汽車ECU通訊新平臺-FleRay(V21)協(xié)議規(guī)范

ECUFlexRay〔V2.1〕協(xié)議標準原紀光霽，萬茂松一、車載網(wǎng)絡概述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〔X-by-wire〕將在汽車上普遍應用。因此，車載網(wǎng)絡時代終將降臨。車載網(wǎng)絡種類有很多種，應用較多的有LIN，CAN、FlexRay、TIP/C、SAEJ1850、TFCAN、ASRB、MOST〔SAE〕依據(jù)速率將汽車網(wǎng)絡劃分為A、B、C3A類總線標準包括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)大學制定，為時間觸發(fā)類型的網(wǎng)絡協(xié)議，主要應用于集成了智能變換器的實時現(xiàn)場總線。②LIN1999Audi、BMW、DaimlerChrysler、Volvo、Volkswagen、VCTMotorola公司組成的LIN2023BJ1850、VAN，低速CAN。①1994SAEJ1850B絡標準協(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。但目前就動力與傳動系統(tǒng)而言，甚至在法國也集中應用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)動機的電子掌握中。C類總線標準主要包括TTP/C，F(xiàn)lexRay和高速CAN〔ISO11898-2〕。都用于與汽車安全相關以及實時性要求比較高的地方。如動力系統(tǒng)，其傳輸速率比較高，通常在125kb/s10Mb/sTTP/CTDMA〔TimeDivisionMultipleAccess〕分時多址的訪問方式。②FlexRayBMW、DaimlerChrysler、MotorolaPhilipsTDMACAN總線標準ISO11898125kb/s～1Mb/s然而，作為一種大事驅動型總線，CAN寬，由于X-by-wire系統(tǒng)實時性和牢靠性要求都很高，必需承受時間觸發(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)絡是一種高傳輸速率〔每通道10Mb/s〕的時間觸發(fā)型網(wǎng)絡。承受分時多布式掌握系統(tǒng)的通訊要求。〔一〕拓撲構造〔Topology〕共有3種網(wǎng)絡拓撲構造，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。在星型構造中，還存在聯(lián)級方式?？偩€型如圖12345〔二〕節(jié)點〔Node〕的內(nèi)部規(guī)律構造主要由電源供給系統(tǒng)〔PowerSupply〕，總線驅動器〔BusDriver，簡稱BD〕、總線監(jiān)控規(guī)律〔BusGuardianBG〕、固化有FlexRay〔CommunicationControllerCC〕及主機〔Host〕56BDBG的個數(shù)對應于通道數(shù)，而BG個通訊過程如下。發(fā)送數(shù)據(jù)主機〔Host〕將有效的數(shù)據(jù)送給通訊掌握器〔CC〕，在通訊掌握器中進展編碼，形成數(shù)據(jù)位流〔bitstream〕，通過總線驅動器〔BD〕發(fā)送到相應的通道上。解碼，將有效數(shù)據(jù)局部由通訊掌握器送給主機Host?！踩矲lexRayFlexRay4〔encodinganddecoding〕〔MediaAccessControl〕〔frameandsymbolprocessing〕和時鐘同步〔clocksynchronization〕。除此之外，掌握器主機接口〔controllerHostinterfaceCHI〕為實現(xiàn)這些機制供給數(shù)據(jù)傳輸效勞。編碼與解碼〔encodinganddecoding〕編碼的過程實際上就是對要發(fā)送的數(shù)據(jù)進展相應處理的過程，如加上各種校驗位、ID7RxDTxDTxEN二進制表示承受“不歸零”碼。對于雙通道的節(jié)點，每個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〕，為一段時間的低電平，用于初始化傳輸節(jié)點與網(wǎng)絡的對接。幀起始序列〔framestartsequenceFSS〕，為一小段時間的高電平，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。假設是在動態(tài)時序局部接入網(wǎng)絡，則還要在FESDTS——動態(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)絡傳播的數(shù)據(jù)位流。