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评估套件推动FlexRay应用

上网日期: 2006年02月27日 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:汽车安全? FlexRay? BMW? 博世?

随着对汽车安全、可靠性与舒适度需求的增加,汽车电子的数量也在增加,并提出了对传动链与线控系统中高速控制的需求。汽车制造商要求有可提供更高频宽、灵活性及(也许是最重要的)确定性行为的新协议。FlexRay串行通讯协议可满足这种车内通讯基础设施的要求,并能实现高速控制应用。

FlexRay协议由BMW、博世、戴姆勒克莱斯勒、飞思卡尔通用汽车飞利浦及大众汽车等公司开发,其架构可提供高达10Mbps的资料速率以及确定性行为等极大优势。该协议包括一个双冗余信道,并采用具有可保证消息延迟时间的可扩展静、动态消息传输。此外,基于FlexRay的系统可编程为具有比只有异步传输的控制局域网络(CAN)协议更高灵活性的同步与异步传输。还有,该协议还支持通过整体时基的时脉同步、无冲突总线存取、透过标识符元针对消息的寻址以及采用单或双信道的可扩展系统容错。

FlexRay讯框分成三部分:封包头、载荷及封包尾。封包头部分包括讯框ID、载荷长度、封包头CRC及循环数。讯框ID标识一个讯框,并用于区分由事件触发的讯框优先级。载荷长度包括讯框所传输的字符数。封包头CRC用于在传输期间进行错误检测。循环数包含一个每次当通讯周期开始时计一次数的计数器值。载荷部分包括讯框所传输的资料。FlexRay载荷或资料讯框的长度长达127个字符(254个字节)。封包尾部分则由三个8位CRC组成,用于错误检测。

设计人员的任务

使用FlexRay的设计人员的主要挑战是‘编写’通讯驱动程序。FlexRay下层的时间触发方法要求控制设计阶段中有几个计划步骤,比采用更熟悉的CAN接口所需的步骤要多。其中包括用于任务配置及消息调度的高阶计划。

例如,一个基于CAN总线的汽车系统,其消息调度是透过用消息标识符元暗中分配消息优先级来完成。优先级越高,消息登上总线的可能性就越大。但如果用FlexRay来作为通讯系统,则消息必须相对于所计划的任务顺序来调度。因此每条消息都在通讯周期中分配有一个唯一的传输时隙,这便能实现可离线计算的消息和任务的静态及确定性调度。

设计人员的另一项挑战是测试FlexRay系统,这需要有适当的原型建构环境。例如,一个基于FlexRay的引擎控制系统需要仿真引擎速度、过程曲轴讯号,以及产生用于点火与喷射系统的输出讯号等。这便提出了对适当工具,以及可处理FlexRay协议动态的强大原型建构系统的需求

评估套件帮助应用推出

很多半导体厂商都在进行FlexRay控制器开发,并准备将FlexRay与32位微控制器整合。为使开发人员现在能从基于FlexRay的系统开始,富士通提供了一个基于FPGA的开发评估套件,可为用作主控制器的富士通32位Flash微控制器(MB91F369G)提供一个多功能评估板。该套件包含一块CPU板、一块FlexRay主板以及一块带有富士通基于FPGA的FlexRay控制器的子板(位于主板上)。子板位于FlexRay主板上,并能用作单独的FlexRay控制器,可与任何采用外部总线接口的CPU接口。

该套件也可用于软件开发,并可用整合Softune Workbench(工作台)开发环境、协同监视调试器或仿真器系统来进行测试。这些工具使设计人员能着手进行FlexRay系统评估。

为以该套件开始,设计人员首先应该熟悉FlexRay IP模块即E-RAY规范(稍后介绍),以及与其一起提供的评估板硬件。熟悉该套件的能力后,设计人员即可解决在使用套件评估硬件时可能出现的硬件整合等问题。

熟悉后,即可将板插入每块板上提供的适当插座中。为FlexRay主板加电后(它也负责为其它子板供电),微控制器上的预编程软件即开始执行,此时可用一台示波器或任何FlexRay总线分析工具来观察FlexRay总线的行动。为对微控制器进行重编程,或编辑、调试程序,评估版套件需要有一台带RS23接口的PC或兼容硬件。这需要搭配富士通的免费程序及专用软件开发环境(Softune Workbench),以便设计人员能编辑、编译、建构及调试程序。

电路板特点

CPU板的32位微控制器带有512kB闪存ROM和24kB RAM芯片上内存。此外,为满足应用开发阶段对更大内存的需求,CPU板还带有可用于程序代码及恒定资料的1MB外部闪存。外部板上2MB RAM可为用监视调试器进行外部调试提供帮助。

