五大步驟實現FlexRay網路拓樸規劃

FlexRay已開始在單通道高速動力傳動、駕駛輔助和提高舒適度的汽車電子應用中大展身手。在新款BMW X5汽車中，FlexRay用於懸吊控制之中，如此將能在利用雙通訊通道和匯流排監控，把這種具有容錯功能的確定性協議運用在安全駕駛功能中之前，讓工程師和開發人員有一個逐漸適應的學習過程，並降低相關風險。

在FlexRay應用的開發過程中，設計工程師可透過五個基本步驟來構建一個穩健的網路拓樸。

步驟1：首先必須定義車輛底盤上節點的數量及其假設位置，然後才能確定實現無stub(一種被稱為‘菊花鏈’的拓樸結構)被動匯流排所需的纜線長度，該匯流排終端即為纜線終端處，如圖1所示。如果纜線長度小於10公尺，則拓樸完成，並被認為可用於實際生產。

步驟2：一旦發現纜線長度大於10公尺，就應該考慮採用‘主動星型’拓樸(參見圖2)。如果纜線長度超過20公尺，則必須導入主動星型拓樸了。最簡單的主動星型只有兩個分支，把線束分裂為兩個電氣去耦部件。因為可透過NXP的TJA1080收發器(用於BMW X5的首批同類元件)來強化主動星型，故所需收發器總數只增加了一個。

步驟3：要在車輛產生碰撞事故之後還能繼續運作，系統的碰撞靈敏節點應分佈在不同的分支上(見圖3)。這樣一來，一旦纜線被擠壓或被箝位在一個差分電壓上，只有受影響的分支的數據傳輸被中斷，但主動星型結構將保證網路中其它分支的通訊不受影響。

步驟4：鑒於共振的出現，暴露在惡劣RF場中的節點或佈線也應該分散到不同的分支上(見圖4)。在纜線兩端各利用一個分裂終端(FlexRay電氣實體層規範v2.1修訂版B)，把RF感應電流轉移到接地位。將使纜線上的共模電壓幅度更低，同時不影響與其它分支相連接的節點。因此，接收到的數據串流抖動可控制在合理範圍內。

步驟5：為了確保在纜線兩端始終有合適的(分裂的)終端(見圖5)，中繼電纜的末端節點不應是可選節點。沿纜線移動的節點電氣位置不得致使纜線長度超過10公尺。在非可選節點上，可導入短的stub(<1公尺)。即使有更大的靈活性，纜線度終端處也不需要主動星型結構。

驗證與最佳化

遵照這五個步驟，有助於構建具備穩健電子特性的FlexRay拓樸結構。建議進行模擬以對定義後的拓樸進一步驗證和最佳化。可採用蒙地卡羅(Monte-Carlo)模擬法來估算線束、產量範圍以及依賴於收發器和主動星型溫度等各項製造公差。

此外，FlexRay聯盟已推出了一種涵蓋線束趨膚效應在內的完善纜線模型。在支援汽車製造商導入FlexRay的同時，NXP也不斷提升其在FlexRay拓樸模擬領域的能力。關於FlexRay應用的分裂終端、纜線和連接器等資訊可參見FlexRay電氣實體層規範v2.1修訂版B。電氣實體層應用說明v2.1修訂版B提供了一些有關拓樸設計的建議。這兩份規範都可透過FlexRay聯盟網站獲得。

作者：Bernd Elend

系統工程師

NXP半導體公司