基于FlexRay总线的汽车网关.ppt

基于FlexRay总线的汽车网关 设计与研究 申报人：陈新 湖南人文科技学院 1、概述 汽车电子化程度与日俱增，应用在车上的ECU模块数量也随之增加，从而使线束也增加。汽车电子系统的成本已经超过总成本的20%，并且还将继续增加。由于汽车生产商对制造成本的严格控制，加上对车身质量的控制，减少线束已经成为一个必须要解决的问题。另一方面，以网络通讯为基础的线控技术（X-by-wire）将在汽车上普遍应用。 汽车网络通常可以分为三类： 车身控制：要求具有高带宽、高可靠性和数据完整性； 信息娱乐：要求高带宽及对音视频的实时处理能力； 安全：传统的液压和传感器正在被线控驾驶和刹车方法所取代。 LIN的目标应用是不需要CAN的性能、带宽及复杂性的低端系统，如车门控制模块、座椅调节、车灯控制和空调系统中传感器和执行器之间的通信。通常LIN子总线是现有的CAN网络的扩充，与CAN网络一起形成汽车的控制网络。当然，由于其成本较低，也可以独立用于不是特别复杂的车身控制网络中。 LIN总线的主要特性为：*单主站以及多从站概念；*基于常用的UART/SCI硬件接口，以及相应的软件，或作为纯粹的状态机，从而保证较低的成本；*从节点中无须石英或陶瓷振荡器就可以实现自同步；*信号传输实体确定，在增强系统中可以计算信号的传播(propagation)时间；*信号基于应用交互层。 LIN网络由一个主节点以及一个或多个从节点组成，媒体访问由主节点控制--从节点中不必有仲裁或冲突管理。可以保证最差状态下的信号传输延迟时间。 CAN(控制区域网)由于成本低、传输可靠性高而特别适用于车身控制。典型的汽车包含若干CAN网络功能，例如引擎管理、仪表控制和车身控制。其最大数据率为1Mbps，所以其带宽不支持视音频数据的传输。然而，CAN非常便宜、容错能力强，因而是重要的网络协议。根据ABI Research的“车载网络研究报告”(2004年第四季度)预测，到2010年大约将安装5.28亿个汽车CAN节点。 CAN是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。当信号传输距离达到10Km时，CAN 仍可提供高达50Kbit/s的数据传输速率。 CAN总线利用CSMA访问总线，可对总线上信号进行检测，只有当总线处于空闲状态时，才允许发送。利用这种方法，可以允许多个节点挂接到同一网络上。当检测到一个冲突位时，所有节点重新回到‘监听’总线状态，直到该冲突时间过后，才开始发送。在总线超载的情况下，这种技术可能会造成发送信号经过许多延迟。为了避免发送时延，可利用CSMA/CD方式访问总线。当总线上有两个节点同时进行发送时，必须通过“无损的逐位仲裁”方法来使有最高优先权的的报文优先发送。 FlexRay是BWM、Daimler Chrysler、Motorola和Philips等公司制定的功能强大的通信网络协议,基于FTDMA ( flexible time division multiple access)的确定性访问方式,具有容错功能及确定的通信消息传输时间,同时支持事件触发与时间触发通信,具备高速率通信能力。该协议不仅提高了一致性、可靠性、竞争力和效率,而且还简化了开发周期和降低了使用成本,符合未来汽车应用需求。 FlexRay可以为下一代的车内控制系统提供所需的速度和可靠性。CAN网络最高性能极限为1Mbps。而FlexRay两个信道上的数据速率最大可达到10Mbps,总数据速率可达到20Mbit/秒，因此，应用在车载网络，FlexRay 的网络带宽可能是CAN的20倍之多。 网关模块与企业网络内的路由器类似，是整个汽车内最先进、计算最密集的应用之一。大多数电子控制单元（ECU），无论是位于底盘、动力传动系统，还是位于车身电子领域，都必须通过中央网关向其他汽车子系统传递信息。除了为不同通信协议提供一个焦点外，该网关还作为集中诊断和其他模块的再编程路由器使用。 网关的作用可以总结如下： 第一：它可以把各种总线的数据转变成可以识别的OBDII诊断数据语言，方便诊断。 第二：各种总线之间信息共享，就必须在车上加装一个网关。 第三：与电脑中的网关作用是一样的，负责接收和发送信息。 第四：激活和监控LIN、CAN和FlexRay网络工作状态。 第五：实现车辆数据的同步性。 2、国内外研究现状分析 目前汽车网关已经开始在国外的一些高级轿车上得到实际的应用，如奔驰S320车上的网关是点火开关电脑（N73），宝马745车上的网关是ZGM中央电脑，奥迪A6车上的网关是仪表电脑。 对于我国来说，由于国内汽车制造和零部件的发展水平不平衡。虽然