FlexRay -设计、功能和应用

图4：FlexRay 集群启动

原则上，在启动时，后续coldstarter的时钟会与主要coldstarter时钟同步。为了减少可能的错误，下列coldstarter在传输前必须等待两个循环。在这两个循环之间，下列coldstarter继续接受领先coldstarter的消息和其它已集成了下列coldstarter的消息。从接收的消息看，接收时间将与本地coldstarter进行比较。预测的和规定的接收之间的偏差需要测量出来，纠正数值则按照3.2介绍的时钟同步算法进行计算和应用。如果计算出的纠正值没有超过特定的阈值，节点就可以从下一个循环开始传输。它已经成功完成了启动阶段，并且现在正在"正常运行"（正常的通信状态）。

在确定和验证计算出的纠正值后，主要coldstarter会收到来自两个循环中的后续coldstarter的消息，完成启动阶段。图4对主要coldstarter和后续coldstarter的启动阶段进行了介绍。

应用

可行和不可行的拓扑

FlexRay可以实现大量不同拓扑的应用。通常，FlexRay节点可以支持两个信道，因而可以开发单信道和双信道两种系统。在双信道系统中，不是所有节点都必须与两个信道连接。图5和图6的示例显示了一个系统，其中的节点1、3、5都与两个信道连接，而节点2和4都只与一个信道连接。图5和图6中的例子表示接口逻辑相同的拓扑。两个拓扑的不同之处在于，图5的总线用于节点连接，而图6的星状耦合器则用于各个信道。

图5：双信道拓扑举例

与总线结构相比，星状耦合器的优势在于：它在接收器和发送器之间提供点到点连接。该优势在高传输速率和长传输线路中尤为明显。另一个重要优势是错误分离功能。例如，如果信号传输使用的两条线路短路，总线系统在该信道不能进行进一步的通信。如果使用星状结构，则只有到星状连接短路的节点才会受到影响。其它所有节点仍然可以继续与其它节点通信。更多支持拓扑的例子如[4].所示。

图6：双信道星状拓扑

图7的拓扑由3个信道组成，每两个信道分别与一个节点相连。该拓扑不是FlexRay允许的拓扑形式。FlexRay不支持该拓扑，也不支持其功能。原因很简单，在FlexRay中，信道A和B使用不同的CRC，以确保传输中的数据安全。这样可以防止两个信道的意外混合。这还意味着：连接到信道A的节点不能与连接到信道B的节点通信，无法满足图7中的信道C的通信要求。除了CRC不兼容以外，也没有为这种拓扑设计时钟同步。

图7：FlexRay的不可行拓扑举例

唤醒集群

FlexRay提供了一些通过通信信道来唤醒集群的功能。这种唤醒要与主机应用协作进行。现在，有几个可能的方案，我们将对其中一个方案进行详细介绍。图8显示了带4个节点的集群。本图中的数字号码表示唤醒每个模块的步骤，并且与顺序编号相同。

图8：通过通信信道唤醒集群

外部事件唤醒了主机控制器1。它从睡眠模式切换到正常模式，然后开始初始化。在初始化阶段后，它将FlexRay CC从睡眠（关机）状态切换到正常状态（开机状态）。 主机1唤醒FlexRay CC，进行初始化。 主机唤醒总线驱动（(BD 1A 和 BD 1B)。 主机通过通信信道，向CC发出唤醒集群的命令。CC进入唤醒状态，生成唤醒模式，该模式先发送到总线驱动，总线驱动再将它发送到总线。 信道A上的所有总线驱动均采用唤醒模式。它们从睡眠模式进入正常模式，然后唤醒主机。 主机控制器2和3执行初始化程序。 主机2和3唤醒CC，然后进行初始化。此时该流程已实施完毕。 检查信道B上的总线驱动是否被同时唤醒。如果没有，主机应唤醒第二台总线驱动。 选择主机，验证两条信道是否都已被唤醒。如果没有，一台或多台主机应向CC发送唤醒命令（参见图4），以唤醒第二个信道。信道B上的唤醒模式可以唤醒该信道上未被唤醒的所有总线驱动。 只连接到信道B的节点只能由信道B（节点4）上的唤醒模式唤醒。总线驱动唤醒主机。 初始化后，它又唤醒CC。 如果两个信道都已被唤醒，则可以执行启动。为了实现启动，每个主机应向CC发送启动命令。

所有唤醒只能由总线驱动、CC和主机一起协作实现。上述任何一种设备都不能单独执行自己的唤醒操作。唤醒不是完全由FlexRay执行的一项功能。相反，它还要求应用软件的介入。

帧的大小选择

在设计基于FlexRay的通信系统时，用户必须作出一系列决定，这会影响效率、可靠性、安全性和用户友好性。因此，除了选择正确的拓扑外，还需要定义大量参数。其中的参数之一就是帧的大小。

在静态部分中，所有帧都具有相同的尺寸，该尺寸实质上决定着时槽的大小。这种通信系统的目标是尽量传输更多的用户数据，同时将开销控制在尽量小的范围内。帧的大小在这个方面发挥着重要作用。下面将举例演示用户拥有哪些配置选项。