FlexRay总线调研分析报告.docx

FlexRay总线调研汇报汽车电子已成为汽车行业一个关键市场。汽车电子行业最大热点就是网络化Error! Reference source not found.。现在汽车，已然是一个移动式信息装置，经过车内网络系统，能够接收、发送并处理大量数据，对一些情况做出必需反应。未来汽车发展趋势肯定是自动化程度越来越高，使汽车更安全、更可靠、更舒适，这意味着在车内使用更多传感器、传动装置及电子控制单元，这也将对车载网络提出更高要求。针对未来汽车车载网络发展要求，FlexRay应运而生。FlexRay关注是当今汽车行业部分关键需求，包含愈加快数据速率，更灵活数据通信，更全方面拓扑选择和容错运算等。FlexRay出现，填补了现有总线协议应用在汽车线控系统或同安全相关系统时容错性和传输速率太低不足，并将逐步替换CAN总线成为新一代汽车总线Error! Reference source not found.。1 FlexRay总线介绍1.1 车载网络概述现代科技推进了汽车网络技术不停发展，早在20世纪80年代国际上众多著名汽车企业就主动致力于汽车网络技术研究及应用，迄今为止，已经有多个网络标准。1994年，SAE车辆网络委员会将汽车数据传输网划分为A、B、C等3类。A类为面向传感器实施器控制低速网络，B类为面向数据共享中速网络，C类为面向高速、实时闭环控制多路传输网络Error! Reference source not found.。另外它还保留了D类网定义，这类网络关键是面向车内娱乐设备信息传输。四种汽车网络标准总结如Error! Reference source not found.所表示。表 1汽车网络标准A类网络关键面向传感器、实施器控制，是低速网络。在该类网络中对实时性要求不高，且不需要诊疗功效，数据速率通常在110Kbps，关键应用于电动门窗、座椅调整、灯光照明等控制。现在A类网络协议关键有TTP/A(Time-Triggered Protocol)、LIN(Local Interconnect Network)等协议。B类网络关键面向独立模块间数据共享，是中速网络，该类网络适适用于对实时性要求不高通信场所，数据速率通常在10100Kbps，关键应用于电子车辆信心中心、故障诊疗、仪表显示、安全气囊等系统，以降低冗余传感器和其它电子部件。在B类网络中，含有代表性有SAEJ1850、VAN(Vehicle Area Network)、CAN（ISO11595-2，不高于125Kbps）等协议。其中，CAN凭其优越性能，现在已经成为被全世界接收主流协议。C类网络关键面向高速、实时闭环控制多路传输网，该类网络适适用于和安全性相关实时系统，如发动机定时、燃油供给等系统，数据速率通常在125kbps1Mbps之间。现在，C类网络中关键协议包含高速CAN(ISO118982)、正在发展中TTP/C和FlexRay等协议。其中高速CAN基于优先级随机访问方法，总线传输速率通常在125kbps1Mbps之间而其它多个协议基于TDMA(Time Division Multiple Access)或FTDMA(Flexible Time Division Multiple Access)确实定性访问方法，数据传输含有确定延迟时间，且有很高传输速率(110Mbps)。D类网络关键面向汽车信息娱乐和远程信息设备，尤其是汽车导航系统，需要功效强大操作系统和连接能力。在D类网络中，含有代表性有MOST、IDBC、IDB1394、D2B、蓝牙等协议Error! Reference source not found.。1.2 FlexRay产生及发展伴随汽车中增强安全和舒适体验功效越来越多，实现这些功效传感器、传输装置、电子控制单元(ECU)数量也在连续上升。现在高端汽车有100多个ECU，假如不采取新架构，该数字可能还会增加，ECU操作和众多车用总线之间协调配合日益复杂，严重阻碍线控技术（X-by-wire，即利用重量轻、效率高、更简单且含有容错功效电气/电子系统替换粗笨机械/液压部分）发展。即使能够处理复杂性问题，传统车用总线也缺乏线控所必需确实定性和容错功效，比如，和安全相关信息传输要求绝正确实时，这类高优先级信息必需在指定时间内传输到位，如刹车，从刹车踏板踩下到刹车起作用信息传输要求立即正确地传输不许可任何不确定原因。