摘要：依据进步车载网络通讯速率，可靠性与灵敏性的意图，针对传统FlexRay通讯单元布线杂乱、可靠性低一级问题，文中通过软硬件相结合的办法，规划了轿车FlexRay总线通讯单元。文中选用集成了FlexRay通讯操控器功用的高功用MC9S12XF系列单片机，给出了FlexRay通讯单元首要硬件结构和软件规划流程。该通讯单元具有硬件规划简略、可靠性高、实时性强等特色，为依据MC9S12XF微处理器的FlexRay通讯单元的开发供给了必定的科学依据。
跟着现代轿车电子技能的迅速开展，轿车的功用不断添加，越来越多的电子体系被使用到轿车中，人们对轿车安全功用的要求也越来越高，尤其是轿车线控体系的添加，促进了轿车总线和网络技能的开展。传统的车载网络体系如LIN、CAN等总线因为本身的缺陷，在某些场合现已不能满意今世轿车对安全性以及许多多媒体数据交换的要求，因而，新一代车载网络体系FlexRay应运而生。FlexRay车载网络协议规范现已成为同类产品的基准，将在当时及未来许多年内，引领整个轿车电子产品操控结构的开展方向。FlexRay是继LIN与CAN总线之后的最新研制效果，可以有用的办理多重安全和舒适功用;FlexRay面向的是很多的车内线控操作(X—by—wire)，满意车内线控技能的要求，契合未来轿车电子体系开展的趋势。
FlexRay节点的中心是通讯单元ECU(Electronic Control Unit)，是接入车载网络中独立完结相应功用的操控单元。本文以飞思卡尔公司的MC9S12XF系列单片机为中心，外加恩智浦(NXP)公司的干流总线驱动器TJA1080，介绍了FlexRay总线通讯单元的硬件电路规划及软件程序规划流程。因为MC9S12XF系列单片机集成了FlexRay通讯操控模块，这样就大大简化了硬件电路的规划，进步了体系的可靠性。
1 FlexRay总线的技能特性
FlexRay是一种用于轿车电子的具有高速、可确定性、毛病容错才能的今世总线技能。它不只能简化车载通讯体系的架构，而且还有助于轿车通讯体系取得更高的稳定性和可靠性。
FlexRay总线与其它总线比较，具有以下长处：更高的数据传输速率，FlexRay具有两条通讯数据总线，每一条总线的数据传输速率是10 Mbit/s，两条数据总线的最高速率可达20 Mbit/s，是传统CAN总线的20倍之多;更全面的拓扑挑选，FlexRay可支撑多种轿车网络拓扑结构，如星型、总线型和混合型，而且可以通过结合两种或多种拓扑结构类型来装备分布式体系;更灵敏的数据通讯，FlexRay不只供给音讯冗余和非冗余两种传输挑选，而且用户还可以扩展网络体系，对体系进行调整;更精确的容错运算，FlexRay运用循环冗余校验(CRC)来检测通讯中的过失，通过双通道通讯来供给冗余功用。它将事情触发方法和时刻触发两种方法相结合，具有高效的网络利用率和体系的灵敏性，可以作为下一代轿车内部网络的骨干网络。
2 MC9S12XF集成操控器的特色
MC9S12XF系列单片机是美国飞思卡尔公司推出的内建单/双通道FlexRay V2.1的新系列16位车用微操控器(MCU)，该系列是依据飞思卡尔公司广泛运用的高容量S12架构，为FlexRay网络上的嵌入式节点单元供给高功用的分布式操控解决方案，MC9S12XF系列的特性首要包含：
1)50MHz的S12X内核，依据高效16位C1SC架构;
2)集成了单/双通道FlexRay v2.1，每一个通道支撑2.5、5、8和10 Mb/s的多种数据传输速率;
3)FlexRay时钟，选用频率从4～40 MHz不等的水晶振荡器，运用锁相环(PLL)完结本钱和EMC的优化;
4)128KB、256KB、384KB和512KB的轿车质量闪存挑选功用，带有纠错码(ECC);
5)16位通道的数模转化器(ADC)，可装备的8/10/12的位分辨率，仅需3 μs的转化时刻;
6)集成了电机操控模块，运用6通道脉冲宽度调制器(PWM)，具有电流感应输入和毛病保护;
7)支撑本地互连网络(LILN)、操控区域网络(CAN)和串行外围设备接口(SPI)协议;
8)S12XF系列供给了广泛的东西支撑，具有小型封装挑选，可以依据I/O的需求进行扩展。
