摘要： 當前汽車內一般使用CAN網。由于車內電子設備愈來愈多，以及自動駕駛的發展，CAN已滿足不了需要。一些大的汽車企業共同開發了一種新的FlexRay網。本文概要地介紹了FlexRay的特點及應用開發情況。 關鍵詞：網絡 車內網 FlexRay A New In-Vehicle Network——FlexRay Lin Junxiong Abstract： At present, CAN Network is generally used by vehicle developers. With the increasing number of electronic equipment in vehicle and the development of auto driver, CAN network can no longer meet the requirement. Some manufacturers are now developing a new Flex Ray network. This paper briefly introduced the characteristic of FlexRay and its application. Keywords： network, invehicle network, FlexRay. 1 一般情況 當前，在汽車內一般使用的是CAN（Controller Area Network）車內網，使連在網上的一些器件和另一些器件互相通信，共同工作。例如，驅動輪打滑時，要求一些器件之間互相通信，使力矩減小；用CAN將各種傳感器的信息傳送到儀表盤上的速度表、轉速表、溫度表、油表上。除此以外，調節車內環境以增加乘車人員的舒適度也使用CAN，例如空調、照明、后視鏡控制等。除了CAN網以外，許多車輛還使用一些子網控制車內設備，例如坐椅的調節，多媒體設備的調節，包括DVD、喇叭等。這些子網作為一個單一的部件，通過網關與主CAN相連。 現在汽車的發展趨勢是自動化程度越來越高，使汽車更安全、可靠、舒適，在車內使用更多的傳感器、傳動裝置、電子控制單元，所產生的信息和控制命令，許多要求現有的通信總線完成不了。例如，與安全有關的信息傳遞要求絕對的實時，這類高優先級的信息必須在指定的時間內傳輸到位。例如剎車，從剎車踏板踩下到剎車起作用的信息傳遞絕對重要，要求立即正確地傳送，不能有任何不確定因素。這類與安全有關的系統還要絕對可靠，即抗故障能力要高。如果通信總線中某一根線松掉或短路，數據可以從另一路徑送達目的地。車內電氣電子設備的增加，使通信總線傳輸的數據量增加很大，要求通信總線有較高的帶寬和數據傳輸率。數據傳輸率要遠大于1Mb/s。 考慮到當前的通信總線不能滿足即將到來的車內通信要求，BMW和達姆勒克萊斯勒連同飛利普、摩托羅拉半導體產品部門一起，于2000年組成FlexRay協會，現在還包括一些最大的有影響的汽車公司，如通用、福特，Bosch等。該協會現有100多個成員，包括汽車制造商、用于汽車工業的系統供應商、半導體制造商、以及通信技術專家等。該協會的活動中心是共同制定一個新的總線系統標準，以滿足日益增長的汽車控制需求。它的數據傳輸率要高，信息傳遞確定，能夠克服故障的發生。該協會于2004年夏天制定了FlexRay通信系統規范第2.0版（FlexRay Communication System Specifications Version 2.0）供一般公眾使用。 2 FlexRay的一些特點 2.1數據傳輸率及結構 最大數據傳輸率為10Mb/s，還可更高一些。 FlexRay網的結構可以有四種形式，即總線式、星形網、星形總線混合式及多個星形串接式。 2.2故障耐受能力 一個有故障耐受能力的系統必須保證網上成員不能將系統阻斷。網絡上的物理故障，例如短路，可以將出問題的網絡分支封閉。故障的封閉由獨立事件控制。FlexRay提供一個可供選擇的監視器叫Bus Guardian，可以根據需要將通信控制器與網絡斷開。 2.3確定的通信方式 當前的車內網交換信息采用異步通信方式。現有的通信協議都是基于事件的，當總線上的數據量增加時，故障響應急劇降低。 在定時觸發網絡系統中，例如FlexRay，任何網絡活動都安排在指定的時間片內，在安排好以后，就不能改變。因此，FlexRay永遠不會出現信息流過載。 