FlexRay總線原理及應(yīng)用VIP

FlexRay總線原理及應(yīng)用1 FlexRay總線介紹1.1 FlexRay產(chǎn)生及發(fā)展 隨著汽車中增強(qiáng)安全和舒適體驗(yàn)的功能越來越多，用于實(shí)現(xiàn)這些功能的傳感器、傳輸裝置、電子控制單元(ECU)的數(shù)量也在持續(xù)上升。如今高端汽車有100多個(gè)ECU，如果不采用新架構(gòu)，該數(shù)字可能還會(huì)增長(zhǎng)，ECU操作和眾多車用總線之間的協(xié)調(diào)配合日益復(fù)雜，嚴(yán)重阻礙線控技術(shù)（X-by-Wire，即利用重量輕、效率高、更簡(jiǎn)單且具有容錯(cuò)功能的電氣/電子系統(tǒng)取代笨重的機(jī)械/液壓部分）的發(fā)展。即使可以解決復(fù)雜性問題，傳統(tǒng)的車用總線也缺乏線控所必需的確定性和容錯(cuò)功能。例如，與安全有關(guān)的信息傳遞要求絕對(duì)的實(shí)時(shí)，這類高優(yōu)先級(jí)的信息必須在指定的時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)轿?，如剎車，從剎車踏板踩下到剎車起作用的信息傳遞要求立即正確地傳輸不允許任何不確定因素。同時(shí)，汽車網(wǎng)絡(luò)中不斷增加的通信總線傳輸數(shù)據(jù)量，要求通信總線有較高的帶寬和數(shù)據(jù)傳輸率。目前廣泛應(yīng)用的車載總線技術(shù)CAN、LIN等由于缺少同步性，確定性及容錯(cuò)性等并不能滿足未來汽車應(yīng)用的要求。 寶馬和戴姆勒克萊斯勒很早就意識(shí)到了，傳統(tǒng)的解決方案并不能滿足汽車行業(yè)未來的需要，更不能滿足汽車線控系統(tǒng)（X-by-Wire）的要求。于是在2000年9月，寶馬和戴姆勒克萊斯勒聯(lián)合飛利浦和摩托羅拉成立了FlexRay聯(lián)盟。該聯(lián)盟致力于推廣FlexRay通信系統(tǒng)在全球的采用，使其成為高級(jí)動(dòng)力總成、底盤、線控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。其具體任務(wù)為制定FlexRay需求定義、開發(fā)FlexRay協(xié)議、定義數(shù)據(jù)鏈路層、提供支持FlexRay的控制器、開發(fā)FlexRay物理層規(guī)范并實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)解決方案。1.2 FlexRay特點(diǎn) FlexRay提供了傳統(tǒng)車內(nèi)通信協(xié)議不具備的大量特性，包括： (1)高傳輸速率：FlexRay的每個(gè)信道具有10Mbps帶寬。由于它不僅可以像CAN和LIN網(wǎng)絡(luò)這樣的單信道系統(tǒng)一般運(yùn)行，而且還可以作為一個(gè)雙信道系統(tǒng)運(yùn)行，因此可以達(dá)到20Mbps的最大傳輸速率，是當(dāng)前CAN最高運(yùn)行速率的20倍。 (2)同步時(shí)基：FlexRay中使用的訪問方法是基于同步時(shí)基的。該時(shí)基通過協(xié)議自動(dòng)建立和同步，并提供給應(yīng)用。時(shí)基的精確度介于0.5s和10s之間（通常為12s）。 (3)確定性：通信是在不斷循環(huán)的周期中進(jìn)行的，特定消息在通信周期中擁有固定位置，因此接收器已經(jīng)提前知道了消息到達(dá)的時(shí)間。到達(dá)時(shí)間的臨時(shí)偏差幅度會(huì)非常小，并能得到保證。 (4)高容錯(cuò):強(qiáng)大的錯(cuò)誤檢測(cè)性能和容錯(cuò)功能是FlexRay設(shè)計(jì)時(shí)考慮的重要方面。FlexRay總線使用循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC(Cyclic redundancy cheek)來檢驗(yàn)通信中的差錯(cuò)。FlexRay總線通過雙通道通信，能夠提供冗余功能，并且使用星型拓?fù)淇赏耆鉀Q容錯(cuò)問題。 (5)靈活性：在FlexRay協(xié)議的開發(fā)過程中，關(guān)注的主要問題是靈活性，反映在如下幾個(gè)方面： 支持多種方式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)； 消息長(zhǎng)度可配置：可根據(jù)實(shí)際控制應(yīng)用需求，為其設(shè)定相應(yīng)的數(shù)據(jù)載荷長(zhǎng)度； 使用雙通道拓?fù)鋾r(shí)，即可用以增加帶寬，也可用于傳輸冗余的消息； 周期內(nèi)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)消息傳輸部分的時(shí)間都可隨具體應(yīng)用而定。2 FlexRay通訊協(xié)議和機(jī)制原理2.1 節(jié)點(diǎn)架構(gòu) ECU（Electronic Control Unit），即節(jié)點(diǎn)node，是接入車載網(wǎng)絡(luò)中的獨(dú)立完成相應(yīng)功能的控制單元。