第5章 以太网与FlexRay

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。

FlexRay总线⽹络汽车FlexRay总线⽹络1.FlexRay总线定义FlexRay是⼀种⽤于汽车的⾼速可确定性的、具备故障容错的总线系统。

汽车中的控制器件、传感器和执⾏器之间的数据交换主要是通过CAN⽹络进⾏的。

然⽽新的X-by-wire系统设计思想的出现，导致车辆系统对信息传送速度尤其是故障容错与时间确定性的需求不断增加。

FlexRay通过在确定的时间槽中传送信息，以及在两个通道上的故障容错和冗余信息的传送，可以满⾜这些新增加的要求。

2.FlexRay总线⽹络特点FlexRay总线⽹络具有以下特点：1）数据传输速率⾼ FlexRay⽹络最⼤传输速率可达到10Mbit/s,双通道总数据传输可达到20Mbit/s，因此，应⽤在车载⽹络上，FlexRay的⽹络带宽可以是CAN⽹络的20倍。

2）可靠性好 FlexRay能够提供很多CAN⽹络所不具备的可靠性特点，尤其是FlexRay具备的冗余通信能⼒。

具有冗余数据传输能⼒的总线系统使⽤两个相互独⽴的信道，每个信道都由⼀组双线导线组成。

⼀个信道失灵时，该信道应传输的信息可在另⼀条没有发⽣故障的信道上传输，即每条信息读能在规定时间内进⾏传输。

3）确定性 FlexRay是⼀种时间触发式总线系统，他也可以通过时间触发⽅式进⾏部分数据传输。

在时间控制区域内，时隙分配给确定的信息。

⼀个时隙是指⼀个规定的时间段，该时间段对特定信息开放。

对时间要求不⾼的其他信息则在时间控制区域内传输。

确定性数据传输⽤于确保时间触发区域内的每条信息都能实现实时传输，即每条新新都能在规定的时间内进⾏传输。

4）灵活性灵活性是FlexRay总线的突出特点反映在以下⽅⾯：⽀持多种⽅式的⽹络拓扑结构，点对点连接、串级连接、主动星形连接、混合型连接等；信息长度可配置，可根据实际控制应⽤需求，为其设定相应的数据载荷长度；双通道拓扑可⽤以增加带宽，也可⽤于传输冗余的信息；周期内静态、动态信息传输的部分的时间都可随具体应⽤⽽改变。

竭诚为您提供优质文档/双击可除flexray,协议中文版篇一：通信协议标准FlexRay总线的功能安全性详解通信协议标准FlexRay总线的功能安全性详解在汽车中采用电子系统已经有几十年的历史，它们使汽车安全、节能与环保方面的性能有大幅度的提高。

