FlexRay：汽车网络的未来

您经常要给汽车刹车加制动液吗？需要抽出制动液，以确保制动液管中没有气体，虽然这些工作可能并不由车主亲自动手完成，但这个事实却证明，即使在更加现代化的电动液压制动系统中，我们仍然要忍受所谓的"湿"系统带来的困扰。随着"线控"技术的出现，我们将能使用重量轻、效率高、更简单的电子机械系统，如线控刹车技术(Brake-By-Wire)，取代笨重的液压系统和污秽的有毒液体，并彻底摆脱它们。

但是，向线控技术发展的进程并不是一帆风顺的。现存的网络协议不是针对高级汽车控制系统如线控刹车技术，线控驾驶技术等而设计的。这类应用需要高带高、具有容错功能的确定性通信协议，而汽车市场目前尚未制定此类协议。2000年，宝马、戴姆勒克莱斯勒、飞利浦和摩托罗拉半导体部门(2004年更名为飞思卡尔半导体公司)联合建立了FlexRay联盟，共同实现下述目标：开发面向车内高速控制应用的高级通信技术，提高车辆安全性、可靠性和舒适度，提供可供市场所有客户使用的技术。

该联盟现有125名成员，致力于推广FlexRay通信系统在全球的采用，使其成为高级动力总成、底盘、线控系统的标准协议。FlexRay专为车内联网而设计，它不会取代现有网络，但可以与现有系统结合使用，如控制器局域网(CAN)、本地互联网络(LIN)、媒体系统传输(MOST)和J1850协议。

满足技术要求

FlexRay在每个通道中提供10Mbps的总数据速率，能够满足未来应用的带宽要求。由于通道单独运行，总数据速率可以达到20Mbps，是当前CAN标准速率(1Mbps)的20倍。

FlexRay是一个时间触发的架构，这就意味着控制信号是根据预定义的时间进度传输的。"确定性"意味着：无论系统外部发生什么情况，都不会产生计划外事件。在确定性算法中，始终会预先定义正确的输出结果，这些结果是基于特定输入的。此外，输出可以控制后面的操作，其结果将决定下一个步骤，依此类推。无论外部产生什么影响，确定性网络都是完全可预测的。这对需要持续的高速性能的应用(如线控刹车、线控驾驶)来说非常重要。FlexRay协议可以确保将信息延迟和抖动降至最低，另外还提供高带宽(10Mbps)，可以减少网络冲突的数量。

容错功能意味着：即使系统的不同部分出现故障，系统仍将按照设计继续运行。更重要的是，如果网络运行性能降低，故障的严重性也会成比例上升。换句话说，小故障不会造成系统功能的丧失。FlexRay支持多个级别的容错功能，包括通过单信道或双信道模式(提供传输所需要的冗余)，提供可扩展的系统容错。独立的物理层总线监护器也有助于最大程度地减少系统错误。

要为所有的FlexRay节点提供时间触发的实时系统，需要在不同节点之间提供准确的全局时间同步。FlexRay通过偏差纠正和速率纠正算法，支持时钟纠正管理。在每个周期中，"同步信息"从网络上的同步节点传送到总线。为了支持容错系统，它至少提供4个同步节点。每个节点都接收到一条同步信息，并将其时钟与同步节点的时钟进行比较，然后纠正其时钟，以便与同步节点的时钟相匹配。这是一个故障-安全系统，如果一个节点发生故障，不会干扰其它节点的同步。

支持高吞吐量、确定性、容错特性的FlexRay网络，可为高级电子控制的安全应用带来大量优势。FlexRay结合了这三大属性，是其它车内联网的理想替代产品，它同时还能支持FlexRay联盟计划今后提供的应用。例如，MOST支持高数据速率，却是专门用来连接车内多媒体组件的网络标准，可能不适合动力总成、底盘和线控应用。

CAN是国际标准化的串行总线系统，被欧洲生产商广泛采用，用于引擎管理、车身电子和娱乐控制。在通常的数据速率下(500Kbps)，CAN网络能够连接多个电子控制单元。在美国，它将取代用于诊断和数据共享的J1850标准。但是，在传送信息时，CAN使用了优先级仲裁，这就意味着，低优先级的信息总是排在高优先级的信息后面，因而导致延迟。只有优先级最高的信息可以在预定义传输时间保证被传输。此外，CAN速率相对较低，且不具备容错功能，因而不能用于线控等先进应用。LIN是CAN中成本较低、速率相对较慢的子网络，但不能处理线控等应用要求的数据速率。

FlexRay解决方案

FlexRay是带静态和动态插槽的可扩展系统，程序员能够根据应用需求进行配置。凭借同步数据传输，可为可靠性要求很高的应用提供时间触发的通信。基于byteflight协议的异步传输使所有FlexRay节点能够使用全部带宽，完成事件驱动的通信。Byteflight是10Mbps时间控制协议，主要用于提供汽车安全有关应用。通过容错同步和冗余传输通道，FlexRay扩展了Byteflight系统协议的面向安全的功能。

FlexRay可以支持光物理层和电物理层，使生产商能够部署最符合他们需求的布线机制。此外，开发人员还可以将FlexRay系统从单通道总线扩展为多个双通道星状拓扑，具有完全通道冗余。如果将FlexRay用作车内网络的骨干系统，连接动力总成、底盘、车身、安全和多媒体应用(有无支持FlexRay的应用皆可)，制造商甚至还能更好地利用高带宽的优势。