基于FlexRay总线的网络传感器节点的设计#张峰，陈光武**5101520（兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室，兰州730070）摘要：研究了新一代汽车总线FlexRay总线的主要特性，通信机制及拓扑结构，提出了一种基于FlexRay总线技术的网络传感器节点的设计方案，并给出了以Atmega128为微控制器，MFR4200为通信控制器和TJA1080通信收发器为核心的总线接口硬件电路设计及相应的节点初始化配置。最后将FlexRay总线和CAN总线进行实时性对比，表明FlexRay总线实时性优于CAN总线。关键词：FlexRay总线；网络传感器节点；接口电路；实时性中图分类号：TP39DesignofSenorNodeNetworkBasedonFlexRayBusZHANGFeng,CHENGuangwu(KeyLaboratoryofOpto-electronicTechnologyandIntelligentControloftheMinistryofEducation,LanzhouJiaotongUniversity,LanZhou730030)Abstract:InthispaperthedesignofsenornodenetworkbasedontheFlexRaybusisproposedaccordingtothestudyonitsmainfeatures,communicationmechanismandtopologicalstructure,BusinterfacecircuitdesignandnodeinitializationconfigurationaregivenbaseonAtmega128L,MFR4200andTJA1080.Atlastwithreal-timecomparisionbetweentheFlexRaybusandtheCANbus,itindicatesthattheFlexRaybushasanadvantageovertheCANbusinreal-time.Keywords:FlexRaybus;senornodenetwork;interfacecircuit;real-time251FlexRay总线概述FlexRay总线是2000年由BMW、DaimlerChrysler、Philips、Freescale、Bosch等公司组成的FlexRay联盟制定的车载网络通信协议，用以满足车内控制应用的通信需求，以提高汽车的操纵性，可靠性和舒适度。它的出现弥补了既有总线协议应用在汽车线控系统或者同安全相关的系统容错性和传输速率太低的不足，被誉为是可以逐步取代CAN总线的新一代的3035汽车总线[1]。1.1FlexRay总线主要特性FlexRay总线作为新一代的汽车总线通信协议，与传统的CAN相比，在通信速率、实时性和容错性等方面具有巨大的优势。(1)通信速率高。FlexRay总线单通道速度可达10Mbits/s，双通道在传输不同的信息时，速率可达到20Mbits/s，CAN最高速率只有1Mbits/s。通过对总线控制器的配置，总线亦可在8Mbits/s、5Mbits/s、2.5Mbits/s的速率下工作，提高了带宽的灵活性[2]。(2)实时性好。FlexRay总线采用周期循环通信，周期循环中的静态段基于同步时基实现时间触发访问，保证静态段传输的特定消息，在周期循环中拥有固定的位置，即接收器已预基金项目：国家“八六三”计划项目（2007AA11Z211）作者简介：张峰，（1984-），男，硕士研究生，主要研究方向：嵌入式系统。通信联系人：陈光武，（1976-），男，副教授，主要研究方向：嵌入式系统。cgwlz76@gmail.com-1-知消息到达的时间，且到达时间的临时偏差幅度较小[3]。40(3)容错性强，单通道通信时可接独立的物理层总线监控器，当节点发生故障不能正常接收或发送数据时，总线监控器将通信控制器和总线断开，不影响其他节点工作；双通道通信通过传输相同的信息来实现冗余容错，保证系统正常运行不影响系统的稳定性。1.2FlexRay总线通信机制FlexRay总线采用周期循环通信。通信周期由静态段、动态段、符号窗及网络空闲时间4550556065四个部分组成[3]。见图1。若无动态段和符号窗需求，可在通信控制器中将其配置成0。图1FlexRay总线通信周期Fig1FlexRaycommunicationcycle周期的静态段由数个时间宽度相同的静态时隙（StaticSlot）组成，采用时分多址（TDMA）技术实现多路同等级的数据传输。每个节点可以占用1个或1个以上时隙（最多16个），这些时隙内，只允许该节点根据帧ID发送接收数据。周期的动态段由数个微时隙（Minislot）组成，采用事件触发的方式传输信息。节点访问总线的的顺序由信息ID进行优先级确定，时隙长度可动态调整，若节点无数据发送,经过一个Minislot，总线控制权移交给下一节点。周期的符号窗内，用于单独特征符的发送，以便FlexRay总线集群触发。周期的网络空闲时间用于节点计算并申请时钟校正的一段时间，同样用于节点执行，完成特定的与通信周期相关的任务。1.3FlexRay总线网络拓扑FlexRay协...