(2) FlexRay節(jié)點結(jié)構(gòu)
　　FlexRay節(jié)點的核心是ECU(Electronic Control Unit)，是接入車載網(wǎng)絡(luò)中的獨立完成相應(yīng)功能的控制單元。主要由電源供給系統(tǒng)、主處理器、固化FlexRay通信控制器、可選的總線監(jiān)控器和總線驅(qū)動器組成。主處理器提供和產(chǎn)生數(shù)據(jù)，并通過FlexRay通信控制器傳送出去。其中驅(qū)動器和監(jiān)控器的個數(shù)對應(yīng)于通道數(shù)，與通信控制器和微處理器相連?？偩€驅(qū)動器連接著通信控制器和總線，或是連接總線監(jiān)控器和總線。主處理器把FlexRay控制器分配的時間槽通知給總線監(jiān)視器，然后總線監(jiān)視器就允許FlexRay控制器在這些時間槽中傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以隨時被接收。結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 FlexRay節(jié)點結(jié)構(gòu)

(3) FlexRay網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)
　　FlexRay的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)主要分為3種：總線式，星型，總線星型混合型。在星型結(jié)構(gòu)中還存在級聯(lián)方式。通常，F(xiàn)lexRay節(jié)點可以支持2個信道，在雙信道系統(tǒng)中，不是所有節(jié)點都必須與2個信道連接。與總線結(jié)構(gòu)相比，星狀結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于：它在接收器和發(fā)送器之間提供點到點連接。該優(yōu)勢在高傳輸速率和長傳輸線路中尤為明顯。另一個重要優(yōu)勢是錯誤分離功能。雙通道備用星型結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 FlexRay網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

(4) FlexRay狀態(tài)

FlexRay的節(jié)點有6個基本的運行狀態(tài)：

1)配置狀態(tài)(默認配置/配置)：用于各種初始化設(shè)置，包括通信周期和數(shù)據(jù)速率。

2)就緒狀態(tài)：用于進行內(nèi)部的通信設(shè)置。

3)喚醒狀態(tài)：用于喚醒沒有在通信的節(jié)點。當節(jié)點的收發(fā)器接受到喚醒特征符后，對主機處理器和通信控制器進行上電，喚醒并激活通信控制器、總線驅(qū)動器和總線監(jiān)控器。

4)啟動狀態(tài)：用于啟動時鐘同步，并為通信做準備。只有將節(jié)點喚醒后，才能啟動節(jié)點工作。系統(tǒng)的啟動由2個邏輯步驟組成，冷啟動節(jié)點啟動和其他非冷啟動節(jié)點通過接受啟動幀與冷啟動節(jié)點整合到一起。

5)正常狀態(tài)(主動/被動)：可以進行通信的狀態(tài)。

6)中斷狀態(tài)：表明通信中斷。

FlexRay狀態(tài)圖如圖4所示。

圖4 FlexRay狀態(tài)

3 車電總線接口單元設(shè)計

3.1 總線接口單元組成
　　在綜合化處理系統(tǒng)架構(gòu)中，車電總線訪問可簡化為下列部分：主控單元，RapidIO交換單元，總線接口單元和車電總線。主控單元包含處理器和PCIe-SRIO轉(zhuǎn)接橋。處理器將信號發(fā)送至PCIe-SRIO轉(zhuǎn)接橋，數(shù)據(jù)通過SRIO交換，傳輸至總線接口單元，最終實現(xiàn)處理器對車電總線上各傳感器的訪問與控制。車電總線訪問的整體架構(gòu)如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)總體架構(gòu)

總線接口單元采用3U、VPX結(jié)構(gòu)，板卡主要由XILINX的Virtex6系列FPGA XC6VLX75T完成CAN總線控制器、FlexRay總線控制器、RapidIO總線接口等模塊功能，輔之以CAN和FlexRay總線接口PHY、晶振、電壓轉(zhuǎn)換器等芯片完成總線接口單元設(shè)計。總線接口單元主要完成RapidIO-FlexRay、RapidIO-CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，實現(xiàn)了車電總線與任務(wù)總線(RapidIO)的無縫連接。由于該總線接口模塊不含F(xiàn)lexRay總線監(jiān)控功能，若要實現(xiàn)對總線的監(jiān)控，需在節(jié)點上外接監(jiān)控設(shè)備?？偩€接口單元功能組成框圖如圖6所示。

3.2 車電總線接口設(shè)計

3.2.1 CAN總線接口設(shè)計
　　單元模塊通過FPGA輸出四路GPIO信號，GPIO連接電壓轉(zhuǎn)換芯片以完成電平轉(zhuǎn)換，CAN總線信號完成電平轉(zhuǎn)換后連接CAN芯片，從而輸出CAN總線信號與總線接口單元VPX接插件相連，如圖7所示。

圖7 CAN總線接口硬件組成原理