车内通信网络标准FlexRay的功能和特性分析

图5：双信道拓扑举例。

时钟偏差可以分为相位和频率偏差。相位偏差是两个时钟在某一特定时间的绝对差别。频率偏差是相位偏差随着时间推移的变化，它反映了相位偏差在特定时间的变化。

通过相位修正和频率修正可以实现时钟同步。FlexRay使用了一种综合方法，即同时采用相位修正和频率修正。时钟同步是一个控制环路，与其它控制环路一样，也由测量、计算和设定功能组成。

要测量每个时钟与其它时钟的偏差，所有节点都要在接收期间测量消息的到达时间。通过静态部分的定时机制，每个节点都知道消息应当何时到达。如果消息比预计时间早到或晚到，将能测量得出实际时间与预定时间之间的偏差。该偏差代表了传输和接收节点之间的时钟偏差。借助获得的测量值，可用容错平均算法计算出每个节点的修正值。

在频率修正中，需要使用两个通信周期的测量值。这些测量值之间的差值反映每个通信周期中的时钟偏差变化，它通常用于计算双周期结束时的修正值(见上文提及的方法)。在整个后来的两个周期中，都使用该修正值。

相位修正值的计算只需一个周期的测量值，一旦接收了所有测量值，即可开始进行计算，并且它必须在开始相位修正前完成。在通信周期末尾，网络闲置时间(NIT)的一部分被保留，用于相位修正。相位修正要相隔一个周期来完成，避免影响时钟频率偏差的确定。图3概述了时钟同步的每个阶段，以及不同访问方法的分配。

3. 群组启动
与许多技术流程或程序一样，FlexRay中的启动阶段同样也是最复杂的阶段之一。这是因为FlexRay中的通信基于同步时钟机制，但在启动阶段这种机制还未建立。由于具备容错功能，FlexRay中不存在主时钟，因而时基不是由主时钟定义的。

启动群组时，将会启动"coldstarter"，coldstarter总是存在于多个实例中。首先，启动传输消息的coldstarter被称为"主coldstarter"(leading coldstarter)，其它coldstarter则被称为"从coldstarter"(following coldstarter)。

图6：双信道星型拓扑。

一旦节点被唤醒并完成初始化，它就能在发出相应的主控制器命令后进入启动流程。不属于coldstarter的节点会等候，直到它们至少识别到两个相互通讯的coldstarter为止。coldstarter自己会监控两个通信周期的传输信道，以确定其它节点是否正在传输。如果没有，该节点会开始传输，从而成为主coldstarter。主coldstarter首先会传输一个空符号，向其它节点说明目前它正在作为主coldstarter启动该群组。在传输符号(符号即特定数量的无效位)后，该节点开始启动它自己的时钟，并且开始第一个通信周期。根据预先定义的群组范围的通信机制，主coldstarter将在其分配的时隙中传输。与其它所有节点一样，它将只在一个时隙的启动阶段传输。

主coldstarter发送的消息可由从coldstarter接收。在消息ID(该号码与时隙编号相同)的帮助下，接收器能够确定发送器位于哪个时隙。传输节点的当前周期编号附带在每条消息中发送。在接收第一条消息后，其它节点等待在下一个通信周期中发送的第二条消息。一旦收到第二条消息，从coldstarter将开始启动它们的时钟，该时钟由周期编号和接收消息的时隙号进行初始化。这样就可以为传输器和接收器之间的同步时间操作奠定基础。此外，接收节点会测量第一条消息和第二条消息之间的时间，该时间与通信周期的周期时间对应。测量出的时间与本地coldstarter时间进行比较。还可以通过减法确定可能偏差，频率修正机制使用该偏差值作为修正值。因此，从coldstarter不仅使用接收到的周期号和时间值(与传输的时隙对应)来启动其时钟，还会修改其时基的频率，使它尽可能地接近主coldstarter的值。

原则上，在启动时从coldstarter的时钟会与主coldstarter的时钟同步。为了避免可能的错误，从coldstarter在传输前必须等待两个周期。在这两个周期时间内，从coldstarter继续接收主coldstarter的消息和来自其它集成的从coldstarter的消息。已接收的消息的接收时间将与本地coldstarter进行比较，测量预测的和接收时间之间的偏差，修正值则按照前面介绍的时钟同步算法进行计算和应用。如果计算出的修正值没有超过特定的阈值，节点就可以从下一个周期开始传输。至此，它已经成功完成了启动过程，进入"正常运行"状态(正常的通信状态)。

在确定和验证计算出的修正值后的两个通信周期内，在主coldstarter收到来自的从coldstarter的消息后完成启动阶段。图4对主coldstarter和从coldstarter的启动阶段进行了介绍。

应用分析

1．可行的拓扑结构

图7