随着研究的深入，许多系统需要共享和交换信息，为了节省线缆，就形成了依赖于通信的分布式嵌入系统。

目前，世界上90%的都采用基于can总线的系统。

FlexRay是下一代通信协议事实上的标准，它的功能安全性如何是至关重要的。

1iec61508功能安全的要求目前车控系统正在向线控技术（xbywire）过渡，例如线控转向与线控刹车。

线控系统最终目标是取消机械后备，因为取消这些后备可以降低成本，增强设计的灵活性，扩大适用范围，为以后新添功能创造条件。

但是取消机械后备就对电子系统的可信赖性（dependability）要求大为提高。

车是一个运动的物体，处于运动的环境之中，它因故障可能伤及自身及别人。

取消机械后备，就将电子系统由今天的故障静默（failsilent）要求提升到故障仍工作（failoperational）的要求。

国际上对工业应用的功能安全要求已制定了标准iec61508，它主要关心被控设备及其控制系统的安全。

虽然它也适用于汽车，但汽车不仅有上述功能安全问题，而且要关心由于功能变化造成的整车系统安全，所以汽车业内正在制定相应的标准iso26262。

汽车的功能安全等级分为4级，要求最高的是asild，相应的失效概率＜10-8/h，它相当于iec61508的sil3。

根据实践经验，分配给通信的失效概率＜10-10/h。

有关这方面的介绍可参见参考文献。

现在安全攸关的应用系统的范围有所扩大，以前不算在内的一些系统现在都要算了。

例如安全预先动作系统（presafe）中座椅调整子系统、刹车辅助系统中的灯光控制子系统、碰撞后telematic自动呼叫求援的子系统，都将视为安全攸关系统。

flexray总线原理FlexRay总线是一种新型的高速、实时、可靠的数据通信总线，它的出现填补了CAN总线在某些方面的不足，其主要应用于汽车电子控制系统中。

本文将从FlexRay总线的概念、特征、协议结构、数据传输方法和误码率等方面详细介绍FlexRay总线的原理。

一、FlexRay总线的概念FlexRay总线是一种高速、实时、可靠的数据通信总线。

它可以支持大规模的分布式控制系统，并提供可靠的数据传输服务。

FlexRay总线还支持多协议和多车型的适配能力，能够适应各种不同要求的汽车电子控制应用场景。

二、FlexRay总线的特征1. 高速：FlexRay总线的数据传输速率最高可达10Mbps，比CAN总线的速率高出数倍，可以满足更高的数据传输需求。

2. 实时性强：FlexRay总线具有高精度的时钟同步机制和严格的时间戳标记机制，实时性较为优异，能够满足实时性要求高的控制系统的需求。

3. 可靠：FlexRay总线采用了冗余机制，并支持双节点和多节点之间的数据冗余传输，大大提高了数据传输的可靠性和容错性。

4. 灵活性高：FlexRay总线可以通过配置不同的协议参数，实现灵活的配置，以适应不同车型、控制系统和应用场景。

三、FlexRay总线的协议结构FlexRay总线的协议结构分为物理层、帧封装层和协议控制层三个部分。

1. 物理层：物理层规定了FlexRay总线的电气特性和传输方式。

物理层一般由传输介质、传输速率、线缆拓扑和线缆分布等因素组成。

2. 帧封装层：帧封装层规定了FlexRay总线数据传输的格式和方式。

帧封装的数据格式标准化，其协议规定了帧的长度和格式。

3. 协议控制层：协议控制层规定了FlexRay总线中节点的控制逻辑和数据传输机制。

该层关注的重点是如何正确地控制节点之间的通信和数据传输，包括时钟同步、消息传输、错误检测和容错等。

四、FlexRay总线的数据传输方法FlexRay总线采用了效率高、灵活性强的时间分割多路复用（TDM）和事件触发方式的数据传输方法。

汽车控制系统效能升级！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。

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。

FlexRay求助编辑百科名片FlexRay车载网络标准已经成为同类产品的基准，将在未来很多年内，引导整个汽车电子产品控制结构的发展方向。

FlexRay是继CAN 和LIN之后的最新研发成果，可以有效管理多重安全和舒适功能：譬如，FlexRay适用于线控操作(X-by-Wire)。

FlexRay是戴姆勒克莱斯勒公司的注册商标。

FlexRay联盟（FlexRay Consortium）推进了FlexRay的标准化，使之成为了新一代汽车内部网络通讯协议。

FlexRay关注的是当今汽车行业的一些核心需求，包括更快的数据速率，更灵活的数据通信，更全面的拓扑选择和容错运算。

因此，FlexRay可以为下一代的车内控制系统提供所需的速度和可靠性。

CAN网络最高性能极限为1Mbps。

而FlexRay两个信道上的数据速率最大可达到10Mbps,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CAN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臵，并进行进度监测。

FlexRay同时提供灵活的配臵，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臵分布式系统。

另外，FlexRay可以进行同步（实时）和异步的数据传输，来满足车辆中各种系统的需求。

譬如说，分布式控制系统通常要求同步数据传输。

为了满足不同的通信需求，FlexRay在每个通信周期内都提供静态和动态通信段。

静态通信段可以提供有界延迟，而动态通信段则有助于满足在系统运行时间内出现的不同带宽需求。

FlexRay 帧的固定长度静态段用固定时间触发（fixed-time-trigger）的方法来传输信息，而动态段则使用灵活时间触发的方法来传输信息。

FlexRay不仅可以像CAN和LIN网络这样的单信道系统一般运行，而且还可以作为一个双信道系统运行。

FlexRay总线知识要点基本概念：1、FlexRay时隙FlexRay对通信过程划分的时间段，在这些时间段上，控制器按一定要求或条件访问通信媒体。

2、TDMA时分多址Time Division Multiple Access 时分多址。

把时间分割成周期性的帧(Frame)，每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号，在满足定时和同步的条件下，基站可以分别在各时隙中接收到各终端的信号而不混扰。

