车载网络技术-FlexRay课件

第五章

高速实时总线协议HighSpeedRealtimeCommunicationProtocalFlexRay高炳钊吉林大学第五章主要内容5.1FlexRay网络综述

5.2

FlexRay通信协议5.3

FlexRay物理实现5.4FlexRay总线开发

主要内容5.1FlexRay网络综述5.2FlexRa5.1FlexRay网络综述5.1.1FlexRay的技术背景5.1.2FlexRay技术特点5.1.3FlexRay的应用5.1.4FlexRay设备组成5.1FlexRay网络综述5.1.1FlexRay的技1999年，宝马与戴姆勒开始研究；成立时间：2000年成员类别核心成员：主要成员：目前28个普通成员：目前73个最高目标：使FlexRay成为汽车高速网络的事实标准FlexRay联盟FlexrayConsortium5.1.1FlexRay技术背景1999年，宝马与戴姆勒开始研究；FlexRay联盟Fle名称含义起源于“X-by-wire”技术航空：Fly-by-wire车用线控技术Steer-by-wireBrake-by-wireElectroic-Throttle5.1.1FlexRay技术背景名称含义5.1.1FlexRay技术背景汽车电子控制系统ElectronicControl

独立控制难以满足要求集成控制成为趋势集成控制系统IntegratedControl发动机-变速器-制动制动-转向-悬架5.1.1FlexRay技术背景汽车电子控制系统ElectronicControl5.集成控制系统通信需求高速-高带宽Highspeed,HighBandwidth硬实时-确定性通信DeterministicCommunication安全-容错性FaultTolerance成本LowCost5.1.1FlexRay技术背景集成控制系统通信需求5.1.1FlexRay技术背景5.1.1FlexRay技术背景保守计算：500个信号4字节*8=32位100次每秒=1.6Mbps5.1.1FlexRay技术背景保守计算：5.1.1FlexRay技术背景5.1.1FlexRay技术背景5.1.1FlexRay技术背景X-by-wire线控系统需要什么样的总线通信?高速-高带宽硬实时-确定性通信安全-容错性成本可接受为什么不用CAN总线?事件触发——报文不确定总线负载率——已接近极限没有带宽储备及容错设计为什么最终选择FlexRay?时间触发的总线协议:TTCAN、TTP/C、Byteflight、FlexRay特性对比，如下表结论：允许系统成本和安全性之间进行最优平衡的FlexRay是适应未来车辆系统需求的高性能总线5.1.1FlexRay技术背景X-by-wire线控系统需指标TTCANByteflightTTP/CFlexRay传输速度(bps)1M,同CAN10M（光纤）25M（光纤）10M驱动机制时间+事件时间+事件时间时间+事件信道冗余无无双通道双通道容错能力低较低很高很高拓扑结构总线型星形总线,星型,混合总线,星型,混合传输介质双绞线、电缆、光纤电缆、光纤电缆、光纤等双绞线、光纤网络节点数2-20226464净荷/帧1-8字节1-12字节1-16字节1-254字节扩展性好好差好成本低中高中允许系统成本和安全性之间进行最优平衡的FlexRay是适应未来车辆系统需求的高性能总线指标TTCANByteflightTTP/CFlexRay传5.1.2FlexRay技术特点高通信速率单通道最高10Mbps双通道非冗余可达20Mbps确定性容错性物理层双通道冗余独立的总线监听者4个同步节点基于容错算法的时钟同步机制灵活性以时间触发为主，兼顾“事件触发”支持多种网络拓扑结构物理层介质——双绞线或光纤5.1.2FlexRay技术特点高通信速率5.1.3FlexRay的应用应用领域分布式控制系统：以微处理器为基础的，实行集中管理、分散控制的计算机控制系统集成化控制:动力系统、底盘系统高安全性要求的系统线控系统ABS/TCS等安全控制系统安全气囊等高传输速率要求的系统车辆主干网军工：高速实时控制工业控制领域5.1.3FlexRay的应用应用领域5.1.3FlexRay的应用第一辆FlexRay量产车BMWX54.8i电子控制减震器系统：高达15个FlexRay节点，单通道，10Mbps，星型及总线拓扑结构上市时间：2007年5.1.3FlexRay的应用第一辆FlexRay量产车5.1.3FlexRay的应用宝马新7系FlexRay以跨系统方式实现行驶动态管理系统与发动机管理系统的联网共有12个节点（含一个网关）通过网关，跟车上其他总线（CAN/LIN/MOST）进行通信奥迪AudiA4:7个FlexRay节点AudiA84.2FSI：30个节点5.1.3FlexRay的应用宝马新7系奥迪5.1.3FlexRay的应用日本电动车-线控转向、线控加速/制动2006年，日本WITZ和阳光技研与瑞萨科技等公司合作，试制了采用FlexRay协议标准的电动车FlexRay节点传感器ECU-瑞萨加速、制动ECU-瑞萨转向ECU-NEC仪表ECU-富士通示波器-横河电机5.1.3FlexRay的应用日本电动车-线控转向、线控加速5.1.4FlexRay设备组成节点架构一Host-主机，CC-通讯控制器，BD-总线驱动器，BG-总线监控器5.1.4FlexRay设备组成节点架构一Host-主机，C5.1.4FlexRay设备组成节点架构25.1.4FlexRay设备组成节点架构25.1.4FlexRay设备组成5.1.4FlexRay设备组成5.2FlexRay通信协议5.2.1FlexRay媒体访问机制5.2.2FlexRay数据帧结构5.2.3FlexRay编码与解码5.2.4FlexRay时钟同步5.2.5FlexRay协议状态控制5.2.6FlexRay唤醒与启动5.2FlexRay通信协议5.2.1FlexRay媒体访问5.2.1FlexRay媒体访问机制时间等级段Segment槽Slot，承载数据帧。宏节拍Macrotick（MT）微节拍Microtick，纳秒级

