车内通信网络标准FlexRay的功能和特性分析

FlexRay标准在车内通信网络中具有较大优势和广泛的潜在应用机会。本文详细地介绍了FlexRay的数据速率、时钟同步等特性及可能的应用领域，并分析了FlexRay的访问方法、时钟同步和群组启动等功能。

图1：几种汽车通信协议的成本和速率比较。

在FlexRay协议制定5年后，该协议规范的第二版(V2.1)在2005年春季发布。由于新技术能实现经济高效的新应用，整个行业对这个标准产生了浓厚的兴趣，本文将探讨该标准潜在的应用领域，详细地介绍在FlexRay中使用的三种机制，并列举一系列实例来讨论FlexRay的几种应用。此外，本文还将讨论可行和不可行的拓扑结构，并简要论述唤醒群组(Cluster)的场景，以及讨论如何计算最优的消息帧大小。

FlexRay的特性

FlexRay提供了传统车内通信协议所不具备的大量特性，包括：

a. 2×10Mbps的数据速率
FlexRay支持两个通信信道，每个信道的速度达到10Mbps。与CAN协议相比，它能将可用带宽提高10-40倍，具体大小取决于配置和对比模式的不同。

b. 同步时基
FlexRay中使用的访问方法是基于同步时基的。该时基通过协议自动建立和同步，并提供给应用。时基的精确度介于0.5μs和10μs之间(通常为1-2μs)。

图2：带静态和动态段的通信周期。

c.知道消息的到达时间
通信是在不断循环的周期中进行的，特定消息在通信周期中拥有固定位置，因此接收器已经提前知道了消息到达的时间。到达时间的临时偏差幅度会非常小，并能得到保证。

d. 冗余和非冗余通信
为了增强系统的可用性，FlexRay提供了冗余传输消息的选项。消息能够冗余传输，但并不是所有消息都必须冗余传输，否则会导致带宽的过多损耗。

e. 灵活性
在FlexRay协议的开发过程中，关注的主要问题是灵活性。不仅提供消息冗余传输或非冗余传输两种选择，系统还可以进行优化，以提高可用性(静态带宽分配)或吞吐量(动态带宽分配)。用户还可以扩展系统，而无需调整现有节点中的软件。同时，还支持总线或星型拓扑。FlexRay提供了大量配置参数，可以支持对系统进行调整，如通信周期的持续时间、消息长度等，以满足特定应用的需求。

应用领域

上面列出的这些特性使FlexRay适合于很多应用领域，包括：

1．替代CAN总线

图3：时钟同步机制。

在数据速率要求超过CAN的应用中，人们现在同时使用了两条或多条CAN总线。FlexRay是替代这种多总线解决方案的理想技术。