- 汽车FlexRay总线系统开发实战
- 吴宝新等编著
- 12字
- 2020-08-28 04:27:02
第0章
绪论：FlexRay与汽车网络
0.1 汽车网络技术的发展
随着汽车电子技术的不断发展，汽车电子化程度越来越高。汽车上新技术的增加无疑使车辆上电控系统的数量不断增加，电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU）模块数量也随之增加，而且功能也越来越复杂。汽车电子装置的增加虽然增强了汽车的动力性、操控性和舒适性，但其占总成本的比例及持续增长的势头与汽车厂商成本控制需求之间的矛盾，线路复杂性与汽车可靠性、安全性之间的矛盾越来越大。减少线束、优化线路已经成为必须要解决的问题。因此，汽车网络技术作为解决汽车电子化中出现的线路复杂和线束增加问题及通过其通信和信息资源共享能力提高汽车整体驾驶操作水平、安全性和经济效益的主要技术途径，已经成为汽车电子系统的主要支撑。
自1980年起，众多国际知名汽车公司开始积极致力于汽车网络技术的研究及应用，希望通过汽车网络的使用解决点对点式车身布线带来的问题，使车身布线更加趋于规范化、标准化，降低成本，增强稳定性。迄今为止，已有BOSCH的CAN、SAE的J1850、ISO的VAN、Philips的D2B和LIN协会的LIN等多种网络标准广泛应用于车辆中，且随着汽车线控技术的发展，FlexRay总线、TTP/C等网络协议也将逐步得到应用，汽车网络技术已经成为汽车电子技术发展的重要增长点。但从长远来看，汽车网络还远没有达到成熟阶段。信息与电子技术的迅猛发展，必然会带来车辆上应用的提升，它们将对车载通信与控制网络提出一些新的需求，同时为新的车载网络技术提供技术支持。
0.2 汽车网络的分类
汽车网络的发展源于当时高档豪华汽车上的应用，缺少相应的标准化的通信协议的支持。随着越来越复杂、精密的功能单元外包给外部供应商，汽车制造商从定义各自的专门协议，发展到定义通用的标准化通信协议，为不同供应商的产品实现系统集成提供了可能性，使汽车网络迅速进入主流车型，到今天汽车网络已经成为现代车辆中的重要组成部分。
美国汽车工程协会按照汽车网络系统速率等性能，将汽车网络分为A、B、C3类。
A类总线标准主要应用于价格低廉且数据传输速率、实时性、可靠性要求较低的汽车应用，如TTP/A（Time Triggered Protocol/A）和LIN（Local Interconnect Network）。
（1）TTP/A协议最初由维也纳工业大学制定，为时间触发类型的网络协议，主要应用于集成了智能变换器的实时现场总线。它具有标准的UART数据格式，能自动识别加入总线的主节点与从节点，节点在某段已知的时间内触发通信但不具备内部容错功能。
（2）LIN协议是在1999年由欧洲汽车制造商Audi、BMW、Daimler Chrysler、Volvo、Volkswagen、VCT公司及Motorola公司组成的LIN协会的努力下推出的用于汽车分布式电控系统的开放式的低成本串行通信标准，从2003年开始使用。LIN是一种基于UART的数据格式、主从结构的单线12V的总线通信系统，主要用于智能传感器和执行器的串行通信。从硬件、软件及电磁兼容性方面来看，LIN协议保证了网络节点的互换性，极大地提高了开发速度，同时保证了网络的可靠性。LIN协议应用开发的热点集中在美国、欧洲和日本，估计在未来10年，平均每辆车将有约20个LIN节点。可见，LIN总线的应用仍存在着巨大的潜在市场。LIN总线已被世界上的大多数汽车公司及零配件厂商广泛接受，有望成为事实上的A类网络标准。
B类总线标准主要包括J1850、VAN、低速CAN。
（1）1994年，SAE正式将J1850作为B类网络标准协议。最早，SAEJ1850被用在美国Ford、GM及Chrysler公司的汽车中。现在，J1850协议作为诊断和数据共享被广泛应用在汽车产品中。但是，J1850并不是一个单一标准，各汽车公司采用的J1850标准，在物理层或数据消息协议上也不尽相同，预计未来将被其他总线所替代。