5.2.1FlexRay媒体访问机制时间等级段Segm5.2.1FlexRay媒体访问机制媒体访问方式静态部分:时分多址（TimeDivisionMultipleAccess）动态部分:柔性时分多址（FlexibleTDMA）通信调度5.2.1FlexRay媒体访问机制媒体访问方式5.2.1FlexRay媒体访问机制5.2.1FlexRay媒体访问机制5.2.1FlexRay媒体访问机制特征符窗口&网络空闲时间特征符窗口用于网络监护及总线唤醒网络空闲时间节点计算、执行时钟同步举例特征符窗时长（SW）=16MT网络空闲时间（NIT）=136MT5.2.1FlexRay媒体访问机制特征符窗口&网络空闲时间5.2.2数据帧结构数据帧组成起始段（Headersegment）净荷段

(Payloadsegment)静态帧动态帧结束段（TrailerSegment）5.2.2数据帧结构数据帧组成5.2.2数据帧结构保留位R为将来协议预留发送节点设为0，接受节点忽视5.2.2数据帧结构保留位R5.2.2数据帧结构净荷指示位P指出在净荷段开头是否包含可选变量NMVector(静态段)，MessageID(动态段)1包含，0不包含空帧（无效帧）指示位N指示帧的净荷数据段中是否包含有用数据1无效帧，0有效5.2.2数据帧结构净荷指示位P5.2.2数据帧结构同步帧指示位S（SyncFrameIndicator）1是，0不是启动帧指示位S（StartupFrameIndicator）只有冷启动节点允许发送启动帧启动帧一定是同步帧，但同步帧不一定是启动帧1是，0不是同步帧、启动帧必须是静态帧5.2.2数据帧结构同步帧指示位S（SyncFrameI5.2.2数据帧结构帧标识定义该帧可以在哪个时隙中发送一个通信周期中只能出现一次取值1-2047，0不是有效标识符净荷段长度单位为字，不是字节，故为净荷段字节数除2，0-127静态帧：所有静态帧的数据长度固定动态帧：不同动态帧的数据长度不固定，且同一动态帧在不同通信周期、不同信道的数据长度也不固定5.2.2数据帧结构帧标识5.2.2数据帧结构起始CRC校验计算长度：20位，校验码长度：11位帧发送节点：离线计算CC发送帧接收节点：CC在线校验帧周期计数计数范围：0-63发送节点：选择性发送，将节点周期计数写入帧周期计数接收节点：根据帧周期计数进行选择性接收64个通信周期组成一个“大”周期实现：通过设置发送节点及接收节点的帧周期计数过滤器5.2.2数据帧结构起始CRC校验5.2.2数据帧结构净荷段-静态帧净荷长度:0-254字节，或0-127字静态帧可选变量：网络管理向量（NM）长度范围:0-12字节一个FlexRay网络内，所有节点的NM长度应相同主机：发送节点将其作为应用数据写入5.2.2数据帧结构净荷段-静态帧5.2.2数据帧结构净荷段—动态帧动态帧可选变量：消息标识符（MessageID）变量长度固定：2字节主机：发送节点将其作为应用数据写入，CC不参与CC：接收节点通过MessageID过滤器识别报文5.2.2数据帧结构净荷段—动态帧5.2.2数据帧结构帧CRC校验计算长度：净荷段帧发送：CC在发送前计算帧接收：CC在接收后计算并校验双信道冗余通信校验通过视为有效帧5.2.2数据帧结构帧CRC校验5.2.3FlexRay编码与解码编码FlexRay采用NRZ(非归零)编码优缺点NRZ编码确保报文紧凑,从而相同带宽下信息量更大NRZ编码不能保证有足够的跳变沿用于同步，容易带来节点间计时器误差的累计如何解决？5.2.3FlexRay编码与解码编码优缺点5.2.3FlexRay编码与解码发送接收模块组成（CC，通讯控制器）时钟模块产生采样时钟和系统时钟：1bit=8采样周期（10Mbps）=100ns.采样时钟周期=12.5ns编码模块：主机待发数据——一定格式的可在通道上发送的位流。