第0章

緒論：FlexRay與汽車網絡

0.1 汽車網絡技術的發展

隨著汽車電子技術的不斷發展，汽車電子化程度越來越高。汽車上新技術的增加無疑使車輛上電控系統的數量不斷增加，電子控制單元（Electronic Control Unit，ECU）模塊數量也隨之增加，而且功能也越來越復雜。汽車電子裝置的增加雖然增強了汽車的動力性、操控性和舒適性，但其占總成本的比例及持續增長的勢頭與汽車廠商成本控制需求之間的矛盾，線路復雜性與汽車可靠性、安全性之間的矛盾越來越大。減少線束、優化線路已經成為必須要解決的問題。因此，汽車網絡技術作為解決汽車電子化中出現的線路復雜和線束增加問題及通過其通信和信息資源共享能力提高汽車整體駕駛操作水平、安全性和經濟效益的主要技術途徑，已經成為汽車電子系統的主要支撐。

自1980年起，眾多國際知名汽車公司開始積極致力于汽車網絡技術的研究及應用，希望通過汽車網絡的使用解決點對點式車身布線帶來的問題，使車身布線更加趨于規范化、標準化，降低成本，增強穩定性。迄今為止，已有BOSCH的CAN、SAE的J1850、ISO的VAN、Philips的D2B和LIN協會的LIN等多種網絡標準廣泛應用于車輛中，且隨著汽車線控技術的發展，FlexRay總線、TTP/C等網絡協議也將逐步得到應用，汽車網絡技術已經成為汽車電子技術發展的重要增長點。但從長遠來看，汽車網絡還遠沒有達到成熟階段。信息與電子技術的迅猛發展，必然會帶來車輛上應用的提升，它們將對車載通信與控制網絡提出一些新的需求，同時為新的車載網絡技術提供技術支持。

0.2 汽車網絡的分類

汽車網絡的發展源于當時高檔豪華汽車上的應用，缺少相應的標準化的通信協議的支持。隨著越來越復雜、精密的功能單元外包給外部供應商，汽車制造商從定義各自的專門協議，發展到定義通用的標準化通信協議，為不同供應商的產品實現系統集成提供了可能性，使汽車網絡迅速進入主流車型，到今天汽車網絡已經成為現代車輛中的重要組成部分。

美國汽車工程協會按照汽車網絡系統速率等性能，將汽車網絡分為A、B、C3類。

A類總線標準主要應用于價格低廉且數據傳輸速率、實時性、可靠性要求較低的汽車應用，如TTP/A（Time Triggered Protocol/A）和LIN（Local Interconnect Network）。

（1）TTP/A協議最初由維也納工業大學制定，為時間觸發類型的網絡協議，主要應用于集成了智能變換器的實時現場總線。它具有標準的UART數據格式，能自動識別加入總線的主節點與從節點，節點在某段已知的時間內觸發通信但不具備內部容錯功能。

（2）LIN協議是在1999年由歐洲汽車制造商Audi、BMW、Daimler Chrysler、Volvo、Volkswagen、VCT公司及Motorola公司組成的LIN協會的努力下推出的用于汽車分布式電控系統的開放式的低成本串行通信標準，從2003年開始使用。LIN是一種基于UART的數據格式、主從結構的單線12V的總線通信系統，主要用于智能傳感器和執行器的串行通信。從硬件、軟件及電磁兼容性方面來看，LIN協議保證了網絡節點的互換性，極大地提高了開發速度，同時保證了網絡的可靠性。LIN協議應用開發的熱點集中在美國、歐洲和日本，估計在未來10年，平均每輛車將有約20個LIN節點。可見，LIN總線的應用仍存在著巨大的潛在市場。LIN總線已被世界上的大多數汽車公司及零配件廠商廣泛接受，有望成為事實上的A類網絡標準。

B類總線標準主要包括J1850、VAN、低速CAN。

（1）1994年，SAE正式將J1850作為B類網絡標準協議。最早，SAEJ1850被用在美國Ford、GM及Chrysler公司的汽車中。現在，J1850協議作為診斷和數據共享被廣泛應用在汽車產品中。但是，J1850并不是一個單一標準，各汽車公司采用的J1850標準，在物理層或數據消息協議上也不盡相同，預計未來將被其他總線所替代。

（2）VAN標準是ISO在1994年6月推出的，它基于ISO 11519-3，主要為法國汽車公司所用。但目前就動力與傳動系統而言，甚至在法國也集中應用CAN總線。