同时，汽车网络中不停增加通信总线传输数据量，要求通信总线有较高带宽和数据传输率。现在广泛应用车载总线技术CAN，LIN等因为缺乏同时性，确定性及容错性等并不能满足未来汽车应用要求。宝马和戴姆勒克莱斯勒很早就意识到了，传统处理方案并不能满足汽车行业未来需要，更不能满足汽车线控系统（X-by-Wire）要求。于是在9月，宝马和戴姆勒克莱斯勒联合飞利浦和摩托罗拉成立了FlexRay联盟。因为FlexRay优异特征和广大发展前景，又有很多汽车，半导体和电子系统生产商陆续加入了FlexRay联盟，为联盟壮大注入更强活力，并使FlexRay通信系统很快取得了动力。现在，FlexRay联盟包含了汽车工业中绝大多数实力强劲而且影响力极强角色，包含博世，通用汽车，福特等等。FlexRay组员分为四个等级，分别是关键组员国，关键联络组员国，联络组员国和最外层开发组员国。其中关键组员包含宝马，戴姆勒克莱斯勒，通用汽车，大众，博世，飞思卡尔和飞利浦。该联盟致力于推广FlexRay 通信系统在全球采取，使其成为高级动力总成、底盘、线控系统标准协议。其具体任务为制订FlexRay需求定义、开发FlexRay协议、定义数据链路层、提供支持FlexRay控制器、开发FlexRay物理层规范并实现基础处理方案。由FlexRay联盟制订FlexRay协议标准给出了汽车工业总线更为理想处理方案，目前，FlexRay协议已经得到业界各大汽车生产厂家和汽车半导体企业支持，成为下一代车用网络标准。经过几年测试和修改，FlexRay协议2.1版本已经公布。1.3 FlexRay特征在FlexRay协计设时，该联盟就要求其三大关键目标特征为：(1)高速：比现在其它车用主干网高出数倍；(2)确定传输：方便有效应用简化分布式控制算法；(3)高容错通信：方便实施更高安全需要控制机制或以电控系统替换液压系。为了能实现这些既定目标，FlexRay协议设计了部分新特征，正是这些优势技术使FlexRay成为下一代车用通信网络首选。FlexRay提供了传统车内通信协议不含有大量特征Error! Reference source not found.，包含：(1) 高传输速率：FlexRay每个信道含有10Mbps带宽。因为它不仅能够像CAN和LIN网络这么单信道系统通常运行，而且还能够作为一个双信道系统运行，所以能够达成20Mbps最大传输速率，是目前CAN最高运行速率20倍。(2) 同时时基：FlexRay中使用访问方法是基于同时时基。该时基经过协议自动建立和同时，并提供给应用。时基正确度介于0.5s和10s之间（通常为12s）。(3)确定性：通信是在不停循环周期中进行，特定消息在通信周期中拥有固定位置，所以接收器已经提前知道了消息抵达时间。抵达时间临时偏差幅度会很小，并能得到确保。(4) 高容错：强大错误检测性能和容错功效是FlexRay设计时考虑关键方面。FlexRay总线使用循环冗余校验 CRC(Cyclic redundancy cheek)来检验通信中差错。FlexRay总线经过双通道通信，能够提供冗余功效，而且使用星型拓扑可完全处理容错问题，假如出现意外情况，星型支路能够有选择切断。(5)灵活性：在FlexRay协议开发过程中，关注关键问题是灵活性。不仅提供消息冗余传输或非冗余传输两种选择，系统还能够进行优化，以提升可用性（静态带宽分配）或吞吐量（动态带宽分配）。用户还能够扩展系统，而无需调整现有节点中软件。同时，还支持总线或星型拓扑。FlexRay提供了大量配置参数，能够支持对系统进行调整，如通信周期、消息长度等，以满足特定应用需求。2 FlexRay总线技术原理2.1 帧格式结构FlexRay帧格式包含帧头段(Header segment)、有效载荷段(payload segment)和帧尾段(Trailer segment)三部分，如Error! Reference source not found.所表示Error! Reference source not found.。节点在网络上传输帧时，首先传输是帧头段，其次传输是有效载荷段，最终传输是帧尾段。