2.4.1 简介

FlexRay车载网络标准已经成为同类产品的基准,将在未来很多年内,引导整个汽车电子产品控制结构的发展方向。FlexRay是继CAN 和LIN之后的最新研发成果,可以有效管理多重安全和舒适功能。

FlexRay是戴姆勒克莱斯勒公司的注册商标。FlexRay联盟 (FlexRay Consortium)推进了FlexRay的标准化,使之成为了新一代汽车内部网络通讯协议。FlexRay关注的是当今汽车行业的一些核心需求,包括更快的数据速率,更灵活的数据通信,更全面的拓扑选择和容错运算。

因此,FlexRay可以为下一代的车内控制系统提供所需的速度和可靠性。CAN网络最高性能极限为1Mbps。LIN和K-LINE分枝网络最高性能极限为20Kbit/s。而FlexRay两个信道上的数据速率最大可达到10Mbps,总数据速率可达到20Mbit/秒,因此,应用在车载网络,FlexRay 的网络带宽可能是CAN的20倍之多。

FlexRay还能够提供很多CAN网络所不具有的可靠性特点。尤其是FlexRay具备的冗余通信能力可实现通过硬件完全复制网络配置,并进行进度监测。FlexRay同时提供灵活的配置,可支持各种拓扑,如总线、星型和混合拓扑。设计人员可以通过结合两种或两种以上的该类型拓扑来配置分布式系统。

另外,FlexRay可以进行同步(实时)和异步的数据传输,来满足车辆中各种系统的需求。譬如说,分布式控制系统通常要求同步数据传输。

为了满足不同的通信需求,FlexRay在每个通信周期内都提供静态和动态通信段。静态通信段可以提供有界延迟,而动态通信段则有助于满足在系统运行时间内出现的不同带宽需求。FlexRay 帧的固定长度静态段用固定时间触发(fixed-time-trigger)的方法来传输信息,而动态段则使用灵活时间触发的方法来传输信息。

FlexRay不仅可以像CAN和LIN网络这样的单信道系统一般运行,而且还可以作为一个双信道系统运行。双信道系统可以通过冗余网络传输数据——这也是高可靠系统的一项重要性能。

2.3.3 SENT总线的协议

SENT总线协议的数据使用半个字节Nibble,即4bit来进行编码定义的,一个半字节Nibble是通过2个下降沿之间的时间差来定义的。如下是一个Nibble的电压逻辑信号:

图2.4 SENT总线协议

时间精度以1个节拍Tick来定义(一般1个Tick的时间是3~10us),每一个Nibble从一个下降沿开始,并且之后再逻辑0状态至少维持4Ticks,之后下一个下降沿距离第一个下降沿的时间差作为Nibble值的编码依据。需要注意的是,后一个下降沿距离第一个下降沿至少相隔12Ticks,至多27Ticks,且相隔Tick数减去12即为最终的Nibble值,如此Nibble值最小为0,最大为15(27Tick-12Tick),二进制表示时即为4bit。

2.2.5 LIN从属控制单元

在LIN数据总线系统内,LIN从属控制单元的通信受到LIN主控制单元的完全控制,只有在LIN主控制单元发出命令的情况下,LIN从属控制单元才能通过LIN总线进行数据传输。单个的控制单元、传感器、执元件都相当于LIN从属控制单元,传感器是信号输入装置,传感器内集成有一个电控装置,它对测量值进行分析,分析后的数值是作为数字信号通过LIN总线进行传输的。有的传感器或者是执行元件只是用LIN主控制单元插口上的一个针脚,就可以实现信息传输,也就是单线传输。

LIN执行元件都是智能型的电子或机电部件,它们通过LIN主控制单元的LIN数字信号接收任务。LIN主控制单元通过集成的传感器来获取执行元件的实际的工作状态,然后就把规定状态和实际状态进行对比,并发出相应的控制指令。LIN主控制单元发出控制指令后之后,传感器和执行元件才能够做出反应。LIN从属控制单元等待主控制单元的指令,根据需要与主控制单元进行通信。如果要结束休眠模式,LIN从属控制单元可自行发送唤醒信号。LIN总控制单元安装在LIN总线系统设备上。

2.2.4 主控制单元的信息结构

LIN主控制单元控制总线导线上的每条信息的开始处都通过LIN总线主控单元发送一个信息标题,它由一个同步相位构成,后面部分是标识符字节,可以传输2、4、8个字节的数据。标识符用于确定主控单元是否会将数据传输给从属控制单元。信息段包含发送到从属控制单元的信息。校验区可为数据传输提供良好的安全性。校验区由主控制单元通过数据字节构成,位于信息结束部分。LIN总线主控制单元以循环形式传输当前信息。

2.2.2 LIN总线工作原理

LIN总线所控制的控制单元一般都分布在距离较近的空间,传输数据是单线,数据线最长可以达到40m。在主节点内配置1kΩ电阻端接12V供电,从节点内配置30kΩ电阻端接12V供电。各节点通过电池正极端接电阻向总线供电,每个节点都可以通过内部发送器拉低总线电压。

图2.1 LIN总线控制系统

2.2.1 LIN总线介绍

LIN总线是针对汽车分布式电子系统而定义的一种低成本的串行通讯网络,是对控制器区域网络(CAN)等其它汽车多路网络的一种补充,适用于对网络的带宽、性能或容错功能没有过高要求的应用。LIN总线是基于SCI(UART)数据格式,采用单主控制器/多从设备的模式,是UART中的一种特殊情况。

2.1.4 总线协议层次结构

(1)物理层
  • 在物理层中定义实际信号的传输方法,包括位的编码和解码、位的定时和同步等内容,作用是定义不同节点之间根据电气属性如何进行位的实际传输;
  • 在物理连接上, CAN 总线结构提供两个引脚 –CANH 和 CANL ,总线通过 CANH 和 CANL 之间的差分电压完成信号的位传输;在不同系统中, CAN 总线的位速率不同;在系统中, CAN 总线的位速率是唯一的,并且是固定的,这需要对总线中的每个节点配置统一的参数。
(2)传输层
  • 传输层是 CAN 总线协议的核心。传输层负责把接收到的报文提供给对象层,以及接收来自对象层的报文。传输层负责位的定时及同步、报文分帧、仲裁、应答、错误检测和标定、故障界定。
(3)对象层
  • 在对象层中可以为远程数据请求以及数据传输提供服务,确定由实际要使用的传输层接收哪一个报文,并且为恢复管理和过载通知提供手段.