（3）CAN是德國BOSCH公司從20世紀80年代初為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種串行數據通信協議。它是一種多主總線，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維，通信速率可達1Mbps，1991年首次在奔馳S系列汽車中實現。同年，BOSCH公司正式頒布了CAN技術規范，版本為2.0。該技術規范包括A和B兩部分。1993年11月，ISO正式頒布了國際標準ISO 11898，為CAN的標準化、規范化鋪平了道路。此后，越來越多的北美和日本汽車公司也開始采用CAN網絡。1994年，美國汽車工程師協會卡車和巴士控制與通信子協會選擇CAN總線作為SAEJ1939標準的基礎。低速CAN總線具有許多容錯功能，一般用在車身電子控制中；而高速CAN總線則大多用在汽車底盤和發動機的電子控制中。CAN總線憑借其突出的可靠性、實時性和靈活性已從眾多總線中突顯出來，成為被世界所廣泛接受的B類總線的主流協議。

C類總線標準主要用于與汽車安全相關及實時性要求比較高的地方，如動力系統，所以其傳輸速率比較高，通常為125kbps～1Mbps，必須支持實時的周期性參數傳輸。目前，C類標準主要包括TTP/C、FlexRay和高速CAN（ISO 11898-2）。

（1）TTP/C協議由維也納工業大學研發，基于時分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）的訪問方式。TTP/C是一個應用于分布式實時控制系統的完整的通信協議。它能夠支持多種容錯策略，提供容錯的時間同步及錯誤檢測機制，同時還提供節點的恢復和再整合功能。其采用光纖傳輸的工程化樣品速率將達到25Mbps。TTP/C支持時間和事件觸發的數據傳輸。TTP管理組織TTAGroup成員包括Audi、SA、Renault、NEC、TTChip、Delphi等。

（2）FlexRay是BMW、Daimler Chrysler、Motorola和Philips等公司制定的功能強大的網絡通信協議。它基于靈活時分多路訪問（FTDMA）的確定性訪問方式，具有容錯功能及確定的通信消息傳輸時間，同時支持事件觸發與時間觸發通信，具備高速率通信能力。

（3）歐洲的汽車制造商大多采用高速CAN總線標準ISO 11898。總線傳輸速率通常為125kbps～1Mbps。目前，CAN協議仍然應用廣泛，然而，作為一種事件驅動型總線，CAN無法為下一代線控系統提供所需的容錯功能或帶寬，因為線控（X-by-wire）系統實時性和可靠性要求都很高，必須采用時間觸發的通信協議，這樣TTP/C或FlexRay等通信協議將顯示優勢。

同時，綜合考慮功能和位傳輸速率等因素，現有的汽車總線還包括多媒體信息系統總線等。多媒體信息系統總線標準主要用于汽車娛樂和遠程信息設備，特別是汽車導航系統、多媒體系統等。

（1）MOST網絡是由德國Oasis Silicon System公司開發的。MOST技術針對塑料光纖媒體進行優化，采用環形拓撲結構，在器件層實現高可靠性和可擴展性。它可以傳送同步數據（音頻信號、視頻信號等流動型數據）、非同步數據（訪問網絡及訪問數據庫等的數據包）和控制數據（控制報文及控制整個網絡的數據）。MOST得到包括BMW、Daimler Chrysler、Harman/Becker和Oasis公司的支持，已應用在多款車型上，如BMW7系列、Audi A8、Mercedes E系列等。

（2）IDBC和IDB1394總線及標準接口由IDB論壇負責管理。IDBC基于CAN總線，目前已成為SAE的標準，即SAE2366；而IDB1394則針對高速多媒體應用進行設計。IDB1394網絡采用光纖技術，允許IDB1394兼容的便攜式消費電子設備連接到汽車內網絡并實現互操作。與MOST相比，IDB1394則最大限度地利用民用設備市場，將現有的部件應用到車載設備上，從而解決成本問題。

（3）D2B是針對多媒體數據通信的一種網絡協議，可集成數字音頻、視頻和其他高數據速率同步或異步信號，主要使用Smart WireTM非屏蔽雙絞線或單光纖。這種通信網絡由英國C&CElectronics公司推動，并得到Jaguar和MercedesBenz公司的支持。D2B旨在保持后向兼容的情況下與新技術一起前進。D2B基于一種開放式架構，僅使用一條聚合物光纖來處理車內多媒體數據和控制信息，簡化了擴展，當在光纖環中增加一種新設備或功能時并不需要改變連接電纜。