（2）VAN标准是ISO在1994年6月推出的，它基于ISO 11519-3，主要为法国汽车公司所用。但目前就动力与传动系统而言，甚至在法国也集中应用CAN总线。
（3）CAN是德国BOSCH公司从20世纪80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议。它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbps，1991年首次在奔驰S系列汽车中实现。同年，BOSCH公司正式颁布了CAN技术规范，版本为2.0。该技术规范包括A和B两部分。1993年11月，ISO正式颁布了国际标准ISO 11898，为CAN的标准化、规范化铺平了道路。此后，越来越多的北美和日本汽车公司也开始采用CAN网络。1994年，美国汽车工程师协会卡车和巴士控制与通信子协会选择CAN总线作为SAEJ1939标准的基础。低速CAN总线具有许多容错功能，一般用在车身电子控制中；而高速CAN总线则大多用在汽车底盘和发动机的电子控制中。CAN总线凭借其突出的可靠性、实时性和灵活性已从众多总线中突显出来，成为被世界所广泛接受的B类总线的主流协议。
C类总线标准主要用于与汽车安全相关及实时性要求比较高的地方，如动力系统，所以其传输速率比较高，通常为125kbps～1Mbps，必须支持实时的周期性参数传输。目前，C类标准主要包括TTP/C、FlexRay和高速CAN（ISO 11898-2）。
（1）TTP/C协议由维也纳工业大学研发，基于时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）的访问方式。TTP/C是一个应用于分布式实时控制系统的完整的通信协议。它能够支持多种容错策略，提供容错的时间同步及错误检测机制，同时还提供节点的恢复和再整合功能。其采用光纤传输的工程化样品速率将达到25Mbps。TTP/C支持时间和事件触发的数据传输。TTP管理组织TTAGroup成员包括Audi、SA、Renault、NEC、TTChip、Delphi等。
（2）FlexRay是BMW、Daimler Chrysler、Motorola和Philips等公司制定的功能强大的网络通信协议。它基于灵活时分多路访问（FTDMA）的确定性访问方式，具有容错功能及确定的通信消息传输时间，同时支持事件触发与时间触发通信，具备高速率通信能力。
（3）欧洲的汽车制造商大多采用高速CAN总线标准ISO 11898。总线传输速率通常为125kbps～1Mbps。目前，CAN协议仍然应用广泛，然而，作为一种事件驱动型总线，CAN无法为下一代线控系统提供所需的容错功能或带宽，因为线控（X-by-wire）系统实时性和可靠性要求都很高，必须采用时间触发的通信协议，这样TTP/C或FlexRay等通信协议将显示优势。
同时，综合考虑功能和位传输速率等因素，现有的汽车总线还包括多媒体信息系统总线等。多媒体信息系统总线标准主要用于汽车娱乐和远程信息设备，特别是汽车导航系统、多媒体系统等。
（1）MOST网络是由德国Oasis Silicon System公司开发的。MOST技术针对塑料光纤媒体进行优化，采用环形拓扑结构，在器件层实现高可靠性和可扩展性。它可以传送同步数据（音频信号、视频信号等流动型数据）、非同步数据（访问网络及访问数据库等的数据包）和控制数据（控制报文及控制整个网络的数据）。MOST得到包括BMW、Daimler Chrysler、Harman/Becker和Oasis公司的支持，已应用在多款车型上，如BMW7系列、Audi A8、Mercedes E系列等。
（2）IDBC和IDB1394总线及标准接口由IDB论坛负责管理。IDBC基于CAN总线，目前已成为SAE的标准，即SAE2366；而IDB1394则针对高速多媒体应用进行设计。IDB1394网络采用光纤技术，允许IDB1394兼容的便携式消费电子设备连接到汽车内网络并实现互操作。与MOST相比，IDB1394则最大限度地利用民用设备市场，将现有的部件应用到车载设备上，从而解决成本问题。