采样判别模块：滤波去毛刺比特同步纠正与选通模块：发送端和接收端的同步解码模块：对数据的提取5.2.3FlexRay编码与解码发送接收模块组成（CC，通5.2.3FlexRay编码与解码帧编码-静态帧将数据帧分解成独立的字节传输起始序列TSS（3-15低位）帧起始序列FSS（1个高位）字节起始序列BSS（1个高位+1个低位）位同步边沿：发生在除了负载的数据段以外的下降沿（TSS的下降沿和每一个BSS的下降沿）发送数据字节帧结束序列FES（1个低位+1个高位）5.2.3FlexRay编码与解码帧编码-静态帧将数据帧分解5.2.3FlexRay编码与解码帧编码-动态帧在FES后面附加动态尾部序列DTS确定发送节点下一个微时隙行动点的精确时间避免接收节点过早进行信道空闲检测CIDDTS是不定长度的0位，其长度是动态配置的。5.2.3FlexRay编码与解码帧编码-动态帧在FES后面5.2.3FlexRay编码与解码特征符编码冲突避免特征符CAS网络启动时发送-建立通信周期前媒介访问测试特征符MTS网络正常通信时发送-每个周期的特征符窗口CAS/MTS采用完全相同的编码方式TSS：时长同数据帧cdCAS=30gdbit5.2.3FlexRay编码与解码特征符编码冲突避免特征符C5.2.3FlexRay编码与解码唤醒特征符WUS(Wakeupsymbol)没有TSS15-60个低位，3倍低位的高位唤醒模式（Wakeuppattern）由多个连续的WUS组成：2-63个下图由2个WUS组成5.2.3FlexRay编码与解码唤醒特征符WUS(Wake5.2.3FlexRay编码与解码帧解码静态帧&动态帧将BSS后的字节提取组合成帧和CRC校验码,根据CRC校验码判断接收是否正确。信道空闲界定符（ChannelIdleDelimiter）固定时长的连续高电平，标志数据帧的结束静态帧与动态帧一致时长：11位5.2.3FlexRay编码与解码帧解码5.2.3FlexRay编码与解码特征符解码两者解码形式相同接收节点将接收到的29~（73~99）位连续的低电平解码为CAS或MTS信道空闲界定符CID5.2.3FlexRay编码与解码特征符解码两者解码形式相同5.2.3FlexRay编码与解码唤醒特征符解码只要满足以下条件即解码为WUP(1)接收到至少15~60位的低电平信号(2)紧接至少3倍的高电平信号(3)再紧接至少15~60位的低电平信号(4)上述重复次数至少2~63次5.2.3FlexRay编码与解码唤醒特征符解码只要满足以下5.2.4FlexRay时钟同步时钟同步同步&偏差全局时间VS本地时间同步概念可接受误差时间偏差相位（Offset）偏差频率（Rate）偏差5.2.4FlexRay时钟同步时钟同步5.2.4FlexRay时钟同步时钟同步测量过程每个通信周期计算：相位偏差每两个通信周期计算：频率偏差5.2.4FlexRay时钟同步时钟同步测量过程5.2.4FlexRay时钟同步时钟同步修正过程修正法则FTM(FaultTolerantMidpoint)法则相位偏差修正周期需要增加或减少的微节拍个数（单次）奇数周期的NIT内修正，必须在下一周期开始前完成频率偏差修正周期需要增加或减少的微节拍数量（长期）5.2.4FlexRay时钟同步时钟同步修正过程5.2.4FlexRay时钟同步时钟同步流程5.2.4FlexRay时钟同步时钟同步流程5.2.5FlexRay协议状态控制默认配置配置应用程序配置CC寄存器只能由命令进入就绪节点可唤醒或启动唤醒接收或发送唤醒信号启动开始启动过程5.2.5FlexRay协议状态控制默认配置5.2.5FlexRay协议状态控制正常主动正常收发报文正常被动只接收不发送若干个个无效通信周期后转至正常被动若干个有效通信周期后转至正常主动暂停不允许收发报文因时钟同步错误进入此状态5.2.5FlexRay协议状态控制正常主动5.2.6FlexRay唤醒与启动唤醒节点本地唤醒&总线唤醒BD驱动电源管理系统5.2.6FlexRay唤醒与启动唤醒节点5.2.6FlexRay唤醒与启动集群唤醒本地唤醒集群唤醒唤醒特征符一个节点只能唤醒一条总线多个节点可以同时唤醒同一总线5.2.6FlexRay唤醒与启动集群唤醒5.2.6FlexRay唤醒与启动冷启动-ColdStart

