tǒng)的本錢已經(jīng)超過總本錢的20%，并且還將連續(xù)增加。由于汽車生產(chǎn)線控技術(shù)〔X-by-wire〕將在汽車上普遍應(yīng)用。因此，車載網(wǎng)絡(luò)時(shí)代終將降臨。車載網(wǎng)絡(luò)種類有很多種，應(yīng)用較多的有LIN，CAN、FlexRay、TIP/C、SAEJ1850、TFCAN、ASRB、MOST〔SAE〕依據(jù)速率將汽車網(wǎng)絡(luò)劃分為A、B、C3A類總線標(biāo)準(zhǔn)包括TTP/〔TimeTriggeredProtocol/和LI〔LocalInterconnectNet-work〕，其傳輸速率較低。①TTP/A協(xié)議最初由維也納工業(yè)大學(xué)制定，為時(shí)間觸發(fā)類型的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，主要應(yīng)用于集成了智能變換器的實(shí)時(shí)現(xiàn)場總線。②LIN1999Audi、BMW、DaimlerChrysler、Volvo、Volkswagen、VCTMotorola公司組成的LIN2023BJ1850、VAN，低速CAN。①1994SAEJ1850B絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。最早，SAEJ1850Ford，GMChrysler在，J1850VANISO19946月推出的，它基于ISO11519-3，主要為法國汽車公司所用。但目前就動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)而言，甚至在法國也集中應(yīng)用CANCANBOSCH2080初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的掌握與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)CANCAN用在汽車底盤和發(fā)動(dòng)機(jī)的電子掌握中。C類總線標(biāo)準(zhǔn)主要包括TTP/C，F(xiàn)lexRay和高速CAN〔ISO11898-2〕。都用于與汽車安全相關(guān)以及實(shí)時(shí)性要求比較高的地方。如動(dòng)力系統(tǒng)，其傳輸速率比較高，通常在125kb/s10Mb/sTTP/CTDMA〔TimeDivisionMultipleAccess〕分時(shí)多址的訪問方式。②FlexRayBMW、DaimlerChrysler、MotorolaPhilipsTDMACAN總線標(biāo)準(zhǔn)ISO11898125kb/s～1Mb/s然而，作為一種大事驅(qū)動(dòng)型總線，CAN寬，由于X-by-wire系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和牢靠性要求都很高，必需承受時(shí)間觸發(fā)的通訊協(xié)議，TTP/CF1exRay二、FlexRayFlexRayFlexRay〔FlexRayConsortium〕制定的協(xié)議。該共同體為一20232023FlexRay7BMWGROUP、BOSCH、DaimlerChrysler、GM、Motorola/Freescale、PHILIPSVWAG。除此之外，它還有超過932023V0.4.32023V2.17F1exRay網(wǎng)絡(luò)是一種高傳輸速率〔每通道10Mb/s〕的時(shí)間觸發(fā)型網(wǎng)絡(luò)。承受分時(shí)多布式掌握系統(tǒng)的通訊要求?！惨弧惩?fù)錁?gòu)造〔Topology〕共有3種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造，即：總線型〔Bus〕、星型〔Star〕和混合型〔Hybrid〕。而每一種類型都有單通道〔SingleChannel〕和雙通道〔DualChannel〕之分。在星型構(gòu)造中，還存在聯(lián)級方式。總線型如圖12345〔二〕節(jié)點(diǎn)〔Node〕的內(nèi)部規(guī)律構(gòu)造主要由電源供給系統(tǒng)〔PowerSupply〕，總線驅(qū)動(dòng)器〔BusDriver，簡稱BD〕、總線監(jiān)控規(guī)律〔BusGuardianBG〕、固化有FlexRay〔CommunicationControllerCC〕及主機(jī)〔Host〕56BDBG的個(gè)數(shù)對應(yīng)于通道數(shù)，而BG個(gè)通訊過程如下。