FlexRay -设计、功能和应用

图2：带静态和动态段的通信循环

除了静态部分以外，通信循环还选择性地组成动态部分。所谓的"小时槽法"用来访问动态部分的通信媒介。呼出消息永远分配给动态时槽。与大小都相同、始终用于传输的静态时槽相反，只要时槽分配给了节点，动态部分就只能在需要时才进行传输。因此，动态部分的可用带宽是动态分配的。如果消息号码（ID）和时槽号码对应，带有待发呼出消息的节点就会进行传输。如果没有节点传输，所有节点就会等候，等待的时间长度正是时槽的长度，然后它们的时槽读数也会增加。在时槽读数增加以后，所有节点都将检查该时槽号码是否与呼出消息对应。如果两者匹配，该节点将发送消息。所有节点接受这条消息，并且一直等到它们完全接收了这条消息后再增加时槽读数。这一过程将会持续，直至到达动态部分。如果在循环中，没有或者只有少数节点传输消息，在动态部分的结尾，就会达到更高的时槽数量。如果有大量节点进行传输，则到达的时槽数量就比较少。因此，拥有较高编号的（即优先权较低）呼出消息的节点可能在一个循环中传输，而不在另一个循环中传输，具体取决于动态部分在其之前已经传输的节点的数量。要确定消息已经传输，用户必须在静态部分发送该消息，或者必须将它分配给动态部分中的较低消息编号（即优先权较高）。

时钟同步

如果使用基于TDMA的通信协议，则通信媒介的访问在时间域中控制。因此，每个节点都必须保持时间同步，这一点非常重要。所有节点的时钟必须同步，并且最大偏差必须在限定范围内，这是实现时钟同步的前提条件。最大偏差称为精确。

图3：时钟同步机制

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。

有多种方法可以通过相位纠正和频率纠正实施时钟同步。FlexRay使用了一种综合方法，同时实施相位纠正和频率纠正。时钟同步是一个控制环路，与其它控制环路一样，它也由测量、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纠正值[2]。

在频率纠正中，需要使用两个通信循环的测量值。这些测量值之间的差值反映每个通信循环中的时钟偏差变化。它通常用于计算双循环结束时的纠正值（见上文提及的方法）。在整个后来的双循环中，都使用该纠正值。

相位纠正值的计算只需一个循环周期的测量值，一旦接收了所有测量值，即可开始实施计算，并且它必须在开始相位纠正前完成。在通信循环末尾，网络闲置时间（NIT）的一部分被保留，用于相位纠正。相位纠正要相隔一个循环实施，避免影响时钟频率偏差的确定。

图3概述了时钟同步的相位，以及不同访问方法的分配。如需了解时钟同步机制的详细消息，请参见[3]。

集群启动

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操作阶段之一。这是因为FlexRay中的通信基于同步时钟体制，但在启动阶段，这种体制还未建立。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。

启动集群时，将会启动"coldstarter"程序，该程序始终会出现在多个实例中。首先，启动传输消息的coldstarter被称为"引导coldstarter"，其它coldstarter则被称为"后续coldstarter"。

一旦节点被唤醒并完成初始化，它就能在发出相应的主机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循环的传输信道，以确定其它节点是否正在传输。如果没有，该节点会开始进行传输，从而成为主要coldstarter。主要coldstarter首先会传输无格式符号，向其它节点说明：目前它正在启动该集群，作为主要coldstarter。在传输符号后（符号即特定数量的无效位），该节点开始启动它自己的时钟，并且开始第一个通信循环。根据预先定义的集群范围的通信机制，主要coldstarter将在其分配的时槽中传输，与其它所有节点一样，它将只在一个时槽的启动阶段传输。

主要coldstarter发送的消息可由后续coldstarter接收。在消息身份识别号码（ID）（该号码与时槽编号相同）的帮助下，接收器能够确定发送器位于哪个时槽。传输节点的当前循环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循环中发送的第二条消息。一旦收到第二条消息，后续coldstarter将开始启动他们的时钟，该时钟由循环编号和接收消息的时槽编号进行初始化。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，该时间与通信循环的循环时间对应。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，频率纠正机制使用该偏差值作为纠正值。因此，下列coldstarter不能使用接收到的循环号码和时间值（与传输的时间槽对应）来启动时钟，但是它会修改其时基的频率，使它尽可能地接近主要coldstarter的值。