（4）藍牙無線技術是一種用于移動設備和WAN/LAN接入點的低成本、低功耗的短距離射頻技術。藍牙標準描述了手機、計算機和PDA如何方便地實現互連，以及與家庭和商業電話及計算機設備的互連。

（5）ZigBee TM無線網絡在汽車上應用的解決方案是針對藍牙技術受車內電磁噪聲影響的問題而提出的。ZigBee TM在2.45GHz頻段傳輸速率可以達到250kbps，主要應用范圍包括工業控制、家庭自動化、消費類產品及潛在的汽車應用。

0.3 汽車網絡的新成員——FlexRay

FlexRay車載網絡標準已經成為同類產品的基準，并將在未來很多年內，引領整個汽車電子產品控制結構的發展方向。FlexRay是繼CAN和LIN之后的最新研發成果，可以有效管理多重安全和舒適功能。例如，FlexRay適用于x-by-wire操作。

FlexRay是Daimler Chrysler公司的注冊商標。FlexRay聯盟（FlexRay Consortium）推進了FlexRay的標準化，使之成為新一代汽車內部網絡通信協議。FlexRay關注的是當今汽車行業的一些核心需求，包括更高的數據速率、更靈活的數據通信、更全面的拓撲選擇和更精準的容錯運算。

因此，FlexRay能夠為下一代的車內控制系統提供所需的速度和可靠性。CAN網絡最高性能極限為1Mbps，而FlexRay兩個通道上的數據速率可達到10Mbps，總數據速率可達到20Mbps，因此，應用在車載網絡中，FlexRay的網絡帶寬可能是CAN的20倍之多。

FlexRay還能夠提供很多CAN網絡所不具有的可靠性特點。尤其是FlexRay具備的冗余通信能力可實現通過硬件完全復制網絡配置，并進行進度監測。FlexRay同時提供靈活的配置，可支持各種拓撲，如總線型、星形、混合型。設計人員可以通過兩種或兩種以上的拓撲來配置分布式系統。

另外，FlexRay可以進行同步（實時）或異步的數據傳輸，來滿足車輛中各種系統的需求。例如，分布式控制系統通常要求同步數據傳輸。

為了滿足不同的通信需求，FlexRay在每個通信周期內都提供靜態段和動態段。靜態段可以提供有界延遲，而動態段則有助于滿足在系統運行時間內出現的不同帶寬需求。FlexRay幀的固定長度靜態段用固定時間觸發（fixed-time-trigger）的方法來傳輸信息，而動態段則使用靈活時間觸發的方法來傳輸信息。

FlexRay不僅可以像CAN和LIN網絡這樣的單通道系統一樣運行，而且還可以作為一個雙通道系統運行。雙通道系統可以通過冗余網絡傳輸數據——這也是高可靠系統的一個重要性能。

FlexRay的各種特點均適合實時控制的功能。

0.3.1 FlexRay的產生和發展

隨著汽車電子技術的發展，未來汽車發展將向x-by-wire操控方式轉變，將使傳統的汽車機械系統變成通過高速容錯通信總線與高性能CPU相連的電氣系統，從而提高汽車可靠性、安全性，同時引入該技術可通過電子系統替代機械系統，達到減輕重量的目的。但這些都將對電控單元和通信網絡系統提出新的要求。基于這些事實，事件觸發的控制器局域網CAN，已不能滿足進一步的需求，于是產生了一批時間觸發、容錯、傳輸延遲小且固定、具有高的通信速率的總線，其中，就包括FlexRay總線系統。

1999年9月，由BMW公司和Daimler Chrysler公司開始著手進行FlexRay研究。2000年，它們聯合Philips公司（現NXP公司）、Motorola公司（現Rescale公司）、BOASH公司、GM公司和VW公司等創建了FlexRay聯盟，這7家公司集汽車、半導體和電子系統創造商于一體，制定了滿足未來車內控制應用通信需求的FlexRay通信協議。2001年，提出了硬件解決方案，出現了第一個收發器原型。2002年，汽車工業宣布支持FlexRay通信協議，并投入使用。2002年，FlexRay總線開始用于x-by-wire系統可行性鑒定。到2006年，FlexRay網絡投入量產BWMX5車中，標志著FlexRay不再只處于開發階段，已進入實際應用中。