（3）D2B是针对多媒体数据通信的一种网络协议，可集成数字音频、视频和其他高数据速率同步或异步信号，主要使用Smart WireTM非屏蔽双绞线或单光纤。这种通信网络由英国C&CElectronics公司推动，并得到Jaguar和MercedesBenz公司的支持。D2B旨在保持后向兼容的情况下与新技术一起前进。D2B基于一种开放式架构，仅使用一条聚合物光纤来处理车内多媒体数据和控制信息，简化了扩展，当在光纤环中增加一种新设备或功能时并不需要改变连接电缆。
（4）蓝牙无线技术是一种用于移动设备和WAN/LAN接入点的低成本、低功耗的短距离射频技术。蓝牙标准描述了手机、计算机和PDA如何方便地实现互连，以及与家庭和商业电话及计算机设备的互连。
（5）ZigBee TM无线网络在汽车上应用的解决方案是针对蓝牙技术受车内电磁噪声影响的问题而提出的。ZigBee TM在2.45GHz频段传输速率可以达到250kbps，主要应用范围包括工业控制、家庭自动化、消费类产品及潜在的汽车应用。
0.3 汽车网络的新成员——FlexRay
FlexRay车载网络标准已经成为同类产品的基准，并将在未来很多年内，引领整个汽车电子产品控制结构的发展方向。FlexRay是继CAN和LIN之后的最新研发成果，可以有效管理多重安全和舒适功能。例如，FlexRay适用于x-by-wire操作。
FlexRay是Daimler Chrysler公司的注册商标。FlexRay联盟（FlexRay Consortium）推进了FlexRay的标准化，使之成为新一代汽车内部网络通信协议。FlexRay关注的是当今汽车行业的一些核心需求，包括更高的数据速率、更灵活的数据通信、更全面的拓扑选择和更精准的容错运算。
因此，FlexRay能够为下一代的车内控制系统提供所需的速度和可靠性。CAN网络最高性能极限为1Mbps，而FlexRay两个通道上的数据速率可达到10Mbps，总数据速率可达到20Mbps，因此，应用在车载网络中，FlexRay的网络带宽可能是CAN的20倍之多。
FlexRay还能够提供很多CAN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可实现通过硬件完全复制网络配置，并进行进度监测。FlexRay同时提供灵活的配置，可支持各种拓扑，如总线型、星形、混合型。设计人员可以通过两种或两种以上的拓扑来配置分布式系统。
另外，FlexRay可以进行同步（实时）或异步的数据传输，来满足车辆中各种系统的需求。例如，分布式控制系统通常要求同步数据传输。
为了满足不同的通信需求，FlexRay在每个通信周期内都提供静态段和动态段。静态段可以提供有界延迟，而动态段则有助于满足在系统运行时间内出现的不同带宽需求。FlexRay帧的固定长度静态段用固定时间触发（fixed-time-trigger）的方法来传输信息，而动态段则使用灵活时间触发的方法来传输信息。
FlexRay不仅可以像CAN和LIN网络这样的单通道系统一样运行，而且还可以作为一个双通道系统运行。双通道系统可以通过冗余网络传输数据——这也是高可靠系统的一个重要性能。
FlexRay的各种特点均适合实时控制的功能。
0.3.1 FlexRay的产生和发展
随着汽车电子技术的发展，未来汽车发展将向x-by-wire操控方式转变，将使传统的汽车机械系统变成通过高速容错通信总线与高性能CPU相连的电气系统，从而提高汽车可靠性、安全性，同时引入该技术可通过电子系统替代机械系统，达到减轻重量的目的。但这些都将对电控单元和通信网络系统提出新的要求。基于这些事实，事件触发的控制器局域网CAN，已不能满足进一步的需求，于是产生了一批时间触发、容错、传输延迟小且固定、具有高的通信速率的总线，其中，就包括FlexRay总线系统。
1999年9月，由BMW公司和Daimler Chrysler公司开始着手进行FlexRay研究。2000年，它们联合Philips公司（现NXP公司）、Motorola公司（现Rescale公司）、BOASH公司、GM公司和VW公司等创建了FlexRay联盟，这7家公司集汽车、半导体和电子系统创造商于一体，制定了满足未来车内控制应用通信需求的FlexRay通信协议。2001年，提出了硬件解决方案，出现了第一个收发器原型。2002年，汽车工业宣布支持FlexRay通信协议，并投入使用。2002年，FlexRay总线开始用于x-by-wire系统可行性鉴定。到2006年，FlexRay网络投入量产BWMX5车中，标志着FlexRay不再只处于开发阶段，已进入实际应用中。
