五大步驟教你實現FlexRay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(jiān)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(fā)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(fā)過程中，設計工程師可以通過五個基本步驟來構建一個穩(wěn)健的網絡拓樸。

步驟1：首先必須定義車輛底盤上節(jié)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(fā)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，把線束分裂為兩個電氣去耦部件。因為可通過NXP的TJA1080收發(fā)器(用于BMW X5的首批同類器件)來增強主動星型，故所需收發(fā)器總數只增加了一個。

步驟3：若應用在車輛發(fā)生碰撞事故之后還能夠繼續(xù)工作，系統(tǒng)的碰撞靈敏節(jié)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(jié)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分裂終端(FlexRay電氣物理層規(guī)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(jié)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(分裂的)終端(見圖5)，中繼電纜的末端節(jié)點不應是可選節(jié)點。節(jié)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(jié)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(yōu)化

遵照這五個步驟，有助于構建在電子特性方面穩(wěn)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(yōu)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(fā)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(yè)能力。

關于FlexRay應用的分裂終端、線纜和連接器的更多信息可參見FlexRay電氣物理層規(guī)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(guī)范都可通過FlexRay聯盟網站獲得。至于TJA1080 FlexRay收發(fā)器的技術細節(jié)，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(tǒng)設計的功耗。