同時，FlexRay通信協議逐步發展成熟，目前幾乎全球所有核心的汽車廠商和電子、半導體公司都加入了該聯盟，在為協議發展提供全方位技術支持的同時，也促進了FlexRay總線系統在全球的推廣應用。2010年，FlexRay總線協議被國際標準協會組織納入標準體系中，形成ISO 10681-1：2010-道路車輛—FlexRay車載網絡通信標準–第1部分：基本資料和使用案例定義及ISO 10681-2：2010-道路車輛—FlexRay車載網絡通信標準–第2部分：通信層服務等標準。

隨著FlexRay通信協議的逐步完善和標準化應用，必將使FlexRay成為繼CAN、LIN、MOST等車用總線之后未來汽車網絡的主流標準。

0.3.2 FlexRay的基本原理與特點

FlexRay作為新一代汽車總線技術，它的出現使傳統的控制系統結構產生了革命性的變化，并形成了新型網絡化數字化分布式控制系統。

FlexRay總線技術的特點主要有以下幾個。

（1）通信帶寬。FlexRay帶寬不受協議機制的限制，可進行單通道最快10Mbps速率的通信，當采用雙通道冗余系統時，可達2×10Mbps的速率，遠高于CAN總線。

（2）時間確定性。FlexRay總線采用時分多路的數據傳輸方式，以循環通信周期為基礎，數據在通信周期中擁有固定位置，確保消息到達的時效性。

（3）分布式時鐘同步。FlexRay總線使用基于同步時基的訪問方法，且同步時基通過協議自動建立和同步，時基的精確度達到1μs。

（4）容錯數據傳輸。FlexRay總線具有專用決定性故障容錯協議，支持多級別的容錯能力，包括通過單通道或雙通道模式，提供傳輸所需要的冗余和可擴展系統容錯機制，確保數據傳輸的可靠性。

（5）靈活性。FlexRay總線支持總線型、星形、級聯星形及混合型等多種拓撲結構，支持時間觸發和事件觸發通信方式，具有消息冗余傳輸或非冗余傳輸方式，且提供大量配置參數供用戶靈活進行系統調整、擴展。

對于FlexRay總線數據傳輸，根據應用申請，FlexRay總線通信周期分為靜態段和動態段，靜態段數據傳輸采用時間觸發方式，能夠滿足高可靠系統應用需求，動態段主要是基于事件觸發方式的，允許每一個節點占用全帶寬實現數據傳輸。FlexRay總線通信周期結構如圖0-1所示。

基于上述特點，使FlexRay具有廣泛的應用領域。

（1）替代CAN總線。在數據速率要求超過CAN的應用中會采用兩條或多條CAN總線來實現，FlexRay將是替代這種多總線解決方案的理想技術。

（2）用做“數據主干網”。FlexRay具有很高的數據速率，且支持多種拓撲結構，非常適合于車輛骨干網絡，用于連接多個獨立網絡。

（3）用于分布式控制系統。分布式控制系統用戶要求確切知道消息到達的時間，且消息周期偏差非常小，這使得FlexRay成為具有嚴格實時要求的分布式控制系統的首選技術，能夠應用于如動力系統、底盤系統的一體化控制中。

（4）用于高安全性要求的系統。FlexRay本身不能確保系統安全，但它具備大量功能可以支持面向安全的系統（如x-by-wire系統）設計。

0.4 FlexRay協議總覽

FlexRay協議族主要包含如下幾份規范。

· FlexRay需求規范；

· FlexRay協議規范；

· FlexRay電氣物理層規范；

· FlexRay電氣物理層應用注解；

· FlexRay數據鏈路層一致性測試規范；

· FlexRay電氣物理層一致性測試規范；

· FlexRay物理層電磁兼容性測試規范；

· FlexRay物理層共模扼流圈電磁兼容性評估規范；

· 初級中央總線監視器規范；

· 初級節點總線監視器規范。

在接下的章節中，將對每一份規范進行簡要的介紹。

0.4.1 FlexRay需求規范

FlexRay需求規范是對FlexRay通信系統提出的要求（requirement）和限制（constraint）的集合。其中，要求和限制的區別在于：要求是可以通過測試系統進行測試的，從而判斷FlexRay通信系統是否滿足要求；而限制則是系統必須具備的先決條件，限制不需要用測試系統進行測試。

FlexRay需求規范說明了FlexRay通信系統的如下內容。

· 設計目的、用戶群、利益群；

· 要求（可以測試的）；

· 限制（不可測試的）；

· 功能需求；

· 性能需求；

· 運行需求；

· 維護性和技術支持性需求；

· 安全性需求。

在FlexRay需求規范中使用VOLERE模版來描述各種需求，該模版的一般形式如下。

· ID編號：需求的順序編號。

· 類型：Constraint（限制）或Requirement（要求）。

· 描述：對需求的詳細描述。

例1

· ID：285

· Type：Requirement

· → 'FlexRay' shall provide deterministic communication with bounded latency and small latency jitter.