图 1 FlexRay帧格式FlexRay帧头段包含5个字节信息，包含保留位(Reserved bit)、有效载荷段序言指示位(Payload preamble indicator)、空帧指示位(Null frame indicator)、同时帧指示位(Sync frame indicator)、起始帧指示位(Startup frame indicator)、帧ID(Frame ID)、有效载荷段长度(Payload length)、帧头CRC(Header CRC)、周期计数(cycle count)。帧ID范围从1到2047，帧0是无效帧ID。在每个通道一个通信周期内，帧ID仅被使用一次。一簇中每个可能被传输帧全部给予了一个帧ID。ID数字越小，则优先级越高。有效载荷段长度用来指明有效载荷段尺寸。有效载荷段尺寸被编码为有效载荷段数据字节数值二分之一（即word个数）。在静态时序部分一个通信周期内，全部发送帧有效载荷段长度应该是稳定不变。在动态时序部分一个通信周期内，不一样帧有效载荷段长度可能不一样。另外，在不一样周期内特殊动态时序部分帧有效载荷段长度可能改变。FlexRay有效载荷段包含0254个字节数据。在动态时序部分，有效载荷段前两个字节通常见作信息ID域(Message ID Field)，接收节点依据域中内容去过滤或引导数据。在静态时序部分，有效载荷段前13个字节（数据0数据12）通常见作网络管理向量，在同一个簇内全部节点应含有相同长度网络管理向量。帧头段有效载荷序言指示位指明了有效载荷段是网络管理向量还是信息ID。FlexRay帧尾段只含有24位校验域，这个域包含了由帧头段和有效载荷段计算得出CRC校验码。计算帧CRC时，依据网络传输次序将从保留位开始，到有效载荷段最终一个字节最终一位结束，这些数据全部放入CRC生成器中进行计算。2.2 编码和解码FlexRay总线协议独立于底层物理层，有两个不一样级二进制媒介。这两个不一样级媒介所产生比特流叫做通信要素(Communication Element)。节点使用“不归零”编码方法对通信要素CE进行编解码。编码和解码(Coding and Decoding)实际讲述了通信控制器和总线驱动器之间，TxD、RXD和TxEN接口信号编码和解码行为。具体结构如Error! Reference source not found.所表示。图 2 通信控制器和总线驱动器间接口图中TxEN是通信控制器请求数据信号，TxD是发送信号，RxD是接收信号。当总线上有一个传输给本节点帧时，总线驱动器先把接收到物理电平信号转变为一个串行信号，然后发送给通信控制器。当通信控制器有数据要发送到总线时，过程刚好相反。编码和解码关键包含3个过程：编码和解码过程、位过滤过程(Bit strobing)和唤醒模式解码过程(Wakeup pattern Decoding)。这些过程关键包含到以下三项技术：位时钟对齐(Bit Clock Alignment)、采样和多数表决(SamPling and Majority Voting)和通道空闲检测(Channel Idle Detection)。2.2.1 位时钟对齐位时钟对齐机制是用来同时当地位时钟。位同时边缘(Bit Synchronization Edge)是用来对接收器位时间进行重新对齐。除了在对帧头段、帧数据载荷段或帧尾段字节进行位解码时检测到一个高位情况外，节点在每次检测到一个高位时，能够使能位同时沿检测。当检测到一个位同时时沿时，位时钟对齐不会增加采样计数器值，而是为了下次采样将其设置为2。节点只能在从高到低转变时，实施位同时。不管位同时在何时实施，位时钟对齐机制应使深入位同时失效，直到上面所说再次被使能。比特流解码过程在任何两个连续位检测点之间至多实施一次位同时。2.2.2 采样和多数表决节点在RxD输入处实施采样，对于每个通道采样时钟周期，节点应采样并存放RxD输入处电平。节点在采样RxD信号处实施多数表决操作，它目标是过滤RxD信号。多数表决机制实际上是一个用于阻止RxD输入信号故障过滤器。信号故障被定义为一个事件，它能够改变目前物理层条件。解码器能够连续对最终一个存放采样值进行估值，还能够计算高位采样数量。假如采样位大多数是高位，那么决议单元输出信号就是高位，不然就是低位。Error! Reference source not found.描述了一个采样和多数表决例子。图 3 采样和多数表决通道采样时钟上升沿能够引发对RxD比特流目前值采样动作，并将其保留在表决窗口内。