车载网络FlexRay协议——静态段结构分析
车载网络技术-FlexRay
5.2.2数据帧结构
1 1 11 1 11 7 11 6 8 8 8 8 8 8
RPNSS 帧标识
净荷 头部 长度 CRC
周期 数据 数据 1 计数 0
0-254字节 净荷段
数据 CRC CRC CRC n
3字节 结束段
5字节 起始段
保留位R
为将来协议预留 发送节点设为0，接受节点忽视
5.2.2数据帧结构
净荷 头部 RPNSS 帧标识 长度 CRC
5字节 起始段
周期 数据 数据 1 计数 0
0-254字节 净荷段
数据 CRC CRC CRC n
3字节 结束段
帧标识
定义该帧可以在哪个时隙中发送
一个通信周期中只能出现一次 取值1-2047，0不是有效标识符
净荷段长度
单位为字，不是字节，故为净荷段字节数除2，0-127
成本 Low Cost
5.1.1FlexRay技术背景
保守计算： 500个信号 4字节*8=32位 100次每秒 =1.6Mbps
5.1.1FlexRay技术背景
5.1.1FlexRay技术背景
X-by-wire线控系统需要什么样的总线通信?
高速-高带宽 硬实时-确定性通信 安全-容错性 成本可接受
5.2.1FlexRay媒体访问机制
时间等级
段 Segment 槽 Slot，承载数据帧。 宏节拍 Macrotick（MT） 微节拍 Microtick，纳秒级
5.2.1FlexRay媒体访问机制
媒体访问方式
静态部分:时分 多址（Time Division Multiple Access） 动态部分:柔性 时分多址 （Flexible TDMA）
车载总线FlexRay时滞特性分析
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ
ＦｌｅｘＲａｙ
Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｔｉｍｅ
Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｅｇｍｅｎｔ
ＦＴＤＭＡ
况没有进行分析。文献【４】对ＦｌｅｘＲａｙ数据帧的静态
１
引言
随着汽车内部电控单元和传感器数同的增多，
段和动态段的时域传输特性进行了详细的分析，推 导出了最大延迟时间模型，为ＦｉｅｘＲａｙ时域特性分 析提供了理论依据。但由于此模型考虑的因素较 多，导致计算鼙过于复杂，不便于进行复杂网络的 延迟估计。本文在文献【４】模型的基础上，在忽略掉 次要冈素的前提下对模型进行了必要的修改，建立 了新的网络延迟模型，同时分析网络延迟和网络节 点平均负载之间的关系，为设计网络调度表提供了 有力的理论依据。 文章第二节简要介绍了ＦｌｅｘＲａｙ的基本概念及 通信方式，第三节给出了原有模型以及在此模型基 础之上的修改，实验结果在第四节中给出，最后给 出了结论。
Ｃｈｅｎ Ｌｏｎｇ Ｌｉｕ Ｚｈｉｙｕａｎ
（Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ矿Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５０００１）
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｉｔ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ
ｔｏ
ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｔｉｍｅ－ｄｅｌａｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ
ｔｏ
ＦｌｅｘＲａｙ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｎ ｏｒｄｅｒ
号。定义二进制变量‰，当第ｆ个通信周期内第ｋ
个ＩＤ为／的消息可以发送出去时，‰为ｌ，反之为
０。此时第ｆ个通信周期的传输负载可以表示为
，， 、
厶＝∑‰宰正，＋∑Ｉ １－Ｅａ，ｊ。ｌ宰Ｔｍ￥（１０）
ｊ＝ｌ…胂 ｊ＝１…ｍ＼ ／
同时系统满足： １）每个消息在一个总线周期只发送一次：
其中厂为ＦｌｅｘＲａｙ总线速率，‰为ＦｌｅｘＲａｙ通 信周期，瓦撇为ＦｌｅｘＲａｙ静态段时间，‰为 ＦｌｅｘＲａｙ帧动态段时间，巧为特征窗时间，‰为
flexray总线原理
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
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。
模块5-flexray与车载以太网技术分析
图5-6 正常波形
FlexRay总线系统的电压范围如下：
图5-7非正常波形
（1）系统接通。系统接通时，如果无总线通信，则其电压为2.5V。
（2）高电平信号。高电平信号的电压为3.1V（电压信号上升600mV）。
