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接口,总线,驱动相关技术文章基于车电的RapidIO接口FlexRay接口和CAN接口设计

为提高集成架构中车电总线通信速率,结合综合化处理系统项目要求,采用双总线结合的方式,利用CAN总线和FlexRay总线实现功能及搭配上的互补,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的总线接口单元设计方案。通过FPGA完成CAN总线控制器、FlexRay总线控制器、RapidIO总线接口等模块功能,实现高速接口的控制和扩展,并使模块接口具备可配置能力。测试结果表明,CAN接口及FlexRay接口在指定的波特率下均工作正常,满足项目要求的各项性能指标。

1 概述

CAN总线是一种有效地支持分布式控制或者实时控制的串行通信网络,具有多主机、高性能以及高可靠性。然而随着汽车电子技术的发展,早期的CAN总线已经不能很好地解决众多电子设备之间的实时通信问题。由FlexRay联盟制定的FlexRay协议标准成为一种理想的解决方案。FlexRay通讯协议运用于可靠的车内网络中,是一种具备故障容错的高速汽车总线系统。作为一种灵活的车载网络系统,FlexRay具有高速、可靠及安全的特点,它不仅能简化车载通信系统的架构,而且有助于汽车电子单元获得更高的稳定性和可靠性。FlexRay在物理上通过2条分开的总线进行通信,每一条的数据速率是10 Mb/s。CAN网络最高性能极限为1Mb/s,而FlexRay总数据速率可达20Mb/s。FlexRay还能够提供很多网络所不具有的可靠性特点,尤其是FlexRay具备的冗余通信能力,通过硬件可实现完全复制网络配置,并进行进度监测。CAN总线和FlexRay总线两者在功能及搭配上可实现互补。FPGA在数字电路设计上非常灵活且性能强大,在不改变外围电路的情况下,可以编写不同的片内电路逻辑,以实现不同功能或进行功能扩展。

本文提出的车电总线接口单元综合考虑用户的具体需求,保留CAN总线作为卫星导航设备接口总线,其余接口总线采用高速的FlexRay总线,既兼容较低速接口的通信速率要求,又满足高速总线接口的需要,将CAN和FlexRay总线结合在一起,基于FPGA,使成本与效益最大化。

2 车电总线架构

本文综合化处理系统项目中处理系统采用多处理器结构,板间通信数据量较大。若采用PCI总线进行信号传输则由于PCI总线带宽有限,当数据量较大时容易形成通信瓶颈,且PCI总线不支持点对点传输。若选用以太网,则传输速率较低,软件开销较大,且高带宽带来的高成本使它在系统内互连时缺乏吸引力。结合项目采用高速实时总线的具体要求,最终选择基于VPX架构的RapidIO总线进行通信传输。VPX总线采用高速串行总线技术替代VME总线的并行总线技术,支持更高的背板带宽。其交换式结构使得系统整体性能不再受主控板的控制,提高了系统的整体性能。通过串行RapidIO(SRIO)转换,完成了RapidIO-CAN、RapidIO-FlexRay协议转换功能,实现了车电总线与任务总线(RapidIO)的无缝连接,进而满足了处理系统项目高速、多处理器、实时的通信传输要求。

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