表决窗口内采样位多数能决定输出情况，输出位高低随多数改变而改变。单个只会影响一个或两个通道采样时钟周期故障就会被阻止。在采样和表决结果计算之间是有一定延迟。这个延迟并没在图中显示。任何一个投票或采样延迟在时钟同时上作用必需在内部进行赔偿。在没有故障错误情况下，输出值有一个和采样RxD信号值相关固定采样时钟周期延迟。2.2.3 通道空闲检测节点使用一个通道空闲检测机制来标识目前通信要素结束。不管何时只要在一个通道中连续检测到n个高位，不管该通道目前是否空闲，通道全部将进行通道空闲检测。不过，当检测到节点在编码一个通信要素时，通道空闲检测是不会实施。编码和解码机制是相互排斥，通道空闲检测是一个解码机制逻辑组件。2.3 媒体访问控制在FlexRay协议中，媒介访问控制是以一个循环进行通信周期为基础。在一个通信周期中，FlexRay提供了两种访问方法，分别为静态基于时分多址(Time Division Multiple Access)访问方法和动态基于微型时槽(Minislots)访问方法。通信周期是FlexRay进行媒介访问基础单位。它是经过时间等级层次来定义，具体时间等级层次由Error! Reference source not found.中所描述4个时间层次组成。图中通信周期层，定义了通信周期(Cycle)。它包含静态段(Static Segment)、动态段(Dynamic Segment)、符号窗(Symbol Window)及总线空闲时间(Network Idle Time)。在静态段中，静态时分多址方法用来仲裁静态段传输优先级。在动态段中，动态基于微型时槽方法用来仲裁动态段传输优先级。符号窗是一段通信时间段，在这段时间内能够传输一个符号。总线空闲时间是一段总线通信空闲时间，一个通信周期在以后结束。图 4 通信周期时间层次仲裁层包含有仲裁网络，它组成了FlexRay媒介仲裁主干部分。在静态段中，仲裁网络由叫做静态时槽(Static Slots)连续时间间隔组成，在动态段中，由称为微型时槽(Minislots)连续时间间隔组成。仲裁网络层是建立在由宏节拍(Marcotick)组成宏节拍层之上。宏节拍在簇宽度基准内是同时。遍布全部簇中同时节点，宏节拍时间是完全相同。每个当地宏节拍时间全部是一个整数倍微节拍时间。已分配宏节拍边缘叫做行动点(Action points)。行动点是部分特定时刻，在这些时刻上，将会发生传输开始（在动态段，静态段和符号窗）和结束（只发生在动态段）。微节拍层是由微节拍组成。微节拍是由通信控制器外部振荡器时钟刻度，选择性地使用分频器导出时间单元。微节拍是控制器中特殊单元，它在不一样控制器中可能有不一样时间。节点内部当地时间间隔尺寸就是微节拍。除了在开启期间，系统将周期性实施一个通信周期，一个周期是由数量不变宏节拍组成。一个通信周期总是包含有一个静态段和一个总线空闲时间，而动态段和符号窗则可能包含，也可能不包含。静态段和动态段中仲裁是基于分配给每个通道节点簇中节点独特帧标识符及能计算出传输时槽数目标计数方法进行。帧标识符能够决定该帧由哪个段中传输时槽在什么时候开始发送。2.4 时钟同时在分布式通信系统中，每个节点全部拥有自己时钟。因为温度、电压以立即钟源产品误差(如晶振)影响，即使全部节点内部时钟基准最初是同时，在经过一段时间后，不一样节点内部时间基准仍会产生差异。时间触发系统基础假设是簇中每个节点有几近相同时间，这个共同全局时间作为每个节点通信定时基础。“几近相同”意味着任意两个节点全局时间差异在一个指定许可范围内。FlexRay协议使用分布式时钟同时机制，机制中每个节点观察从其它节点发送来时间同时帧，依据这个时间同时帧每个节点各自地同时于整个簇。时钟同时包含两个关键并发过程:宏节拍产生过程和时钟同时过程。宏节拍产生过程MTG(Macrotick Generation Process)应用相位和速率修正值，控制周期和宏节拍计数器。时钟同时过程CSP(Clock synchronization Process)实现了周期起始初始化、偏差值测量和存放、相位(Offset)和速率(Rate)修正值计算三个过程。Error! Reference source not found.表明了这两种过程和媒体访问时间表之间时间关系。