【原】Flexray總線(xiàn)基礎(chǔ)#03：基礎(chǔ)概念圖解

開(kāi)心果NeedCar 2024-05-25 發(fā)布于上海

展開(kāi)全文

深入理解Flexray，必須夯實(shí)基礎(chǔ)。本文，以圖表形式，解析Flexray中的一些名詞。

1、Flexray通信周期與時(shí)間分層

Flexray靜態(tài)段采用TDMA（Time Division Multiple Access，分時(shí)多路訪(fǎng)問(wèn)）策略。Flexray網(wǎng)段中的各節(jié)點(diǎn)，需要按照各自分配的時(shí)間片發(fā)送數(shù)據(jù)，非發(fā)送時(shí)段可以接收數(shù)據(jù)。為了確保各個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)序，F(xiàn)lexray的通信中，設(shè)計(jì)了通信調(diào)度表，通信調(diào)度表周期性執(zhí)行，也就是通信循環(huán)（Communication Cycle）,Communication Cycle的時(shí)間層級(jí)如下所示：

如上圖，按照協(xié)議⁽¹⁾規(guī)定，Flexray的一個(gè)通信周期可以包含四個(gè)部分：靜態(tài)段（Static Segment）、動(dòng)態(tài)段（Dynamic Segment）、符號(hào)窗（Symbol Window）、網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)間段（NIT，Network Idle Time）。

靜態(tài)段由多個(gè)靜態(tài)時(shí)間片（Static Slot）構(gòu)成，在一個(gè)Cycle中，必須包含靜態(tài)段，所有Static Slot包含的macrotick相同；
動(dòng)態(tài)段由多個(gè)微時(shí)間片（Mini Slot）構(gòu)成，在一個(gè)Cycle中，動(dòng)態(tài)段可選，即：可以不配置動(dòng)態(tài)段（minislot = 0）。動(dòng)態(tài)段中，所有的mini slot包含的macrotick相同。動(dòng)態(tài)段采用FTDMA（Flexible Time Division Multiple Access，柔性分時(shí)多路訪(fǎng)問(wèn)）策略通信，基于事件（Event Trigger）觸發(fā)數(shù)據(jù)發(fā)送；
符號(hào)窗可選，由一定數(shù)量的macrotick構(gòu)成，如果不用符號(hào)窗，可以將該段的長(zhǎng)度設(shè)置為0個(gè)macrotick；
一個(gè)通信周期，必須包含網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)間段，NIT的長(zhǎng)度 = 一個(gè)循環(huán)的總長(zhǎng)度 - 靜態(tài)段長(zhǎng)度 - 動(dòng)態(tài)段長(zhǎng)度（如果有）- 符號(hào)窗長(zhǎng)度（如果有）。

不管是哪個(gè)Segment，均由宏時(shí)鐘（macrotick）構(gòu)成，macrotick是表示全局時(shí)間的最小粒度單位。每個(gè)通信循環(huán)由固定數(shù)量的macrotick構(gòu)成，eg：one cycle = 5000 macrotick。其中，宏時(shí)鐘又由多個(gè)微時(shí)鐘（microtick）構(gòu)成。微時(shí)鐘直接從晶振產(chǎn)生，也就是時(shí)鐘系統(tǒng)經(jīng)過(guò)倍頻和分頻后的結(jié)果。微時(shí)鐘不受時(shí)鐘同步機(jī)制的影響，是一個(gè)結(jié)點(diǎn)里面的最小時(shí)間單位。

microtick對(duì)應(yīng)的時(shí)間長(zhǎng)度是多少呢？microtick既然由時(shí)鐘產(chǎn)生，我們就的知道Flexray模塊獲取的時(shí)鐘是多少，eg：80MHz。那么就意味著一個(gè)tick = 1/80000000 = 0.0125us，如果需要經(jīng)過(guò)2次采樣（sample）得到一個(gè)microtick，也就是意味著一個(gè)microtick = 0.025us。規(guī)范⁽¹⁾描述如下：

當(dāng)microtick知道以后，即可推算macrotick。一般，macrotick長(zhǎng)度可以設(shè)置在1us-6us，工程上，常常設(shè)置macrotick = 1us。如果設(shè)置macrotick = 1us，且一個(gè)microtick = 0.025us，參考規(guī)范⁽¹⁾可知：一個(gè)macrotick = 40 microtick，如下所示：