冲突避免特征符（CAS）冷启动节点（ColdStartNode）主冷启动节点、从冷启动节点非冷启动节点5.2.6FlexRay唤醒与启动冷启动-ColdStartFlexRayhastheuniqueabilitytosyncupnodesonanetworkwithoutanexternalsynchronizationclocksignal.Todoso,ituses2specialtypesofframes:StartupFramesandSyncFrames.TostartaFlexRaycluster,atleast2differentnodesarerequiredtosendstartupframes.TheactionofstartinguptheFlexRaybusisknownasacold-startandthenodessendingthestartupframesareusuallyknownascold-startnodes.Thestartupframesareanalogoustoastarttrigger,whichtellsallthenodesonthenetworktostart.Oncethenetworkisstarted,allnodesmustsynchronizetheirinternaloscillatorstothenetwork'smacrotick.Thiscanbedoneusingtwomoremoresynchronizationnodes.Thesecanbeanytwoseparatenodesonthenetworkthatpre-designatedtobroadcastspecialsyncframeswhentheyarefirstturnedon.Othernodesonthenetworkwaitforthesyncframestobebroadcast,andmeasurethetimebetweensuccessivebroadcastsinordertocalibratetheirinternalclockstotheFlexRaytime.Oncethenetworkissynchronizedandon-line,thenetworkidletimeismeasuredandusedtoadjusttheclocksfromcycle-to-cycletomaintaintightsynchronization.5.2.6FlexRay唤醒与启动FlexRayhastheuniqueability5.3FlexRay物理节点实现5.3.1FlexRay总线网络拓扑5.3.2FlexRay总线器件5.3.3FlexRay电信号5.3.4FlexRay节点组成5.3FlexRay物理节点实现5.3.1FlexRay总线5.3.1FlexRay总线网络拓扑网络拓扑-单通道点对点总线型5.3.1FlexRay总线网络拓扑网络拓扑-单通道5.3.1FlexRay总线网络拓扑无源星型有源星型有源星型连接器可避免一个节点发生错误而使得整个通道无法正常通信5.3.1FlexRay总线网络拓扑无源星型5.3.1FlexRay总线网络拓扑双有源星型混合拓扑5.3.1FlexRay总线网络拓扑双有源星型混合拓扑5.3.1FlexRay总线网络拓扑网络拓扑-双通道总线型有源星型5.3.1FlexRay总线网络拓扑网络拓扑-双通道5.3.1FlexRay总线网络拓扑双星型5.3.1FlexRay总线网络拓扑双星型5.3.1FlexRay总线网络拓扑混合型5.3.1FlexRay总线网络拓扑混合型5.3.2FlexRay总线器件线缆电缆&光纤屏蔽或非屏蔽双绞线接插件2:BM7:BP1、3、6、8：总线屏蔽5.3.2FlexRay总线器件线缆5.3.2FlexRay总线器件终端电阻电缆的末尾均是终端终端—点对点：终端电阻=电缆阻抗5.3.2FlexRay总线器件终端电阻5.3.2FlexRay总线器件终端—有源星型均视为点对点终端电阻=电缆阻抗5.3.2FlexRay总线器件终端—有源星型5.3.2FlexRay总线器件终端—无源星型/总线型距离最远的两节点为终端终端电阻等于或略高于电缆阻抗5.3.2FlexRay总线器件终端—无源星型/总线型5.3.3FlexRay电信号差分信号uBusuBus=uBP-uBM正线BP(BusPlus)负线BM(BusMinus)电平信号：1.9V,2.5V,3.1V5.3.3FlexRay电信号差分信号uBus信号特性FlexRay总线信号必须在规定范围内。无论在时间轴上还是电压轴上，总线信号都不应进入内部区域。FlexRay总线系统的电压范围如下：（1）系统接通。系统接通时，如无通信，则其电压为2.5V。（2）高电平信号。高电平信号的电压为3.1V。（3）低电平信号。低电平信号的电压为1.9V。