图 5 MTG、CSP和MAC时间关系表时钟同时功效关键任务是确保将簇中不一样节点间时钟偏差抑制在一个精度内节点间两种不一样时间偏差能够区分为相位偏差和频率偏差。同时不一样节点当地时间基准，能够对相位偏差及速率偏差进行修正。FlexRay使用了两种方法结合，相位修正和速率修正在全部节点中使用处理方法相同。相位修正仅在奇数通信周期NIT段实施，在下一个通信周期起始前结束。相位改变量指明了添加到NIT相位修正段微节拍数目，它值由时钟同时算法决定，并有可能为负数。相位改变量计算发生在每个周期内，但修正仅应用在奇数通信周期末尾。相位改变量计算是基于单个通信周期内测量到值。这个计算不会在NIT之前开始，只要计算反应被延迟到NIT，实施就能在动态段或符号窗开启这个参数计算，计算必需在相位修正开始前完成。速率修正应在整个周期内被实施。速率改变量为一个整数倍微节拍。在一个通信周期内，它被添加到已设置微节拍中，其值可能为负数。速率改变量值由时钟同时算法决定，而且每双周期仅计算一次。速率改变量计算发生在静态段奇数周期内，它是基于奇偶双周期内测量到值。这个计算不会在NIT之前开始，只要计算反应被延迟到NIT，实施就能在动态段或符号窗开启这个参数计算，计算必需在下一个偶数周期开始前完成。2.5 唤醒和开启为了节省资源，部分节点处于不工作状态时，进入“节电模式”。当这些节点需要再次工作时，就需要“唤醒”它们。主机能够在通信信道上传输唤醒模式，当节点接收到唤醒特征符(Wakeup Symbol)后，主机处理器和通信控制器才进行上电。在通信开启实施之前，整个簇需要被唤醒。开启节点工作时，需要在全部通道上同时实施。初始一个开启过程行为被称为冷开启(Coldstart)，能开启一个起始帧节点是有限，它们称作冷开启节点(Coldstart Node)。在最少由三个节点组成簇中，最少要有三个节点被配置为冷开启节点。组成簇节点少于三个时，每个节点全部应配置为冷开启节点。每个起始帧一样应为同时帧，所以每个冷开启节点一样应为同时节点。冷开启节点中，主动开启簇中消息节点称之为主冷开启节点(Leading Coldstart Node)，其它冷开启节点则称之为从冷开启节点(Following Coldstart Node)。当节点被唤醒并完成初始化后，它就能够在对应主机控制命令发出以后进入开启程序。在非冷开启节点接收并识别最少两个相互通信冷开启节点前，非冷开启节点一直等候。同时，冷开启节点监控两个通信通道，确定是否有其它节点正在进行传输。当检测到通信信道没有进行传输时，该节点就成为主冷开启节点。冷开启尝试以冲突避免操作符(Collision Avoidance Symbol)开始，只有传输CAS冷开启节点能在最开始四个周期传输帧。主冷开启节点先在两个通道上发送无格式符号(一定数量无效位)，然后开启集群。在无格式符号发送完成后，主冷开启节点开启该节点时钟，进入第一个通信周期。从冷开启节点能够接收主冷开启节点发送消息，在识别消息后，从冷开启节点便可确定主冷开启节点发送消息时槽位置。然后等候下一个通信周期，当接收到第二个消息后，从冷开启节点便开始开启它们时钟。依据两条消息时间间隔，测量和计算频率修正值，尽可能地使从开启节点靠近主冷开启节点时间基准。为降低错误出现，冷开启节点在传输前需等候两个通信周期。在这期间，其它冷开启节点可继续接收从主冷开启节点及已完成集群冷开启节点消息。从第五个周期开始，其它冷开启节点开始传输起始帧。主冷开启节点接收第五和第六个周期内其它冷开启节点全部消息，并同时进行时钟修正。在这个过程中没有故障发生，且冷开启节点最少收到一个有效起始帧报文对，主冷开启节点则完成开启阶段，开始进入正常运行状态。若从冷开启节点在前四个周期计算得出修正值没有超出闭值，则从第五个周期开始传输帧。在第五个周期到第七个周期内，若时钟修正没有问题，则从节点完成开启过程，开始进入正常运行状态。从冷开启节点进入正常运行状态，比主冷开启节点晚一个周期。非冷开启节点首先监听通信信道，并接收信道上传输信息帧。若接收到信道上传输信息帧，便开始尝试融入到开启节点。非冷开启节点经过接收一对开启帧来修正它进度立即钟。在接下来两个周期内，非冷开启节点要确定最少两个发送开启帧冷开启节点，并符合它们进度。若无法满足条件，非冷开启节点将退出开启程序。非冷开启节点接收到最少两个开启节点连续两组双周期开启帧后，开始进入正常运行状态。