最新改進(jìn)flexray總線的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(編輯修改稿)
2025-07-27 03:55 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 行容錯(cuò)。數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)對要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理：Ax：所有數(shù)據(jù)保持不變；Ay：所有數(shù)據(jù)與0101…01進(jìn)行異或；Bx：所有數(shù)據(jù)進(jìn)行取反；By：所有數(shù)據(jù)與1010…10進(jìn)行異或。節(jié)點(diǎn)接收到四條總線的數(shù)據(jù)，對接收到的4個(gè)數(shù)據(jù)按位進(jìn)行比較，通過查表，能夠檢測出瞬態(tài)故障和硬故障，并能解決單個(gè)總線的故障，即可容忍一個(gè)總線的故障。通過比較判斷是否接收數(shù)據(jù)，若所有數(shù)據(jù)均能接收到，則BIU接收該數(shù)據(jù)幀。為保證FlexRay總線能夠更好用于故障安全通信，一方面可以保留FlexRay總線采用時(shí)間觸發(fā)機(jī)制時(shí)間確定性，以及靈活性的優(yōu)勢，另一方面可以對FlexRay容錯(cuò)能力不足和總線利用率不高的方面進(jìn)行改進(jìn)，通過借鑒ARINC659高可靠度和安全度的物理層，進(jìn)一步提高總線的可靠性和容錯(cuò)性以及利用率，使得FlexRay總線能更好的用于軌道交通列控系統(tǒng)中。由于每條線路發(fā)生傳輸錯(cuò)誤的概率很小，且同一時(shí)刻傳輸相同錯(cuò)誤的概率極其小，因此ARINC659總線接收到錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的概率遠(yuǎn)小于FlexRay總線，且可允許某個(gè)時(shí)刻單條線路的傳輸錯(cuò)誤，其可靠性和容錯(cuò)能力均好于FlexRay總線。因此，將ARINC659總線的物理層借鑒到FlexRay總線中。其具體框架圖如圖2所示。圖2 改進(jìn)的FlexRay總線節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)對FlexRay總線，采用交叉檢驗(yàn)的四條總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，與ARINC659相同，發(fā)送時(shí)四條總線對每位數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的處理，接收時(shí)對每位數(shù)據(jù)進(jìn)行查表檢測，然后對完整接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，Ax與Bx進(jìn)行比較，Ay與By進(jìn)行比較，再對比較后的兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC解碼，最終得到的一致數(shù)據(jù)為接收到的有效數(shù)據(jù)。2 改進(jìn)FlexRay總線的實(shí)現(xiàn)針對改進(jìn)的FlexRay總線，在FPGA上進(jìn)行IP核的設(shè)計(jì)。首先采用Quartus II實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)，再將各模塊統(tǒng)一綜合。模塊包括時(shí)鐘模塊、協(xié)議運(yùn)行控制狀態(tài)模塊、時(shí)鐘同步模塊、介質(zhì)訪問模塊、收發(fā)模塊。在FlexRay協(xié)議里，通信建立在重復(fù)的通信循環(huán)中。通信循環(huán)中按照時(shí)間定義的元素分為四個(gè)時(shí)間層次，從最低層到最高層分別是：微時(shí)鐘（microtick）層、宏時(shí)鐘（macrotick）層、仲裁格層和通信循環(huán)層。微時(shí)鐘層的時(shí)鐘大小是由系統(tǒng)時(shí)鐘確定的，對于不同的節(jié)點(diǎn)可以使用不同的時(shí)鐘。若干個(gè)microtick組成一個(gè)macrotick，具體的個(gè)數(shù)由時(shí)鐘同步的機(jī)制來決定的，也表明macrotick是實(shí)現(xiàn)全局時(shí)鐘同步最小的時(shí)間單元。靜態(tài)段的時(shí)間單位為靜態(tài)時(shí)隙，動(dòng)態(tài)段的時(shí)間單位為小時(shí)隙（動(dòng)態(tài)時(shí)隙）。靜態(tài)時(shí)隙和小時(shí)隙均由若干個(gè)macrotick組成。最高層為通信循環(huán)層，由靜態(tài)段、動(dòng)態(tài)段、符號(hào)窗和網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)間段組成。FlexRay總線上的節(jié)點(diǎn)一共有8個(gè)基本的協(xié)議運(yùn)行控制狀態(tài)，在各不同的狀態(tài)下執(zhí)行相應(yīng)的功能。這8個(gè)狀態(tài)，分別是默認(rèn)配置狀態(tài)（default config）、參數(shù)配置狀態(tài)（config）、就緒狀態(tài)（ready）、喚醒狀態(tài)（wakeup）、啟動(dòng)狀態(tài)（startup）、正常主動(dòng)狀態(tài)（normal active）、正常被動(dòng)狀態(tài)（normal passive）、中止?fàn)顟B(tài)（halt）。狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換如圖3所示。圖3 協(xié)議運(yùn)行控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換介質(zhì)訪問模塊主要完成數(shù)據(jù)幀的組幀與解幀。數(shù)據(jù)幀根據(jù)具體情況，從各狀態(tài)寄存器和從主機(jī)接收到的數(shù)據(jù)獲取所需要的信息，再經(jīng)過11位的頭部CRC計(jì)算和24位的CRC計(jì)算，得到最終的數(shù)據(jù)幀。反之，解幀時(shí)也是先計(jì)算數(shù)據(jù)幀的頭部CRC和總的CRC，然后與發(fā)送的CRC值進(jìn)行比較，若一致則接收該數(shù)據(jù)，并更新狀態(tài)寄存器的數(shù)據(jù)。FlexRay頭部CRC采用11位CRC，生成多項(xiàng)式為。初始為0x1A。幀尾段采用24位CRC校驗(yàn)，協(xié)議中規(guī)定通道A初始值：0xFEDCBA，通
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