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)，汽車制造商會使用更多的嵌入式控制器；同時，時間觸發(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，并且要具有強大的容錯數(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)運而生的，它不僅可滿足汽車應(yīng)用的上述要求，而且可以實現(xiàn)容錯式分布式系統(tǒng)。業(yè)內(nèi)專家預(yù)計，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是一個通信協(xié)議，用于管理21世紀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)高級應(yīng)用的實際標準。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標準。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年進入市場。
FlexRay協(xié)議的主要特性包括時間和事件觸發(fā)的通信方法。它支持容錯系統(tǒng)，具有高度差錯發(fā)現(xiàn)和診斷能力，支持成本經(jīng)濟的不同網(wǎng)絡(luò)布局和安全增強型系統(tǒng)劃分。其專門用于汽車的電氣物理層具有先進的關(guān)斷和喚醒機制，有助于提供靈活的可擴展性和充足的可升級性。
在諸如線控制動和線控駕駛等應(yīng)用的高級線控(x-by-wire)系統(tǒng)方面，F(xiàn)lexRay協(xié)議將大有用武之地。高級線控可消除對液壓和機械系統(tǒng)的需要，利用先進的電子系統(tǒng)使這些系統(tǒng)與駕駛者進行溝通，可以實現(xiàn)低成本的設(shè)計，并易于維護。在汽車領(lǐng)域，F(xiàn)lexRay協(xié)議可能的應(yīng)用包括：主動和被動安全系統(tǒng)、防碰撞系統(tǒng)、動力傳動系控制系統(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，可滿足最嚴格的系統(tǒng)要求，使主要的車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)標準(CAN、LlN及MOST)更加完善。
總之，F(xiàn)lexRay將實現(xiàn)動力傳動系統(tǒng)和車身系統(tǒng)等下一代高帶寬控制應(yīng)用，最終實現(xiàn)用于實時底盤管理、制動和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的線控解決方案。
2 MFR4200具備的優(yōu)勢
FlexRay通信控制器是一種以FlexRay協(xié)議為標準、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、車身電子和動力傳輸應(yīng)用。它可以實現(xiàn)高級線控汽車應(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、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)動機等機械線纜。MFR4200具有很高的通信帶寬及準確性，能提供比現(xiàn)有的CAN解決方案高出10倍的吞吐量，以及強大的容錯數(shù)據(jù)傳輸功能，提供高級線控技術(shù)所需的容錯性和準確的時間性能。
MFR4200可提供FlexRay聯(lián)盟定義的先進網(wǎng)絡(luò)特性的系統(tǒng)設(shè)計。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)字信號控制器(DSC)產(chǎn)品線進行無縫集成，從而實現(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FlexRay網(wǎng)絡(luò)。
MFR4200是實現(xiàn)具有高帶寬、準確性、高度可靠和共享全球時基的強大的網(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，每條通道是獨立的，可提供雙倍帶寬，每條通道的比特率高達10 Mbps
◆59個消息緩沖區(qū)，每個均擁有32 B數(shù)據(jù)的有效載荷。
◆FlexRay結(jié)構(gòu)具有高達254 B數(shù)據(jù)的有效載荷。用于填補的FlexRay有效載荷數(shù)據(jù)超過32 B。
◆一個可配置的接收先進先出(FIFO)。
◆每個消息緩存區(qū)可配置為一個接收緩沖區(qū)、傳輸緩沖區(qū)(單或雙)，或者作為接收FIFO的一部分。
◆可供每個通道使用的兩個接收屏蔽消息緩沖區(qū)。
◆消息緩沖區(qū)可以利用狀態(tài)或事件語義進行配置。
◆靈活的差錯信令機制可提供8個可配置計數(shù)器、插槽狀態(tài)指示器和中斷。
◆用于時鐘同步化的內(nèi)部測量時間差值，可通過控制器主機接口(CHI)簡便地讀出。
◆多達4個插槽狀態(tài)，可獨立觀察通信控制器的接收緩沖區(qū)。
◆利用3個主動消息緩沖區(qū)(主動傳輸緩沖區(qū)、主動接收緩沖區(qū)和主動接收FIFO緩沖區(qū))，可以CHI方法使主機訪問所有的消息緩沖區(qū)。
◆基于結(jié)構(gòu)ID、周期計數(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)時間可以用微時標進行配置。
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接口，每個主機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)用時代
汽車電子行業(yè)最大的熱點就是網(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版標準的硬件也將嵌入到現(xiàn)有的汽車微控制器系列產(chǎn)品中，從而進一步降低成本。相應(yīng)的產(chǎn)品已在開發(fā)之中，不久就會面市。
我們相信，邁向汽車高帶寬先進控制應(yīng)用開發(fā)的F1exRay時代已經(jīng)為期不遠了。
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