图5-7FlexRay总线系统的正常波形

5.3.3FlexRay电信号信号特性FlexRay总线信号必须在规定范围内5.3.4FlexRay节点组成硬件实现方式单片机MCU+独立通信控制器CC+总线驱动器BD独立FlexRay通信控制器列表5.3.4FlexRay节点组成硬件实现方式5.3.4FlexRay节点组成集成FlexRay功能的MCU+总线驱动器BD5.3.4FlexRay节点组成集成FlexRay功能的MC5.3.4FlexRay节点组成总线监控器BGBG功能BD使能监控调度表时序监控时钟同步BG分类本地节点总线监控器Node-LocalBG星型中心总线监控器CentralBG5.3.4FlexRay节点组成总线监控器BG5.4FlexRay总线开发5.4.1开发流程5.4.2开发工具介绍5.4FlexRay总线开发5.4.1开发流程5.4.1FlexRay开发流程图目的：1、掌握协议规范2、确定功能需求3、使用工具设计优化网络参数4、建立网络仿真平台并仿真第一阶段网络设计和仿真第二阶段节点实现第三阶段网络集成目的：1、完成ECU的硬件及软件设计2、建立网络半仿真平台3、确定ECU测试标准并测试ECU功能目的：1、实现FlexRay网络2、搭建FlexRay网络台架3、确定FlexRay网络测试标准，提供测试报告4、实现自动测试功能5.4.1FlexRay开发流程图第一阶段第二阶段第三阶段5.4.1FlexRay开发流程网络设计和仿真网络设计定义网络定义节点定义报文定义信号报文和信号关系报文收发关系定义调度表网络仿真调试网络模型优化网络参数5.4.1FlexRay开发流程网络设计和仿真5.4.1FlexRay开发流程节点开发、实现5.4.1FlexRay开发流程节点开发、实现5.4.1FlexRay开发流程网络集成5.4.1FlexRay开发流程网络集成5.4.1FlexRay开发流程开发工具CANoe.FlexRay5.4.1FlexRay开发流程开发工具5.4.1FlexRay开发流程5.4.1FlexRay开发流程第六章车载全网络应用实例PT-CAN网关ZGMFlexRayK-CANLINMOSTInternetD-Bus宝马新7系车载网络系统第六章车载全网络应用实例PT-CAN网关FlexRayK-FlexRay网络系统第六章车载全网络应用实例FlexRay网络系统第六章车载全网络应用实例车载网络技术_FlexRay课件PT-CAN网络系统第六章车载全网络应用实例PT-CAN网络系统第六章车载全网络应用实例MOST网络系统第六章车载全网络应用实例车辆信息计算机组合仪表视频模块卫星调谐器DVD远程通信系统高级接口盒高保真音响后座区娱乐系统专业的后座区娱乐系统InternetPT-CAN中央网关MOST网络系统第六章车载全网络应用实例车辆信息计算机组合K-CAN网络系统第六章车载全网络应用实例K-CAN网络系统第六章车载全网络应用实例车载网络技术_FlexRay课件工作原理举例：雨刮器第六章车载全网络应用实例工作原理举例：雨刮器第六章车载全网络应用实例知识回顾KnowledgeReview知识回顾KnowledgeReview第五章

高速实时总线协议HighSpeedRealtimeCommunicationProtocalFlexRay高炳钊吉林大学第五章主要内容5.1FlexRay网络综述

5.2

FlexRay通信协议5.3

FlexRay物理实现5.4FlexRay总线开发

主要内容5.1FlexRay网络综述5.2FlexRa5.1FlexRay网络综述5.1.1FlexRay的技术背景5.1.2FlexRay技术特点5.1.3FlexRay的应用5.1.4FlexRay设备组成5.1FlexRay网络综述5.1.1FlexRay的技1999年，宝马与戴姆勒开始研究；成立时间：2000年成员类别核心成员：主要成员：目前28个普通成员：目前73个最高目标：使FlexRay成为汽车高速网络的事实标准FlexRay联盟FlexrayConsortium5.1.1FlexRay技术背景1999年，宝马与戴姆勒开始研究；FlexRay联盟Fle名称含义起源于“X-by-wire”技术航空：Fly-by-wire车用线控技术Steer-by-wireBrake-by-wireElectroic-Throttle5.1.1FlexRay技术背景名称含义5.1.1FlexRay技术背景汽车电子控制系统ElectronicControl

