設計工程師五步實現FlexRay穩健網絡拓樸

FlexRay已開始在單通道高速動力傳動、駕駛輔助和提高舒適程度的汽車電子應用中大展身手。在新款BMW X5汽車中，FlexRay用于懸架控制之中，這樣就可以在利用雙通信信道和總線監控把這種具有容錯功能的確定性協議運用在安全駕駛功能中之前，讓工程師和開發人員有一個逐漸適應的學習過程，降低了相關風險。

在FlexRay應用的開發過程中，設計工程師可以通過五個基本步驟來構建一個穩健的網絡拓樸。

步驟1：首先必須定義車輛底盤上節點的數量及其假定位置，然后才能確定實現無stub（一種被稱為“菊花鏈”的拓樸結構）無源總線所需的線纜長度，該總線終端即是線纜終端處，如圖1所示。如果線纜長度小于10米，則拓樸完成，其被認為可用于系列生產。

步驟2：一旦發現線纜長度大于10米，就應該考慮采用“主動星型”拓樸（參見圖2）。如果線纜長度超過20米，則必須引入主動星型了。最簡單的主動星型只有兩個分支，把線束？？為兩個電氣去耦部件。因為可通過NXP的TJA1080收發器（用于BMW X5的首批同類器件）來增強主動星型，故所需收發器總數只增加了一個。

步驟3：若應用在車輛發生碰撞事故之后還能夠繼續工作，系統的碰撞靈敏節點應分布在不同的分支上（見圖3）。這樣一來，一旦線纜被擠壓或被鉗位在一個差分電壓上，只有受影響的分支的數據傳輸被中斷，但主動星型將保證網絡中其它分支的通訊不受影響。

圖1

圖2

圖3

步驟4：鑒于共振的出現，暴露在非常惡劣的RF場中的節點或布線也應該分布到不同的分支上（見圖4）。在線纜兩端各利用一個？？終端（FlexRay電氣物理層規范v2.1修訂版B），把RF感應電流轉移到接地位。這就使得線纜上的共模電壓幅度更低，同時不影響與其它分支相連接的節點。因此，接收到的數據流中的抖動可以控制在合理的范圍內。

圖4

步驟5：為了確保在線纜兩端始終有合適的（？？的）終端（見圖5），中繼電纜的末端節點不應是可選節點。節點的電氣位置沿線纜的移動不得致使線纜長度超過10米過多。在非可選節點上，可引入短的stub（《1米）。即使有更大的靈活性，主動星型也不必在線纜度終端處。

圖5

驗證與優化

遵照這五個步驟，有助于構建在電子特性方面穩健的FlexRay拓樸結果。建議進行仿真以對定義后的拓樸做進一步驗證和優化。開采用蒙特卡羅（Monte-Carlo）仿真法來估算線束、產量范圍以及依賴于收發器和主動星型的溫度等各項制造公差。

此外，FlexRay聯盟已推出了一種涵蓋線束趨膚效應在內的復雜完善的線纜模型。在支持汽車制造商引入FlexRay的同時，NXP也在不斷提高自己在FlexRay拓樸仿真領域的專業能力。

關于FlexRay應用的？？終端、線纜和連接器的更多信息可參見FlexRay電氣物理層規范v2.1修訂版B。電氣物理層應用說明v2.1修訂版B給出了一些有關拓樸設計的建議。這兩份規范都可通過FlexRay聯盟網站獲得。至于TJA1080 FlexRay收發器的技術細節，可查詢NXP網站。

只要遵循這些建議，就有助于降低利用FPGA進行系統設計的功耗。