例2

· ID：312

· Type：Constraint

· → The FlexRay communication subsystem shall work when powered by state of the art automotive power supplies within（for the system） specified min and max voltage ranges.

FlexRay需求規范的主要讀者是FlexRay組織、FlexRay工具開發商、FlexRay通用軟件開發商等，普通設計人員并不需要深入地去閱讀它。

0.4.2 FlexRay協議規范

FlexRay協議規范對位于電氣物理層之上的數據鏈路層的基本特性進行了規定，其涉及以下內容。

· 通信控制器工作狀態；

· 幀和特征符的編碼、解碼方式；

· 幀的具體格式；

· FlexRay協議中通信周期的實現；

· 幀與特征符的定時準確性、語法正確性、語義正確性檢查過程；

· 喚醒與啟動過程；

· 時鐘同步原理；

· 通信控制器與主機的通信接口。

FlexRay協議規范是軟件開發人員進行FlexRay應用開發前必須學習的基本材料，在后面會有專門的章節詳細介紹FlexRay協議規范的具體內容。

0.4.3 FlexRay電氣物理層規范

FlexRay的電氣物理層規范規定了車輛ECU組網所需要的基本物理元素，含通信控制單元（CC）、總線驅動器（BD）、傳輸媒介、拓撲結構等。它規定了傳輸本身的電氣特性，也對總線驅動器（BD）、總線監測（BG）和有源星形（AS）裝置的基本功能進行了說明。另外，電氣物理層規范規定了FlexRay系統時序約束。

0.4.4 FlexRay電氣物理層應用注解

該文檔實際上并不是FlexRay標準化協議族中的一員，它是FlexRay標準化組織收集的對設計FlexRay系統有較大幫助的設計經驗集合。該文檔按照不同的應用主題對FlexRay系統設計過程中需要注意的內容進行描述。該文檔對FlexRay系統設計人員進行系統和硬件設計都具有很強的參考價值，可以幫助設計人員避開許多前人犯下的錯誤。

0.4.5 FlexRay數據鏈路層一致性測試規范

該規范描述了針對FlexRay通信系統數據鏈路層的一致性測試方法，這些測試方法都是基于ISO 9646標準和FlexRay協議規范進行設計的。

該規范的設計目的是提供一種標準化的驗證方法，以確認FlexRay通信控制器類產品是否遵循FlexRay協議規范的要求。通過該規范的實施可以保證來自不同生產廠家的通信控制器類產品在同一個FlexRay系統中能夠無差別地協同工作。

該規范提供了所有必需的技術信息，只要測試系統遵循了這些技術信息規定的特定測試條件，即使在不同的測試系統中進行測試，也可以保證產生的測試結果都是一致的。

在該規范中采用了如下的結構來描述每一個測試用例。

· 測試名稱（Test Name）：測試名稱的簡短描述。

· 測試目的（Test Purpose）：測試目的的簡短描述。

· 配置（Configuration）：對測試環境需求的描述。

· 序言[Preamble（setup state）]：描述對測試環境的操作步驟，使之進入測試就緒狀態。

· 測試執行（Test Execution）：描述測試的具體執行步驟。

· 后記（Postamble）：完成測試后，使測試環境退出測試就緒狀態的步驟。

· 通過/失敗標準（Pass/Fail Criteria）：描述測試結果的評判標準。

0.4.6 FlexRay電氣物理層一致性測試規范

該規范描述了針對FlexRay通信系統電氣物理層的一致性測試方法，這些測試方法都是基于ISO 9646標準和FlexRay電氣物理層規范進行設計的。

該規范的設計目的是提供一種標準化的驗證方法，以確認FlexRay總線驅動器和主動星形連接器類產品是否遵循FlexRay電氣物理層規范的要求。通過該規范的實施可以保證來自不同生產廠家的總線驅動器和主動星形連接器類產品在同一個FlexRay系統中能夠無差別地協同工作。

