论文部分内容阅读
FlexRay总线在设计之初就是为了使汽车电子单元实现线控[36],然而随着汽车电子技术的发展,汽车上关键电子控制系统对数据传输总线的要求越来越高,以及当前成熟的总线(CAN、LIN)缺少确定性、同步性、容错机制,这些都推动了Flex Ray总线的产生、发展和应用。随着汽车生产厂家对汽车生产效率的要求越来越高,社会法律法规对汽车的安全规范也越来越高,以及汽车上开发的各种舒适便利的电子功能单元的增多,这些种种因素,都使汽车车载网络系统对传输总线提出了更高的要求。简单来说,就是未来生产的汽车中的电子系统传输总线将会向更快速、更稳定、更安全的方向发展。Flex Ray总线相对于CAN总线来说,其单线传输速度能够达到10Mbps带宽,其通信协议中的内置容错功能和确定性都是针对于满足未来汽车安全可靠性的要求而设计的。因此,FlexRay车载网络的研究对将来汽车的发展至关重要。本文主要进行了基于FlexRay车载网络控制器的研究与设计,深入研究了FlexRay总线的通信网络协议,对Flex Ray协议电气物理层规范和Flex Ray协议规范也进行了深入的研究,在此基础之上设计并搭建了FlexRay总线通信的硬件平台,并且设计开发了FlexRay通信的软件代码,实现了对Flex Ray车载网络控制器的节点数据通信,通过对测试数据传输速率的测量,通过实际波形验证了FlexRay的传输速度。本文首先介绍了FlexRay的发展以及当今世界前沿的汽车总线技术,对比了各个总线包括FlexRay总线的优缺点,从总线发展历程和汽车发展需求论证了FlexRay总线协议和FlexRay通信对汽车车载网络发展的重要意义。从Flex Ray的拓扑结构、数据帧的编码和解码、特征符的编码和解码、FlexRay的媒体访问方式、时钟同步这四个方面升入研究了FlexRay的网络协议,并且从价格和实际设计电路情况考虑,选择了基于飞思卡尔的16位单片机MC9S12XF512芯片作为主控制器芯片,对车载网络控制器FlexRay通信模块进行了硬件平台和软件模块代码的设计,硬件平台选择了飞思卡尔公司日前推出的内建单/双通道FlexRay V2.1的新系列16位的车用微控制器作为主控制器,以TJA1080ATS/2为Flex Ray总线收发器,来进行车载网络控制器的原型设计,实现车载网络控制器的FlexRay总线通信,软件上采用模块化的编程思想,使用模块化的驱动程序,在FlexRay协议规范基础上,实现FlexRay总线通信,软件上的模块化也增加了程序的灵活性和可移植性。通过对本车载网络控制器的设计与制作,通过软件编程实现测试数据的FlexRay通信,通过不同时隙中静态段数据和动态段数据的接收和发送,通过示波器的观察和记录,验证了本课题中车载网络控制器设计的正确性,实际也证明了FlexRay总线在传输速度和各个方面的关键性能比CAN总线要好。最后以设计的网络控制器模型为原型,设计了两种FlexRay总线通信的实际应用,一种是FlexRay总线和CAN总线协议的转换装置的设计,另一种是基于Flex Ray总线的汽车发动机故障检测系统装置设计。本文研究和设计的FlexRay车载网络控制器数据通信,基本满足了设计要求,完成了项目所规定的参数指标,基本达到了所要达到的预期效果。除此之外,本课题研究对汽车高速车载网络实现线控[37]以及对FlexRay通信的研究和汽车应用实现都提供了一定的理论依据和实用参考价值。