]基于Flexray总线的车载指挥控制任务计算机的设计与实现

FlexRay是一种新型的高速串行总线标准，与传统的CAN总线相比，FlexRay在通信速率、确定性、可靠性等多方面都有着更为优越的性能，具有灵活的使用方式，支持多种网络拓扑结构，负载率高，提供冗余机制的优点。FlexRay总线与CAN总线相比具有以下优势：

(1)传输速率高。单通道可达10Mbps，双通道高达20Mbps；CAN总线传输速率最高仅1 Mbps。

(2)支持双通道。双通道可单独运行、并行运行或冗余运行；CAN只有一个通道，无冗余。

(3)支持最大数据帧长254字节；CAN总线支持最长数据帧仅8字节。

(4)MAC(Media Access Control)层采用TDMA(时分多路)方式，数据通信具有确定性；而CAN总线采用带优先级的CSMA／CA(冲突避免多路访问方式)，无法保证通信确定性。

(5)支持星型、总线型、混合型等多种拓扑结构。

FlexRay网络通讯协议主要体现在4个核心机制上：编码与解码、数据帧与特征符处理、媒体接入控制和时钟同步，另外控制器主机接口为实现这些机制提供数据传输服务。FlexRay数据帧由帧头部分、有效数据部分、帧尾部分组成。帧头部分由5个字节组成，包括保留位、数据指示位、空帧指示位、同步帧指示位、帧ID、有效数据长度、头部循环校验CRC位和循环计数位；帧尾部分只含有单个的数据域，即一个24位的CRC(循环冗余)校验码。

主处理器把要发送到总线上的数据存入发送FlexRay消息缓冲器中，通过媒体接入控制，CRC校验码封装成符合FlexRay协议的数据帧，再经过总线驱动器编码送到总线上；同样，总线上的数据经过总线驱动器解码，数据帧被送到控制器中，通过帧ID过滤校验和循环计算校验，存入相应的消息缓冲器中。

2．5 电源模块

电源模块将供电系统提供的直流28V供电变换成计算机所需的各类电源；具有过流、短路保护功能，故障排除后输出自动恢复等功能；具有过压保护功能；具有过热保护功能。电源电压监控：此外电源模块还具有在线监控功能。28V输入电压和+15V、-15V、+5V输出电压监控。

3 指挥控制计算机的软件设计

指挥控制计算机的软件主要驻留在处理器模块上，分为系统软件、实时任务软件、地面支持软件三部分。软件功能结构如图2所示。



指挥控制计算机工作模式分为4种：实时模式、 监控模式、在线编程模式、调试模式。实时模式下指挥控制计算机在操作系统调度下运行实时任务软件；监控模式下指挥控制计算机运行监控软件，可启动测试软件对硬件资源逐一进行测试；在线编程模式下指挥控制计算机可对其FLASH存储器中固化的程序进行更新；调试模式下指挥控制计算机可与宿主机通过以太网进行联机，在调试代理的支持下进行应用软件的开发调试。指挥控制计算机工作模式选择流程及启动过程见图3所示。





实时任务执行软件包括通讯管理软件、数据通讯管理软件、天线伺服系统模拟输入／输出管理、图像数据处理软件和FLASH电子盘记录管理软件等功能。软件的调度流程见图4所示。


4 结束语

FlexRay是新型的高速总线通信标准，在车载系统中采用FlexRay作为通讯总线的解决方案，既提升了通讯带宽和传输效率，又有易于系统扩展和功能升级，满足车载应用环境下实时性和可靠性的要求。研究表明，基于FlexRay总线能很好地实现数据的传输和交换，实现在高速的情况下进行实时通信的功能，通讯效果良好。

本文详细地介绍了基于FlexRay总线的车载指挥控制任务计算机的总体设计思想，阐述了系统硬件平台中的功能单元的设计，重点介绍了FlexRay总线的设计难点。同时详细介绍了基于VxWorks实时操作系统的软件架构设计，从而解决了车载应用环境对多任务和高实时性的需求问题。