完全电控的下一代网络化汽车系统

在未来的5至10年里，传统的汽车机械系统(如刹车和驾驶系统)将变成通过高速容错通信总线与高性能CPU相连的电气系统。在一辆装备了综合驾驶辅助系统的汽车上，诸如电控(control by-wire)刹车、电控驾驶和电子阀门控制等特性将为驾驶员带来终极驾驶体验。为了提供这些系统之间的安全通信，就需要一个高速、容错和时间触发的通信协议。

Franz Fink

32位产品部总经理

摩托罗拉传输和标准产品集团

FlexRay是一种新的特别适合下一代汽车应用的网络通信系统。目前已经成立了FlexRay协会，以促使业界在这些电控系统上采用同一个标准。BMW、DaimlerChrysler、摩托罗拉和飞利浦半导体联合开发和建立了这个FlexRay标准，该标准不仅提高了一致性、可靠性、竞争力和效率，而且还简化了开发和使用，并降低了成本。

FlexRay将使汽车发展成百分之百的电控系统，完全不需要后备机械系统的支持。电控应用需要既具有确定性和容错性又支持分布式控制系统的高速总线系统。此外，该技术可以满足关键的汽车应用要求，如可靠性、可用性、灵活性和高数据速率，以弥补目前汽车内主要的联网标准(如CAN、LIN和MOST等)的不足之处。

该通信系统远比一个通信协议更复杂，它还包含一个专门设计的高速数据收发器，并且定义了FlexRay节点内各组件间的硬件和软件接口。FlexRay协议定义了网络化汽车系统内通信处理的格式和功能。

不同于现有的汽车协议MOST、CAN、LIN和J1850，FlexRay可满足至关重要的可靠性要求，并在汽车各电子系统之间的通信中扮演重要角色。

对速度的需求

在今天的汽车中，车体和舒适性控制模块都连接到控制器区域网络(CAN)总线上，并借助本地互连网络(LIN)进行外围设备控制。远程信息处理和多媒体连接需要高速互连，视频传输又需要同步数据流格式，这些都可由MOST协议来实现。在很多情况下，高速汽车控制系统如动力系统和传送控制，如今都使用专用CAN和J1850网络连接在一起。

随着电子控制单元之间数据通信数量的增加，获得高速数据传输速率变得很重要。FlexRay最初设计目标大约是10Mbps数据率，不过，该协议允许达到更高的速率。

FlexRay是一种可伸缩的通信系统，支持同步或异步数据传输。同步数据传输可实现时间触发通信，以满足系统可靠性要求；基于Byteflight协议基本原理的异步数据传输，在事件驱动的通信中允许每个节点利用全部带宽。

FlexRay的同步数据传输是确定性的，同时保证提供最小的消息传输时延和消息抖动。与CAN的判优方法相比，该性能更优越。CAN判优方法可使低优先级消息延迟发送，而让高优先级消息先行发送，因此除了最高优先级消息，其它任何消息的时延都无法事先确定。FlexRay保证为同步传输部分中的每个消息预先设定传输时间，而不影响其它消息。

FlexRay支持全球标准时间基础上的冗余和容错分布式时钟同步，从而保证所有网络节点都能在一个紧凑的预先设定的精确时间窗中有秩序地工作。在同步通信部分，每个电子控制单元都分配到一个固定时隙号，这可确保每个消息都能得到所需的带宽和时隙。这种分配保证了全部消息无须竞争带宽或经过判优就可进行传输。

一个独立的总线监控电路用于发现物理层错误，以确保在通信控制器出现故障的情况下也不会发生数据传输冲突。在电控应用中，分布式系统中的所有应用信息都通过通信协议连接在一起，这一点非常重要，它使得应用功能可在一个已知的时间范围内执行完毕。

FlexRay通信系统同时支持光纤和电气物理层，这使得用户可根据最适合自己的需要采用何种布线方案。光纤数据传输具有不受电磁干扰影响的优点，而电磁干扰可对电气线路上的通信造成很大破坏性影响。

令人遗憾的是，至今仍没有一个通信网络可以满足未来汽车的所有成本和性能要求。因此，汽车OEM商仍将继续采用多种联网协议(包括CAN、LIN和MOST)。未来的汽车将布满网络。