基于FPGA的车电总线接口技术研究

作者:爱游戏网页登录入口发布时间:2022-02-17 00:02

本文摘要:为提升构建架构中车电总线通信速率,融合综合化处置系统项目拒绝,使用双总线融合的方式,利用CAN总线和FlexRay总线构建功能及配上上的有序,明确提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的总线模块单元设计方案。通过FPGA已完成CAN总线控制器、FlexRay总线控制器、RapidIO总线模块等模块功能,构建高速接口的掌控和拓展,并使模块接口不具备可配备能力。测试结果表明,CAN模块及FlexRay模块在登录的波特率下皆工作长时间,符合项目拒绝的各项性能指标。

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为提升构建架构中车电总线通信速率,融合综合化处置系统项目拒绝,使用双总线融合的方式,利用CAN总线和FlexRay总线构建功能及配上上的有序,明确提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的总线模块单元设计方案。通过FPGA已完成CAN总线控制器、FlexRay总线控制器、RapidIO总线模块等模块功能,构建高速接口的掌控和拓展,并使模块接口不具备可配备能力。测试结果表明,CAN模块及FlexRay模块在登录的波特率下皆工作长时间,符合项目拒绝的各项性能指标。  1阐述  CAN总线是一种有效地反对分布式掌控或者实时控制的串行通信网络,具备多主机、高性能以及高可靠性。

然而随着汽车电子技术的发展,早期的CAN总线早已无法很好地解决众多电子设备之间的动态通信问题。由FlexRay联盟制订的FlexRay协议标准沦为一种理想的解决方案。FlexRay通讯协议运用于可信的车内网络中,是一种不具备故障容错的高速汽车总线系统。

作为一种灵活性的车载网络系统,FlexRay具备高速、可信及安全性的特点,它不仅能修改车载通信系统的架构,而且有助汽车电子单元取得更高的稳定性和可靠性。FlexRay在物理上通过2条分离的总线展开通信,每一条的数据速率是10Mb/s。CAN网络最低性能无限大为1Mb/s,而FlexRay总数据速率平均20Mb/s。FlexRay还需要获取很多网络所不具备的可靠性特点,特别是在是FlexRay不具备的校验通信能力,通过硬件可实现几乎拷贝网络配备,并展开工程进度监测。

CAN总线和FlexRay总线两者在功能及配上上可实现有序。FPGA在数字电路设计上非常灵活且性能强劲,在不转变外围电路的情况下,可以撰写有所不同的片内电路逻辑,以构建有所不同功能或展开功能拓展。

  本文明确提出的车电总线模块单元综合考虑到用户的明确市场需求,保有CAN总线作为卫星导航系统设备模块总线,其余模块总线使用高速的FlexRay总线,既相容较短距离模块的通信速率拒绝,又符合高速总线模块的必须,将CAN和FlexRay总线融合在一起,基于FPGA,使成本与效益最大化。  2车电总线架构  本文综合化处置系统项目中处置系统使用多处理器结构,板间通信数据量较小。

若使用PCI总线展开信号传输则由于PCI总线比特率受限,当数据量较小时更容易构成通信瓶颈,且PCI总线不反对点对点传输。若搭配以太网,则传输速率较低,软件支出较小,且高带宽带给的高成本使它在系统内点对点时缺少吸引力。融合项目使用高速动态总线的明确拒绝,最后自由选择基于VPX架构的RapidIO总线展开通信传输。VPX总线使用高速串行总线技术替代VME总线的分段总线技术,反对更高的背板比特率。

其交换式结构使得系统整体性能仍然不受主控板的掌控,提升了系统的整体性能。通过串行RapidIO(SRIO)切换,已完成了RapidIO-CAN、RapidIO-FlexRay协议切换功能,构建了车电总线与任务总线(RapidIO)的无缝连接,进而符合了处置系统项目高速、多处理器、动态的通信传输拒绝。  2.1CAN技术  控制器局部网(ControllerAreaNetwork,CAN)归属于现场总线的范畴,它是一种有效地反对分布式掌控或实时控制的串行通信网络。CAN的应用于范围遍布从高速网络到低成本的多线路网络。

  (1)CAN的分层结构  CAN遵守OSI模型,按照OSI基准模型,CAN结构区分为2层:数据链路层和物理层,如图1右图。  图1CAN分层结构  按照IEEE802.2和802.3标准,数据链路层又区分为逻辑链路掌控和媒体访问控制;物理层又区分为物理信令、物理媒体附属装置和媒体涉及模块。其中,逻辑链路掌控子层为数据传送和远程数据催促获取服务;采访媒体掌控子层的功能主要是传输规则,即掌控帧结构、继续执行仲裁、错误检验、错误标定和故障界定。

  (2)CAN总线的主要特点  CAN为多主工作方式,网络上的给定节点在给定时刻都可以主动地向其他节点发送信息,不分主从,方式灵活性。其使用非破坏性的总线仲裁技术,可以展开点对点、一点对多点和全域广播方式传递信息,多点同时发送信息时,按优先级顺序通信,节省总线冲突仲裁时间,防止网络中断。报文传输使用较短帧数据结构,传输时间较短,抗干扰能力强劲,检错效果好。

网络节点在错误相当严重的情况下可以自动重开输入功能,瓦解网络,构建了标准化、规范化。  2.2FlexRay技术  (1)FlexRay分层结构  FlexRay的分层结构由物理层、传输层、表示层及应用层构成。物理层定义了信号的实际传输方式,还包括在时域上检测通信控制器故障的功能;传输层是FlexRay协议的核心,它的功能就是指表示层取得节点要发送到的信息和把网络上接管的信息传输给表示层;表示层已完成信息过滤器、信息状态处置以及地下通道控制器与主机的模块;应用层由应用于系统定义。

  (2)FlexRay节点结构  FlexRay节点的核心是ECU(ElectronicControlUnit),是终端车载网络中的独立国家已完成适当功能的掌控单元。主要由电源供给系统、主处理器、烧结FlexRay通信控制器、附加的总线监控器和总线驱动器构成。主处理器获取和产生数据,并通过FlexRay通信控制器传输过来。

其中驱动器和监控器的个数对应于地下通道数,与通信控制器和微处理器连接。总线驱动器相连着通信控制器和总线,或是相连总线监控器和总线。主处理器把FlexRay控制器分配的时间槽通报给总线监视器,然后总线监视器就容许FlexRay控制器在这些时间槽中传输数据。

数据可以随时被接管。结构图如图2右图。  图2FlexRay节点结构  (3)FlexRay网络拓扑结构  FlexRay的网络拓扑结构主要分成3种:总线式,星型,总线星型混合型。

在星型结构中还不存在级联方式。一般来说,FlexRay节点可以反对2个信道,在双信道系统中,不是所有节点都必需与2个信道相连。

与总线结构比起,星状结构的优势在于:它在接收器和发送器之间获取点到点相连。该优势在低传输速率和宽传输线路中最为显著。另一个最重要优势是错误分离出来功能。

双通道可用星型结构如图3右图。


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