这个开发板提供按钮,用于外部中断及微控制器重置。还有一个RS232驱动器及一个用于内部UART的DB9连接器。除通用UART外,开发板还提供与PC的连接,用于监视器/调试器的通讯,或对芯片上闪存进行编程。用于芯片上CAN控制器的单信道CAN收发器适合开发基于CAN的系统。

该套件的主板可作为基板,用于插入带FlexRay控制器的子板和两个带FlexRay收发器的实体层模块,实体层模块则为可选组件。主板带有用于所有次级电压的电源,它透过RS485收发器提供和主处理器及两个FlexRay信道的连接。每一个通讯信道都能配置成10Mbps的资料速率。

子板在遵循博世公司建议的E-Ray 1.1版规范(很快将推出2.1版),在Altera FPGA上整合了富士通FlexRay控制器。基于FPGA的通讯控制器由一个80MHz的振荡器提供馈入。FlexRay通讯的默认实体层由两个安装在FlexRay主板上的RS485收发器提供,不过这些收发器可用插入至FlexRay评估主板终端上的实体层来旁路。可用一个真正的实体层表现来代替默认RS485收发器。此外,也可用富士通公司的新型MB88121 FlexRay控制器来取代板上FPGA。

了解E-Ray特性集

为编写应用程序,设计人员必须首先了解E-Ray特性集。E-Ray模块为整合在子板FPGA中的FlexRay IP模块。该模块根据2.1版FlexRay协议规范通讯,且其缓存器组可由CPU透过外部总线接口来直接存取。这些缓存器连同消息处理器、整体时间单元、系统通用控制、讯框和符号处理、网络管理与中断控制等一起,来控制、配置及监视FlexRay协议控制器,并透过I/O缓冲器来存取消息RAM。

这套工具还具有254字节的消息缓冲器,均可针对FlexRay网络上的通讯来配置。消息储存器由128个消息缓冲器组成,并可针对不同的载荷长度来配置。每个消息缓冲器均可配置成接收缓冲器、发送缓冲器或接收FIFO。所有和消息处理有关的功能都在消息处理器中完成。这些功能包括:接收过滤、两个FlexRay协议控制器与消息RAM之间的消息传输、发送时序保持以及消息状态信息提供等。消息过滤支持使用讯框ID、信道ID及循环计数的过滤。透过允许针对静、动态插槽来配置macrotick及microtick的整体时间单元缓存器,E-Ray还能支持网络管理。

由于用E-Ray模块来编写FlexRay通讯驱动程序既费时又费力,因此评估套件提供了用于时间驱动通讯的Decomsys库的评估副本。Decomsys库为开发人员提供了现成可用的功能,并使其能进行平??立应用开发。利用这些特性,应用程序可用一个通用应用编程接口(API)来透明地存取硬件。组件驱动程序为FlexRay通讯控制器提供了基于讯框的API。这些API功能包括执行控制器配置、方便对通讯控制器的资料缓冲器的读/写存取、以及控制通讯控制器开/关等。

提供了评估套件后,Softune Workbench V6便成为一个与Windows XP兼容、用于富士通微控制器的整合开发环境。该工作台包括整个软件开发周期所需的全套工具、编辑器、C编译器、汇编器、链接器、库管理及调试器等。

对于那些开发具体软件以及使用调试器的工程师来说,必须首先安装Softune Workbench开发环境。

该套件还提供有现成的样板程序以及可进行适当修改以生成实际应用程序的模板。这些程序可用Softune Workbench来进行编译和构造。样板程序可用COMMSTACK库来获得,或直接使用E-Ray模块,以使开发人员对不带库的程序的复杂性进行评估。用库编写的程序要求在项目文件中安装库才能进行编写。

成功编译/建构程序后,即可加载这些样品程序并直接从CPU上执行。使用者可用预编程至CPU369板闪存中的监视器/调试器来立即调试程序,无需其它工具。

对于更广泛的软件调试,可与评估套件一起使用仿真器。要使用仿真器,设计人员必须先取下带闪存MCU的MCU适配器板,然后再插入Starterkit。

FlexRay套件是一个高性能的评估与原型建构平台,具有可实现快速综合设计、仿真以及用于FlexRay的测试系统应用的通用性与可扩展性。这种产品将在设计人员使FlexRay成为一项产业标准协议、并在某一天让线控应用取代机械系统的过程中提供帮助。

Neelima Chaurasia为富士通微电子(美国)公司高级应用工程师。您可以透过以下email地址与她联系:nchauras@fma.fujitsu.com。

作者:Neelima Chaurasia

富士通微电子(美国)公司






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