主要由電源供給系統(tǒng)（Power Supply）、主處理器（Host）、固化FlexRay 通信控制器（Communication Controller）、可選的總線監(jiān)控器（Bus Guardian）和總線驅(qū)動(dòng)器（Bus Driver）組成，如圖所示。主處理器提供和產(chǎn)生數(shù)據(jù)，并通過FlexRay 通信控制器傳送出去。其中BD 和BG 的個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)于通道數(shù)，與通訊控制器和微處理器相連。總線監(jiān)控邏輯必須獨(dú)立于其他的通訊控制器?？偩€驅(qū)動(dòng)器連接著通信控制器和總線，或是連接總線監(jiān)控器和總線。圖2.1 FlexRay節(jié)點(diǎn) 節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)通訊過程為： （1）發(fā)送數(shù)據(jù):Host將有效的數(shù)據(jù)送給CC，在CC中進(jìn)行編碼，形成數(shù)據(jù)位流，通過BD發(fā)送到相應(yīng)的通道上。 （2）接受數(shù)據(jù):在某一時(shí)刻，由BD 訪問棧，將數(shù)據(jù)位流送到CC 進(jìn)行解碼，將數(shù)據(jù)部分由CC 傳送給Host。2.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) FlexRay的拓?fù)渲饕譃?種：總線式、星型、總線星型混合型。 通常，F(xiàn)lexRay 節(jié)點(diǎn)可以支持兩個(gè)信道，因而可以分為單信道和雙信道兩種系統(tǒng)。在雙信道系統(tǒng)中，不是所有節(jié)點(diǎn)都必須與兩個(gè)信道連接。 與總線結(jié)構(gòu)相比，星狀結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于：它在接收器和發(fā)送器之間提供點(diǎn)到點(diǎn)連接。該優(yōu)勢(shì)在高傳輸速率和長(zhǎng)傳輸線路中尤為明顯。另一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是錯(cuò)誤分離功能。例如，如果信號(hào)傳輸使用的兩條線路短路，總線系統(tǒng)在該信道不能進(jìn)行進(jìn)一步的通信。如果使用星狀結(jié)構(gòu)，則只有到連接短路的節(jié)點(diǎn)才會(huì)受到影響，其它所有節(jié)點(diǎn)仍然可以繼續(xù)與其它節(jié)點(diǎn)通信。 圖2.2 總線式 圖2.3 星型圖2.4混合型2.3 數(shù)據(jù)幀 一個(gè)數(shù)據(jù)幀由頭段（Header Segment)、有效負(fù)載段（Payload Segment）和尾段（Trailer Segment）三部分組成。FlexRay 數(shù)據(jù)幀格式如圖2.5所示。圖2.5 FlexRay數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu) (1)頭段共由5個(gè)字節(jié)（40位）組成，包括以下幾位： 1.保留位(1位)：為日后的擴(kuò)展做準(zhǔn)備； 2.負(fù)載段前言指示(1位)：指明負(fù)載段的向量信息； 3.無(wú)效幀指示(1位)：指明該幀是否為無(wú)效幀； 4.同步幀指示(1位)：指明這是否為一個(gè)同步幀； 5.起始幀指示(1位)：指明該幀是否為起始幀； 6.幀ID(11位)：用于識(shí)別該幀和該幀在時(shí)間觸發(fā)幀中的優(yōu)先級(jí)； 7.負(fù)載段長(zhǎng)度(7位)：標(biāo)注一幀中能傳送的字?jǐn)?shù)； 8.頭部CRC(11位)：用于檢測(cè)傳輸中的錯(cuò)誤； 9.周期計(jì)數(shù)(6位)：每一通信開始，所有節(jié)點(diǎn)的周期計(jì)數(shù)器增1。 (2)負(fù)載段是用于傳送數(shù)據(jù)的部分，F(xiàn)lexRay有效負(fù)載段包含0254個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。 對(duì)于動(dòng)態(tài)幀，有效負(fù)載段的前兩個(gè)字節(jié)通常用作信息ID，接受節(jié)點(diǎn)根據(jù)接受的ID來判斷是否為需要的數(shù)據(jù)幀。 對(duì)于靜態(tài)幀，有效負(fù)載段的前13個(gè)字節(jié)為網(wǎng)絡(luò)管理向量(NM)，用于網(wǎng)絡(luò)管理。 (3)尾段只含有24位的校驗(yàn)域，包含了由頭段與有效負(fù)載段計(jì)算得出的CRC校驗(yàn)碼。計(jì)算CRC時(shí)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸順序?qū)谋Ａ粑坏截?fù)載段最后一位的數(shù)據(jù)放入CRC生成器進(jìn)行計(jì)算。2.4 編碼與解碼 編碼的過程實(shí)際上就是對(duì)要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理“打包”的過程，如加上各種校驗(yàn)位、ID 符等。編碼與解碼主要發(fā)生在通訊控制器與總線驅(qū)動(dòng)器之間，如圖2.6。