同时，FlexRay通信协议逐步发展成熟，目前几乎全球所有核心的汽车厂商和电子、半导体公司都加入了该联盟，在为协议发展提供全方位技术支持的同时，也促进了FlexRay总线系统在全球的推广应用。2010年，FlexRay总线协议被国际标准协会组织纳入标准体系中，形成ISO 10681-1：2010-道路车辆—FlexRay车载网络通信标准–第1部分：基本资料和使用案例定义及ISO 10681-2：2010-道路车辆—FlexRay车载网络通信标准–第2部分：通信层服务等标准。
随着FlexRay通信协议的逐步完善和标准化应用，必将使FlexRay成为继CAN、LIN、MOST等车用总线之后未来汽车网络的主流标准。
0.3.2 FlexRay的基本原理与特点
FlexRay作为新一代汽车总线技术，它的出现使传统的控制系统结构产生了革命性的变化，并形成了新型网络化数字化分布式控制系统。
FlexRay总线技术的特点主要有以下几个。
（1）通信带宽。FlexRay带宽不受协议机制的限制，可进行单通道最快10Mbps速率的通信，当采用双通道冗余系统时，可达2×10Mbps的速率，远高于CAN总线。
（2）时间确定性。FlexRay总线采用时分多路的数据传输方式，以循环通信周期为基础，数据在通信周期中拥有固定位置，确保消息到达的时效性。
（3）分布式时钟同步。FlexRay总线使用基于同步时基的访问方法，且同步时基通过协议自动建立和同步，时基的精确度达到1μs。
（4）容错数据传输。FlexRay总线具有专用决定性故障容错协议，支持多级别的容错能力，包括通过单通道或双通道模式，提供传输所需要的冗余和可扩展系统容错机制，确保数据传输的可靠性。
（5）灵活性。FlexRay总线支持总线型、星形、级联星形及混合型等多种拓扑结构，支持时间触发和事件触发通信方式，具有消息冗余传输或非冗余传输方式，且提供大量配置参数供用户灵活进行系统调整、扩展。
对于FlexRay总线数据传输，根据应用申请，FlexRay总线通信周期分为静态段和动态段，静态段数据传输采用时间触发方式，能够满足高可靠系统应用需求，动态段主要是基于事件触发方式的，允许每一个节点占用全带宽实现数据传输。FlexRay总线通信周期结构如图0-1所示。
图0-1 FlexRay总线通信周期结构
基于上述特点，使FlexRay具有广泛的应用领域。
（1）替代CAN总线。在数据速率要求超过CAN的应用中会采用两条或多条CAN总线来实现，FlexRay将是替代这种多总线解决方案的理想技术。
（2）用做“数据主干网”。FlexRay具有很高的数据速率，且支持多种拓扑结构，非常适合于车辆骨干网络，用于连接多个独立网络。
（3）用于分布式控制系统。分布式控制系统用户要求确切知道消息到达的时间，且消息周期偏差非常小，这使得FlexRay成为具有严格实时要求的分布式控制系统的首选技术，能够应用于如动力系统、底盘系统的一体化控制中。
（4）用于高安全性要求的系统。FlexRay本身不能确保系统安全，但它具备大量功能可以支持面向安全的系统（如x-by-wire系统）设计。
0.4 FlexRay协议总览
FlexRay协议族主要包含如下几份规范。
· FlexRay需求规范；
· FlexRay协议规范；
· FlexRay电气物理层规范；
· FlexRay电气物理层应用注解；
· FlexRay数据链路层一致性测试规范；
· FlexRay电气物理层一致性测试规范；
· FlexRay物理层电磁兼容性测试规范；
· FlexRay物理层共模扼流圈电磁兼容性评估规范；
· 初级中央总线监视器规范；
· 初级节点总线监视器规范。
在接下的章节中，将对每一份规范进行简要的介绍。
0.4.1 FlexRay需求规范
