FlexRay介绍.ppt

高速实时总线协议 FlexRay 2 主要内容FlexRay概述FlexRay的拓扑结构FlexRay数据帧的结构FlexRay的时间等级和调度表FlexRay节点的实现方式FlexRay开发流程 3 FlexRay概述线控系统 X by Wire 线控系统需要什么样的总线 高速确定性 时间触发容错性为什么不用CAN总线 事件触发 报文不确定总线负载率 已经接近极限功能扩展 带宽储备 容错设计为什么是FlexRay TTCANSAFEbusSPIDERTTP CFlexRay 基于FlexRay和LIN传感器用LINFlexRay用于高速数据传递布线更短减少设计的复杂性总体设计成本降低 4 FlexRay概述FlexRay背景TTA 1982 Vienna Byteflight 1996 FlexRay联盟2000年成立核心成员 BMW Bosch Daimler Freescale GM NXP VW主要成员 目前28个 2009 10 12 外围成员 目前64个 2009 10 12 5 FlexRay概述FlexRay技术特点高速确定性容错性灵活性分布式时钟同步 6 FlexRay概述应用领域 分布式控制系统一体化控制 动力系统 底盘系统高安全性要求的系统X by Wire 线控系统 牵引及安全控制系统国防 地面设备高传输速率要求的系统车辆主干网国防 地面设备工业控制领域 正在讨论 7 FlexRay概述第一辆FlexRay量产车BMWX54 8i电子控制减震器系统上市时间 2007年XCP on FlexRayatAudi下一代豪华运动车的标定标定协议 XCPonFlexRay大量测量数据需要传输 8 FlexRay总线网络拓扑网络拓扑的分类 单信道 双信道总线型 星型 混合型 StarB 恒润科技公司 9 FlexRay总线网络拓扑单信道 总线型IBus 24m4 nStubs 22Node3Node2 Node4 FlexRay总线网络拓扑单信道 无源星型IStubN IStubM 24m 3 nStubs 22nSplice 1Node1 单信道 有源星型lActiveStarN 24mnActiveBranches 2 11 FlexRay总线网络拓扑单信道 混合拓扑 Node2 Node3 Node4 Node5 Node1 ActiveStar1Node7Node8 ActiveStar2 Node10Node9 Node6 FlexRay总线网络拓扑双信道 可独立选择拓扑形式 Node1 Node2 Node3 Node4 Node5 ChannelAStarB 13 数据帧结构帧结构概念帧的分类 静态帧和动态帧空帧 NULLFrame 数据段 PayloadSegnent 不含有效数据 都为0 启动帧 StartupFrame FlexRay网络启动时由启动节点发送同步帧 SyncFrame 由同步节点发送 用于节点之间的同步启动帧一定是同步帧 同步帧不一定是启动帧 FlexRay的总线访问方式是把一个通信循环分为静态段和动态段 静态段采用时分多址实现时间触发 动态段则采用灵活时分多址 FTDMA FlexibleTimeDivisionMultipleAccess 如图4所示 这样 FlexRay比TTP C更灵活 时间触发的缺点是灵活性差 虽然TTP C设计时 可以灵活地选择每个节点传输数据长度 但是系统确定后就不能再改变 而且以后节点的扩充也很难 除非在原先设计时就已经考虑到了 1 并且 FlexRay帧的最大长度为254字节 TTP C帧的最大长度为240字节 8 这意味着FlexRay比TTP C有更大的灵活性 FlexRay把事件通道设置在与时间触发协议平行的位置 事件触发传输灵活性好 可以动态地分配带宽 而且在故障诊断以及调试中都需要事件触发消息 所以 FlexRay把一个周期分成静态和动态两部分 动态部分用于传递事件信息 把动态部分看作为一个时间片 并采用了Byteflight协议 保证一些具有高优先权的数据能够在总线忙时也有机会发送消息 低优先权的数据在总线空闲时发送消息 这样各个节点可以共享这部分带宽 因此 在事件触发方面 FlexRay的节点共享决定了其灵活性更好 FlexRay符合TDMA TimeDivisionMultipleAccess 的原则 部件和信息都被分配了确定的时间槽 在此期间它们可以唯一的访问总线 时间槽有固定的重复周期 信息在总线上的时间是完全可以预测出来的 因而对总线的访问是确定性的 不过 通过为部件和信息分配时间槽的方法来固定的分配总线带宽 其不利因素是导致总线的带宽没有被完全的利用 出于这个考虑 FlexRay把周期分成了静态段 StaticSeg 和动态段 DynamicSeg 确定的时间槽适用于位于信息开始的静态段 在动态段 时间槽是动态分配的 每种情况下都只有一小段时间是允许唯一的总线访问的 这段时间称为 mini slots 如果在mini slot中出现了总线访问 时间槽就会按照需要的时间来扩展 因此总线带宽是动态可变的 为了实现功能的同步和通过两条信息间的短距离来优化带宽 该通信网络中的分布组件都要有一个共同的时基 全局时间 为了时钟同步 同步信息是在周期的静态段传输的 通过增添一个特殊的算法 部件的本地时钟被修正为所有的本地时钟与全局时钟同步 14 数据帧结构 数据帧组成起始段 HeaderSegment 净荷段 PayloadSegment 静态帧 静态段动态帧 动态段结束段 TrailerSegment 数据帧结构 312 MT 16 FlexRay时间等级ChannelA Cycle0 Cycle1 CycleCycleCycleCyclem Cycle63Cycle0 ChannelB StaticSegment DynamicSegment SymbolWindow NetworkIdleTime StaticSlotMTMTMTMT T StaticMiniSlotSlotMTMTMTMT T MiniSlotMTMTMTMTMT网络时间参数节点时间参数 17 FlexRay时间等级采样时钟 位时间gdSampleClockPeriod 1 80MHz 12 5ns 采样时钟pdMicrotick T pSamplesPerMicrotick gdSampleClockPeriod 2 12 5ns 25ns Microtick T gdBit cSamplesPerBit gdSampleClockPeriod 8 12 5ns 100ns 位时间gdMacrotick pMicroPerMacroNom pdMicrotick 40 25ns 1000ns 1 s Macrotick MT gdCycle gMacroPerCycle pdMacrotick 5000 1 s 5000 s 5ms 通信周期 18 FlexRay调度表 静态部分Staticsegment 动态部分Dynamicsegment ChannelAChannelB 11 22 33 44 56567 7 8 8 9 9 NodeBID 3 7 NodeCID 5 9 19 FlexRay节点构造 FlexRayNode Microcontroller Host PowerData PowerSupply CCBG BG ControlStatus BDChAChB主机控制器 Host通信控制器 CommunicationController BDBUS总线驱动器 BusDriver总线监控器 BusGuardian 20 FlexRay硬件实现方式1单片机MCU 独立通信控制器CC 总线驱动器BDCC MFR4310 Freescale CIC 310 Infineon MB88121A Fujitsu FPGAFlexRayIPCore等BD TJA1080 NXP AS8221 奥地利微电子 21 FlexRay硬件实现方式2集成FlexRay功能的MCU 总线驱动器BD 22 FlexRay开发流程 DaVinciNetworkDesignerCANoe FlexRayOEMSupplierD