（3）低电平信号。低电平信号的电压为1.9V（电压信号下降600mV）。
11
FlexRay与车载以太网技术分析
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FlexRay与车载以太网技术分析
汽车车载网络技术
3.FlexRay的优点 FlexRay采用基于时间触发的运行机制，且具有高带宽、容错性能好等特点，在实时性、可靠性以及灵活性等 方面越来越凸显其优势。 作为车载网络系统的标准，FlexRay具有以下优点： （1）数据传输速率较高（可达10Mbit/s，而CAN仅为0.5Mbit/s）。 （2）可以保证确定性（对实时性要求高）数据的可靠传输。 （3）分布式时钟同步。FlexRay总线采用基于同步时基的访问方法，同步时基是通过协议自动建立的，精度可 达1μs。 （4）数据通信的可靠性。FlexRay总线通过专用的确定性故障容错协议支持多个级别的容错，其中包括单信道 和双信道两种模式，提供数据传输所需要的冗余和可扩展的系统容错机制，从而确保了数据传输的可靠性。 （5）支持系统集成，灵活性好。FlexRay总线支持线形、星形、混合总线拓扑结构，支持报文的冗余和非冗余 传输，且可提供大量配置参数供用户灵活进行系统调整和扩展。 FlexRay虽然是时间触发的总线系统，事实上，它仍可通过事件触发方式来进行部分数据的传输，尤其对于实 时性要求不高的非重要信息，就可以在事件控制区域内传输。因此，FlexRay总线具有“以时间触发为主，以事件 触发为辅，兼具两者优点”的灵活的系统特性。
图5-5 冗余数据传输 10
FlexRay介绍
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。
车载网络技术_FlexRay
5.2.2数据帧结构
1 1 1 1 1 11
7
11
6
8
8
R P NS S
帧标识
净荷 长度
头部 CRC
周期 数据 数据 计数 0 1
8
8
8
8
数据 n CRC CRC CRC
5字节 起始段
0-254字节 净荷段
3字节 结束段
净荷段-静态帧
净荷长度:0-254字节，或0-127字
静态帧可选变量：网络管理向量（NM）
5.1.3FlexRay的应用
应用领域
分布式控制系统：以微处理器为基础的，实行集中管 理、分散控制的计算机控制系统
集成化控制:动力系统、底盘系统
高安全性要求的系统
线控系统 ABS/TCS等安全控制系统 安全气囊等
高传输速率要求的系统
车辆主干网 军工：高速实时控制 工业控制领域
总F线l型exRay星是形 适应未总来线,星车型,混 双辆绞线系、电统缆、需电求缆、的光纤高性合电缆能、总光纤等 光线纤
2-20
22
64
净荷/帧
1-8字节
1-12字节
1-16字节
扩展性
好
好
差
成本
低
中
高
FlexRay
10M 时间+事件 双通道 很高 总线,星型,混合
双绞线、光纤
64 1-254字节 好
通信调度
5.2.1FlexRay媒体访问机制
5.2.1FlexRay媒体访问机制
特征符窗口&网络空闲时间
特征符窗口用于网络监护及总线唤醒 网络空闲时间
节点计算、执行时钟同步
举例
汽车以太网与FlexRay总线 教学PPT课件
第一节 第二节 第三节 第四节
以太网 FlexRay总线 FlexRay总线在BMW车系中的应用 FlexRay总线在2010年款奥迪A8中的应用
第一节 以太网
● 1．以太网
● 以太网（Ethernet）最早由Xerox（施乐）公司创建，1980年由DEC （美国数字设备公司）、Intel（英特尔公司）和Xerox三家公司联合开 发成为一个网络标准。以太网是一项使用电缆连接的网络技术，可供任 何制造商使用。
各总线系统的数据传输速率 1—实时、确定性（严格规定）和 冗余（重复出现） 2—有条件实 时（对于控制系统来说已足够）
3—非实时
3．FlexRay的优点
● 作为汽车网络系统的标准，FlexRay具有以下优点： ● 1）数据传输速率较高（可达l0Mb/s，而CAN仅为
0.5Mb/s）。 ● 2）确定性（实时）数据传输。 ● 3）数据通信可靠。 ● 4）支持系统集成。
速 —角度；t°—温度 v—车速 xyz...，abc... —事件触发的信息 t—时间
5．唤醒和休眠特性
第一阶段，驾驶员用车钥匙或遥控器将车辆 开锁。CAS控制单元启用唤醒脉冲并通过唤醒导 线将车辆开锁信号（高电平）传输给所连接的 FlexRay控制单元。
第二阶段，驾驶员打开车门，进入车内。在 将车钥匙插入点火开关之前，由于总线端R仍处 于断开状态，总线系统内的信号电平再次下降 （低电平）。
● 1．故障类型 ● FlexRay总线系统故障主要是FlexRay总线导线出现短路或断路；
FlexRay控制单元本身出现故障导致无法进行通信两种类型。 ● 2．正确铺设FlexRay总线 ● FlexRay总线结构采用带电缆套的双芯双绞线电缆，电缆套用于防止