所以，如果一個(gè)Cycle = 5000 macrotick = 5000 * 1us = 5ms。一個(gè)Cycle需要包含5000 * 40 = 200000 microtick。

提示：工程需求中，會(huì)具體要求時(shí)鐘采樣周期（gdSampleClockPeriod）、一個(gè)microtick的最大值（gdMaxMicrotick）、以及microtick的采樣個(gè)數(shù)（pSamplesPerMicrotick），eg：gdSampleClockPeriod = 0.0125us，gdMaxMicrotick = 0.025us，pSamplesPerMicrotick = 2。

（一）靜態(tài)段時(shí)間分片

為了便于理解，本文只討論單通道（Signal Channel）的場(chǎng)景。對(duì)于一個(gè)Flexray網(wǎng)絡(luò)簇，static slot數(shù)量固定不變，eg：gNumberOfStaticSlots = 60。而且，靜態(tài)段中，所有static slot長(zhǎng)度固定，即：static slot包含的macrotick個(gè)數(shù)固定，eg：gdStaticSlot = 61 MT（macrotick）。每個(gè)Flexray節(jié)點(diǎn)只能在所分配的時(shí)間槽內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)，其余時(shí)間只能接收數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步細(xì)分Static Slot，其構(gòu)成如下：

工程上，Channel idle由參數(shù)gdDynamicSlotIdlePhase表示，eg：gdDynamicSlotIdlePhase = 0 minislot（不用該長(zhǎng)度）。

每個(gè)Static Slot包含一個(gè)動(dòng)作偏移點(diǎn)（Action Point），對(duì)于Flexray網(wǎng)段，Action Point偏移值固定，eg：gdActionPointOffset = 9 MT。gdActionPointOffset 同樣適用NIT中的動(dòng)作偏移，示意如下：

提示：MT是macrotick簡(jiǎn)稱(chēng)。

（二）動(dòng)態(tài)段時(shí)間分片

Flexray網(wǎng)絡(luò)簇中，mini slot個(gè)數(shù)固定不變，eg：gNumberOfMinislots = 129。且mini slot長(zhǎng)度固定，eg：gdMinislot = 10 MT。動(dòng)態(tài)段的長(zhǎng)度可變，是指dynamic slot長(zhǎng)度可變，一個(gè)dynamic slot由一個(gè)或者多個(gè)minislot構(gòu)成。但是，動(dòng)態(tài)段的總長(zhǎng)度固定，動(dòng)態(tài)段總長(zhǎng)度 = gNumberOfMinislots * gdMinislot ，eg：129 * 10 = 1290 MT = 1290us。如果發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)，則占用的mini slot個(gè)數(shù)多；如果發(fā)送的數(shù)據(jù)短，則占用的minislot個(gè)數(shù)少。動(dòng)態(tài)段的分片示意如下：

每個(gè)mini slot會(huì)包含一個(gè)Minislot Action Point，同一網(wǎng)絡(luò)簇中的Minislot Action Point固定不變，eg：gdMinislotActionPointOffset = 3 MT，示意如下：

動(dòng)態(tài)段發(fā)送數(shù)據(jù)終止也在minislot action point，示意如下：

2、Frame編碼

認(rèn)識(shí)了Flexray的時(shí)間分層以后，即可進(jìn)一步了解Frame的編碼規(guī)則。即static slot和dynamic slot發(fā)送的frame構(gòu)成。談到frame，本質(zhì)上就是bit stream（位流）。

（一）靜態(tài)段Frame

靜態(tài)段Frame的編碼構(gòu)成如下所示：

TSS：Transmission start sequence，當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，在所屬的slot中，首先發(fā)送TSS，TSS由多個(gè)連續(xù)的低電平組成，eg：gdTSSTransmitter = 9 gdBit = 9 * 0.1us = 0.9us。

FSS：Frame start sequence，由一個(gè)高電平組成。

BSS：Byte start sequence，由一個(gè)高電平+一個(gè)低電平組成，后跟一個(gè)byte數(shù)據(jù)。

FES：Frame end sequence，由一個(gè)低電平+一個(gè)高電平組成，表征數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。

提示：如果使用10MHz通信速率，1gdBit = 1/10000000 = 0.1us。

（二）動(dòng)態(tài)段Frame

動(dòng)態(tài)段Frame的編碼構(gòu)成如下所示：