S12XF系列还带有4个高度集成的MCU，可以供给不同的存储器装备，而且选用了进步功用的飞思卡尔XGATE协处理器。体积细巧的S12XF MCU十分合适用于一些空间巨细遭到严厉约束的使用，例如与FlexRay网络上的32位中心操控器通讯的传感器操控模块以及分布式促动器。16位S12XF设备还可以用作多种高档安全使用和自动驾驭使用的终端节点。
S12 MCU系列是当时轿车市场中使用最广泛的16位架构，可以扩展轿车体系规划人员挑选FlexRay网络解决方案的规模，为规划人员供给了广泛的技能挑选，满意了他们的使用需求，其片上闪存容量可从32KB扩展到1MB，而且可以平稳移植到更高功用的S12X设备上。
3 通讯单元硬件电路规划
FlexRay网络通讯单元的硬件结构电路规划首要包含操控器和驱动器模块，如图1所示。操控器模块首要包含一个主机处理器(Host)和一个FlexRay通讯操控器(Communication Controller)，驱动器模块首要包含总线监控器(BD)和总线驱动器(BG)。操控器模块中主机处理器的功用是把FlexRay通讯操控器分配的时刻槽告诉给总线监控器，然后总线监控器就答应FlexRay通讯操控器在这些时刻槽中来传输数据;总线监控器则用以监督接入FlexRay总线的衔接，而总线驱动器则将总线与FlexRay通讯操控器和总线监控器相衔接。
FlexRay通讯单元的硬件电路规划首要有两种架构方法：一种是由主处理器、通讯操控器和总线驱动器组成，如常用的MPC5567+MFR4310+ TJA1080架构;另一种是由集成了通讯操控器功用的主处理器和总线驱动器构成。前者为前期的FlexRay通讯单元形式，其硬件电路结构较为杂乱。本规划中选用后者集成了通讯操控器功用模块的主处理器MC9S12XF加总线驱动器TJA1080架构，其电路原理如图2所示。
图中MC9S12XF是中心单元，其外围电路首要由电源办理模块、复位电路和时钟发生器等组成，如图3所示。外围电路首要用来完结AD信号的收集、看门狗的复位、数据永久记载、大局时钟信号的处理等功用。
总线驱动器TJA1080与物理层接口的电路如图4所示，其间T1是共模扼流电感，为了使图中共模扼流电感的共模衰减率最大，其频率规模应满意20～50 MHz。
4 通讯单元软件规划流程
软件规划是体系规划的要害，为了进步可靠性和可理解性，体系软件部分选用模块化的规划思维，各个模块相连，形成了完好的软件体系。软件规划首要是对FlexRay通讯操控器模块进行参数的设置和初始化操作，初始化操作是建立单片机运转环境的进程。主程序模块是体系软件的主体部分，首要任务包含：体系的初始化，数据信号的收集、发送与处理，数据的通讯与传输等。
FlexRay通讯单元主程序流程图如图5所示，要点完结对CPU和FlexRay模块的初始化。因为FlexRay通讯操控器本地时钟选用的是MC9S12XF的内部时钟，所以在进行FlexRay模块初始化之前要首要对MC9S12XF的时钟锁相环(PLL)进行相关的装备。初始化MCU完结今后使MC9S12XF Fle xRay模块强制进入FlexRay协议状况装备并发动FlexRay通讯操控器;需求初始化的模块包含FlexRay体系总线时钟模块、锁相环模块、通用I /O口、实时中止模块、FlexRay模块等。FlexRay通讯单元完结初始化装备后，需求进行接纳和发送帧信息，完结FlexRay数据通讯。通过中心元件MC9S12XF对数据信号编码处理后传送到总线收发器模块TJA1080中，最终送到FlexRay总线中完结整个数据通讯进程。具体的FlexRay数据通讯流程如图6所示。
5 结束语
FlexRay作为新一代轿车通讯网络，与传统CAN总线比较具有更高的传输速率，也愈加安全可靠，而且现已在宝马X5、X6和X7系列轿车上取得了成功的使用。文中从硬件和软件两个方面对FlexRay通讯单元的规划进行了介绍，硬件方面给出了依据干流MC9S12XF系列单片机的Flex Ray通讯单元结构和其使用外围电路，并给出了首要软件规划流程，软件规划选用模块化的规划思维，进步了体系的可靠性和保护性。本文规划的FlexRay通讯单元集成度高、实时功用强，达到了规划要求，并对未来FlexRay网络体系开发有必定的实践使用价值。
