FlexRay总线开发

FlexRay总线的实现及其在汽车上的应用研究的开题报告一、研究背景随着汽车技术的不断发展，汽车电子控制系统也日益复杂，需求更高的通信系统也得到了广泛的应用。

FlexRay总线作为一种新兴的嵌入式网络通信协议，因其高速、高可靠性、灵活性等特点已被广泛应用于汽车电控系统。

因此，对FlexRay总线的实现及其在汽车上的应用研究具有现实意义。

二、研究目的本项目的研究目的是：1. 研究FlexRay总线的实现原理和工作流程；2. 探究FlexRay总线在汽车电控系统中的应用，包括安全性、可靠性、性能等方面的优势和局限性；3. 分析和比较FlexRay总线与CAN总线在汽车电控系统中的应用情况；4. 基于FlexRay总线技术，设计并实现一个在汽车电控系统中的应用案例。

三、研究方法本项目采用文献资料法和实验法相结合的研究方法。

首先通过对FlexRay总线的相关文献进行梳理和分析，了解其实现原理、工作流程、应用场景等基本情况。

其次，基于对FlexRay总线的理论研究，设计并实现一个简单的应用案例，验证其在汽车电控系统中的应用能力。

最后，将FlexRay总线与CAN总线进行比较分析，探讨其各自的优劣和适用情况。

四、研究内容和工作计划1. 阅读相关文献，了解FlexRay总线的实现原理和工作流程（预计完成时间：一个月）；2. 设计并实现一个基于FlexRay总线的简单应用案例，测试系统的可靠性和性能（预计完成时间：两个月）；3. 进行FlexRay总线与CAN总线的比较分析，探讨各自的优劣和适用情况（预计完成时间：一个月）；4. 撰写开题报告和项目计划书（预计完成时间：一个月）。

五、预期成果本项目将实现一个基于FlexRay总线的简单应用案例，验证其在汽车电控系统中的应用能力，并对FlexRay总线与CAN总线进行比较和分析，探讨各自的优劣和适用情况。

最终成果将通过论文和展示的形式呈现。

FlexRay汽车通信总线介绍及测试环境综述FlexRay通信总线是由多个汽车制造商和领先的供应商共同开发的确定性、容错和高速总线系统。

FlexRay满足了线控应用（即线控驱动、线控转向、线控制动等）的容错性和时间确定性的性能要求，本文介绍FlexRay的基础知识。

为了使汽车继续提高安全性、提升性能、减少环境影响并增强舒适性，必须提高汽车电子控制单元（ECU）之间传送数据的速度、数量和可靠性。

先进的控制和安全系统(结合了多个传感器、执行器和电子控制单元)开始要求同步功能和传输性能超过现有标准的控制器局域网（CAN）所能提供的性能。

随着带宽需求的增长和各种先进功能的实现，汽车工程师急需下一代嵌入式网络。

经过OEM厂商、工具供应商和最终用户的多年合作，FlexRay标准已经成为车载通信总线，以应对下一代车辆中的这些新的挑战。

FlexRay还能够提供很多CAN网络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，双通道冗余进行数据通信。

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。

了解FlexRay的工作原理对工程师在车辆设计和生产过程的各个方面都至关重要。

本文将解释FlexRay的核心概念。

FlexRay基础FlexRay的许多方面旨在降低成本，同时在恶劣的环境中提供最佳性能。

FlexRay使用非屏蔽双绞线电缆将节点连接在一起，FlexRay总线可以由一对或两对电缆组成的单通道和双通道组成。

每对线缆上的差分信号减少了外部噪声对网络的影响，而无需昂贵的屏蔽层。

大多数FlexRay节点通常还具有可用于收发器和微处理器的电源线和地线。

双通道配置可提高容错能力或增加带宽。

大多数第一代FlexRay网络仅利用一个信道来降低布线成本，但是随着应用程序对复杂性和安全性要求的提高，未来的网络将同时使用这两个信道。

FlexRay总线开发系统的主要性能指标如下：
(1) 系统主要硬件组成部分
拥有2 MB RAM 和 2 MB Flash；2x FlexRay 通道；2x高速 CAN；
1x LIN 接口；1x RS232 接口；24x 数字 I/O；8x 模拟输入；2x 模拟输出。

(2) 系统拥有2个或2个以上 FlexRay节点；
(3) 系统节点调试工具，包括硬件在线调试器和Flash设备。

(4) FlexRay设计开发的软件工具，可以对网络控制器及网络通道进行配
置，设置FlexRay的网络参数，定义任务内容和进行任务调度，对网络上的数据进行时时监视和诊断。

(5) 系统整体采用汽车级的外壳和牢固的接插件；工作温度范围：-40---
+70 摄氏度；车载电源供电；配有可选的FLASH盘用于记录数据；以及用于嵌入式记录的远程控制盒。