FlexRay需求规范是对FlexRay通信系统提出的要求（requirement）和限制（constraint）的集合。其中，要求和限制的区别在于：要求是可以通过测试系统进行测试的，从而判断FlexRay通信系统是否满足要求；而限制则是系统必须具备的先决条件，限制不需要用测试系统进行测试。
FlexRay需求规范说明了FlexRay通信系统的如下内容。
· 设计目的、用户群、利益群；
· 要求（可以测试的）；
· 限制（不可测试的）；
· 功能需求；
· 性能需求；
· 运行需求；
· 维护性和技术支持性需求；
· 安全性需求。
在FlexRay需求规范中使用VOLERE模版来描述各种需求，该模版的一般形式如下。
· ID编号：需求的顺序编号。
· 类型：Constraint（限制）或Requirement（要求）。
· 描述：对需求的详细描述。
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需求规范的主要读者是FlexRay组织、FlexRay工具开发商、FlexRay通用软件开发商等，普通设计人员并不需要深入地去阅读它。
0.4.2 FlexRay协议规范
FlexRay协议规范对位于电气物理层之上的数据链路层的基本特性进行了规定，其涉及以下内容。
· 通信控制器工作状态；
· 帧和特征符的编码、解码方式；
· 帧的具体格式；
· FlexRay协议中通信周期的实现；
· 帧与特征符的定时准确性、语法正确性、语义正确性检查过程；
· 唤醒与启动过程；
· 时钟同步原理；
· 通信控制器与主机的通信接口。
FlexRay协议规范是软件开发人员进行FlexRay应用开发前必须学习的基本材料，在后面会有专门的章节详细介绍FlexRay协议规范的具体内容。
0.4.3 FlexRay电气物理层规范
FlexRay的电气物理层规范规定了车辆ECU组网所需要的基本物理元素，含通信控制单元（CC）、总线驱动器（BD）、传输媒介、拓扑结构等。它规定了传输本身的电气特性，也对总线驱动器（BD）、总线监测（BG）和有源星形（AS）装置的基本功能进行了说明。另外，电气物理层规范规定了FlexRay系统时序约束。
0.4.4 FlexRay电气物理层应用注解
该文档实际上并不是FlexRay标准化协议族中的一员，它是FlexRay标准化组织收集的对设计FlexRay系统有较大帮助的设计经验集合。该文档按照不同的应用主题对FlexRay系统设计过程中需要注意的内容进行描述。该文档对FlexRay系统设计人员进行系统和硬件设计都具有很强的参考价值，可以帮助设计人员避开许多前人犯下的错误。
0.4.5 FlexRay数据链路层一致性测试规范
该规范描述了针对FlexRay通信系统数据链路层的一致性测试方法，这些测试方法都是基于ISO 9646标准和FlexRay协议规范进行设计的。
该规范的设计目的是提供一种标准化的验证方法，以确认FlexRay通信控制器类产品是否遵循FlexRay协议规范的要求。通过该规范的实施可以保证来自不同生产厂家的通信控制器类产品在同一个FlexRay系统中能够无差别地协同工作。
该规范提供了所有必需的技术信息，只要测试系统遵循了这些技术信息规定的特定测试条件，即使在不同的测试系统中进行测试，也可以保证产生的测试结果都是一致的。
在该规范中采用了如下的结构来描述每一个测试用例。
· 测试名称（Test Name）：测试名称的简短描述。
· 测试目的（Test Purpose）：测试目的的简短描述。
· 配置（Configuration）：对测试环境需求的描述。
· 序言[Preamble（setup state）]：描述对测试环境的操作步骤，使之进入测试就绪状态。
· 测试执行（Test Execution）：描述测试的具体执行步骤。
· 后记（Postamble）：完成测试后，使测试环境退出测试就绪状态的步骤。
· 通过/失败标准（Pass/Fail Criteria）：描述测试结果的评判标准。
0.4.6 FlexRay电气物理层一致性测试规范
该规范描述了针对FlexRay通信系统电气物理层的一致性测试方法，这些测试方法都是基于ISO 9646标准和FlexRay电气物理层规范进行设计的。
