五大步骤教你实现FlexRay网络拓朴

FlexRay已开始在单通道高速动力传动、驾驶辅助和提高舒适程度的汽车电子应用中大展身手。在新款BMW X5汽车中，FlexRay用于悬架控制之中，这样就可以在利用双通信信道和总线监控把这种具有容错功能的确定性协议运用在安全驾驶功能中之前，让工程师和开发人员有一个逐渐适应的学习过程，降低了相关风险。

在FlexRay应用的开发过程中，设计工程师可以通过五个基本步骤来构建一个稳健的网络拓朴。

步骤1：首先必须定义车辆底盘上节点的数量及其假定位置，然后才能确定实现无stub(一种被称为“菊花链”的拓朴结构)无源总线所需的线缆长度，该总线终端即是线缆终端处，如图1所示。如果线缆长度小于10米，则拓朴完成，其被认为可用于系列生产。

步骤2：一旦发现线缆长度大于10米，就应该考虑采用“主动星型”拓朴(参见图2)。如果线缆长度超过20米，则必须引入主动星型了。最简单的主动星型只有两个分支，把线束分裂为两个电气去耦部件。因为可通过NXP的TJA1080收发器(用于BMW X5的首批同类器件)来增强主动星型，故所需收发器总数只增加了一个。

步骤3：若应用在车辆发生碰撞事故之后还能够继续工作，系统的碰撞灵敏节点应分布在不同的分支上(见图3)。这样一来，一旦线缆被挤压或被钳位在一个差分电压上，只有受影响的分支的数据传输被中断，但主动星型将保证网络中其它分支的通讯不受影响。

图1

图2

图3

步骤4：鉴于共振的出现，暴露在非常恶劣的RF场中的节点或布线也应该分布到不同的分支上(见图4)。在线缆两端各利用一个分裂终端(FlexRay电气物理层规范v2.1修订版B)，把RF感应电流转移到接地位。这就使得线缆上的共模电压幅度更低，同时不影响与其它分支相连接的节点。因此，接收到的数据流中的抖动可以控制在合理的范围内。

图4

步骤5：为了确保在线缆两端始终有合适的(分裂的)终端(见图5)，中继电缆的末端节点不应是可选节点。节点的电气位置沿线缆的移动不得致使线缆长度超过10米过多。在非可选节点上，可引入短的stub(1米)。即使有更大的灵活性，主动星型也不必在线缆度终端处。

图5

验证与优化

遵照这五个步骤，有助于构建在电子特性方面稳健的FlexRay拓朴结果。建议进行仿真以对定义后的拓朴做进一步验证和优化。开采用蒙特卡罗(Monte-Carlo)仿真法来估算线束、产量范围以及依赖于收发器和主动星型的温度等各项制造公差。

此外，FlexRay联盟已推出了一种涵盖线束趋肤效应在内的复杂完善的线缆模型。在支持汽车制造商引入FlexRay的同时，NXP也在不断提高自己在FlexRay拓朴仿真领域的专业能力。

关于FlexRay应用的分裂终端、线缆和连接器的更多信息可参见FlexRay电气物理层规范v2.1修订版B。电气物理层应用说明v2.1修订版B给出了一些有关拓朴设计的建议。这两份规范都可通过FlexRay联盟网站获得。至于TJA1080 FlexRay收发器的技术细节，可查询NXP网站。

只要遵循这些建议，就有助于降低利用FPGA进行系统设计的功耗。