2.4時間同步 整個網絡有一個總體時鐘，每一個控制單元有一個局部時鐘，FlexRay系統有一個特定的控制算法，使網絡中每一單個節點的局部時鐘與總體時鐘同步，利用偏移修正和時間修正這兩種方法與總體時鐘同步。 2.5組態同步和異步傳輸 通信周期是FlexRay中的基本通信單元，通信單元定義的時間窗由必備的固定時間段和可選的動態時間段組成。在網絡組態時，每一時間段的長度就已確定。 固定時間段用來安排時間同步信息，用作同步通信。固定時間段傳送的信息在通信開始時必須組態好，傳輸數據的最大量不能超過固定段的長度。 通信周期中的動態時間段用作事件信息通信，它可以在運行時出現，要求帶寬可變。在動態時間段中，器件利用優先級競爭帶寬，優先級在信息幀的ID中給出。這一部分的通信模式和CAN總線類似。 2.6幀格式 FlexRay幀分成三段，即頭段、負載段、尾段。 2.6.1頭段 頭段中包括四部分，即幀ID（11位）、負載段長度指示（7位）、頭部CRC（11位）、周期計數（6位）。幀ID中用來識別該幀和該幀在事件觸發幀中的優先級。負載段長度指示標注一幀中能傳送的字數。頭部CRC檢測傳輸中的錯誤。周期計數有一個計數器，每一通信周期開始時，該計數器增1。在幀ID之前還有5位，第1位是保留位，第2位是負載段前言指示，第3位是0幀指示，第4位是同步幀，第5位是起始幀指示。 2.6.2負載段 負載段是該幀用來傳送數據的部分。FlexRay負載段的長度可達127個字（254字節），比CAN大30倍，其長度可變，從0到254字節，在頭部的負載段指示中標出。 2.6.3尾段 尾段為3個8位的CRC，用以檢測錯誤。 一幀的長度為［5+（0……254）+3］字節。 3 FlexRay應用開發現狀 雖然FlexRay協議是供一般公眾使用的，但已開始作為未來車內網事實上的標準，FlexRay產品及其應用工具已開始進入汽車工業。 FreeScale Semiconductor是第一個向市場提供芯片的公司，該公司于2002年就著手開發FlexRay控制器，它的MFR 4200 FlexRay Controller現在開始投產。預計使用FlexRay的汽車在2006年可進入市場。 像FlexRay這樣比較復雜的網絡系統需要一些工具軟件供工程師開發網絡應用。目前已經有一些工具軟件可供使用，但只有少數提供友好的用戶界面。這些工具用來生成控制器主界面的組態文件，這些文件必須在一開始就加載到FlexRay控制器中。FlexRay是TZMikroelektronik（TZM）公司提供的一個FlexRay網絡通用組態工具包，用戶可以用它來生成每一節點的所有組態文件。TZM還提供一種Flex Card，可插入筆記本電腦和臺式電腦中，使用的是PCMCIA接口，可監視網絡。FlexCard可以使硬件開發人員與FlexRay網絡聯系，卡上有16MB的緩沖存貯器，可暫時存儲輸入數據，若PC端的連接被暫時阻斷,也不會導致數據丟失。此外，卡中還集成有兩個通道用的物理層，這樣做有很大的好處，不必將連到物理層的大量導線引到外面去，因而接口的責任大大減輕。 美國國家儀器公司還為FlexRay總線提供了一個LabVIEW編程工具，FlexRay庫，用以測試FlexRay通信網上的器件。可免費下載的FlexRay庫有28個虛擬儀器（VI）功能快，是按FlexRay協議設計的。大多數FlexRay應用軟件的流程由4個子VI組成，即Flex Initialije.vi，Flex Read Data.vi，Flex Get Data.vi和Flex Terminate vi。Flex Initialije vi打開、組態、啟動一個FlexRay通道；Flex Read Data.vi從FlexRay通道上讀取總線數據，并將其寫入內部讀緩沖存貯器中；Flex Get Data.vi檢查內部緩沖存貯器的數據，并將它轉換為浮點數，作為結果，VI返回這些浮點數；Flex Terminate.vi終止并關閉該FlexRay通道的通信。 4 小結 裝備FlexRay網的汽車預計要到2006年才會在市場上出現。FlexRay的性能遠遠超過CAN，它的數據傳輸率高達10Mb/s，支持同步傳輸和異步傳輸，按事先安排好的時間片傳輸數據，不需要仲裁，有多種拓樸結構，在節點間靈活分配帶寬，還有可選的網絡監視器使網絡工作更有效。最重要的是它有故障耐受能力，提供確定的通信方式。這兩點對未來的自動駕駛中的安全十分重要。要使FlexRay能夠成功地被采用，還需要有效的開發工具和高質量的集成電路。 來源：《國外電子測量技術》增刊