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汽车控制系统性能提升! FlexRay网络标准的详细说明

自2003年成立以来,AUTOSAR(汽车开放系统架构)联盟一直致力于改变车辆网络和电子控制单元(ECU)的设计。 AUTOSAR提出了一种符合行业标准的车载网络设计方法,使行业能够在汽车网络内集成,交换和传输功能,数据和信息。
该标准极大地促进了汽车原始设备制造商(OEM)及其一级供应商之间的合作,使他们能够以一致,清晰且机器可读的格式交换设计信息。汽车的不同部分对安全性和性能有不同的要求,并且支持它们的车辆网络必须具有可预测的安全性。
随着汽车技术的不断发展,人们可以使用一系列总线技术来连接豪华汽​​车中多达100个不同的ECU。这些总线技术通常包括LIN,CAN,FlexRay,MOST和基于以太网的体系结构。
手动管理这些ECU之间成千上万的信息和交互操作是不可能的。因此,汽车设计师必须使用自动化设计和综合工具来预测网络性能并调整车载功能。
汽车数据总线:一辆典型的现代汽车将同时配备各种总线和协议,并从LIN,CAN,FlexRay,MOST和以太网中选择合适的网络。多媒体/视听信号和汽车环绕摄像机系统需要更高的数据速率,因此汽车制造商和OEM在网络解决方案中选择使用以太网代替MOST。
但是对于许多标准的汽车功能来说,LIN和CAN提供的带宽以及性能已经足够。在汽车架构中,ECU被组合以形成“集群”,这些集群通过通信“网关”连接。
群集通常共享相同类型的总线。因此,为了达到高可靠性和高速标准,有必要使用FlexRay网络,但是对要求不高的门锁ECU可以通过CAN或LIN处理。
ECU网关通常需要连接不同类型的信号,并在不同的总线体系结构之间执行映射和转换功能。汽车行业对安全性和符合ISO26262等标准的持续改进提出了强烈的要求,这反过来改善了车载网络的性能,同时还降低了制造和组件成本。
不断提高的网络标准可以适应越来越高的数据传输速率,并且汽车电缆也已经达到了安全和低成本的目标。表1显示了典型汽车网络解决方案的特性和应用。
表1:汽车网络总线。 FlexRay网络:FlexRay协议比CAN更具有确定性。
FlexRay是“时间触发”的。协议中,它提供了不同的选项,因此信息可以在精确的时间范围内发送到目标地址,并且精确到1μs。
FlexRay信息最多可包含254个字节,因此,需要在ECU之间交换的复杂信息具有很大的容量。与CAN相比,FlexRay的数据传输速率也更高。
由于时间是预先确定的,因此信息安排需要预先计划,这通常是由汽车OEM或一级供应商合作伙伴预先配置或设计的。在CAN协议网络中,ECU节点仅需要在通信期间知道正确的波特率,但是FlexRay网络上的ECU节点必须知道在通信期间如何配置和连接网络的各个部分。
检查和验证FlexRay网络的定时是费时的。因此,自动时序分析和信息合成以及打包到时间框架中可以减少错误并缩短设计周期。
“汽车通信矩阵合成”指的是“汽车通信矩阵合成”。汽车网络定时安排的总体定义通常存储在网络中的“通信矩阵”中。
作为中央网关ECU的一部分。 Mentor开发的设计工具解决方案可用于自动合成该数据库,并将所有不同的信息以正确的顺序打包到框架中。
AUTOSAR信号信息被组合为协议数据单元(PDU),然后将这些数据单元组合为传输帧。对于CAN和LIN帧,每个帧都有一个PDU,但是FlexRay帧可能包含多个信号PDU。
在FlexRay架构中,时间是确定的,设计人员面临的主要不确定因素是帧打包和传输顺序。汽车OEM制造商和设计师必须投入大量时间来测试汽车的所有可能情况。

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