]基于Flexray總線的車載指揮控制任務(wù)計算機的設(shè)計與實現(xiàn)

FlexRay是一種新型的高速串行總線標(biāo)準(zhǔn)，與傳統(tǒng)的CAN總線相比，F(xiàn)lexRay在通信速率、確定性、可靠性等多方面都有著更為優(yōu)越的性能，具有靈活的使用方式，支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，負(fù)載率高，提供冗余機制的優(yōu)點。FlexRay總線與CAN總線相比具有以下優(yōu)勢：

(1)傳輸速率高。單通道可達(dá)10Mbps，雙通道高達(dá)20Mbps；CAN總線傳輸速率最高僅1 Mbps。

(2)支持雙通道。雙通道可單獨運行、并行運行或冗余運行；CAN只有一個通道，無冗余。

(3)支持最大數(shù)據(jù)幀長254字節(jié)；CAN總線支持最長數(shù)據(jù)幀僅8字節(jié)。

(4)MAC(Media Access Control)層采用TDMA(時分多路)方式，數(shù)據(jù)通信具有確定性；而CAN總線采用帶優(yōu)先級的CSMA／CA(沖突避免多路訪問方式)，無法保證通信確定性。

(5)支持星型、總線型、混合型等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

FlexRay網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議主要體現(xiàn)在4個核心機制上：編碼與解碼、數(shù)據(jù)幀與特征符處理、媒體接入控制和時鐘同步，另外控制器主機接口為實現(xiàn)這些機制提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。FlexRay數(shù)據(jù)幀由幀頭部分、有效數(shù)據(jù)部分、幀尾部分組成。幀頭部分由5個字節(jié)組成，包括保留位、數(shù)據(jù)指示位、空幀指示位、同步幀指示位、幀ID、有效數(shù)據(jù)長度、頭部循環(huán)校驗CRC位和循環(huán)計數(shù)位；幀尾部分只含有單個的數(shù)據(jù)域，即一個24位的CRC(循環(huán)冗余)校驗碼。

主處理器把要發(fā)送到總線上的數(shù)據(jù)存入發(fā)送FlexRay消息緩沖器中，通過媒體接入控制，CRC校驗碼封裝成符合FlexRay協(xié)議的數(shù)據(jù)幀，再經(jīng)過總線驅(qū)動器編碼送到總線上；同樣，總線上的數(shù)據(jù)經(jīng)過總線驅(qū)動器解碼，數(shù)據(jù)幀被送到控制器中，通過幀ID過濾校驗和循環(huán)計算校驗，存入相應(yīng)的消息緩沖器中。

2．5 電源模塊

電源模塊將供電系統(tǒng)提供的直流28V供電變換成計算機所需的各類電源；具有過流、短路保護功能，故障排除后輸出自動恢復(fù)等功能；具有過壓保護功能；具有過熱保護功能。電源電壓監(jiān)控：此外電源模塊還具有在線監(jiān)控功能。28V輸入電壓和+15V、-15V、+5V輸出電壓監(jiān)控。

3 指揮控制計算機的軟件設(shè)計

指揮控制計算機的軟件主要駐留在處理器模塊上，分為系統(tǒng)軟件、實時任務(wù)軟件、地面支持軟件三部分。軟件功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。



指揮控制計算機工作模式分為4種：實時模式、 監(jiān)控模式、在線編程模式、調(diào)試模式。實時模式下指揮控制計算機在操作系統(tǒng)調(diào)度下運行實時任務(wù)軟件；監(jiān)控模式下指揮控制計算機運行監(jiān)控軟件，可啟動測試軟件對硬件資源逐一進行測試；在線編程模式下指揮控制計算機可對其FLASH存儲器中固化的程序進行更新；調(diào)試模式下指揮控制計算機可與宿主機通過以太網(wǎng)進行聯(lián)機，在調(diào)試代理的支持下進行應(yīng)用軟件的開發(fā)調(diào)試。指揮控制計算機工作模式選擇流程及啟動過程見圖3所示。





實時任務(wù)執(zhí)行軟件包括通訊管理軟件、數(shù)據(jù)通訊管理軟件、天線伺服系統(tǒng)模擬輸入／輸出管理、圖像數(shù)據(jù)處理軟件和FLASH電子盤記錄管理軟件等功能。軟件的調(diào)度流程見圖4所示。


4 結(jié)束語

FlexRay是新型的高速總線通信標(biāo)準(zhǔn)，在車載系統(tǒng)中采用FlexRay作為通訊總線的解決方案，既提升了通訊帶寬和傳輸效率，又有易于系統(tǒng)擴展和功能升級，滿足車載應(yīng)用環(huán)境下實時性和可靠性的要求。研究表明，基于FlexRay總線能很好地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和交換，實現(xiàn)在高速的情況下進行實時通信的功能，通訊效果良好。

本文詳細(xì)地介紹了基于FlexRay總線的車載指揮控制任務(wù)計算機的總體設(shè)計思想，闡述了系統(tǒng)硬件平臺中的功能單元的設(shè)計，重點介紹了FlexRay總線的設(shè)計難點。同時詳細(xì)介紹了基于VxWorks實時操作系統(tǒng)的軟件架構(gòu)設(shè)計，從而解決了車載應(yīng)用環(huán)境對多任務(wù)和高實時性的需求問題。