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汽车总线技术FlexRay总线原理及应用介绍1 FlexRay 总线介绍1.1 FlexRay 产生及发展随着汽车中增强安全和舒适体验的功能越来越多，用于实现这些功能的传感器、传输装置、电子控制单元(ECU)的数量也在持续上升。

如今高端汽车有 100 多个 ECU，如果不采用新架构，该数字可能还会增长， ECU 操作和众多车用总线之间的协调配合日益复杂，严重阻碍线控技术（X-by-Wire，即利用重量轻、效率高、更简单且具有容错功能的电气/电子系统取代笨重的机械/液压部分）的发展。

即使可以解决复杂性问题，传统的车用总线也缺乏线控所必需的确定性和容错功能。

例如，与安全有关的信息传递要求绝对的实时，这类高优先级的信息必须在指定的时间内传输到位，如刹车，从刹车踏板踩下到刹车起作用的信息传递要求立即正确地传输不允许任何不确定因素。

同时，汽车网络中不断增加的通信总线传输数据量，要求通信总线有较高的带宽和数据传输率。

目前广泛应用的车载总线技术CAN、 LIN 等由于缺少同步性，确定性及容错性等并不能满足未来汽车应用的要求。

宝马和戴姆勒克莱斯勒很早就意识到了，传统的解决方案并不能满足汽车行业未来的需要，更不能满足汽车线控系统（X-by-Wire）的要求。

于是在 2000 年 9 月，宝马和戴姆勒克莱斯勒联合飞利浦和摩托罗拉成立了 FlexRay 联盟。

该联盟致力于推广 FlexRay 通信系统在全球的采用，使其成为高级动力总成、底盘、线控系统的标准协议。

其具体任务为制定 FlexRay 需求定义、开发 FlexRay协议、定义数据链路层、提供支持 FlexRay 的控制器、开发 FlexRay 物理层规范并实现基础解决方案。

1.2 FlexRay 特点FlexRay 提供了传统车内通信协议不具备的大量特性，包括：(1)高传输速率：FlexRay 的每个信道具有 10Mbps 带宽。

由于它不仅可以像 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，因此可以达到 20Mbps 的最大传输速率，是当前 CAN 最高运行速率的 20 倍。

FlexRay总线调研报告FlexRay总线调研报告汽车电子已成为汽车行业的一个重要市场。

汽车电子行业最大的热点就是网络化错误!未找到引用源。

如今的汽车，已然是一个移动式的信息装置，经过车内网络系统，能够接收、发送并处理大量的数据，对某些状况做出必要的反应。

未来汽车的发展趋势必然是自动化程度越来越高，使汽车更安全、更可靠、更舒适，这意味着在车内使用更多的传感器、传动装置及电子控制单元，这也将对车载网络提出更高的要求。

针对未来汽车车载网络的发展要求，FlexRay应运而生。

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等。

FlexRay的出现，弥补了既有总线协议应用在汽车线控系统或者同安全相关的系统时容错性和传输速率太低的不足，并将逐步取代CAN总线成为新一代的汽车总线错误!未找到引用源。

1FlexRay总线介绍1.1车载网络概述现代科技推动了汽车网络技术的不断发展，早在20世纪80年代国际上众多知名汽车公司就积极致力于汽车网络技术的研究及应用，迄今为止，已有多种网络标准。

1994年，SAE车辆网络委员会将汽车数据传输网划分为A、B、C等3类。

A类为面向传感器∕执行器控制的低速网络，B类为面向数据共享的中速网络，C类为面向高速、实时闭环控制的多路传输网络错误!未找到引用源。

另外它还保留了D类网的定义，这类网络主要是面向车内的娱乐设备的信息传输。

四种汽车网络标准总结如错误!未找到引用源。

所示。

表 1汽车网络标准A类网络主要面向传感器、执行器控制，是低速网络。

在该类网络中对实时性要求不高，且不需要诊断功能，数据速率一般在1~10Kbps，主要应用于电动门窗、座椅调节、灯光照明等控制。

当前A类网络协议主要有TTP/A(Time-Triggered Protocol)、LIN(Local Interconnect Network)等协议。

FlexRay一、FlexRay介绍 (2)1.1汽车网络通信协议综述 (2)1.2FlexRay特点 (2)1.3FlexRay协会 (3)1.4FlexRay应用 (3)二、FlexRay协议 (4)2.1FlexRay的ECU结构 (4)2.2FlexRay通信模式 (5)2.3FlexRay拓扑结构 (6)2.4FlexRay帧格式 (8)2.4.1帧头部分 (8)2.4.2有效数据部分 (8)2.4.3帧尾部分 (9)2.5帧编码与解码 (9)2.5.1帧编码 (9)2.5.2特征符编码 (10)2.6时钟同步 (11)2.7唤醒与启动 (12)三、FlexRay物理层 (13)3.1FlexRay总线信号 (13)3.2FlexRay套件（以富士通为例） (13)3.2.1FlexRay开发进程 (13)3.2.2FlexRay产品 (14)3.2.3FlexRay产品特性 (15)四、历史与展望 (16)4.1汽车技术与汽车产业 (16)4.2关于汽车计算平台的思考与机会 (17)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。