独立控制难以满足要求集成控制成为趋势集成控制系统IntegratedControl发动机-变速器-制动制动-转向-悬架5.1.1FlexRay技术背景汽车电子控制系统ElectronicControl5.集成控制系统通信需求高速-高带宽Highspeed,HighBandwidth硬实时-确定性通信DeterministicCommunication安全-容错性FaultTolerance成本LowCost5.1.1FlexRay技术背景集成控制系统通信需求5.1.1FlexRay技术背景5.1.1FlexRay技术背景保守计算：500个信号4字节*8=32位100次每秒=1.6Mbps5.1.1FlexRay技术背景保守计算：5.1.1FlexRay技术背景5.1.1FlexRay技术背景5.1.1FlexRay技术背景X-by-wire线控系统需要什么样的总线通信?高速-高带宽硬实时-确定性通信安全-容错性成本可接受为什么不用CAN总线?事件触发——报文不确定总线负载率——已接近极限没有带宽储备及容错设计为什么最终选择FlexRay?时间触发的总线协议:TTCAN、TTP/C、Byteflight、FlexRay特性对比，如下表结论：允许系统成本和安全性之间进行最优平衡的FlexRay是适应未来车辆系统需求的高性能总线5.1.1FlexRay技术背景X-by-wire线控系统需指标TTCANByteflightTTP/CFlexRay传输速度(bps)1M,同CAN10M（光纤）25M（光纤）10M驱动机制时间+事件时间+事件时间时间+事件信道冗余无无双通道双通道容错能力低较低很高很高拓扑结构总线型星形总线,星型,混合总线,星型,混合传输介质双绞线、电缆、光纤电缆、光纤电缆、光纤等双绞线、光纤网络节点数2-20226464净荷/帧1-8字节1-12字节1-16字节1-254字节扩展性好好差好成本低中高中允许系统成本和安全性之间进行最优平衡的FlexRay是适应未来车辆系统需求的高性能总线指标TTCANByteflightTTP/CFlexRay传5.1.2FlexRay技术特点高通信速率单通道最高10Mbps双通道非冗余可达20Mbps确定性容错性物理层双通道冗余独立的总线监听者4个同步节点基于容错算法的时钟同步机制灵活性以时间触发为主，兼顾“事件触发”支持多种网络拓扑结构物理层介质——双绞线或光纤5.1.2FlexRay技术特点高通信速率5.1.3FlexRay的应用应用领域分布式控制系统：以微处理器为基础的，实行集中管理、分散控制的计算机控制系统集成化控制:动力系统、底盘系统高安全性要求的系统线控系统ABS/TCS等安全控制系统安全气囊等高传输速率要求的系统车辆主干网军工：高速实时控制工业控制领域5.1.3FlexRay的应用应用领域5.1.3FlexRay的应用第一辆FlexRay量产车BMWX54.8i电子控制减震器系统：高达15个FlexRay节点，单通道，10Mbps，星型及总线拓扑结构上市时间：2007年5.1.3FlexRay的应用第一辆FlexRay量产车5.1.3FlexRay的应用宝马新7系FlexRay以跨系统方式实现行驶动态管理系统与发动机管理系统的联网共有12个节点（含一个网关）通过网关，跟车上其他总线（CAN/LIN/MOST）进行通信奥迪AudiA4:7个FlexRay节点AudiA84.2FSI：30个节点5.1.3FlexRay的应用宝马新7系奥迪5.1.3FlexRay的应用日本电动车-线控转向、线控加速/制动2006年，日本WITZ和阳光技研与瑞萨科技等公司合作，试制了采用FlexRay协议标准的电动车FlexRay节点传感器ECU-瑞萨加速、制动ECU-瑞萨转向ECU-NEC仪表ECU-富士通示波器-横河电机5.1.3FlexRay的应用日本电动车-线控转向、线控加速5.1.4FlexRay设备组成节点架构一Host-主机，CC-通讯控制器，BD-总线驱动器，BG-总线监控器5.1.4FlexRay设备组成节点架构一Host-主机，C5.1.4FlexRay设备组成节点架构25.1.4FlexRay设备组成节点架构25.1.4FlexRay设备组成5.1.4FlexRay设备组成5.2FlexRay通信协议5.2.1FlexRay媒体访问机制5.2.2FlexRay数据帧结构5.2.3FlexRay编码与解码5.2.4FlexRay时钟同步5.2.5FlexRay协议状态控制5.2.6FlexRay唤醒与启动5.2FlexRay通信协议5.2.1FlexRay媒体访问5.2.1FlexRay媒体访问机制时间等级段Segment槽Slot，承载数据帧。宏节拍Macrotick（MT）微节拍Microtick，纳秒级

5.2.1FlexRay媒体访问机制时间等级段Segm5.2.1FlexRay媒体访问机制媒体访问方式静态部分:时分多址（TimeDivisionMultipleAccess）动态部分:柔性时分多址（FlexibleTDMA）通信调度5.2.1FlexRay媒体访问机制媒体访问方式5.2.1FlexRay媒体访问机制5.2.1FlexRay媒体访问机制5.2.1FlexRay媒体访问机制特征符窗口&网络空闲时间特征符窗口用于网络监护及总线唤醒网络空闲时间节点计算、执行时钟同步举例特征符窗时长（SW）=16MT网络空闲时间（NIT）=136MT5.2.1FlexRay媒体访问机制特征符窗口&网络空闲时间5.2.2数据帧结构数据帧组成起始段（Headersegment）净荷段