该规范的设计目的是提供一种标准化的验证方法，以确认FlexRay总线驱动器和主动星形连接器类产品是否遵循FlexRay电气物理层规范的要求。通过该规范的实施可以保证来自不同生产厂家的总线驱动器和主动星形连接器类产品在同一个FlexRay系统中能够无差别地协同工作。
该规范提供了所有必需的技术信息，只要测试系统遵循了这些技术信息规定的特定测试条件，即使在不同的测试系统中进行测试，也可以保证产生的测试结果都是一致的。
0.4.7 FlexRay物理层电磁兼容性测试规范
FlexRay物理层电磁兼容性测试规范是一个常规等级的规范，用来评估应用于汽车有线通信FlexRay收发器的电磁兼容性。可以测量单收发器和集成收发单元（收发器和总线监控芯片）。FlexRay物理层电磁兼容性测试规范包括测试步骤、失效标准、测试配置和测试信号，但是不包括极限值。它应用于：
· 辐射干扰抗扰度（故障）；
· 瞬态抗扰度（故障和损坏）；
· 静电放电抗扰度（故障和损坏）；
· 窄带干扰发射。
无论被测设备是否能够从被干扰的状态中恢复，最终都由设计人员来判断被测设备是否正常。为了保证测试结果的等级仅针对于收发芯片，在原理性测试中，总线上没有外部保护电路。为了测试某个应用（如汽车）中FlexRay收发器的电磁兼容特性，就需要在总线上增加无源滤波组件。为了通过电磁兼容性测试，设计人员可以在电路中增加滤波网络（在终端电阻前增加接地电容和共模扼流圈）。
通常的电磁兼容性测试都是基于单个FlexRay收发器的。在FlexRay物理层电磁兼容性测试规范中没有包含IC芯片的电磁兼容性测试规范。就一个集成FlexRay收发器的集成电路来说，不同的IC芯片，测试条件也是不同的。因此，如果可能的话，应该采用标准的单个FlexRay收发器测试条件。在任何应用中，FlexRay总线的物理层配置是固定的。
0.4.8 FlexRay物理层共模扼流圈电磁兼容性评估规范
FlexRay物理层共模扼流圈电磁兼容性评估规范是用来评估应用于FlexRay节点或网络中共模扼流线圈的扼流衰减、对总线信号的感应和抗ESD损害能力的。扼流衰减主要是抗干扰性和减少频域发射，主要的技术指标就是对外部干扰的扼流衰减和对本身频域发射的扼流衰减，主要包括射频抗扰度测量、射频发射测量、总线信号电磁感应测量和ESD损害测量。
射频抗扰度测量采用直接功率注入的方法。为了测量扼流衰减，需要搭建一个FlexRay最小网络或两个总线节点，注入功率调制信号，采用示波器进行监测。
射频发射测量只需要共模扼流圈和总线负载电路就可以完成，采用示波器测量通过总线耦合进来的射频信号，从而测量出扼流圈对射频信号的衰减数值。
总线信号电磁感应测量也只需要共模扼流圈和总线负载电路就可以完成，采用示波器直接测量扼流圈对总线信号的感应。
ESD损害测量，一般是在扼流圈的两条线路上各串接一个电阻接到接地平面上进行测量的，按照常规的ESD损害测量方法进行。
0.4.9 初级中央总线监视器规范
该规范的主要描述对象是FlexRay系统中的中央总线监视器（Central Bus Guardian，CBG）。中央总线监视器是一个中心设备，它将从一个分支中接收的信息按照本规范描述的算法从其他分支转发出去，这种方式是以中央总线监视器为中心建立的FlexRay系统的信息发送方式。当在FlexRay系统中采用了中央总线监视器后，几种典型的节点错误（如总线短路、功能紊乱节点占用所有时隙等）都可以被中央总线监视器隔离而不影响其他节点的通信。该规范规定中央总线监视器中需要存储FlexRay系统的静态段调度信息，但并不是全部的静态段调度信息，中央总线监视器中只要存储与关键功能相关的调度信息和能够启动并维护系统通信的信息就可以了，通常中央总线监视器只会在比较重要的应用场合使用。一种采用两个独立中央总线监视器的双通道FlexRay系统的可选网络架构如图0-2所示。
图0-2 一种采用两个独立中央总线监视器的双通道FlexRay系统的可选网络架构
0.4.10 初级节点总线监视器规范
该规范的主要目的是描述节点本地总线监视器（node-local Bus Guardian，BG）的行为。