此外，低電平的最小持續(xù)時間為一個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〕之后的一段時間長為cdCAS〔為某一具體數(shù)值〕的低電平，如圖10所示。節(jié)點對喚醒特征符〔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〕一個數(shù)據(jù)幀由幀頭〔HeaderSegment〕、有效數(shù)據(jù)〔PayloadSegment〕和幀尾〔TrailerSegment〕多個局部組成。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〕、啟動幀指示位〔Startupframeindicator，1〕、ID〔11〕、有效數(shù)據(jù)長度〔7〕、頭部循環(huán)校驗CRC〔11〕和循環(huán)計數(shù)〔6〕。有效數(shù)據(jù)局部0-2540-12712Data0、Data1?Data253CRC6〔HammingDistance〕2484在動態(tài)時序局部，有效數(shù)據(jù)局部的頭兩個字節(jié)通常用作消息識別域〔messageIDfield〕。消息識別〔又叫消息ID〕標明應．用數(shù)據(jù)的物理內(nèi)容，僅僅用16ID應用數(shù)據(jù)而寫入的，通訊掌握器〔CC〕并不能夠對消息ID進展識別。在接收節(jié)點中，對一個幀的存儲依靠于利用消息ID1313〔DataO-Data12〕通常用作網(wǎng)絡治理向量〔networkmanagementvector，簡稱NM〕。在同一個簇內(nèi)，全部的節(jié)點應具有一樣814示。幀尾局部24CRC。FlexRayCRCCRCCRC媒體接入掌握〔MediaAccessControl〕在媒體接入掌握中，一個重要的概念就是通訊周期〔communicationcycle〕。在一個通訊周期內(nèi)，F(xiàn)lexRay供給兩種媒體接入時序的選擇：一種是靜態(tài)的分時多址接入時序〔TDMA〕；一種是動態(tài)的基于最小時間片〔mini-slotting〕時序。14〔timinghierarchy〕，從最低層到最高層分別是：最小時間節(jié)拍層〔microtick〕、最大時間節(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、動態(tài)局部、特征窗和網(wǎng)絡閑置時間〔NIT〕4個局部組成。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)點依據(jù)全局時間推斷在某一時刻開頭接收或發(fā)送某一特定的數(shù)據(jù)幀〔flameID〕3個節(jié)點，分別為node1、node2node3。假設靜態(tài)00:101-2-3，node100:10在兩個通道上傳輸flameID1；00:20時刻node2flameID2；node300:3016動態(tài)局部計數(shù)的，在不傳輸數(shù)據(jù)幀時，計數(shù)器以minislot1時計數(shù)器不工作。兩個通訊通道不必同步。一個動態(tài)時間片〔Dynamicslot〕包含一個minislot17時鐘同步簇內(nèi)全部的節(jié)點都應有一樣的“時間觀”，就似乎全國都遵守一個標準的全局時間FlexRay時鐘節(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，最小時鐘節(jié)拍可能會不一樣；在一個簇內(nèi)全部同步節(jié)點的最大時鐘節(jié)拍都相等?！睠PS〕。18MTG〔CPS〕主時間偏差可以分為相位〔offset〕和頻率〔rate〕偏差。相位偏差是兩個時鐘在某一特FlexRay定的算法進展修正，最終使簇內(nèi)的節(jié)點上的時間實現(xiàn)“同步”。喚醒與啟動〔wakeupandstartup〕喚醒針對的是電源治理系統(tǒng)。有些節(jié)點在不工作時處于“節(jié)電”模式〔power-savingmode〕，當再次投入工作時就需要“喚醒”該節(jié)點；單個節(jié)點可喚醒整個組群；主機可在通訊信道上傳輸喚醒模式〔wakeup-pattern〕。節(jié)點通過收發(fā)器進展喚醒：當節(jié)點的收發(fā)器接收到喚醒特征符〔wakeup-symbol〕后，對主機處理器和通訊掌握器進展上電。只有將節(jié)點喚醒后，才能啟動節(jié)點工作。初始化一個啟動過程稱為“冷啟動〔coldstart〕”，能進展冷啟動的節(jié)點數(shù)目是有限的。系統(tǒng)的啟動由兩個規(guī)律步驟組起。三、FlexRayFlexRay以其確定的網(wǎng)絡通訊、高速的數(shù)據(jù)