今天,汽车行业的创新几乎完全是由半导体技术驱动的,在大多数情况下,这也是实现新颖功能特性的唯一途径。时下,一辆装备精良的高档汽车一般都有50余个电子控制单元,顶级车型甚至还要多40%。每个控制单元至少有一个微控制器(Mcu)和几个模拟元器件。因此,汽车行业已成为半导体行业的一个重要市场。本文将结合飞思卡尔推出的一款面向汽车的FlexRay设备MFR4200介绍FlexRay协议,以及采用该协议的通信控制器在汽车行业的应用,并展望未来的市场趋势。
1 汽车创新需求与FlexRay协议
市场研究公司strategy Analytics汽车业务部门的一项调查表明,为了提供安全、可靠和舒适的车内系统,汽车制造商会使用更多的嵌入式控制器;同时,时间触发的通信系统也变得非常重要。然而,目前采用本地互连网(LIN)和控制器局域网(CAN)将车内各个控制单元互连起来,汽车制造商需要更高的通信带宽及确
作为制定FlexRay协议的联盟创始者之一的飞思卡尔半导体,自2000年以来,一直致力于加快F1exRay的应用。F1exRay是一个通信协议,用于管理21世纪汽车中越来越多的数字元件。过去两年中,博世、通用汽车、福特、大众、奥迪及西门子VDO等汽车制造商也加入了该联盟,共同推广FlexRay协议,使之成为汽车工业高级应用的实际标准。目前,已有80多家汽车、半导体和软件行业的公司支持F1exRay标准。飞思卡尔在8月己推出一款面向汽车的FlexRay设备MFR4200,并已经批量生产。第一款配备基于FlexRay协议的网络功能汽车有望于2006年进入市场。
FlexRay协议的主要特性包括时间和事件触发的通信方法。它支持容错系统,具有高度差错发现和诊断能力,支持成本经济的不同网络布局和安全增强型系统划分。其专门用于汽车的电气物理层具有先进的关断和唤醒机制,有助于提供灵活的可扩展性和充足的可升级性。
在诸如线控制动和线控驾驶等应用的高级线控(x-by-wire)系统方面,FlexRay协议将大有用武之地。高级线控可消除对液压和机械系统的需要,利用先进的电子系统使这些系统与驾驶者进行沟通,可以实现低成本的设计,并易于维护。在汽车领域,FlexRay协议可能的应用包括:主动和被动安全系统、防碰撞系统、动力传动系控制系统和辅助驾驶系统。FlexRay具有10Mbps的总数据传输速率,可提供比目前用于高级汽车控制应用的CAN协议高约20倍的网络带宽。此外,FlexRay还增加了高速协议,可满足最严格的系统要求,使主要的车内网络标准(CAN、LlN及MOST)更加完善。
总之,FlexRay将实现动力传动系统和车身系统等下一代高带宽控制应用,最终实现用于实时底盘管理、制动和转向系统的线控解决方案。
2 MFR4200具备的优势
FlexRay通信控制器是一种以FlexRay协议为标准、具有全面协同工作能力的通信器件,可为复杂的网络提供速度、灵活性和可升级性能,有助于汽车制造商降低开发和生产成本,集中和简化先进的高速电子控制系统的开发,提高车辆的整体稳定性和安全性。
飞思卡尔半导体推出的MFR4200是FlexRay通信控制器,主要面向汽车应用的底盘控制、车身电子和动力传输应用。它可以实现高级线控汽车应用,为汽车工业的下一代控制应用拓展了空间。线控汽车子系统包括制动、方向盘控制、悬架/反应控制和节流阀控制,它将逐步取代大部分液压管路、有线网络、传感器和发动机等机械线缆。MFR4200具有很高的通信带宽及准确性,能提供比现有的CAN解决方案高出10倍的吞吐量,以及强大的容错数据传输功能,提供高级线控技术所需的容错性和准确的时间性能。
MFR4200可提供FlexRay联盟定义的先进网络特性的系统设计。该器件容易与各种微控制器,如飞思卡尔的S12X、PowerPCMPC5xx和MPC55xx,以及数字信号控制器(DSC)产品线进行无缝集成,从而实现低成本的FlexRay控制单元网络。只要简单地添加FlexRay控制器,就可将现有的和新的控制单元集成进FlexRay网络。
MFR4200是实现具有高带宽、准确性、高度可靠和共享全球时基的强大的网络解决方案。归纳起来,它具有以下丰富特性:
◆共有两条通道,每条通道是独立的,可提供双倍带宽,每条通道的比特率高达10 Mbps
◆59个消息缓冲区,每个均拥有32 B数据的有效载荷。
◆FlexRay结构具有高达254 B数据的有效载荷。用于填补的FlexRay有效载荷数据超过32 B。
◆一个可配置
◆每个消息缓存区可配置为一个接收缓冲区、传输缓冲区(单或双),或者作为接收FIFO的一部分。
◆可供每个通道使用的两个接收屏蔽消息缓冲区。
◆消息缓冲区可以利用状态或事件语义进行配置。
◆灵活的差错信令机制可提供8个可配置计数器、插槽状态指示器和中断。
◆用于时钟同步化的内部测量时间差值,可通过控制器主机接口(CHI)简便地读出。
◆多达4个插槽状态,可独立观察通信控制器的接收缓冲区。
◆利用3个主动消息缓冲区(主动传输缓冲区、主动接收缓冲区和主动接收FIFO缓冲区),可以CHI方法使主机访问所有的消息缓冲区。
◆基于结构ID、周期计数器和通道的可配置消息过滤,用于传输和接收缓冲区。
◆基于结构ID、通道和消息ID的可配置消息过滤,用于接收FIFO。
◆通信周期持续时间可以用微时标进行配置。
图1是MF、R4200器件的方框图。
![点击看大图 点击看原图MFR4200器件以一种唯一的用户模式——正常模式工作没有低功耗模式在正常模式下可以选择不同的主机接口每个…](Image/2009060113503636518.jpg)
点击看原图
MFR4200器件以一种唯一的用户模式——正常模式工作,没有低功耗模式。在正常模式下,可以选择不同的主机接口,每个主机接口都拥有自己的相关外部引脚和接口配置。该器件采用64引脚的小型四方扁平封装(LQFP)。
3 迎接FlexRay应用时代
汽车电子行业最大的热点就是网络化。CAN网络的上游是传输速率更高的FlexRay协议,下游是LIN协议。FlexRay不仅速率高,而且更加安全可靠,其接口和收发器方面要求也较高,对精度和复杂性的要求更高。
目前,飞思卡尔半导体正在与其他厂商合作,努力为FlexRay开发商提供包括芯片产品和符合FlexRay协议规范2.1版的网络仿真工具在内的第一套完整的解决方案。与CAN类似,符合2.1版标准的硬件也将嵌入到现有的汽车微控制器系列产品中,从而进一步降低成本。相应的产品已在开发之中,不久就会面市。
我们相信,迈向汽车高带宽先进控制应用开发的F1exRay时代已经为期不远了。