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FlexRay网络标准详解

自2003年组建以来，AUTOSAR（汽车开放系统架构）联盟一直致力于改变车载网络和电子控制单元（ECU）的设计方式。AUTOSAR提出了一个符 合业界标准的车载网络设计方法，使行业能够集成、交换和传输汽车网络内的功能、数据和信息。这一标准极大地促进了汽车原始设备制造商（OEM）及其一级供 应商之间的合作，使他们能够以一种一致、明确且机器可读的格式来交换设计信息。

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翁齐芳

2020-5-7 14:56:05
一辆汽车的不同部分对安全及性能有不同要求，而支持它们的车载网络必须具备可预测的安全性能。随着汽车技术的不断演变，人们已经可以用一系列总线技术来连 接豪华汽车上最多100个不同的ECU，这些总线技术通常包括LIN、CAN、FlexRay、MOST和基于以太网的架构。如果靠手动来管理这些ECU 之间数以千计的信息和交互操作是不可能的，因此汽车设计人员必然用自动化设计和合成工具来预测网络性能和调整车载功能。
汽车数据总线
一辆典型的现代化汽车将同时装配各类总线和协议并从LIN、CAN、FlexRay、MOST和以太网中选择合适的网络。多媒体/视听信号和汽车环绕摄像 系统需要更高的数据速率，因此汽车制造商和OEM厂商在网络解决方案上选择用以太网代替MOST.但对于许多标准汽车功能而言，LIN和CAN提供的带宽 与性能就足够了。
在汽车架构中，ECU组合在一起形成“集群”，这些集群通过通信“网关”相连。集群通常会共享同一类型的总线，因此要达到高可靠性、高速率的标准，就要采 用FlexRay网络，但要求没那么高的门锁ECU可以由CAN或LIN来负责。ECU网关往往要连接不同类型的信号，并执行不同总线架构之间的映射和转 换功能。汽车行业对不断提高安全性和ISO26262等标准的合规性提出强烈需求，进而提升了车载网络的性能，同时也降低了制造和元件成本。不断进步的网 络标准可以适应越来越高的数据传输速率，汽车电缆也达到了安全且低成本的目标。典型汽车网络方案的特点及应用请见表1.

表1：汽车网络总线。
FlexRay网络：
FlexRay协议比CAN更具确定性。FlexRay是一种“时间触发”协议，它提供不同选项，让信息可以在精确的时间框架内发送至目标地址——可精确 到1μs.FlexRay信息最多可达254个字节，因此需要在ECU之间进行交换的复杂信息的容量很大。与CAN相比，FlexRay的数据传输速率也 更高。由于时序是预先确定的，信息的安排需要提前规划好，一般由汽车OEM厂商或一级供应商合作伙伴预先配置或设计。在采用CAN协议的网络中，ECU节 点只需要知道通信时的正确波特率，但FlexRay网络上的ECU节点在通信时必须知道网络各个部分是如何配置和连接的。检查和验证FlexRay网络的 时序比较耗时——因此，自动化的时序分析和将信息合成打包成时间帧可以减少错误和设计周期时间。
汽车通信矩阵合成
汽车网络时序安排的总体定义通常存储在作为中央网关ECU一部分的“通信矩阵”中。明导所开发的设计工具解决方案可用于自动合成这个数据库并按正确顺序将所有不同的信息打包成帧。
AUTOSAR信号信息组合成协议数据单元（PDU），然后这些数据单元再组合成传输帧。对于CAN和LIN帧而言，每个帧都有一个PDU，但一个FlexRay帧可能含有多个信号PDU.
在FlexRay架构中，时序是确定的，而设计人员主要面临的不确定性就是帧打包和传输顺序。汽车OEM厂商和设计人员要投入大量时间来测试汽车所有可能 出现的情况，以确定最坏情况下的行为，并确保信息传输有较大的安全范围。这意味着，为了确保较高的时序安全范围，不能占用数据总线的全部容量。合成工具查 找具有相似路径以及对于在相似的帧时间空隙中进行打包和安排有时序要求的信号，以此来优化帧利用率。在使用明导的时序合成工具时，设计输入将包括信号和 PDU定义、帧的优先级和有关可行的信号路径的具体OEM设计决策。在生成完整的时序体系时要将这些都考虑进去。
在安装一个完全定义的通信体系时会面临一个难题，即后续很难有架构上的变化，并可能需要对网络进行全面的重新设计，但传输的高速和确定性等优势让这种方法 对FlexRay应用形成了极大的吸引力，能够确保汽车的对安全要求非常高的功能。用该合成工具重新建立更先进的通信体系可以缩短修复周期。
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