越来越近的FlexRay今天，随着FlexRay作为一种新的总线系统进入汽车领域，越来越多的工程师为了完成他们的日常工作而面临新的挑战，因此FlexRay工程师需要新的工具帮助他们完成FlexRay开发任务以及解决遇到的FlexRay问题。

本文将揭示FlexRay工程师如何利用Vector公司的CANoe.FlexRay 来满足对于分析、仿真以及测试FlexRay网络和ECU的需求。

在开发FlexRay网络和ECU的过程中，工程师经常要面对一些具有挑战性的任务，例如总线启动阶段仿真、ECU测试和网络仿真。

FlexRay工程师可以利用CANoe.FlexRay有效地完成这些任务。

总线启动阶段仿真FlexRay总线通信的基本要求之一是总线同步。

在应用程序能够通信之前，总线必须被启动。

在启动过程中，总线处于异步模式；当至少两个ECU完成FlexRay时钟的同步并发出了同步帧，使得其它ECU能够加入到时分多路访问（TDMA）调度表中，此时总线进入同步模式。

当对单个FlexRay ECU进行测试时，测试工具必须能够仿真已经启动的FlexRay总线。

CANoe.FlexRay能够产生两个启动/同步帧，从而完成FlexRay总线的启动。

集群的启动阶段可以通过Vector公司的Flex Ray接口卡的异步模式进行观测。

在集群进入同步模式之前，CANoe.FlexRay可以接收唤醒命令、符号、启动信息和一般帧。

在这个阶段，检测总线行为可以不使用FIBEX数据库，只需要设置总线波特率来初始化网络接口即可。

为了启动一个休眠中的集群，可以通过CANoe.FlexRay发送唤醒命令和符号。

同步模式是默认模式，而且同步模式和异步模式可以共存，这样接口卡可以根据时钟同步状态自动切换它的工作模式，从而使得FlexRay工程师在任意时刻进行完整的分析和仿真。

通过激励进行ECU测试测试ECU的最简单方法是利用CANoe中的FlexRay帧面板发送帧。

FlexRay测试开发实践之诊断刷写前言FlexRay总线目前主要应用在高端品牌车型（如宝马、奔驰、奥迪、沃尔沃、捷豹路虎、凯迪拉克等），在以太网技术没有成熟之前，也有部分OEM将其作为主干网应用。

相对于传统的CAN测试，FlexRay测试有哪些特点呢？本期我们将主要介绍FlexRay相关协议，并分享FlexRay诊断刷写测试实践经验。

FlexRay简介FlexRay的出现始于二十世纪九十年代末，BMW和Daimler Chrysler开始着手进行FlexRay的研究，其初始目标是为了实现线控等应用。

2000年成立了FlexRay联盟，2005年发布FlexRay V2.1规范。

2006年，FlexRay首次应用于量产车——用在BMW X5的悬架系统中。

FlexRay总线具有以下技术特点：•时间确定性FlexRay静态段采用基于时间触发的媒体访问策略，保证了消息传输的时间确定性。

•容错性FlexRay支持单通道和双通道的容错通信，使得当一个通道出现故障无法进行通信时，另一个通道上的数据可以保证系统的正常运行。

•灵活性FlexRay通信周期分为静态段和动态段，将基于时间触发和基于事件触发两种媒体访问方式相结合。

•高带宽（相对于CAN/CAN FD）FlexRay支持两个通道同时进行数据传输，每个通道的带宽最高可达10Mbit/s。

另外，大家可以留意下近期新的以太网通信技术10Base-T1，其相关的通信技术与FlexRay有异曲同工之处。

FlexRay通信协议FlexRay拓扑结构FlexRay有两个通道，即通道A和通道B，支持多种网络拓扑结构，可配置成：图1 双通道总线型拓扑结构FlexRay帧格式FlexRay数据帧由帧头、有效负载数据段和帧尾三部分构成。

图2 FlexRay帧格式FlexRay媒体访问控制（MAC）FlexRay媒体访问控制（MAC）是基于循环的通信周期来实现的，在一个通信周期中，FlexRay协议提供两种MAC：•静态段基于时分多址TDMA（time division multiple access）的访问机制•动态段基于最小时隙的访问机制，也称灵活的时分多址FTDMA（flexible time division multiple access）通信周期是FlexRay 媒体访问控制的基本要素，协议是通过时间分层的方法来定义通信周期的。