汽车计算平台新技术综述

　　不过，通过为部件和信息分配时间槽的方法来固定的分配总线带宽，其不利因素是导致总线的带宽没有被完全的利用。出于这个考虑，FlexRay 把周期分成了静态段（Static Seg.）和动态段（Dynamic Seg.），确定的时间槽适用于位于信息开始的静态段。在动态段，时间槽是动态分配的。每种情况下都只有一小段时间是允许唯一的总线访问的（这段时间称为 “mini-slots”），如果在mini-slot 中出现了总线访问，时间槽就会按照需要的时间来扩展。因此总线带宽是动态可变的。

图1 FlexRay 的通信周期、帧的静态、动态部分的结构示意

　　2、FlexRay 的数据速率和网络拓扑

　　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。这两条线主要是用于冗余和故障容错的信息传输，但也可以传递不同的信息，后者的数据吞吐量是翻倍的。

　　FlexRay 也可以在2.5MBits/s 和5MBits / s 低数据率下工作，并且为 数据传输定义了主动星型、被动星型或是两者混合的总线拓扑结构，因此FlexRay 网络节点的连接是非常灵活的。

图2 FlexRay 的主动星型网络拓扑示意

图3 FlexRay 的星型、总线型混合网络拓扑示意

　　3、FlexRay 节点的同步和协议帧结构

　　为了实现功能的同步和通过两条信息间的短距离来优化带宽，该通信网络中的分布组件都要有一个共同的时基（全局时间）。为了时钟同步，同步信息是在周期的静态段传输的。通过增添一个特殊的算法，部件的本地时钟被修正为所有的本地时钟与全局时钟同步。

图4 FlexRay 协议帧的静态、动态部分的结构示意

　　4、FlexRay 网络节点的结构

　　FlexRay 的网络节点是由主处理器（Host）、FlexRay 通信控制器（Communication Controller）、可选的总线监控器（BG）和总线驱动器（BD）组成的。主处理器提供和产生数据，并通过FlexRay 控制器传送出去。

　　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。

图5 FlexRay 的网络结构。

　　二、未来发展最快的技术是什么？

　　未来发展最快的技术是汽车电子与信息产业、智能交通相互融合发展而产生的新兴技术。这些新技术主要用于解决与安全、环保有关的系统性问题，如：转向控制、制动控制、安全气囊、OBD 侦测及更广义上的汽车故障诊断技术和远程服务等。

　　现代汽车的刹车和转向系统其实同一百多年前汽车刚被发明时一样，都借助于机械连接和液压传动，使驾驶者的意图传递到车轮和引擎。而未来将通过线控系统网络将指令发送到刹车执行单元、转向步进马达单元，并通过微处理器及电子执行装置（FlexRay 节点）来进行制动和转向控制。线控新技术还能简化某些功能的实现，如自适应巡航控制、自动车道保持、防碰撞，并为汽车最终实现自动驾驶打下基础。而对安全性至关重要的部件，如转向和制动系统，安全气囊网络，电子稳定系统（ESP）等，必须能够进行更可靠的、无缝配合和自动诊断。FlexRay 与CAN-BUS 构成的仿真单元和网络计算平台已可以方便的集成到汽车系统之中进行混合验证并建立实物控制模型。中国单片机公共实验室，从1992 年起在国内首先建立了国际标准的CAN-BUS 开放实验室。2005 年又第一个在国内建立了完整的FlexRay 开发、分析、仿真与实验测试平台，与国际水平保持同步。有关FlexRay 和CAN-BUS（SAE J1939，CANopen）的最新技术和进展，可访问http://www.bol-system.com汽车线控系统网络实际上就是一种特殊的局域网。这种系统是从飞机控制系统引申而来的。飞机控制系统中提到的Fly-by-Wire 是一种电线代替机械的控制系统，它将飞机驾驶员的操纵控制和操作命令转换成电信号，利用机载计算机控制飞机的飞行。这种控制方式引入到汽车驾驶上，就称为Drive-by-Wire(电控驾驶)，引入到制动上就产生了Brake-by-Wire（电控刹车），引入到转向控制上就有Steering-by-Wire（电控转向），因此统称为X-by-Wire。这些创新功能的基础是一种能够满足严格容错要求的宽带总线结构――FlexRay 总线系统（车载网络计算平台）。FlexRay 的重要目标应用之一是线控操作(如线控转向、线控刹车等)，即利 用有容错功能的电气/电子系统取代机械/液压部分。线控操作包括从转向到刹车和加速等所有汽车控制应用互连技术，它的应用可以补充并将最终代替汽车的机械和液压解决方案。 FlexRay 的执行器是机电一体化的产物，是全球汽车行业新一代汽车电子产品开发的重点。也应当成为我国汽车计算平台国家重大工程的研究和技术跟踪的重点之一。