發(fā)送數(shù)據(jù)主機(jī)〔Host〕將有效的數(shù)據(jù)送給通訊掌握器〔CC〕，在通訊掌握器中進(jìn)展編碼，形成數(shù)據(jù)位流〔bitstream〕，通過總線驅(qū)動(dòng)器〔BD〕發(fā)送到相應(yīng)的通道上。解碼，將有效數(shù)據(jù)局部由通訊掌握器送給主機(jī)Host?！踩矲lexRayFlexRay4〔encodinganddecoding〕〔MediaAccessControl〕〔frameandsymbolprocessing〕和時(shí)鐘同步〔clocksynchronization〕。除此之外，掌握器主機(jī)接口〔controllerHostinterfaceCHI〕為實(shí)現(xiàn)這些機(jī)制供給數(shù)據(jù)傳輸效勞。編碼與解碼〔encodinganddecoding〕編碼的過程實(shí)際上就是對要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)展相應(yīng)處理的過程，如加上各種校驗(yàn)位、ID7RxDTxDTxEN二進(jìn)制表示承受“不歸零”碼。對于雙通道的節(jié)點(diǎn)，每個(gè)通道上的編碼與解碼的過程是3〔CODEC〕、〔bitstrobingWUPDEC為主要過程。幀編碼傳輸起始序列〔transmissionstartsequenceTSS〕，為一段時(shí)間的低電平，用于初始化傳輸節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)的對接。幀起始序列〔framestartsequenceFSS〕，為一小段時(shí)間的高電平，緊跟在傳輸起始序列〔TSS〕之后。字節(jié)起始序列〔bytestartsequence，簡稱BSS〕，由一段高電平和一段低電平FSS幀完畢序列〔frameendsequenceFES〕，由一段低電平和一段高電平組成，位于有效數(shù)據(jù)位之后。假設(shè)是在動(dòng)態(tài)時(shí)序局部接入網(wǎng)絡(luò)，則還要在FESDTS——?jiǎng)討B(tài)尾部序列〔Dynamictrailingsequence〕。將這些序列與有效數(shù)據(jù)位〔從最大位MSB到最小位LSB〕“組裝”起來就是編碼過程，最終形成能夠在網(wǎng)絡(luò)傳播的數(shù)據(jù)位流。此外，低電平的最小持續(xù)時(shí)間為一個(gè)gdBit。圖89特征符編碼F1exRay，3〔collisionavoidancesymbol，CAS〕、媒體接入測試特征符〔Mediaaccesstestsymbol，簡稱MTS〕和喚醒特征符〔wakeupsymbolWUS〕CASMTS喚醒特征符〔WUS〕承受另一種模式編碼。節(jié)點(diǎn)對傳輸沖突避開特征符〔CAS〕和媒體接入測試特征符〔MTS〕的編碼，是跟隨在傳輸起始序列〔TSS〕之后的一段時(shí)間長為cdCAS〔為某一具體數(shù)值〕的低電平，如圖10所示。節(jié)點(diǎn)對喚醒特征符〔WUS〕TSS，隨TxENTxD〔WUS〕，11幀與特征符解碼的過程就是編碼的逆過程。這里不再贅述。數(shù)據(jù)幀格式〔FormatofFrame〕一個(gè)數(shù)據(jù)幀由幀頭〔HeaderSegment〕、有效數(shù)據(jù)〔PayloadSegment〕和幀尾〔TrailerSegment〕多個(gè)局部組成。FlexRay12幀頭局部5〔40〕組成。包括保存位〔Reservedbit，1〕、數(shù)據(jù)指示位〔PayloadPreambleindicator，1〕、空幀指示位〔Nullframeindicator，1位〕、同步幀指示位〔Syncframeindicator，1〕、啟動(dòng)幀指示位〔Startupframeindicator，1〕、ID〔11〕、有效數(shù)據(jù)長度〔7〕、頭部循環(huán)校驗(yàn)CRC〔11〕和循環(huán)計(jì)數(shù)〔6〕。有效數(shù)據(jù)局部0-2540-12712Data0、Data1?Data253CRC6〔HammingDistance〕2484在動(dòng)態(tài)時(shí)序局部，有效數(shù)據(jù)局部的頭兩個(gè)字節(jié)通常用作消息識別域〔messageIDfield〕。消息識別〔又叫消息ID〕標(biāo)明應(yīng)．用數(shù)據(jù)的物理內(nèi)容，僅僅用16ID應(yīng)用數(shù)據(jù)而寫入的，通訊掌握器〔CC〕并不能夠?qū)οD進(jìn)展識別。