FlexRay通信协议概述

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为了满足提高汽车性能的永无止境的通信需求，各种协议已经存在。FlexRay 就是这样一种提供安全关键特性的下一代通用高速协议。组合的多个传感器、执行器和电子控制单元需要同步才能提供高端性能。控制器局域网 ( CAN ) 无法满足当今先进车辆中不断增长的带宽的需求。为了应对这些先进车辆的这些下一代挑战，FlexRay 协议已被证明在汽车技术飞速发展的世界中具有重要意义。

FlexRay 通信协议是戴姆勒克莱斯勒公司的注册商标。FlexRay 的全面使用是由 FlexRay 联盟于 2008 年推出的，该联盟推动将 FlexRay 标准化为下一代车载通信协议。FlexRay 专为满足线控驱动（线控启动、线控制动）和先进设备辅助系统（发动机、变速箱）的需求和挑战而设计。

1 FlexRay 网络结构

FlexRay 使用非屏蔽双绞线连接节点。它们的电缆阻抗约为 80-110 欧姆，需要在末端节点进行端接。就像CAN一样，在这对信号线之间连接了电阻器来实现这一点。

每对电缆上的差分信号可减少外部噪声对网络的影响，而无需昂贵的屏蔽。它支持单通道和双通道配置，分别由一对或两对线组成。双通道配置提供增强的容错能力和增加的带宽。

2 FlexRay 的特点

• 可靠的。

• 快点。

• 多余的。

• 高达 10 Mbps 的高数据速率。

• 灵活的配置。

• 多种拓扑选项。

• 容错。

• 事件和时间触发。

• 双通道系统。

• 可以由“n”个节点组成。

• 处理各种各样的框架。

• 他们容忍错误。

• 无碰撞访问。

• 保证消息延迟。

• 修复了通信延迟。

• 所有 ECU 的全局同步时间。

• 静态和动态段。

• 带宽比 CAN 高 20 倍。

• 使用时分多址 (TDMA) 管理多个节点。

应用：

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• 电子助力转向。（线控转向）。
• 先进的驾驶辅助系统。
• 动力总成。
• 车身控制模块。
• 电池管理系统。
• 防锁刹车系统。
• 车辆稳定性控制 (VSC)。
• 车辆稳定辅助 (VSA)。

3 FlexRay 网络拓扑

FlexRay 的显着优势之一是它可以根据车辆的布局布置在车辆内部。它提供类似于以太网的拓扑，例如总线（多点无源）、星形（有源）连接或这两种拓扑的连接，称为 FlexRay 网络的混合拓扑。这有助于设计人员提高给定车辆系统设计的性能、可靠性并优化成本。

3.1 多点总线 FlexRay 网络

• 常用。
• 一根网线连接多个 ECU。
• 一次只能有一个 ECU 进行传输。
• 端接端以消除信号反射。

3.2 星 FlexRay 网络

• 各个链接连接到中央活动节点。
• 它们用于更扩展的网络。
• 如果一个节点发生故障，它不会影响其他节点。
• 减少的裸线数量有助于提高抗噪能力。

3.3 混合 FlexRay 网络

• 它由总线和星型拓扑组合而成。
• 提供两种拓扑中最好的。
• 经济高效、可靠且易于使用。

**FlexRay 协议通信周期：**在网络设计时固定（通常保持在 1-5ms 左右）。它包含四个主要部分，称为：

• 静态段：为确定性数据保留的时隙，以固定周期到达。
• 动态段：适应各种信号，而不会因为过多的静态槽而减慢 FlexRay 周期。它允许偶尔传输数据。
• 符号窗口：涉及网络维护和识别独特的循环，如冷启动循环。
• 网络空闲时间：用于通过调整前一个周期中可能发生的任何漂移来保持节点时钟之间的同步。它始终由 ECU 预定义为已知长度。

4 FlexRay 消息帧格式

对于任何静态或动态段，每个插槽都由一个 FlexRay 帧组成，该帧分为三个基本部分，如下所示：

4.1 HEADER

4.2 Payload

它包含需要由消息帧传输的实际数据。它的长度为 0 到 254 个字节。（是 CAN 的 30 倍）。

Message-ID（可选）： 此 ID 使用有效载荷段的前两个字节进行定义。它可以用作接收端的可过滤数据。

NW 向量（可选）： 网络管理向量的长度必须为 0 到 12 个字节，并且对所有节点都是通用的。

4.3 Trailer

它包含三个由硬件指定的 8 位 CRC 值，用于通过更改连接通道上的种子值来检测错误以防止错误连接。

4.4 数据安全和错误处理

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FlexRay 网络提供可扩展的容错能力。允许单通道和双通道通信的选项使其更加安全。使用这两个通道连接总线上的设备可以提高安全性。可以通过使用两个通道来传输非冗余数据来增加带宽。

FlexRay 协议使用总线保护机制促进物理层内的快速错误检测、信令和错误控制，该机制保护通道免受与集群通信调度不一致的通信造成的干扰。

5 CAN 和 FlexRay 的区别

对于每种实施方式，FlexRay 网络的设计可能不同。在加入总线之前，每个节点都必须使用正确的网络参数进行编程，以实现正常运行。FlexRay 委员会在工程过程中对这些参数的存储和传输格式进行了标准化，以维护节点之间的网络配置。现场总线交换格式或 FIBEX 文件是 ASAM 定义的标准，允许网络设计人员、原型设计人员、验证人员和测试人员轻松共享网络参数，并快速配置 ECU、测试工具硬件在环仿真系统等。