該規范提供了所有必需的技術信息，只要測試系統遵循了這些技術信息規定的特定測試條件，即使在不同的測試系統中進行測試，也可以保證產生的測試結果都是一致的。

0.4.7 FlexRay物理層電磁兼容性測試規范

FlexRay物理層電磁兼容性測試規范是一個常規等級的規范，用來評估應用于汽車有線通信FlexRay收發器的電磁兼容性。可以測量單收發器和集成收發單元（收發器和總線監控芯片）。FlexRay物理層電磁兼容性測試規范包括測試步驟、失效標準、測試配置和測試信號，但是不包括極限值。它應用于：

· 輻射干擾抗擾度（故障）；

· 瞬態抗擾度（故障和損壞）；

· 靜電放電抗擾度（故障和損壞）；

· 窄帶干擾發射。

無論被測設備是否能夠從被干擾的狀態中恢復，最終都由設計人員來判斷被測設備是否正常。為了保證測試結果的等級僅針對于收發芯片，在原理性測試中，總線上沒有外部保護電路。為了測試某個應用（如汽車）中FlexRay收發器的電磁兼容特性，就需要在總線上增加無源濾波組件。為了通過電磁兼容性測試，設計人員可以在電路中增加濾波網絡（在終端電阻前增加接地電容和共模扼流圈）。

通常的電磁兼容性測試都是基于單個FlexRay收發器的。在FlexRay物理層電磁兼容性測試規范中沒有包含IC芯片的電磁兼容性測試規范。就一個集成FlexRay收發器的集成電路來說，不同的IC芯片，測試條件也是不同的。因此，如果可能的話，應該采用標準的單個FlexRay收發器測試條件。在任何應用中，FlexRay總線的物理層配置是固定的。

0.4.8 FlexRay物理層共模扼流圈電磁兼容性評估規范

FlexRay物理層共模扼流圈電磁兼容性評估規范是用來評估應用于FlexRay節點或網絡中共模扼流線圈的扼流衰減、對總線信號的感應和抗ESD損害能力的。扼流衰減主要是抗干擾性和減少頻域發射，主要的技術指標就是對外部干擾的扼流衰減和對本身頻域發射的扼流衰減，主要包括射頻抗擾度測量、射頻發射測量、總線信號電磁感應測量和ESD損害測量。

射頻抗擾度測量采用直接功率注入的方法。為了測量扼流衰減，需要搭建一個FlexRay最小網絡或兩個總線節點，注入功率調制信號，采用示波器進行監測。

射頻發射測量只需要共模扼流圈和總線負載電路就可以完成，采用示波器測量通過總線耦合進來的射頻信號，從而測量出扼流圈對射頻信號的衰減數值。

總線信號電磁感應測量也只需要共模扼流圈和總線負載電路就可以完成，采用示波器直接測量扼流圈對總線信號的感應。

ESD損害測量，一般是在扼流圈的兩條線路上各串接一個電阻接到接地平面上進行測量的，按照常規的ESD損害測量方法進行。

0.4.9 初級中央總線監視器規范

該規范的主要描述對象是FlexRay系統中的中央總線監視器（Central Bus Guardian，CBG）。中央總線監視器是一個中心設備，它將從一個分支中接收的信息按照本規范描述的算法從其他分支轉發出去，這種方式是以中央總線監視器為中心建立的FlexRay系統的信息發送方式。當在FlexRay系統中采用了中央總線監視器后，幾種典型的節點錯誤（如總線短路、功能紊亂節點占用所有時隙等）都可以被中央總線監視器隔離而不影響其他節點的通信。該規范規定中央總線監視器中需要存儲FlexRay系統的靜態段調度信息，但并不是全部的靜態段調度信息，中央總線監視器中只要存儲與關鍵功能相關的調度信息和能夠啟動并維護系統通信的信息就可以了，通常中央總線監視器只會在比較重要的應用場合使用。一種采用兩個獨立中央總線監視器的雙通道FlexRay系統的可選網絡架構如圖0-2所示。

0.4.10 初級節點總線監視器規范

該規范的主要目的是描述節點本地總線監視器（node-local Bus Guardian，BG）的行為。

BG的概念是在一個節點內使用兩個獨立的通信控制器，一個通信控制器實現正常的總線通信功能；另一個通信控制器實現總線監控功能，監控前一個通信控制器的工作狀況。進行總線監控的那個通信控制器就是節點本地總線監視器。一種可能的節點本地總線監視的架構方案如圖0-3所示。