圖2.6 編碼與解碼 其中RxD 位接受信號(hào)，TxD 為發(fā)送信號(hào)，TxEN 為通訊控制器請(qǐng)求數(shù)據(jù)信號(hào)。信息的二進(jìn)制表示采用“不歸零”碼。對(duì)于雙通道的節(jié)點(diǎn)，每個(gè)通道上的編碼與解碼的過程是同時(shí)完成的。圖2.7 靜態(tài)數(shù)據(jù)幀編碼 TSS(傳輸啟動(dòng)序列)：用于初始化節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)通信的對(duì)接，為一小段低電平。 FSS(幀啟動(dòng)序列)：用來補(bǔ)償TSS后第一個(gè)字節(jié)可能出現(xiàn)的量化誤差，為一位的高電平 BSS(字節(jié)啟動(dòng)序列)：給接受節(jié)點(diǎn)提供數(shù)據(jù)定時(shí)信息，由一位高電平和一位低電平組成。 FES(幀結(jié)束序列)：用來標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)幀最后一個(gè)字節(jié)序列結(jié)束，由一位低電平和一位高電平組成。圖2.8 動(dòng)態(tài)幀編碼 DST(動(dòng)態(tài)段尾部序列)：僅用于動(dòng)態(tài)幀傳輸，用來表明動(dòng)態(tài)段中傳輸時(shí)隙動(dòng)作點(diǎn)的精確時(shí)間點(diǎn)，并防止接受段過早的檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)空閑狀態(tài)。由一個(gè)長(zhǎng)度可變的低電平和一位高電平組成。 將這些序列與有效位（從最大位MSB 到最小位LSB）組裝起來就是編碼過程，最終形成能夠在網(wǎng)絡(luò)傳播的數(shù)據(jù)位流。2.5 媒體訪問方式 在媒體接入控制中，一個(gè)重要的概念就是通信周期（Communication Cycle），如圖所示。一個(gè)通信周期由靜態(tài)段（Static Segment)、動(dòng)態(tài)段(Dynamic Segment)、特征窗(Symbol Window）和網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)間(Network Idle Time）4個(gè)部分組成。FlexRay提供兩種媒體接入時(shí)序的選擇：靜態(tài)段采用時(shí)分多址方式(TDMA)，由固定的時(shí)隙數(shù)組成，不可修改，且所有時(shí)隙的大小一致。用來傳輸周期性的數(shù)據(jù)信息；動(dòng)態(tài)段采用靈活的時(shí)分多址(FTDMA)，由較小的時(shí)隙組成，可根據(jù)需要擴(kuò)展變動(dòng)，一般用于傳輸事件控制的消息。符號(hào)窗用于傳輸特征符號(hào)。網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)間用于時(shí)鐘同步處理。圖2.11 媒體訪問方式 仲裁層包含有仲裁網(wǎng)絡(luò)，它構(gòu)成了FlexRay媒介仲裁的主干部分。在靜態(tài)段中，仲裁網(wǎng)絡(luò)由叫做靜態(tài)時(shí)槽(StaticSlots)的連續(xù)時(shí)間間隔組成，在動(dòng)態(tài)段中，由稱為微型時(shí)槽(Minislots)的連續(xù)時(shí)間間隔組成。 仲裁網(wǎng)絡(luò)層是建立在由宏節(jié)拍(Marcotick)組成的宏節(jié)拍層之上的。每個(gè)本地宏節(jié)拍的時(shí)間都是一個(gè)整數(shù)倍的微節(jié)拍的時(shí)間。已分配的宏節(jié)拍邊緣叫做行動(dòng)點(diǎn)(Actionpoints)。行動(dòng)點(diǎn)是一些特定的時(shí)刻，在這些時(shí)刻上，將會(huì)發(fā)生傳輸?shù)拈_始和結(jié)束。 微節(jié)拍層是由微節(jié)拍組成的。微節(jié)拍是由通信控制器外部振蕩器時(shí)鐘刻度，選擇性地使用分頻器導(dǎo)出的時(shí)間單元。微節(jié)拍是控制器中的特殊單元，它在不同的控制器中可能有不同的時(shí)間。節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的本地時(shí)間間隔尺寸就是微節(jié)拍。2.6 時(shí)鐘同步 如果使用基于TDMA的通信協(xié)議，則通信媒介的訪問在時(shí)間域中控制。因此，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都必須保持時(shí)間同步，這一點(diǎn)非常重要。所有節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘必須同步，并且最大偏差(精度)必須在限定范圍內(nèi)，這是實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步的前提條件。 時(shí)鐘偏差可以分為相位和頻率偏差。相位偏差是兩個(gè)時(shí)鐘在某一特定時(shí)間的絕對(duì)差別。頻率偏差是相位偏差隨時(shí)間推移的變化，它反映了相位偏差在特定時(shí)間的變化。 