FlexRay -设计、功能和应用

节点号码	1	2	3	4	5	6	7
数据数量	3	12	11	16	22	7	9

表1：示例：集群中的传输数据分配
表1显示了带有7个节点的集群中的可能传输数据分配的示例。根据这个分配方式，表2计算了几种不同场景。为进行计算，首先选择了消息大小（净数据）。在本过程中，FlexRay必须遵循一些规则。静态部分的所有消息的大小都是相同的。此外，消息大小必须为偶数。表2的第2列选择了4种不同的消息大小。第3列显示要在一个循环中传输所有数据，相应地需要多少消息（要根据消息大小确定）。将消息大小（第2列）与消息数量（第3列）相乘，就可以得出一个循环中的总的净数据量（第4列）。

选项编号	消息大小（字节）	消息数量	总的字节数	+报头+CRC	+TSS+闲置	时钟+安全
1	22	7	154	210	224	252
2	4	24	96	288	336	432
3	16	8	128	192	208	240
4	12	9	108	180	198	234

表2：最优帧大小的计算
根据净数据的数量，第2号应当是最佳解决方案。但是，要选择最适合的方案，在实际操作中必须考虑到：消息不只是由有效载荷数据组成的。

在传输时还可能增加其它数据，如识别符和CRC。因此，第5列在显示总的消息大小时，还考虑了5字节的报头和3字节的CRC。

除了报头和CRC外，还会将起始顺序（TSS）添加到每条消息上，它们需要TSS来激活发送器和接收器。在传输消息后，节点需要一定时间来识别通信媒介是否有活动。这段时间被称为"闲置识别时间"，在配置中必须考虑这个时间。第6列显示了需要的带宽，考虑到了开始顺序和闲置时间。

集群中的时钟总是会显示一些偏差，这些偏差的最大值称为准确度。两条消息之间的时间距离必须大于这个精确度，以避免来自不同节点的消息重叠。由于系统的确切精确度无法确认，都是通过估计得出的，因而要为这个精确度增加一个安全余量。例如在本例中（10 Mbit/s的位速率），时钟偏差的整个安全余量为4 μs，所有消息都增加了安全余量，相当于每条消息都额外增加了40位。最右列显示的是需要的带宽（单位：字节）。

在比较净数据（第4列）时，解决方案2是最佳方案，但在考虑其它因素时，解决方案4则更胜一筹。它是所选示例4的最佳方案。在选择帧大小时，不仅要考虑最后得到的带宽，还要考虑其它诸多因素：良好的可用性、解决方案的简易扩展、良好的调试功能和错误检测选择（特别是测试车辆）。这些功能更难用数字表示。所有这些因素的重要性都一样，因此不能忽略。

总结和展望

在本文中，作者根据FlexRay的最重要特性，重点介绍了预期的应用领域。鉴于各种机制的数量庞大，我们只重点介绍了两种核心机制。随后，本文又讨论了集群启动，不仅说明了机制如何互操作，还对协议的复杂性进行了介绍。

通过通信信道来唤醒集群和选择最佳帧大小的拓扑配置，应当是用户特别感兴趣的部分。我们在示例中对不同选择方案进行了讨论。

FlexRay是许多公司正在评估的一种通信协议。第一批产品已向用户推出，更多产品将在今年继续推出。各种工具可以帮助用户设计并配置基于FlexRay的通信系统。要成为CAN这样的标准技术，FlexRay还需要几年时间。但是，现在实现该目标的第一步已经实现，今后必定会取得更多进展。

文献资料：
[1] FlexRay Communications System - Protocol Specification, Version 2.1, FlexRay Consortium, Apr. 2005.
[2] J. L. Welch, N. A. Lynch: A New Fault-Tolerant Algorithm for Clock Synchronization. Information and Computation, Volume 77, No. 1, pg. 1-36, Apr. 1988.
[3] M. Rausch: Optimierte Mechanismen und Algorithmen in FlexRay. Elektronik Automotive, pg. 36-40, Dec. 2002.
[4] FlexRay Communications System - Electrical Physical Layer Specification, Version 2.1, FlexRay Consortium, Apr. 2005.