非冷开启节点进入正常工作状态，比主冷开启节点晚两个周期。Error! Reference source not found.描述了开启过程。其中，A是主冷开启节点，B是从冷开启节点，C是非冷开启节点。图 6 FlexRay开启过程3 FlexRay处理方案3.1 FlexRay硬件实现方法如Error! Reference source not found.所表示，每个FlexRay节点全部包含控制器部分和驱动器部分。控制器部分包含一个微控制单元MCU(Micro Control Unit)和一个通信控制器CC(Communication Controller)。驱动器部分通常包含总线驱动器BD(Bus Driver)和总线监控器BG(Bus Guardian)，其中总线监控器为可选择组件。主控芯片MCU关键负责计算、信息处理和发送，通信控制器CC负责FlexRay相关协议实现，总线驱动器BD负责FlexRay物理层实现。总线驱动器将通信控制器和总线相连接，总线监控器监视接入总线连接。主机通知总线监控器通信控制器分配了哪些时槽。接下来，总线监控器只许可通信控制器在这些时槽中传输数据，并激活总线驱动器。若总线监控器发觉时间时序有间隔，则断开通信信道连接。图 7 FlexRay节点架构基于FlexRay节点架构，其硬件实现方法关键有2种：(1) MCU+CC+BD如Error! Reference source not found.所表示，该方法下每一个模块相对独立，其优点是实现比较方便，能够选择芯片种类相当多，但缺点是集成度比较低。主控芯片MCU能够任意选择，只要其和通信控制器CC传输速率满足FlexRay要求即可。通信控制器关键有飞思卡尔 (Freescales)MFR4100、MFR4200和MFR43xx系列，英飞凌(Infineon)CIC310，和富士通MB88121A等。总线驱动器BD中应用最为广泛为恩智浦(NXP)TJA1080，而奥地利微电子AS8221应用较少。图 8 FlexRay硬件实现方法1(2) MCU+BD如Error! Reference source not found.所表示，主控芯片集成了FlexRay通信控制器，整个节点集成度得到了提升。现在市面上这种形式芯片也有了一定数量，不过价格比MCU+CC+BD形式偏高。关键有飞思卡尔MC9S12XF、MPC55xx等系列控制器，恩智浦SJA2510，富士通MB91F465XA，德州仪器企业(TI)TMS570等。图 9 FlexRay硬件实现方法2除了上述两种硬件实现方法外，理论上还有一个集成度最高形式，即把主控MCU、通信控制器CC和收发器BD全部集成到一个芯片当中。这是未来FlexRay发展趋势，不过要实现这么高集成度目标，还有很多困难。这是因为，FlexRay协会要求，为了尽可能提升系统安全性，应该将控制器和收发器分开，第二个原因就是半导体工艺面临部分难题。3.2 相关硬件介绍3.2.1 FlexRay总线驱动器(1)恩智浦TJA10803TJA1080控制器是恩智浦企业出品一款针对FlexRay含有高速时间触发通讯系统收发芯片，也是全球第一款符合FlexRay协议2.1要求FlexRay收发器。3TJA1080本身可作为节点收发器或有源星型收发器，而且含有卓越ESD保护和功耗管理性能。其温度范围-40125，含有高达10Mbit/s数据传输速度。TJA1080内置自动电压管理系统，支持2.5V、3.0V、3.3V和5V微处理器，并能自动适配接口标准。TJA1080拥有优异电磁兼容性（EMC），内置电压和温度检测，含有总线错误检测和一个安全超时保护。其内部结构图如Error! Reference source not found.所表示。因其优良性能，TJA1080得到了广泛应用。图 10 TJA1080内部结构图(2) 奥地利微电子AS8221AS8221是奥地利微电子企业推出FlexRay标准收发器，其能提供全部功效，以使其整合到永久性电池电压供电电子控制单元中。微芯片仅靠汽车电池（12V或24V）供电，但它可经过网络实现唤醒功效，进而能够控制当地电源电压。AS8221适合车载应用，工作温度为-40125，支持2.5V、3.0V、3.3V和5V微处理器，并能自动适配接口标准。