FlexRay使用一種綜合方法，同時(shí)實(shí)施相位糾正和頻率糾正，包含兩個(gè)主要過程：時(shí)間同步校正機(jī)制(最大時(shí)間節(jié)拍生成MTG)和時(shí)鐘同步計(jì)算機(jī)制(時(shí)鐘同步進(jìn)程CSP)。MTG控制時(shí)隙初值，即周期計(jì)數(shù)器和最大時(shí)鐘節(jié)拍的計(jì)數(shù)器，并對(duì)其進(jìn)行修正。CSP主要完成一個(gè)通信循環(huán)開始的初始化，測(cè)量并存儲(chǔ)偏差值，計(jì)算相位和頻率的修正值。圖2.12 時(shí)鐘同步機(jī)制 相位修正僅在奇數(shù)通信周期的NIT段執(zhí)行，在下一個(gè)通信周期起始前結(jié)束。相位改變量指明了添加到NIT相位修正段的微節(jié)拍數(shù)目，它的值由時(shí)鐘同步算法決定，并有可能為負(fù)數(shù)。相位改變量的計(jì)算發(fā)生在每個(gè)周期內(nèi)，但修正僅應(yīng)用在奇數(shù)通信周期的末尾。 在頻率糾正中，需要使用兩個(gè)通信循環(huán)的測(cè)量值。這些測(cè)量值之間的差值反映每個(gè)通信循環(huán)中的時(shí)鐘偏差變化。它通常用于計(jì)算雙循環(huán)結(jié)束時(shí)的糾正值。在整個(gè)后來的兩個(gè)通信周期中，都使用該糾正值。2.7喚醒與啟動(dòng) 為了節(jié)省資源，部分節(jié)點(diǎn)處于不工作狀態(tài)時(shí)，進(jìn)入“節(jié)電模式”。當(dāng)這些節(jié)點(diǎn)需要再次工作時(shí)，就需要“喚醒”它們。主機(jī)可以在通信信道上傳輸喚醒模式，當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到喚醒特征符(WakeupSymbol)后，主機(jī)處理器和通信控制器才進(jìn)行上電。 在通信啟動(dòng)執(zhí)行之前，整個(gè)簇需要被喚醒。啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)工作需要在所有通道上同步執(zhí)行。初始一個(gè)啟動(dòng)過程的行為被稱為冷啟動(dòng)(Coldstart)，能啟動(dòng)一個(gè)起始幀的節(jié)點(diǎn)是有限的，它們稱作冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)(ColdstartNode)。在至少由三個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的簇中，至少要有三個(gè)節(jié)點(diǎn)被配置為冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)。冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)中，主動(dòng)啟動(dòng)簇中消息的節(jié)點(diǎn)稱之為主冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)(LeadingColdstartNode)，其余的冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)則稱之為從冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)(FollowingColdstartNode)。 當(dāng)節(jié)點(diǎn)被喚醒并完成初始化后，它就可以在相應(yīng)的主機(jī)控制命令發(fā)出之后進(jìn)入啟動(dòng)程序。在非冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)接收并識(shí)別至少兩個(gè)相互通信的冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)前，非冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)一直等待。同時(shí)，冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)監(jiān)控兩個(gè)通信通道，確定是否有其他的節(jié)點(diǎn)正在進(jìn)行傳輸。當(dāng)檢測(cè)到通信信道沒有進(jìn)行傳輸時(shí)，該節(jié)點(diǎn)就成為主冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)。 冷啟動(dòng)嘗試以沖突避免操作符(CollisionAvoidanceSymbol)開始，只有傳輸CAS的冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)能在最開始的四個(gè)周期傳輸幀。主冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)先在兩個(gè)通道上發(fā)送無(wú)格式的符號(hào)(一定數(shù)量的無(wú)效位)，然后啟動(dòng)集群。在無(wú)格式符號(hào)發(fā)送完畢后，主冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)該節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘，進(jìn)入第一個(gè)通信周期。從冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以接收主冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的消息，在識(shí)別消息后，從冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)便可確認(rèn)主冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的消息的時(shí)槽位置。然后等待下一個(gè)通信周期，當(dāng)接收到第二個(gè)消息后，從冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)便開始啟動(dòng)它們的時(shí)鐘。根據(jù)兩條消息的時(shí)間間隔，測(cè)量與計(jì)算頻率修正值，盡可能地使從啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)接近主冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間基準(zhǔn)。為減少錯(cuò)誤的出現(xiàn)，冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)在傳輸前需等待兩個(gè)通信周期。在這期間，其余的冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)可繼續(xù)接收從主冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)及已完成集群冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)的消息。 從第五個(gè)周期開始，其余的冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)開始傳輸起始幀。主冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)接收第五與第六個(gè)周期內(nèi)其余冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)的所有消息，并同時(shí)進(jìn)行時(shí)鐘修正。在這個(gè)過程中沒有故障發(fā)生，且冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)至少收到一個(gè)有效的起始幀報(bào)文對(duì)，主冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)則完成啟動(dòng)階段，開始進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。 非冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)首先監(jiān)聽通信信道，并接收信道上傳輸?shù)男畔?。若接收到信道上傳輸?shù)男畔?，便開始嘗試融入到啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)。在接下來的兩個(gè)周期內(nèi)，非冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)要確定至少兩個(gè)發(fā)送啟動(dòng)幀的冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)，并符合它們的進(jìn)度。若無(wú)法滿足條件，非冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)將退出啟動(dòng)程序。非冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)接收到至少兩個(gè)啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)連續(xù)的兩組雙周期啟動(dòng)幀后，開始進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。非冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，比主冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)晚兩個(gè)周期。 如下圖所示，描述了正確的啟動(dòng)過程。其中，A是主冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)，B是從冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)，C是非冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)。圖2.13 FlexRay啟動(dòng)過程3 FlexRay的應(yīng)用 目前FlexRay最主要的應(yīng)用領(lǐng)域即是汽車，業(yè)界正致力于在汽車設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)向全電子系統(tǒng)，它將通過創(chuàng)新的智能駕駛輔助系統(tǒng)為司機(jī)和乘員提供更高的安全性以及更舒適的車內(nèi)環(huán)境。