(Payloadsegment)静态帧动态帧结束段（TrailerSegment）5.2.2数据帧结构数据帧组成5.2.2数据帧结构保留位R为将来协议预留发送节点设为0，接受节点忽视5.2.2数据帧结构保留位R5.2.2数据帧结构净荷指示位P指出在净荷段开头是否包含可选变量NMVector(静态段)，MessageID(动态段)1包含，0不包含空帧（无效帧）指示位N指示帧的净荷数据段中是否包含有用数据1无效帧，0有效5.2.2数据帧结构净荷指示位P5.2.2数据帧结构同步帧指示位S（SyncFrameIndicator）1是，0不是启动帧指示位S（StartupFrameIndicator）只有冷启动节点允许发送启动帧启动帧一定是同步帧，但同步帧不一定是启动帧1是，0不是同步帧、启动帧必须是静态帧5.2.2数据帧结构同步帧指示位S（SyncFrameI5.2.2数据帧结构帧标识定义该帧可以在哪个时隙中发送一个通信周期中只能出现一次取值1-2047，0不是有效标识符净荷段长度单位为字，不是字节，故为净荷段字节数除2，0-127静态帧：所有静态帧的数据长度固定动态帧：不同动态帧的数据长度不固定，且同一动态帧在不同通信周期、不同信道的数据长度也不固定5.2.2数据帧结构帧标识5.2.2数据帧结构起始CRC校验计算长度：20位，校验码长度：11位帧发送节点：离线计算CC发送帧接收节点：CC在线校验帧周期计数计数范围：0-63发送节点：选择性发送，将节点周期计数写入帧周期计数接收节点：根据帧周期计数进行选择性接收64个通信周期组成一个“大”周期实现：通过设置发送节点及接收节点的帧周期计数过滤器5.2.2数据帧结构起始CRC校验5.2.2数据帧结构净荷段-静态帧净荷长度:0-254字节，或0-127字静态帧可选变量：网络管理向量（NM）长度范围:0-12字节一个FlexRay网络内，所有节点的NM长度应相同主机：发送节点将其作为应用数据写入5.2.2数据帧结构净荷段-静态帧5.2.2数据帧结构净荷段—动态帧动态帧可选变量：消息标识符（MessageID）变量长度固定：2字节主机：发送节点将其作为应用数据写入，CC不参与CC：接收节点通过MessageID过滤器识别报文5.2.2数据帧结构净荷段—动态帧5.2.2数据帧结构帧CRC校验计算长度：净荷段帧发送：CC在发送前计算帧接收：CC在接收后计算并校验双信道冗余通信校验通过视为有效帧5.2.2数据帧结构帧CRC校验5.2.3FlexRay编码与解码编码FlexRay采用NRZ(非归零)编码优缺点NRZ编码确保报文紧凑,从而相同带宽下信息量更大NRZ编码不能保证有足够的跳变沿用于同步，容易带来节点间计时器误差的累计如何解决？5.2.3FlexRay编码与解码编码优缺点5.2.3FlexRay编码与解码发送接收模块组成（CC，通讯控制器）时钟模块产生采样时钟和系统时钟：1bit=8采样周期（10Mbps）=100ns.采样时钟周期=12.5ns编码模块：主机待发数据——一定格式的可在通道上发送的位流。采样判别模块：滤波去毛刺比特同步纠正与选通模块：发送端和接收端的同步解码模块：对数据的提取5.2.3FlexRay编码与解码发送接收模块组成（CC，通5.2.3FlexRay编码与解码帧编码-静态帧将数据帧分解成独立的字节传输起始序列TSS（3-15低位）帧起始序列FSS（1个高位）字节起始序列BSS（1个高位+1个低位）位同步边沿：发生在除了负载的数据段以外的下降沿（TSS的下降沿和每一个BSS的下降沿）发送数据字节帧结束序列FES（1个低位+1个高位）5.2.3FlexRay编码与解码帧编码-静态帧将数据帧分解5.2.3FlexRay编码与解码帧编码-动态帧在FES后面附加动态尾部序列DTS确定发送节点下一个微时隙行动点的精确时间避免接收节点过早进行信道空闲检测CIDDTS是不定长度的0位，其长度是动态配置的。5.2.3FlexRay编码与解码帧编码-动态帧在FES后面5.2.3FlexRay编码与解码特征符编码冲突避免特征符CAS网络启动时发送-建立通信周期前媒介访问测试特征符MTS网络正常通信时发送-每个周期的特征符窗口CAS/MTS采用完全相同的编码方式TSS：时长同数据帧cdCAS=30gdbit5.2.3FlexRay编码与解码特征符编码冲突避免特征符C5.2.3FlexRay编码与解码唤醒特征符WUS(Wakeupsymbol)没有TSS15-60个低位，3倍低位的高位唤醒模式（Wakeuppattern）由多个连续的WUS组成：2-63个下图由2个WUS组成5.2.3FlexRay编码与解码唤醒特征符WUS(Wake5.2.3FlexRay编码与解码帧解码静态帧&动态帧将BSS后的字节提取组合成帧和CRC校验码,根据CRC校验码判断接收是否正确。信道空闲界定符（ChannelIdleDelimiter）固定时长的连续高电平，标志数据帧的结束静态帧与动态帧一致时长：11位5.2.3FlexRay编码与解码帧解码5.2.3FlexRay编码与解码特征符解码两者解码形式相同接收节点将接收到的29~（73~99）位连续的低电平解码为CAS或MTS信道空闲界定符CID5.2.3FlexRay编码与解码特征符解码两者解码形式相同5.2.3FlexRay编码与解码唤醒特征符解码只要满足以下条件即解码为WUP(1)接收到至少15~60位的低电平信号(2)紧接至少3倍的高电平信号(3)再紧接至少15~60位的低电平信号(4)上述重复次数至少2~63次5.2.3FlexRay编码与解码唤醒特征符解码只要满足以下5.2.4FlexRay时钟同步时钟同步同步&偏差全局时间VS本地时间同步概念可接受误差时间偏差相位（Offset）偏差频率（Rate）偏差5.2.4FlexRay时钟同步时钟同步5.2.4FlexRay时钟同步时钟同步测量过程每个通信周期计算：相位偏差每两个通信周期计算：频率偏差5.2.4FlexRay时钟同步时钟同步测量过程5.2.4FlexRay时钟同步时钟同步修正过程修正法则FTM(FaultTolerantMidpoint)法则相位偏差修正周期需要增加或减少的微节拍个数（单次）奇数周期的NIT内修正，必须在下一周期开始前完成频率偏差修正周期需要增加或减少的微节拍数量（长期）5.2.4FlexRay时钟同步时钟同步修正过程5.2.4FlexRay时钟同步时钟同步流程5.2.4FlexRay时钟同步时钟同步流程5.2.5FlexRay协议状态控制默认配置配置应用程序配置CC寄存器只能由命令进入就绪节点可唤醒或启动唤醒接收或发送唤醒信号启动开始启动过程5.2.5FlexRay协议状态控制默认配置5.2.5FlexRay协议状态控制正常主动正常收发报文正常被动只接收不发送若干个个无效通信周期后转至正常被动若干个有效通信周期后转至正常主动暂停不允许收发报文因时钟同步错误进入此状态5.2.5FlexRay协议状态控制正常主动5.2.6FlexRay唤醒与启动唤醒节点本地唤醒&总线唤醒BD驱动电源管理系统5.2.6FlexRay唤醒与启动唤醒节点5.2.6FlexRay唤醒与启动集群唤醒本地唤醒集群唤醒唤醒特征符一个节点只能唤醒一条总线多个节点可以同时唤醒同一总线5.2.6FlexRay唤醒与启动集群唤醒5.2.6FlexRay唤醒与启动冷启动-ColdStart