另外，AS8221还含有温度保护和总线短路保护功效。具体内部结构图如Error! Reference source not found.所表示。因为其推出时间稍晚于CIC310，所以应用相对较少。图 11 AS8221内部结构图3.2.2 FlexRay通信控制器(1)飞思卡尔MFR4x00系列MFR4x00系列包含MFR4200，MFR4300，MFR4310，三者分别是基于FlexRay协议v1.1、v2.1和v2.1a版本。MFR4200控制器是业界第一款面向汽车FlexRay设备，关键面向汽车应用底盘控制、车身电子和动力传输应用。MFR4200传输速率最高可达10 Mbps，环境温度-40125，内部40MHz石英振荡器，I/O口工作电平最大值5.5V，提供两个硬件可选主机接口：HCS12接口用于直接连接飞思卡尔半导体HCS12系列微控制器；异步存放器接口(AMI)用来异步连接微控制器。其内部结构图如Error! Reference source not found.所表示。该系列芯片应用相对较多，而且有开发板出售。图 12 FMR4300内部结构图(2)英飞凌CIC310英飞凌现有FlexRay处理方案关键是FlexRay通信控制器CIC310，其为基于博世E-RAY核专用于FlexRay通信控制器。CIC310环境温度-40125，关键供电是1.5V，端口电压是3.3V，含有3 种接口方法将数据传输四处理器，分别为SSC ( Synchronous Serial Channel，串行接口) 方法、XM U ( De-multiplexer 8/16 bit Parallel Interface，非复用8/ 16 位并行接口) 方法和MLI 方法。其中SSC 为通常串口连接方法，含有连接简单和连接线少特点，但数据传输速率较低； XMU 接口为并口连接方法，数据传输速度比串口方法快很多， 但连接线较多；ML I 接口为专用接口方法，通常能够和专用车载控制器连接。CIC310内部结构图如Error! Reference source not found.所表示。图 13 CIC310内部结构图CIC310因为采取了基于英飞凌微型链路接口(MLI)和标准串口和并口可升级、快速接口理念，可和现在市场上绝大多数汽车微控器或微处理器架构结合使用。另外，如需快速实现FlexRay应用，经过AUTOSAR Validator项目验证、符合AUTOSAR 要求CIC-310驱动软件已经能够向用户提供。将飞思卡尔MFR4310和英飞凌CIC310两种芯片关键参数进行总结对比，可得Error! Reference source not found.。表 2 MFR4310和CIC310参数对比飞思卡尔MFR4310英飞凌CIC310支持FlexRay协议版本v2.1av2.1工作温度-40125-40125I/O口工作电平3.3V（最大5.5V）3.3V关键供电2.5V（可由内部电压调整器得到）1.5V数据传输速率每通道支持2.5、5、8和10 Mb/s数据速率每通道最大10 Mb/s数据速率接口方法异步存放器接口(AMI)和专用HCS12接口串行接口SSC、并行接口XMU和专用MLI接口可配置消息缓冲区128个128个存放RAM8K bytes8.25K bytes引脚数64643.2.3 集成FlexRay通信控制器主控芯片(1)飞思卡尔MC9S12XF和MPC56xx系列飞思卡尔S12和S12X产品实现了可扩展性，支持硬件和软件反复使用，提供一系列汽车电子平台之间兼容性。S12 MCU系列是汽车市场中应用最广泛16位架构。基于S12设备年发货量现已超出1亿。可扩展S12系列可为开发人员提供广泛选择，其片上闪存容量可从32KB扩展到1MB，并能平稳移植到更高性能S12X设备。MC9S12XF拥有50MHz S12X 内核，基于高效16位CISC架构；集成单/双通道FlexRay v2.1，每通道支持2.5、5、8和10 Mb/s数据速率；FlexRay时钟，采取频率从4MHz到40MHz不等水晶振荡器，使用PLL（锁相环）实现成本和EMC优化；512KB、384KB、256KB和128KB汽车质量闪存选择； 2KB和4KBEEPROM；16KB、24KB和32KBRAM；16通道模数转换器(ADC)可配置8/10/12位分辨率；集成了电机控制模块，使用6通道脉冲宽度调制器(PWM)，含有故障保护和电流感应输入。 