而這種智能系統(tǒng)必然需要大量的采樣、通信以及協(xié)調(diào)控制，對(duì)車載網(wǎng)絡(luò)提出了較高的要求，這也應(yīng)該是FlexRay聯(lián)盟研發(fā)FlexRay的動(dòng)力所在。 (1)車載骨干網(wǎng)絡(luò) FlexRay的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常靈活，包括單/多通道總線結(jié)構(gòu)，單/多通道星型結(jié)構(gòu)一節(jié)多種不同總線、星型混合結(jié)構(gòu)等，網(wǎng)絡(luò)可與現(xiàn)有其他各種總線(如LIN，CAN等)系統(tǒng)兼容。同時(shí)，其靈活的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，也可使設(shè)計(jì)者針對(duì)不同的應(yīng)用背景選擇不同的可靠等級(jí)以控制成本。 (2)線控系統(tǒng) FlexRay的重要目標(biāo)應(yīng)用之一是線控操作（如線控轉(zhuǎn)向、線控制動(dòng)等），即利用容錯(cuò)的電氣/電子系統(tǒng)取代機(jī)械/液壓部分。汽車線控系統(tǒng)是從飛機(jī)控制系統(tǒng)引申而來的，飛機(jī)控制系統(tǒng)中提到的Fly-by-Wire是一種電線代替機(jī)械的控制系統(tǒng)，它將飛機(jī)駕駛員的操縱控制和操作命令轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，利用機(jī)載計(jì)算機(jī)控制飛機(jī)的飛行。這種控制方式引入到汽車駕駛上，就稱為Drive-by-Wire(電控駕駛)，引入到制動(dòng)上就產(chǎn)生了Brake-by-Wire（電控剎車），引入到轉(zhuǎn)向控制上就有Steering-by-Wire（電控轉(zhuǎn)向），因此統(tǒng)稱為X-by-Wire。這些創(chuàng)新功能的基礎(chǔ)是一種能夠滿足嚴(yán)格容錯(cuò)要求的寬帶總線結(jié)構(gòu)，而FlexRay的高傳輸速率和良好的容錯(cuò)性使其具有該方面的應(yīng)用潛力。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：圖2.14 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu) (3)工業(yè)領(lǐng)域前景 雖然現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)總線種類繁多，各種總線處于共存狀態(tài)，工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用也越來越廣泛。但是由于現(xiàn)場(chǎng)總線幾乎覆蓋了所有連續(xù)、斷續(xù)領(lǐng)域，不同運(yùn)用領(lǐng)域的需求各異，還沒有哪種工業(yè)總線可以完全適用于生產(chǎn)領(lǐng)域的各個(gè)方面。因此， FlexRay總線雖然不能涵蓋工業(yè)生產(chǎn)的全部領(lǐng)域，但一定可以像其他總線技術(shù)那樣，在特定的領(lǐng)域中發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，比如汽車制造領(lǐng)域以及對(duì)實(shí)時(shí)性可靠性有很高要求的檢測(cè)控制領(lǐng)域。例如，可將FlexRay總線用于礦井集散式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)礦井的實(shí)際情況，可以采用FlexRay總線，建立一種集散式混合網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和控制指令的實(shí)時(shí)高速傳輸，并可保證網(wǎng)絡(luò)具有較高的魯棒性，能夠在突發(fā)事件下安全可靠運(yùn)行，從而構(gòu)建煤礦礦井上下可靠高效的安全預(yù)警機(jī)制和管理決策監(jiān)控平臺(tái)，形成兼容性強(qiáng)、有擴(kuò)展和升級(jí)余量的開放性監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)可以分為井下和井上兩部分。井上采用FlexRay星型或者多星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的傳輸速度和容錯(cuò)能力；井下使用FlexRay的總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以方便連接礦井中眾多的設(shè)備檢測(cè)裝置和傳感器等，減少布線長(zhǎng)度，節(jié)約成本，并使系統(tǒng)具有分散性和完全可互操作等特點(diǎn)。此外，F(xiàn)lexRay具有很強(qiáng)的靈活性，可以方便地增加改變節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)布置，能夠適應(yīng)移動(dòng)和隨機(jī)介入檢測(cè)設(shè)備的需要，符合煤礦