一、FlexRay介绍

FlexRay通讯协议运用于可靠的车内网络中，是一种具备故障容错的高速汽车总线系统。它已经成为同类产品的基准，将在未来很多年内，引导汽车电子产品控制结构的发展方向。FlexRay协议标准中定义了同步和异步帧传输，同步传输中保证帧的延迟和抖动，异步传输中有优先次序，还有多时钟同步，错误检测与避免，编码解码，物理层的总线监控设备等。

1.1汽车网络通信协议综述

汽车网络通信协议在保证整个系统正常运行方面起着非常重要的作用。它可以帮助解决系统很多问题，如数据共享、可扩展性、诊断接口等。目前，应用于汽车领域的网络标准除了FlexRay还有很多，如CAN、LIN、J1850及MOST等。

CAN总线全称为“控制器局域网总线（Controller Area Network）”，是德国博世公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议。它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。CAN通信速率可达１Mbit/s，每帧的数据字节数为8个。

LIN（Local Interconnect Network，控制器局域网）总线是由LIN 协会发布的一种新型低成本串行通信总线，也称为经济型CAN网络。LIN的目标是为现有汽车网络（例如CAN 总线）提供辅助功能，因此LIN总线是一种辅助的总线网络，在不需要CAN 总线的带宽和多功能的场合比如智能传感器和制动装置之间的通信使用LIN总线可大大节省成本。

J1850总线是1994年由汽车工程师协会颁布的标准，之后普及运用于美国车厂的汽车中。不过，虽然美国各厂多采用J1850标准，但是各厂的实际做法又不相同，因此相对其他标准来说比较混乱。由于J1850总线通信速率低，只适合用于车身控制系统及诊断系统，目前在美国逐步被CAN 所取代。

MOST（Media Oriented System Transport，面向媒体的系统传输）总线是采用光纤并用于智能交通及多媒体的网络协议，能够支持24.8Mbps的数据速率，与以前的铜缆相比具有减轻重量和减小电磁干扰的优势。

1.2 FlexRay特点

作为一种灵活的车载网络系统，FlexRay具有高速、可靠及安全的特点，它不仅能简化车载通信系统的架构，而且还有助于汽车电子单元获得更高的稳定性和可靠性。在宝马新款SUV “X5”的电子控制减震器系统中，首次采用了控制系列车内LAN接口规格FlexRay，此次实际应用预示着FlexRay在高速车载通信网络中的大规模应用已经指日可待。

图1-各个协议数据速率的比较

FlexRay在物理上通过两条分开的总线通信，每一条的数据速率是10MBit/s。CAN网络最高性能极限为1Mbps，而FlexRay总数据速率可达到20Mbit/秒。因此，应用在车载网络，FlexRay 的网络带宽可能是CAN的20倍之多。

FlexRay还能够提供很多网络所不具有的可靠性特点。尤其是FlexRay具备的冗余通信能力可实现通过硬件完全复制网络配置，并进行进度监测。FlexRay同时提供灵活的配置，可支持各种拓扑，如总线、星型和混合拓扑。设计人员可以通过结合两种或两种以上的该类型拓扑来配置分布式系统。

FlexRay本身不能确保系统安全，但它具备大量功能，可以支持以安全为导向的系统（如线控系统）的设计。

1.3 FlexRay协会

FlexRay协会旨在推展开放式高速汇流排系统标准用于汽车的分布式控制应用。自2000年9月成立以来，协会不断发展成长，成员包括汽车产业一些最大、最具影响力的公司。FlexRay的开发工作正在BMW、戴姆勒克莱斯勒、Freescale半导体、通用汽车、恩智浦半导体、博世和大众等核心合作伙伴的推动下大步前进。透过多种会员分级制度，会员企业可与 FlexRay协会工作小组进行交流，提出想法，参加评议会，并可提前获得相关规范以及积极参与推展这一国际标准的机会。协会网站：

1.4 FlexRay应用

正如图2所示，FlexRay面向的是众多的车内线控操作(X-by-Wire)。图中还展示了一个把FlexRay和CAN网络结合的网关。

图2-带有CAN网络扩充的FlexRay线控操作

FlexRay导线控制应用的例子包括：

●线控操作转向：典型的是使用电子控制单元。

●防抱死制动系统(ABS)：包括车辆稳定控制(V)和车辆稳定助手(VSA)。

●动力系：—代替现有的机械系统控制电子节气门。该电子节气门和现有系统结合工作，

如电脑化燃油喷射器、电脑化可变进气系统、电脑化怠速控制系统。

二、FlexRay架构

2.1 FlexRay节点

FlexRay节点的核心是ECU（Electronic Control Unit），是接入车载网络中的独立完成相应功能的控制单元。主要由电源供给系统（Power Supply）、主处理器（Host）、固化FlexRay 通信控制器（Communication Controller）、可选的总线监控器（Bus Guardian）和总线驱动器（Bus Driver）组成，如图XX。主处理器提供和产生数据，并通过FlexRay 通信控制器传送出去。其中BD和BG的个数对应于通道数，与通讯控制器和微处理器相连。总线监控逻辑必须独立于其他的通讯控制器。总线驱动器连接着通信控制器和总线，或是连接总线监控器和总线。主处理器把FlexRay控制器分配的时间槽通知给总线监视器，然后总线监视器就允许FlexRay 控制器在这些时间槽中来传输数据。数据可以在任何时候被接收。

节点的两个通讯过程如下。

a.发送数据Host将有效的数据送给CC，在CC中进行编码，形成数据位流(bit

stream)，通过BD发送到相应的通道上。

b.接受数据在某一时刻，由BD访问栈，将数据位流送到CC进行解码，将数据部

分由CC传送给Host。

图3 FlexRay节点（ECU）