FlexRay总线平台构建及性能研究

论文摘要

随着现代汽车技术的发展,汽车安全性能要求越来越高,相应的电控单元和传感器数目大量增加,尤其是汽车线控（X-by-Wire）系统的增加,促进了汽车总线和网络技术的发展。传统的车载总线网络如CAN （Controller Area Network）、LIN （Local Interconnect Network）等由于自身的一些固有特点,在某些应用场合已经无法满足当前汽车安全性能和内外大量信息交换的需要,因此,新型的车载网络总线FlexRay应运而生。FlexRay协议由FlexRay联盟开发,起初由BWM和DaimlerChrysler共同制定以满足他们当前以及将来的产品需求。随后就有Bosch、NXP、Freescale、GM、Volkswagen等公司加入,将FlexRay协议不断完善并于2005年发表了FlexRay协议V2.1版本。FlexRay协议基于BWM公司ByteFlight协议并进行了扩展,一推出便得到了众多汽车制造厂商的支持,FlexRay V1.1已成功应用于BWM X52006款汽车,FlexRay V2.1版本也于2009年在BWM X6线控驱动（Drive-by-Wire）中应用。本文对FlexRay协议进行了详细的研究,对FlexRay协议的重要特性如消息帧格式、通道唤醒与簇启动、媒介访问控制以及时间同步等进行了深入的分析探讨,同时对FlexRay总线信号特性以及编解码方式、安全性应用等内容也进行了研究。在此基础上,本文详细列举并分析了当前支持FlexRay协议的全球各大半导体厂商提供的FlexRay控制器和收发器,对各个厂家的产品特点进行了对比分析,最终采用了性价比较高、易于采购的飞思卡尔（Freescale）公司MC9S12XF512带FlexRay协议控制器的微控制器和恩智浦（NXP）公司的TJA1080FlexRay收发器构建FlexRay,总线测试平台。在FlexRay协议代码编写配置方面本文也另辟蹊径使用了Network Designer::FlexRay软件对FlexRay网络进行设计,提高了使用FlexRay总线设计车载通信网络的效率以及降低了代码编写难度。在构建的FlexRay总线测试平台上,本文进一步就FlexRay总线的网络组网方式、总线带宽利用率、静态段和动态段消息的调度等方面进行了相关研究,本文提出了一种对FlexRay总线利用率最优化的估算方法并对FlexRay,总线静态段和动态段的消息调度算法进行了一定的研究,给出了两种可行的消息调度算法。最后本文在实际构建的平台上使用Freescale公司的FreeMASTER软件开发了针对本文构建的FlexRay总线测试平台的上位机测试软件,对F1exRay总线的相关协议特性、编解码特性和通信冗余可靠性进行了实际测试验证并对结果进行了详细分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 FlexRay国内外研究现状
• 1.2.1 FlexRay协议简要介绍
• 1.2.2 FlexRay研究现状
• 1.3 FlexRay协议操作控制
• 1.4 FlexRay唤醒与启动
• 1.5 FlexRay网络拓扑结构
• 1.6 本文的主要工作及内容组织
• 第2章 FlexRay硬件平台构建
• 2.1 硬件平台方案选择
• 2.2 FlexRay节点设计
• 2.2.1 硬件架构
• 2.2.2 节点硬件电路设计
• 2.2.3 软件设计
• 2.3 FlexRay平台网络拓扑设计
• 2.3.1 FlexRay平台网络硬件架构
• 2.3.2 FlexRay平台网络配置设计
• 第3章 FlexRay网络性能分析
• 3.1 FlexRay平台网络模型建立及分析
• 3.2 FlexRay带宽利用率分析
• 3.2.1 FlexRay带宽损耗分析
• 3.2.2 FlexRay带宽利用率优化分析
• 第4章 FlexRay调度算法研究
• 4.1 FlexRay静态段调度算法研究
• 4.2 FlexRay动态段调度算法研究
• 第5章 FlexRay网络平台测试
• 5.1 测试平台搭建
• 5.2 测试结果验证与分析
• 5.2.1 FlexRay总线时序验证
• 5.2.2 总线冗余可靠性及数据通信功能验证
• 第6章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献