面向未來汽車應(yīng)用的通信控制器
1 汽車創(chuàng)新需求與FlexRay協(xié)議
市場研究公司strategy Analytics汽車業(yè)務(wù)部門的一項(xiàng)調(diào)查表明，為了提供安全、可靠和舒適的車內(nèi)系統(tǒng)，汽車制造商會(huì)使用更多的嵌入式控制器；同時(shí)，時(shí)間觸發(fā)的通信系統(tǒng)也變得非常重要。然而，目前采用本地互連網(wǎng)(LIN)和控制器局域網(wǎng)(CAN)將車內(nèi)各個(gè)控制單元互連起來，汽車制造商需要更高的通信帶寬及確定性，并且要具有強(qiáng)大的容錯(cuò)數(shù)據(jù)傳輸功能，以滿足市場需求。F1exRay通信技術(shù)正是在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生的，它不僅可滿足汽車應(yīng)用的上述要求，而且可以實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)式分布式系統(tǒng)。業(yè)內(nèi)專家預(yù)計(jì)，在不久的將來，主要汽車制造商都將采用FleRay協(xié)議。
作為制定FlexRay協(xié)議的聯(lián)盟創(chuàng)始者之一的飛思卡爾半導(dǎo)體，自2000年以來，一直致力于加快F1exRay的應(yīng)用。F1exRay是一個(gè)通信協(xié)議，用于管理21世紀(jì)汽車中越來越多的數(shù)字元件。過去兩年中，博世、通用汽車、福特、大眾、奧迪及西門子VDO等汽車制造商也加入了該聯(lián)盟，共同推廣FlexRay協(xié)議，使之成為汽車工業(yè)高級(jí)應(yīng)用的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)。目前，已有80多家汽車、半導(dǎo)體和軟件行業(yè)的公司支持F1exRay標(biāo)準(zhǔn)。飛思卡爾在8月己推出一款面向汽車的FlexRay設(shè)備MFR4200，并已經(jīng)批量生產(chǎn)。第一款配備基于FlexRay協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)功能汽車有望于2006年進(jìn)入市場。
FlexRay協(xié)議的主要特性包括時(shí)間和事件觸發(fā)的通信方法。它支持容錯(cuò)系統(tǒng)，具有高度差錯(cuò)發(fā)現(xiàn)和診斷能力，支持成本經(jīng)濟(jì)的不同網(wǎng)絡(luò)布局和安全增強(qiáng)型系統(tǒng)劃分。其專門用于汽車的電氣物理層具有先進(jìn)的關(guān)斷和喚醒機(jī)制，有助于提供靈活的可擴(kuò)展性和充足的可升級(jí)性。
在諸如線控制動(dòng)和線控駕駛等應(yīng)用的高級(jí)線控(x-by-wire)系統(tǒng)方面，F(xiàn)lexRay協(xié)議將大有用武之地。高級(jí)線控可消除對(duì)液壓和機(jī)械系統(tǒng)的需要，利用先進(jìn)的電子系統(tǒng)使這些系統(tǒng)與駕駛者進(jìn)行溝通，可以實(shí)現(xiàn)低成本的設(shè)計(jì)，并易于維護(hù)。在汽車領(lǐng)域，F(xiàn)lexRay協(xié)議可能的應(yīng)用包括：主動(dòng)和被動(dòng)安全系統(tǒng)、防碰撞系統(tǒng)、動(dòng)力傳動(dòng)系控制系統(tǒng)和輔助駕駛系統(tǒng)。FlexRay具有10Mbps的總數(shù)據(jù)傳輸速率，可提供比目前用于高級(jí)汽車控制應(yīng)用的CAN協(xié)議高約20倍的網(wǎng)絡(luò)帶寬。此外，F(xiàn)lexRay還增加了高速協(xié)議，可滿足最嚴(yán)格的系統(tǒng)要求，使主要的車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)(CAN、LlN及MOST)更加完善。
總之，F(xiàn)lexRay將實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)和車身系統(tǒng)等下一代高帶寬控制應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)用于實(shí)時(shí)底盤管理、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的線控解決方案。
2 MFR4200具備的優(yōu)勢(shì)
FlexRay通信控制器是一種以FlexRay協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)、具有全面協(xié)同工作能力的通信器件，可為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)提供速度、靈活性和可升級(jí)性能，有助于汽車制造商降低開發(fā)和生產(chǎn)成本，集中和簡化先進(jìn)的高速電子控制系統(tǒng)的開發(fā)，提高車輛的整體穩(wěn)定性和安全性。
