嵌入式DSP上實現(xiàn)FlexRay總線的方法

引 言
FlexRay總線是最近推出的一種采用點對點(星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu))連接，借助無屏蔽或屏蔽雙絞線電纜的先進(jìn)高速串行同步和異步通信系統(tǒng)。FlexRay總線具有故障容限，可提供500kbps～10 Mbps的確定數(shù)據(jù)傳輸速率和24位CRC(循環(huán)冗余)校驗碼。FlexRay是一種時間觸發(fā)型總線，所有的子系統(tǒng)按照預(yù)先設(shè)定的時隙進(jìn)行連續(xù)通信。FlexRay總線的推出可以解決目前車載多種電子設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接問題，而早期的CAN總線和LIN總線已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代車載電子設(shè)備的高速通信要求。

本文介紹一種在嵌入式數(shù)字信號處理器(DSP)OMAP5912上實現(xiàn)FlexRay總線的方法。FlexRay總線負(fù)責(zé)將各個設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/DSP">DSP，DSP負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。由于系統(tǒng)采用了DSP，因此可以對車載電子的語音和圖像數(shù)據(jù)的復(fù)雜算法進(jìn)行處理。本文著重討論DSP和FlexRay總線的軟硬件連接。

1 FIexRay總線及其控制器MFR4200
FlexRay總線是一種全新的總線系統(tǒng)。其主要特性有：

①支持雙通信通道，每個通道的速率均達(dá)到lO Mbps。與CAN協(xié)議相比，可用的帶寬提高了lO～40倍。
②總線數(shù)據(jù)的訪問是基于同步時基的。該時基通過協(xié)議自動建立和同步，并提供給應(yīng)用層。時基的精確度介于0．5 μs和10μs之間。由于采用同步時基，消息在通信周期中擁有固定位置，接收器已經(jīng)提前知道，消息到達(dá)的時間，因此可以根據(jù)時間對各種特殊情況進(jìn)行相應(yīng)的處理。
③FlexRay總線提供消息冗余傳輸或非冗余傳輸兩種選擇，系統(tǒng)可以進(jìn)行優(yōu)化，以提高可用性或吞吐量，用戶無需調(diào)整現(xiàn)有節(jié)點中的軟件就可以擴(kuò)展整個系統(tǒng)；同時，支持總線或星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。FlexRay總線提供了大量配置參數(shù)，可以支持對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，如通信周期的持續(xù)時間、消息長度等，以滿足不同應(yīng)用場合的需求。

FlexRay總線的這些特性使其可以用于替代CAN總線，適合車載骨干網(wǎng)絡(luò)、分布式控制系統(tǒng)以及安全系統(tǒng)等應(yīng)用場合。目前已有多家公司生產(chǎn)FlexRay總線控制器。這里選用Freescale公司的MFR4200總線控制器，介紹其內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及和DSP的軟硬件連接方法。

MFR4200總線控制器的內(nèi)部功能框圖如圖1所示。從圖中可以看出，MFR4200總線控制器主要由物理層接收／發(fā)送通道、主機HCSl2接口、MEM控制器、電源管理模塊以及時鐘管理模塊等多個部分組成。

物理層通道有兩個獨立的接收／發(fā)送通道，每個通道的速率均達(dá)到10 Mbps。在工作狀態(tài)下，主機可以訪問MFR4200的接收通道FIFO和發(fā)送消息緩沖區(qū)；通過對FIFO和消息緩沖區(qū)的配置、控制和讀寫，實現(xiàn)對物理層數(shù)據(jù)的收發(fā)。接收FIFO最大可以存儲59個消息，總線上 的數(shù)據(jù)幀都將到達(dá)總線上所有的MFR4200。每一個MFR4200在收到總線數(shù)據(jù)幀后，都將經(jīng)過接收濾波器；濾波器將不屬于自己地址的數(shù)據(jù)幀濾除，只將屬于自己的數(shù)據(jù)幀和廣播幀存儲到接收FIFO中。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
整個系統(tǒng)由OMAP5912、MFR4200、AD／DA、人機接口以及Flash組成，硬件連接如圖2所示。圖中，DSP是核心控制單元；AD用于將采集的模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，DA將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號；人機接口包括LCD和鍵盤接口；Flash保存DSP所需要的程序，供DSP上電調(diào)用。此外，將DSP的HPI接口連接到PC機，這樣所有的總線數(shù)據(jù)均可以通過PC機存儲和顯示，PC機的數(shù)據(jù)也可以通過DSP發(fā)送到總線上。可以根據(jù)不同的需要選擇PC機或者LCD和鍵盤。圖中，EMIFS(External MemoryInterface Slow)是OMAP5912的慢速外部存儲器接口。

AD負(fù)責(zé)采集電子設(shè)備的數(shù)據(jù)，可以是溫度傳感器數(shù)據(jù)、顏色傳感器數(shù)據(jù)，也可以是語音信號、圖像信號或者其他信號。DSP對這些數(shù)據(jù)處理后，將處理后的結(jié)果根據(jù)不同的情況通過MFR4200發(fā)送到總線上的其他節(jié)點；相反，DSP通過MFR4200讀取總線上其他節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)幀，DSP對這些數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理，將結(jié)果發(fā)送到DA，可以實現(xiàn)對本節(jié)點電子設(shè)備狀態(tài)的控制。

3 MFR4200和OMAP5912的硬件設(shè)計
MFR4200和OMAP5912的連接是系統(tǒng)硬件連接的關(guān)鍵，具體連接如圖3所示。使用OMAP5912的EMIFS接口連接MFR4200。EMIFS可以方便地和外部Flash、異步SRAM等設(shè)備連接。本系統(tǒng)的MFR4200控制器模塊FlexRay總線協(xié)泌，其最高數(shù)據(jù)傳輸速率為10 Mbps，OMAP5912的EMIFS接口適合滿足其速度要求。