]基于Flexray總線的車載指揮控制任務計算機的設計與實現

FlexRay是一種新型的高速串行總線標準，與傳統的CAN總線相比，FlexRay在通信速率、確定性、可靠性等多方面都有著更為優越的性能，具有靈活的使用方式，支持多種網絡拓撲結構，負載率高，提供冗余機制的優點。FlexRay總線與CAN總線相比具有以下優勢：

(1)傳輸速率高。單通道可達10Mbps，雙通道高達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)支持最大數據幀長254字節；CAN總線支持最長數據幀僅8字節。

(4)MAC(Media Access Control)層采用TDMA(時分多路)方式，數據通信具有確定性；而CAN總線采用帶優先級的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、混合型等多種拓撲結構。

FlexRay網絡通訊協議主要體現在4個核心機制上：編碼與解碼、數據幀與特征符處理、媒體接入控制和時鐘同步，另外控制器主機接口為實現這些機制提供數據傳輸服務。FlexRay數據幀由幀頭部分、有效數據部分、幀尾部分組成。幀頭部分由5個字節組成，包括保留位、數據指示位、空幀指示位、同步幀指示位、幀ID、有效數據長度、頭部循環校驗CRC位和循環計數位；幀尾部分只含有單個的數據域，即一個24位的CRC(循環冗余)校驗碼。

主處理器把要發送到總線上的數據存入發送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協議的數據幀，再經過總線驅動器編碼送到總線上；同樣，總線上的數據經過總線驅動器解碼，數據幀被送到控制器中，通過幀ID過濾校驗和循環計算校驗，存入相應的消息緩沖器中。

2．5 電源模塊

電源模塊將供電系統提供的直流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等功能；具有過壓保護功能；具有過熱保護功能。電源電壓監控：此外電源模塊還具有在線監控功能。28V輸入電壓和+15V、-15V、+5V輸出電壓監控。

3 指揮控制計算機的軟件設計

指揮控制計算機的軟件主要駐留在處理器模塊上，分為系統軟件、實時任務軟件、地面支持軟件三部分。軟件功能結構如圖2所示。



指揮控制計算機工作模式分為4種：實時模式、 監控模式、在線編程模式、調試模式。實時模式下指揮控制計算機在操作系統調度下運行實時任務軟件；監控模式下指揮控制計算機運行監控軟件，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；調試模式下指揮控制計算機可與宿主機通過以太網進行聯機，在調試代理的支持下進行應用軟件的開發調試。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。





實時任務執行軟件包括通訊管理軟件、數據通訊管理軟件、天線伺服系統模擬輸入／輸出管理、圖像數據處理軟件和FLASH電子盤記錄管理軟件等功能。軟件的調度流程見圖4所示。


4 結束語

FlexRay是新型的高速總線通信標準，在車載系統中采用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，又有易于系統擴展和功能升級，滿足車載應用環境下實時性和可靠性的要求。研究表明，基于FlexRay總線能很好地實現數據的傳輸和交換，實現在高速的情況下進行實時通信的功能，通訊效果良好。

本文詳細地介紹了基于FlexRay總線的車載指揮控制任務計算機的總體設計思想，闡述了系統硬件平臺中的功能單元的設計，重點介紹了FlexRay總線的設計難點。同時詳細介紹了基于VxWorks實時操作系統的軟件架構設計，從而解決了車載應用環境對多任務和高實時性的需求問題。