下一代汽車將遍布網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)

在未來的5至10年里，傳統(tǒng)的汽車機(jī)械系統(tǒng)(如剎車和駕駛系統(tǒng))將變成通過高速容錯通信總線與高性能CPU相連的電氣系統(tǒng)。在一輛裝備了綜合駕駛輔助系統(tǒng)的汽車上，諸如電控剎車、電控駕駛和電子閥門控制等特性將為駕駛員帶來終極駕駛體驗。為了提供這些系統(tǒng)之間的安全通信，就需要一個高速、容錯和時間觸發(fā)的通信協(xié)議。

FlexRay是一種新的特別適合下一代汽車應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。目前已經(jīng)成立了FlexRay協(xié)會，以促使業(yè)界在這些電控系統(tǒng)上采用同一個標(biāo)準(zhǔn)。BMW、DaimlerChrysler、摩托羅拉和飛利浦半導(dǎo)體聯(lián)合開發(fā)和建立了這個FlexRay標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)不僅提高了一致性、可靠性、競爭力和效率，而且還簡化了開發(fā)和使用，并降低了成本。

FlexRay將使汽車發(fā)展成百分之百的電控系統(tǒng)，完全不需要后備機(jī)械系統(tǒng)的支持。電控應(yīng)用需要既具有確定性和容錯性又支持分布式控制系統(tǒng)的高速總線系統(tǒng)。此外，該技術(shù)可以滿足關(guān)鍵的汽車應(yīng)用要求，如可靠性、可用性、靈活性和高數(shù)據(jù)速率，以彌補(bǔ)目前汽車內(nèi)主要的聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)如的不足之處。

該通信系統(tǒng)遠(yuǎn)比一個通信協(xié)議更復(fù)雜，它還包含一個專門設(shè)計的高速數(shù)據(jù)收發(fā)器，并且定義了FlexRay節(jié)點(diǎn)內(nèi)各組件間的硬件和軟件接口。FlexRay協(xié)議定義了網(wǎng)絡(luò)化汽車系統(tǒng)內(nèi)通信處理的格式和功能。

不同于現(xiàn)有的汽車協(xié)議MOST、CAN、LIN和J1850，F(xiàn)lexRay可滿足至關(guān)重要的可靠性要求，并在汽車各電子系統(tǒng)之間的通信中扮演重要角色。

對速度的需求

在今天的汽車中，車體和舒適性控制模塊都連接到控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)總線上，并借助本地互連網(wǎng)絡(luò)(LIN)進(jìn)行外圍設(shè)備控制。遠(yuǎn)程信息處理和多媒體連接需要高速互連，視頻傳輸又需要同步數(shù)據(jù)流格式，這些都可由MOST協(xié)議來實現(xiàn)。在很多情況下，高速汽車控制系統(tǒng)如動力系統(tǒng)和傳送控制，如今都使用專用CAN和J1850網(wǎng)絡(luò)連接在一起。

隨著電子控制單元之間數(shù)據(jù)通信數(shù)量的增加，獲得高速數(shù)據(jù)傳輸速率變得很重要。FlexRay最初設(shè)計目標(biāo)大約是10Mbps數(shù)據(jù)率，不過，該協(xié)議允許達(dá)到更高的速率。

FlexRay是一種可伸縮的通信系統(tǒng)，支持同步或異步數(shù)據(jù)傳輸。同步數(shù)據(jù)傳輸可實現(xiàn)時間觸發(fā)通信，以滿足系統(tǒng)可靠性要求；基于Byteflight協(xié)議基本原理的異步數(shù)據(jù)傳輸，在事件驅(qū)動的通信中允許每個節(jié)點(diǎn)利用全部帶寬。

FlexRay的同步數(shù)據(jù)傳輸是確定性的，同時保證提供最小的消息傳輸時延和消息抖動。與CAN的判優(yōu)方法相比，該性能更優(yōu)越。CAN判優(yōu)方法可使低優(yōu)先級消息延遲發(fā)送，而讓高優(yōu)先級消息先行發(fā)送，因此除了最高優(yōu)先級消息，其它任何消息的時延都無法事先確定。FlexRay保證為同步傳輸部分中的每個消息預(yù)先設(shè)定傳輸時間，而不影響其它消息。

FlexRay支持全球標(biāo)準(zhǔn)時間基礎(chǔ)上的冗余和容錯分布式時鐘同步，從而保證所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都能在一個緊湊的預(yù)先設(shè)定的精確時間窗中有秩序地工作。在同步通信部分，每個電子控制單元都分配到一個固定時隙號，這可確保每個消息都能得到所需的帶寬和時隙。這種分配保證了全部消息無須競爭帶寬或經(jīng)過判優(yōu)就可進(jìn)行傳輸。

一個獨(dú)立的總線監(jiān)控電路用于發(fā)現(xiàn)物理層錯誤，以確保在通信控制器出現(xiàn)故障的情況下也不會發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸沖突。在電控應(yīng)用中，分布式系統(tǒng)中的所有應(yīng)用信息都通過通信協(xié)議連接在一起，這一點(diǎn)非常重要，它使得應(yīng)用功能可在一個已知的時間范圍內(nèi)執(zhí)行完畢。

FlexRay通信系統(tǒng)同時支持光纖和電氣物理層，這使得用戶可根據(jù)最適合自己的需要采用何種布線方案。光纖數(shù)據(jù)傳輸具有不受電磁干擾影響的優(yōu)點(diǎn)，而電磁干擾可對電氣線路上的通信造成很大破壞性影響。

令人遺憾的是，至今仍沒有一個通信網(wǎng)絡(luò)可以滿足未來汽車的所有成本和性能要求。因此，汽車OEM商仍將繼續(xù)采用多種聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(包括CAN、LIN和MOST)。未來的汽車將布滿網(wǎng)絡(luò)。