MPC56xx系列则是32位处理器，最高频率可达64MHz，集成了支持FlexRay 协议v2.1版本FlexRay模块。其含有内部电压调整器，只需单一电平输入电源。 (2)恩智浦SJA2510SJA2510是32位ARM9微控制器，最高频率可达80MHz，含有32个模拟输入和24个16位脉宽调制(PWM)输出，六个CAN控制器，八个LIN主控制器和多个高级电源模式。SJA2510内含一个嵌入式并完全整合FlexRay控制器，是第一个成功采取FlexRay v2.1标准整合设备。SJA2510嵌入式控制器含有可变动式缓冲存放器容量，可依实际需求提供设计弹性和易失存放器配置。这种弹性使装置上全部内存全部可被应用，大幅提升产品成本/性能比。(3)德州仪器企业(TI)TMS570系列TMS570是基于两个相同新一代 ARM R4 CortexTM 内核之上对称型双核MCU。每个 Cortex-R4 内核性能均可达成 300 MIPS，而且 TMS570 还集成了 2MB 片上闪存、FlexRayTM 网络、BIST、CAN 及多个外设，另外还有TI高端定时器协处理器和两个12位模数转换器(ADC)。TMS570F MCU是业界首款基于双内核Cortex-R4F处理器浮点MCU，使车载系统设计人员可依据性能要求实施单双高精度浮点数学算法，加速乘法、除法和平方根等功效。该产品所面向应用包含底盘控制、制动、电子车辆稳定和转向系统和高级驾驶辅助等，可充足满足开发过程中不一样大小存放器容量和性能差异要求。3.3 FlexRay通信系统软件步骤FlexRay通信是实现FlexRay数据采集和标定数据发送，所以关键包含FlexRay数据接收和FlexRay数据发送两部分。因为FlexRay总线对于总线上数据收发实时性要求严格，所以在程序设计时采取中止方法来实施FlexRay总线数据通信。FlexRay数据接收中止处理程序，读取FlexRay中止中接收到数据，并根据固定数据结构存入单片机缓存中，实现FlexRay总线数据采集；FlexRay数据发送中止处理程序，将数据根据特定时槽发送到FlexRay总线上，实现数据发送。3.3.1 FlexRay初始化步骤因为FlexRay通信关键基于时间触发周期性通信循环，时间同时是FlexRay网络通信基础；FlexRay网络将开启节点时钟作为参考，经过开启，建立整个网络同时时间，且在通信过程中，其它节点不停地以此为基准进行自我校正。FlexRay初始化，关键是实现FlexRay网络通信之间唤醒、开启、时间同时，是现实FlexRay网络正常通信基础，FlexRay网络具体开启配置步骤图如Error! Reference source not found.所表示。图 14 FlexRay初始化步骤3.3.2 FlexRay通信发送步骤当FlexRay网络正常开启后，才能够进行FlexRay数据通信。FlexRay总线通信关键是基于时间触发，在静态段中，它是基于TDMA技术时间触发，是经过事先安排好时刻表赢得总线。FlexRay消息发送中止产生过程：TDMA时分表中每个时槽全部会对应一个中止，且这些中止按时分表在时间轴上分布开来，只有在其对应时槽时刻，才会由FlexRay模块自动置位中止，且每个时槽发送中止产生和标志置位全部是在该时槽数据发送完成以后，由FlexRay模块自动产生对应置位和中止；当进入FlexRay对应时槽中止服务程序后，调用发送函数，锁定发送时槽对应发送缓存，对发送缓存赋值并置位发送，最终解锁发送缓存，等候下一个周期该时槽发送刻到来发送。具体FlexRay总线数据发送中止步骤如Error! Reference source not found.所表示。图 15 FlexRay数据发送过程3.3.3 FlexRay通信接收步骤FlexRay数据接收也是采取中止方法，FlexRay协议控制器采取“提前搜索算法”来确保数据按时接收。在FlexRay中，每一个接收时槽接收中止产生全部是在时槽接收数据完成并确定有效后，由FlexRay模块自动产生对应接收中止。当进入FlexRay对应时槽中止服务程序后，程序调用接收函数，锁定接收时槽对应接收缓存，确定为数据帧后，读取接收缓