初級節點總線監視器規范描述了節點本地總線監視的架構方案，并對節點本地總線監視器對通信控制器在正常通信狀態的監控行為、喚醒過程的監控行為、啟動過程的監控行為及節點本地總線監視器的配置參數進行了詳細描述。

0.5 術語和定義

Application Data應用數據

這是指應用任務產生和/使用的數據。在汽車相關背景下，任務之間的應用數據交互經常使用術語“信號”這一描述。

Bus總線

這是指一種通信系統拓撲結構，在該結構中節點均直接連接到單一、公共通信媒介（與星形、網關型等連接方式相反）。術語“總線”指媒介本身。

Bus Driver總線驅動器

這是指由一個發送器和一個接收器組成的一種電子元件。一個通信控制器通過一個總線驅動器連接到一個通信通道上。

Bus Guardian總線監視器

該種電子元件能夠保護通道免受不在規劃內的通信造成的干擾。節點簇通信時間表已經從時間上限制了一個通信控制器可以進行數據發送的次數，但是有時會發生一些不在時間表規劃內的通信。

Channel通道

見通信通道。

Channel Idle通道空閑

這是指網絡中每個節點感應到的媒介空閑情況。

Clique組

這是指具有相同的某些系統性能（如通信控制器的全局時間或活動狀態）的通信控制器組。

Cluster簇

這是指通過至少一個通信通道（總線型拓撲）直接連接或星形耦合器（星形拓撲）連接的一個多節點通信系統。

Coldstart Node冷啟動節點

這是指能夠通過發送啟動幀在節點簇上發起通信啟動進程的一種節點。

Communication Channel通信通道

這是指能夠傳送信號進行通信的節點間的相互連接。通信通道可以概括為網絡拓撲（即總線型或星形）和物理傳輸媒體（即電氣的或光學的）。

Communication Controller（CC）通信控制器

這是指節點中的一種電子元件，負責執行FlexRay通信系統協議的相關運行。

Communication Cycle通信周期

這是指一個周期性重復的通信體系的完整過程，該過程包含了FlexRay系統媒體接入方法。通信周期包括靜態段、可選動態段、可選符號窗和網絡空閑時間。

Communication Slot通信時隙

這是指一段時間間隔，在該段時間內允許指定節點獨自訪問一個通信通道、發送一個數據幀，數據幀的幀ID與該時隙對應。FlexRay協議對靜態通信時隙和動態通信時隙的相關規定是有區別的。

Cycle Counter周期計數器

這表示出當前通信周期數。

Cycle Time周期時間

這是指以最大時間節拍（Macrotick）為單位表示的當前通信周期的時間長度。周期時間在每個通信周期的開始被重置為零。

Dynamic Segment動態段

這是指通信周期的一部分，在該部分中通過一種最小時隙機制控制媒體訪問，該機制稱為靈活時分多路訪問（FTDMA）機制。在該段期間，基于優先權原則動態允許各節點訪問媒體、發送數據。

Dynamic Communication Slot動態通信時隙

這是指通信周期動態段中的一段時間間隔，由一個或多個最小時隙（Minislot）組成。在動態通信時隙中允許指定節點獨自訪問一個通信通道、發送一個數據幀，數據幀的幀ID與該時隙對應。相對于靜態通信時隙，動態通信時隙的持續時間根據時隙內所發數據幀長度而變化。如果時隙內無數據幀發送，則動態通信時隙的持續時間僅為一個最小時隙。

Frame幀

這是指通信系統用于系統內交換信息的一種數據結構。一個數據幀由一個幀頭、一個有效負載數據段和一個幀尾組成。有效負載數據段用于傳送應用數據。

Frame Identifier幀標識符

幀標識符定義了靜態段內的時隙位置和動態段內的優先級。較低幀標識符表示較高優先級。

Gateway網關

這是指連接兩個或多個獨立的通信網絡并允許信息在網絡間流通的一種節點。

Global Time全局時間

這是周期計數器和周期時間的組合。

Hamming Distance海明距離

這是指二進制代碼形式的任意兩個有效碼字間的最小距離（即不同的位數）。

Host主機

這是ECU的一部分，執行應用軟件。控制器主機接口（CHI）將主機與FlexRay協議引擎分離開。

Macrotick最大時間節拍

這是指源于節點簇范圍的時鐘同步算法的一段時間間隔。一個最大時間節拍由整數個最小時間節拍（Microtick）組成。對于一個確定的最大時間節拍，其包含的最小時間節拍的實際數量由時鐘同步算法進行調整。最大時間節拍是表示全局時間的最小間隔單位。