冲突避免特征符（CAS）冷启动节点（ColdStartNode）主冷启动节点、从冷启动节点非冷启动节点5.2.6FlexRay唤醒与启动冷启动-ColdStartFlexRayhastheuniqueabilitytosyncupnodesonanetworkwithoutanexternalsynchronizationclocksignal.Todoso,ituses2specialtypesofframes:StartupFramesandSyncFrames.TostartaFlexRaycluster,atleast2differentnodesarerequiredtosendstartupframes.TheactionofstartinguptheFlexRaybusisknownasacold-startandthenodessendingthestartupframesareusuallyknownascold-startnodes.Thestartupframesareanalogoustoastarttrigger,whichtellsallthenodesonthenetworktostart.Oncethenetworkisstarted,allnodesmustsynchronizetheirinternaloscillatorstothenetwork'smacrotick.Thiscanbedoneusingtwomoremoresynchronizationnodes.Thesecanbeanytwoseparatenodesonthenetworkthatpre-designatedtobroadcastspecialsyncframeswhentheyarefirstturnedon.Othernodesonthenetworkwaitforthesyncframestobebroadcast,andmeasurethetimebetweensuccessivebroadcastsinordertocalibratetheirinternalclockstotheFlexRaytime.Oncethenetworkissynchronizedandon-line,thenetworkidletimeismeasuredandusedtoadjusttheclocksfromcycle-to-cycletomaintaintightsynchronization.5.2.6FlexRay唤醒与启动FlexRayhastheuniqueability5.3FlexRay物理节点实现5.3.1FlexRay总线网络拓扑5.3.2FlexRay总线器件5.3.3FlexRay电信号5.3.4FlexRay节点组成5.3FlexRay物理节点实现5.3.1FlexRay总线5.3.1FlexRay总线网络拓扑网络拓扑-单通道点对点总线型5.3.1FlexRay总线网络拓扑网络拓扑-单通道5.3.1FlexRay总线网络拓扑无源星型有源星型有源星型连接器可避免一个节点发生错误而使得整个通道无法正常通信5.3.1FlexRay总线网络拓扑无源星型5.3.1FlexRay总线网络拓扑双有源星型混合拓扑5.3.1FlexRay总线网络拓扑双有源星型混合拓扑5.3.1FlexRay总线网络拓扑网络拓扑-双通道总线型有源星型5.3.1FlexRay总线网络拓扑网络拓扑-双通道5.3.1FlexRay总线网络拓扑双星型5.3.1FlexRay总线网络拓扑双星型5.3.1Flex