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内部网络通讯协议
日期:2010-7-29 21:16:10 点击:
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FlexRay是新一代汽车内部网络通讯协议,它关注更快的数据速率,更灵活的数据通信,更全面的拓扑选择和容错运算等。它的最早设想是为了在汽车的网络系统中,能够实现线控(X-by-wire)(线控驱动、线控驾驶等),然而技术的发展日新月异,很多领域的应用推动了FlexRay的发展和应用范围,使之成为具有生产效率高,安全性能好,同时舒适便利的功能,获得了越来越大的关注。

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线控(X-by-wire)在汽车网络中是FlexRay的特点之一,线控技术就是由“电线”或者是电信号实现传递控制,而不是通过机械连接装置或者是液压连接装置来操作的。传统的操纵汽车的方式是,驾驶员的踩制动、踩油门、换档、转向盘控制等时,是通过机械装置来操纵的,而线控技术则是将动作转化为电信号,由电线来传递指令来操作汽车。

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在汽车的网络系统中,普遍采用的CAN和LIN总线并没有因为FlexRay的出现而退出使用,FlexRay作为专为车内网络而设计的,它不会取代现在的网络,而可以与现行网络结合使用,事实上,对于LIN总线,因为它仅限于局部控制,无需与汽车的其他部件进行大量的信息通信,并且只需要相对比较低的数据带宽,因此LIN总线在汽车网络结构中仍然具有极大的作用。而对于CAN总线,它的稳定可靠,结构简单,通信灵活等特点也能够继续提供其解决方案。但是在现实生活的应用当中,逐步使用FlexRay的趋势是不可逆转的,因为它具有很强的功能,能够全面降低复杂性,并且可以提供更加经济有效地解决方案。对比起来,在车内的控制系统当中,CAN网络最高性能极限是1Mbps,而FlexRay两个信道上的数据速率最大可以达到10Mbps,总数据速率可达到20Mbit/s。因此,FlexRay 可提供更大的带宽,比CAN还高达20倍有多。在传送信息的时候,CAN使用优先级仲裁,这就意味着,低优先级的信息一定跟在高优先级信息的后面,这样会导致延迟,在预定义的传输时间内,只有高优先级的信息能够保证被传输,此外,CAN速率相对较低,且不具备容错功能,因此不能用于线控等先进应用。LIN是CAN的子网络,成本较低、速率相对较慢,同样不能用于线控等应用。同时,现在在汽车的业内发展当中,追求的是安全和舒适,所以急迫需要增加这些功能,因此为了实现这些功能,所需要的电子控制单元(ECU)的数量持续上升,比如现在的一些高端汽车,ECU的数量已经达到100多个,随着汽车的发展需要,以后将需要更多的ECU,这样,ECU的操作与CAN总线之间的协调配合的复杂度将会越来越大,而CAN也却反线控所必需的确定性和容错功能,为了解决这些问题,需要提出新架构,FlexRay将是不错的选择。

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CAN和LIN 网络是属于单通道系统运行的,FlexRay不仅继承了这种单通道系统运行的特点,同时支持双通道系统运行,在双通道系统中,节点可以不用全部都与两通道相连,如下图所示:

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                                                          图1  双通道拓扑举例

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            图2  双通道星状拓扑

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其中节点2和节点4都只和一个通道连接,节点1,3和5和两通道连接。上面两图的区别是:图1的总线用于节点连接,这种架构提供了冗余功能,并且可以使得带宽翻了一番,每个通道的最大数据传输率达到10Mbps,而图2的星状耦合器则用于各个通道,这种架构可完全解决容错问题,因为如果出现意外情况,星型的支路可以有选择的切断,如果无源总线线缆长度超过规定限制,星型拓扑还可以用作复制器。采用双通道结构,可以有以下优势:

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1.       可以配置两条通道,在关键安全应用中提供冗余通信,如线控应用,保证消息通过

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2.       可以配置两条通道,在每条通道上以10Mb/s速率发送唯一的信息,在安全重要程度较低的应用中实现20Mb/s的整体总线传送速率。

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