Medium Idle媒體空閑

這是指沒有節點在物理傳輸媒體上進行傳輸時，物理傳輸媒體的狀態。

Microtick最小時間節拍

這是指直接源于CC振蕩器（可能通過使用預計數器）的一段時間間隔。最小時間節拍不受時鐘同步機制影響，因而屬于節點本地概念。不同節點的最小時間節拍的時間長度可以不同。

Minislot最小時隙

這是指通信周期動態段中的一段時間間隔，其持續時間為常量（用Macrotick表示），且同步FTDMA媒體訪問機制使用最小時隙來管理媒體仲裁。

Network網絡

這是指連接一個簇內節點的各通信通道的組合。

Network Topology網絡拓撲

這是指節點間連接的排列布置。FlexRay支持總線型、星形、級聯星形及混合型網絡拓撲。

Node節點

這是指連接在網絡上的、能夠發送和接收數據幀的一種邏輯實體。

Null Frame空幀

這是指有效負載數據段中無有效可用數據的一種數據幀。空幀的幀頭有一個指示位表明當前數據幀是空幀，且空幀的有效負載數據段中所有數據字節設為零。

Physical Communication Link物理通信鏈路

這是指能夠傳送信號進行通信的節點間的相互連接。連接到同一指定物理通信鏈路上的所有節點共享同樣的電氣信號或光學信號（即它們不通過中繼器、星形連接器、網關等連接）。物理通信鏈路的實例包括一個總線型網絡或節點和星形連接器之間的點對點連接。使用星形連接器將一個或多個物理通信鏈路連接到一起，也可以構建一個通信通道。

Precision精度

這是指節點簇中任何兩個同步節點對應的最大時間節拍之間的最壞情況的偏差。

Slot時隙

見通信時隙。

Star星形連接器

這是指允許信息由一個物理通信鏈路傳輸到一個或多個其他的物理通信鏈路的一種裝置。星形連接器將其所連接的一個鏈路上的傳送信息復制傳輸到它所連接的其他鏈路上。星形連接器可以是無源的，也可以是有源的。

Startup Frame啟動幀

FlexRay幀的幀頭中有一個專用指示位，當該指示位有效時數據幀為啟動幀。在啟動進程期間，所有要集成到簇通信的節點使用啟動幀的時間信息進行初始化。啟動幀通常為同步幀。

Startup Slot啟動時隙

這是指發送啟動幀的通信時隙。

Static Communication Slot靜態通信時隙

這是指通信周期靜態段中的一段時間間隔，其持續時間為常量（用Macrotick表示）。在靜態通信時隙中允許指定節點獨自訪問一個通信通道、發送一個數據幀，數據幀的幀ID與該時隙對應。不同于動態通信時隙，每個靜態通信時隙包含恒定數量的Macrotick，而不用考慮時隙中是否有數據幀發送。

Static Segment靜態段

這是指通信周期的一部分，在該部分中通過一種靜態時分多路訪問（TDMA）機制控制媒體訪問。在該段期間，媒體訪問僅由時間進程決定。

Sync Frame同步幀

FlexRay幀的幀頭中有一個專用指示位，當該指示位有效時數據幀為同步幀。時鐘同步算法會應用到同步幀的實際到達時間與預期到達時間之間的測量偏差。

Sync Slot同步時隙

這是指發送同步幀的通信時隙。

0.6 常用縮寫

μT 最小時間節拍

AP 動作點

BD 總線驅動器

BIST 內置自檢

BITSTRB 位選通進程

BSS 字節起始序列

CAS 沖突避免特征符

CC 通信控制器

CE 通信元件

CHI 控制器主機接口

CHIRP 通道空閑識別點

CODEC 編碼和解碼進程

CRC 循環冗余校驗

CSP 時鐘同步進程

CSS 時鐘同步啟動進程

DTS 動態尾部序列

ECU 電子控制單元，等同節點

EMC 電磁兼容

ERRN 錯誤“非”信號

FES 幀結束序列

FSP 幀與特征符處理

FSS 幀起始序列

FTDMA 靈活時分多路訪問（媒體接入方法）

FTM 容錯中點