同时，基站发向各终端的信号都按顺序安排在予定的时隙中传输，各终端只要在指定的时隙内接F收。

3、FlexRay的FTDMAFTDMA是FlexRay的动态部分采用的媒介访问方式，动态部分将通信时间划分为多个等时长的微时隙，不同帧ID的动态帧在相应ID的动态时隙内发送。

一个动态时隙可以占用一个或多个微时隙，动态帧的发送时间并不确定，根据动态部分的负载情况可能延后发送，甚至延后到下一周期。

基于FTDMA的动态帧的使用有效地提高了总线的实际带宽，适用于发送对实时性要求不高的事件型报文，例如诊断报文、标定报文。

4、通信周期FlexRay一个信息传送的周期称为通信周期。

一个通信周期有静态和动态两个部分构成。

5、通信周期静态部分在这一部分中，信息按照固定的、事先定义的TDMA方式传送6、通信周期动态部分在这一部分，信息按最小时隙算法发送，按信息标识符的优先级确定发送的顺序。

7、总线监控器BG用于避免通道定时和同步错误的一个独立部分，它与一个通信控制器和一个微控制器相连，必须独立于其他的通信控制器。

8、相位偏差时间偏差可以分为相位（offset）和频率(rate)偏差。

相位偏差是两个时钟在某一特定时间的绝对差别。

9、频率偏差频率偏差是相位偏差随着时间推移的变化，它反映了相位偏差在特定时间的变化。

知识点：1、FlexRay数据帧结构数据帧组成：☐起始段（Header segment）☐净荷段(Payload segment)➢静态帧➢动态帧☐结束段（Trailer Segment）2、FlexRay技术特点◆高通信速率☐单通道最高10Mbps☐双通道非冗余可达20Mbps◆确定性基于TDMA媒体访问方式的时间触发通信机制。

flexray报文格式第4章帧格式4.1 概述FLEXRAY帧格式如图4-1所示。

帧格式包含3个部分，他们分别是头段、有效载荷段和尾段。

节点应当传输帧在网络中，首先是头段，接着是有效载荷段，最后是尾段。

4.2 FLEXRAY 头段（5字节）头段包含了5个字节，分别是缺省位，有效载荷预指示符、空帧标示符、同步帧标示符、启动帧标示符、帧ID、有效载荷长度、头CRC以及周期计数。

4.2.1 缺省位（1bit）缺省位是缺省的为了以后协议使用。

应用层不使用该位。

发送节点应设置缺省位为0；接收节点忽略缺省位。

4.2.2有效载荷预指示符（1bit）有效载荷预指示符是否可选的变量包含在有效数据段。

● 静态段，有效载荷预指示符指示包含网络管理变量在有效数据的开头；● 动态段，有效载荷预指示符指示包含消息ID在有效数据的开头。

如果有效载荷预指示符设置为0，不含对应网络管理变量以及消息ID，如果设置为1，则包含相应的网络管理变量以及消息ID。

4.2.3 空帧指示符（1bit）空帧指示符指示帧是否是一个空帧，空帧标示不包含有效数据在有效载荷段。

是否发送一个空帧的详细介绍在第5章。

节点接收空帧仍然可能使用一些帧中的有用信息。

● 如果设置为0，标示不包含有效数据，有效载荷区的数据全部设置为0，并且有效载荷预指示符要设置为0.● 如果设置为1，则标示包含有效数据。

4.2.4 同步帧标示（1bit）同步帧标示指示当前帧是否是同步帧。

例如，帧被用于系统间通信同步。

（同步帧仅仅用于静态段。

）● 如果同步帧标示设置为0，则接收节点不能用该帧作为同步，以及同步相关事务。

● 如果同步帧标示设置为1，则所有的接收节点应当利用该帧做同步，如果该帧复合其他的验收标准（见下面描述）。

时钟同步机制（详见第8章）利用同步帧标示符。

有几个条件导致同步帧指示器被设置为1，随后被利用作为时钟同步机制。

详情如何设置见第5章以及8.8节。

4.2.5 启动帧标示符（1bit）启动帧标示符指示当前帧是否是一个启动帧。