基于TJA1080的FlexRay总线接口设计

现今的汽车电子设备越来越多，早期的CAN总线已经不能很好地解决众多电子设备之间的通信，通信速度更高和通信更安全的车内总线成为汽车电子的迫切需求。FlexRay总线是最近推出的一种先进高速串行同步和异步通信系统。该总线具有故障容限，可提供500 kbps～10 Mbps的确定数据传输速率和24位CRC（循环冗余）校验码。其通信速度和安全机制均满足目前车内电子设备的需求。  

本文介绍一种在数字信号处理器（DSP）C5509上实现FlexRay总线的方法。使用恩智浦半导体公司（NXP，原飞利浦半导体公司）的 FlexRay总线控制器TJA1080。TJA1080负责将各个设备的数据传输到DSP，由DSP对数据进行分析和处理。由于系统采用DSP作为核心，故可以对车载电子的数据进行复杂的处理。  

1 FlexRay总线及其控制器  

TJA1080FlexRay总线是一种全新的总线系统。其主要特性有：  

① 支持双通信通道，每个通道的速度均达到10 Mbps。与CAN协议相比，可用的带宽提高了10～40倍。
② 总线数据的访问是基于同步时基的。该时基通过协议自动建立和同步，并提供给应用层。时基的精确度介于0.5 μs和10 μs之间。由于采用同步时基，消息在通信周期中拥有固定位置，接收器已经提前知道了消息到达的时间，因此可以可靠、准时地传送安全应用相关的信息。
③ FlexRay总线提供消息冗余传输和非冗余传输两种选择，系统可以进行优化，以提高可用性或吞吐量。用户无需调整现有节点中的软件就可以扩展整个系统；同时，支持总线或星型拓扑结构。FlexRay总线提供了大量配置参数（如通信周期的持续时间、消息长度等），可以支持对系统进行调整，以满足不同应用场合的需求。
④ FlexRay总线在重负载下可以关闭部分节点，使其仅接收数据而不发送数据，减少数据重发次数，使得总线负载很快下降。  

FlexRay总线的这些特性使其可以替代CAN总线,适合车载骨干网络、分布式控制系统以及安全系统等应用场合。目前，已有多家公司生产FlexRay总线控制器。本文选用恩智浦半导体公司的TJA1080总线控制器，介绍其内部结构以及与DSP的软硬件连接方法。  

TJA1080总线控制器的内部结构如图1所示。TJA1080总线控制器主要由状态机、信号路由器、输入/输出管理模块、收发模块以及发送器等组成。

物理层通道有一个独立的接收发送通道，速度最高可以达到10Mbps。在工作状态下，主机可以访问TJA1080的接收模块和发送器，通过对其操作实现对物理层数据的收发。总线上的数据帧都将到达总线上所有的TJA1080，每一个TJA1080在收到总线数据帧后，都将经过接收滤波器；滤波器将不属于自己地址的数据帧滤除，只将属于自己的数据帧和广播帧存储到接收FIFO中。  

TJA1080的温度检测模块用于检测设备温度，超过一定温度将自动关闭总线收发。唤醒模块负责将处于SLEEP状态的总线节点唤醒，但超过一定时间仍无数据收发后重新进入SLEEP状态，从而降低整个系统功耗。总线失效检测器负责检测整个总线的状态，当发现总线负载较重时，将自动关闭发送器，此时该节点只能接收数据而不能发送数据，这样总线上的数据帧将很快被相应节点接收，迅速减轻总线负载。低功耗收发模块负责低功耗工作模式下数据的收发，采用减少数据重发机制，虽然降低了数据安全性，但同时也降低了整个系统功耗；配合温度检测模块，可以从软件上实现降低总线温度。  

主机对TJA1080的管理主要是通过输入/输出管理模块进行数据的收发操作，下面结合DSP介绍接收数据的软硬件实现方法。  

2 系统硬件结构  

整个系统由C5509、TJA1080、ADC/DAC以及Flash等组成，其硬件连接如图2所示。DSP是核心控制单元；ADC用于采集模拟信号，转变成数字信号；DAC负责将数字信号转换成模拟信号；Flash用于保存DSP所需的程序，供DSP上电调用。此外，使用DSP的HPI接口连接到PC机，这样所有的总线数据均可以通过PC机存储和显示，PC机的数据也可以通过DSP发送到总线上。  


图2 系统硬件结构框图  

ADC负责采集电子设备的数据，可以是温度传感器数据、颜色传感器数据、语音信号、图像信号或者其他信号。DSP对这些数据进行处理后，将处理后的结果根据不同的情况通过TJA1080发送到总线上的其他节点；相反，DSP通过TJA1080读取总线上其他节点发送的数据帧，并对这些数据帧进行处理，将结果发送到DAC，可以实现对本节点电子设备状态的控制。  

3 TJA1080与C5509的