飛思卡爾半導(dǎo)體推出的MFR4200是FlexRay通信控制器，主要面向汽車應(yīng)用的底盤控制、車身電子和動(dòng)力傳輸應(yīng)用。它可以實(shí)現(xiàn)高級(jí)線控汽車應(yīng)用，為汽車工業(yè)的下一代控制應(yīng)用拓展了空間。線控汽車子系統(tǒng)包括制動(dòng)、方向盤控制、懸架／反應(yīng)控制和節(jié)流閥控制，它將逐步取代大部分液壓管路、有線網(wǎng)絡(luò)、傳感器和發(fā)動(dòng)機(jī)等機(jī)械線纜。MFR4200具有很高的通信帶寬及準(zhǔn)確性，能提供比現(xiàn)有的CAN解決方案高出10倍的吞吐量，以及強(qiáng)大的容錯(cuò)數(shù)據(jù)傳輸功能，提供高級(jí)線控技術(shù)所需的容錯(cuò)性和準(zhǔn)確的時(shí)間性能。
MFR4200可提供FlexRay聯(lián)盟定義的先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)特性的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該器件容易與各種微控制器，如飛思卡爾的S12X、PowerPCMPC5xx和MPC55xx，以及數(shù)字信號(hào)控制器(DSC)產(chǎn)品線進(jìn)行無縫集成，從而實(shí)現(xiàn)低成本的FlexRay控制單元網(wǎng)絡(luò)。只要簡單地添加FlexRay控制器，就可將現(xiàn)有的和新的控制單元集成進(jìn)FlexRay網(wǎng)絡(luò)。
MFR4200是實(shí)現(xiàn)具有高帶寬、準(zhǔn)確性、高度可靠和共享全球時(shí)基的強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)解決方案。歸納起來，它具有以下豐富特性：
◆共有兩條通道，每條通道是獨(dú)立的，可提供雙倍帶寬，每條通道的比特率高達(dá)10 Mbps
◆59個(gè)消息緩沖區(qū)，每個(gè)均擁有32 B數(shù)據(jù)的有效載荷。
◆FlexRay結(jié)構(gòu)具有高達(dá)254 B數(shù)據(jù)的有效載荷。用于填補(bǔ)的FlexRay有效載荷數(shù)據(jù)超過32 B。
◆一個(gè)可配置的接收先進(jìn)先出(FIFO)。
◆每個(gè)消息緩存區(qū)可配置為一個(gè)接收緩沖區(qū)、傳輸緩沖區(qū)(單或雙)，或者作為接收FIFO的一部分。
◆可供每個(gè)通道使用的兩個(gè)接收屏蔽消息緩沖區(qū)。
◆消息緩沖區(qū)可以利用狀態(tài)或事件語義進(jìn)行配置。
◆靈活的差錯(cuò)信令機(jī)制可提供8個(gè)可配置計(jì)數(shù)器、插槽狀態(tài)指示器和中斷。
◆用于時(shí)鐘同步化的內(nèi)部測量時(shí)間差值，可通過控制器主機(jī)接口(CHI)簡便地讀出。
◆多達(dá)4個(gè)插槽狀態(tài)，可獨(dú)立觀察通信控制器的接收緩沖區(qū)。
◆利用3個(gè)主動(dòng)消息緩沖區(qū)(主動(dòng)傳輸緩沖區(qū)、主動(dòng)接收緩沖區(qū)和主動(dòng)接收FIFO緩沖區(qū))，可以CHI方法使主機(jī)訪問所有的消息緩沖區(qū)。
◆基于結(jié)構(gòu)ID、周期計(jì)數(shù)器和通道的可配置消息過濾，用于傳輸和接收緩沖區(qū)。
◆基于結(jié)構(gòu)ID、通道和消息ID的可配置消息過濾，用于接收FIFO。
◆通信周期持續(xù)時(shí)間可以用微時(shí)標(biāo)進(jìn)行配置。
圖1是MF、R4200器件的方框圖。
MFR4200器件以一種唯一的用戶模式——正常模式工作，沒有低功耗模式。在正常模式下，可以選擇不同的主機(jī)接口，每個(gè)主機(jī)接口都擁有自己的相關(guān)外部引腳和接口配置。該器件采用64引腳的小型四方扁平封裝(LQFP)。
3 迎接FlexRay應(yīng)用時(shí)代
汽車電子行業(yè)最大的熱點(diǎn)就是網(wǎng)絡(luò)化。CAN網(wǎng)絡(luò)的上游是傳輸速率更高的FlexRay協(xié)議，下游是LIN協(xié)議。FlexRay不僅速率高，而且更加安全可靠，其接口和收發(fā)器方面要求也較高，對(duì)精度和復(fù)雜性的要求更高。
目前，飛思卡爾半導(dǎo)體正在與其他廠商合作，努力為FlexRay開發(fā)商提供包括芯片產(chǎn)品和符合FlexRay協(xié)議規(guī)范2.1版的網(wǎng)絡(luò)仿真工具在內(nèi)的第一套完整的解決方案。與CAN類似，符合2.1版標(biāo)準(zhǔn)的硬件也將嵌入到現(xiàn)有的汽車微控制器系列產(chǎn)品中，從而進(jìn)一步降低成本。相應(yīng)的產(chǎn)品已在開發(fā)之中，不久就會(huì)面市。
我們相信，邁向汽車高帶寬先進(jìn)控制應(yīng)用開發(fā)的F1exRay時(shí)代已經(jīng)為期不遠(yuǎn)了。
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