在接收節(jié)點(diǎn)中，對一個(gè)幀的存儲依靠于利用消息ID1313〔DataO-Data12〕通常用作網(wǎng)絡(luò)治理向量〔networkmanagementvector，簡稱NM〕。在同一個(gè)簇內(nèi)，全部的節(jié)點(diǎn)應(yīng)具有一樣814示。幀尾局部24CRC。FlexRayCRCCRCCRC媒體接入掌握〔MediaAccessControl〕在媒體接入掌握中，一個(gè)重要的概念就是通訊周期〔communicationcycle〕。在一個(gè)通訊周期內(nèi)，F(xiàn)lexRay供給兩種媒體接入時(shí)序的選擇：一種是靜態(tài)的分時(shí)多址接入時(shí)序〔TDMA〕；一種是動(dòng)態(tài)的基于最小時(shí)間片〔mini-slotting〕時(shí)序。14〔timinghierarchy〕，從最低層到最高層分別是：最小時(shí)間節(jié)拍層〔microtick〕、最大時(shí)間節(jié)拍層〔macrotick〕、仲裁網(wǎng)格層〔arbitrationgrid〕15在最高層即通訊周期層，由靜態(tài)局部、動(dòng)態(tài)局部、特征窗和網(wǎng)絡(luò)閑置時(shí)間〔NIT〕4個(gè)局部組成。在靜態(tài)局部承受的是TDMA方式；在特征窗的這段時(shí)間內(nèi)主要傳輸?shù)氖翘卣鞣lexRay〔minislot〕組成。靜態(tài)局部〔staticslot〕不同的節(jié)點(diǎn)依據(jù)全局時(shí)間推斷在某一時(shí)刻開頭接收或發(fā)送某一特定的數(shù)據(jù)幀〔flameID〕3個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別為node1、node2node3。假設(shè)靜態(tài)00:101-2-3，node100:10在兩個(gè)通道上傳輸flameID1；00:20時(shí)刻node2flameID2；node300:3016動(dòng)態(tài)局部計(jì)數(shù)的，在不傳輸數(shù)據(jù)幀時(shí)，計(jì)數(shù)器以minislot1時(shí)計(jì)數(shù)器不工作。兩個(gè)通訊通道不必同步。一個(gè)動(dòng)態(tài)時(shí)間片〔Dynamicslot〕包含一個(gè)minislot17時(shí)鐘同步簇內(nèi)全部的節(jié)點(diǎn)都應(yīng)有一樣的“時(shí)間觀”，就似乎全國都遵守一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的全局時(shí)間FlexRay時(shí)鐘節(jié)拍是由通訊掌握器〔CC〕的外部晶振供給，對于不同的掌握器，最小時(shí)鐘節(jié)拍可能會不一樣；在一個(gè)簇內(nèi)全部同步節(jié)點(diǎn)的最大時(shí)鐘節(jié)拍都相等?！睠PS〕。18MTG〔CPS〕主時(shí)間偏差可以分為相位〔offset〕和頻率〔rate〕偏差。相位偏差是兩個(gè)時(shí)鐘在某一特FlexRay定的算法進(jìn)展修正，最終使簇內(nèi)的節(jié)點(diǎn)上的時(shí)間實(shí)現(xiàn)“同步”。喚醒與啟動(dòng)〔wakeupandstartup〕喚醒針對的是電源治理系統(tǒng)。有些節(jié)點(diǎn)在不工作時(shí)處于“節(jié)電”模式〔power-savingmode〕，當(dāng)再次投入工作時(shí)就需要“喚醒”該節(jié)點(diǎn)；單個(gè)節(jié)點(diǎn)可喚醒整個(gè)組群；主機(jī)可在通訊信道上傳輸喚醒模式〔wakeup-pattern〕。節(jié)點(diǎn)通過收發(fā)器進(jìn)展喚醒：當(dāng)節(jié)點(diǎn)的收發(fā)器接收到喚醒特征符〔wakeup-symbol〕后，對主機(jī)處理器和通訊掌握器進(jìn)展上電。只有將節(jié)點(diǎn)喚醒后，才能啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)工作。初始化一個(gè)啟動(dòng)過程稱為“冷啟動(dòng)〔coldstart〕”，能進(jìn)展冷啟動(dòng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目是有限的。系統(tǒng)的啟動(dòng)由兩個(gè)規(guī)律步驟組起。三、FlexRayFlexRay以其確定的網(wǎng)絡(luò)通訊、高速的數(shù)據(jù)