BG的概念是在一个节点内使用两个独立的通信控制器，一个通信控制器实现正常的总线通信功能；另一个通信控制器实现总线监控功能，监控前一个通信控制器的工作状况。进行总线监控的那个通信控制器就是节点本地总线监视器。一种可能的节点本地总线监视的架构方案如图0-3所示。
图0-3 一种可能的节点本地总线监视的架构方案
初级节点总线监视器规范描述了节点本地总线监视的架构方案，并对节点本地总线监视器对通信控制器在正常通信状态的监控行为、唤醒过程的监控行为、启动过程的监控行为及节点本地总线监视器的配置参数进行了详细描述。
0.5 术语和定义
Application Data应用数据
这是指应用任务产生和/使用的数据。在汽车相关背景下，任务之间的应用数据交互经常使用术语“信号”这一描述。
Bus总线
这是指一种通信系统拓扑结构，在该结构中节点均直接连接到单一、公共通信媒介（与星形、网关型等连接方式相反）。术语“总线”指媒介本身。
Bus Driver总线驱动器
这是指由一个发送器和一个接收器组成的一种电子元件。一个通信控制器通过一个总线驱动器连接到一个通信通道上。
Bus Guardian总线监视器
该种电子元件能够保护通道免受不在规划内的通信造成的干扰。节点簇通信时间表已经从时间上限制了一个通信控制器可以进行数据发送的次数，但是有时会发生一些不在时间表规划内的通信。
Channel通道
见通信通道。
Channel Idle通道空闲
这是指网络中每个节点感应到的媒介空闲情况。
Clique组
这是指具有相同的某些系统性能（如通信控制器的全局时间或活动状态）的通信控制器组。
Cluster簇
这是指通过至少一个通信通道（总线型拓扑）直接连接或星形耦合器（星形拓扑）连接的一个多节点通信系统。
Coldstart Node冷启动节点
这是指能够通过发送启动帧在节点簇上发起通信启动进程的一种节点。
Communication Channel通信通道
这是指能够传送信号进行通信的节点间的相互连接。通信通道可以概括为网络拓扑（即总线型或星形）和物理传输媒体（即电气的或光学的）。
Communication Controller（CC）通信控制器
这是指节点中的一种电子元件，负责执行FlexRay通信系统协议的相关运行。
Communication Cycle通信周期
这是指一个周期性重复的通信体系的完整过程，该过程包含了FlexRay系统媒体接入方法。通信周期包括静态段、可选动态段、可选符号窗和网络空闲时间。
Communication Slot通信时隙
这是指一段时间间隔，在该段时间内允许指定节点独自访问一个通信通道、发送一个数据帧，数据帧的帧ID与该时隙对应。FlexRay协议对静态通信时隙和动态通信时隙的相关规定是有区别的。
Cycle Counter周期计数器
这表示出当前通信周期数。
Cycle Time周期时间
这是指以最大时间节拍（Macrotick）为单位表示的当前通信周期的时间长度。周期时间在每个通信周期的开始被重置为零。
Dynamic Segment动态段
这是指通信周期的一部分，在该部分中通过一种最小时隙机制控制媒体访问，该机制称为灵活时分多路访问（FTDMA）机制。在该段期间，基于优先权原则动态允许各节点访问媒体、发送数据。
Dynamic Communication Slot动态通信时隙
这是指通信周期动态段中的一段时间间隔，由一个或多个最小时隙（Minislot）组成。在动态通信时隙中允许指定节点独自访问一个通信通道、发送一个数据帧，数据帧的帧ID与该时隙对应。相对于静态通信时隙，动态通信时隙的持续时间根据时隙内所发数据帧长度而变化。如果时隙内无数据帧发送，则动态通信时隙的持续时间仅为一个最小时隙。
Frame帧
这是指通信系统用于系统内交换信息的一种数据结构。一个数据帧由一个帧头、一个有效负载数据段和一个帧尾组成。有效负载数据段用于传送应用数据。
Frame Identifier帧标识符
帧标识符定义了静态段内的时隙位置和动态段内的优先级。较低帧标识符表示较高优先级。
Gateway网关
这是指连接两个或多个独立的通信网络并允许信息在网络间流通的一种节点。
Global Time全局时间
这是周期计数器和周期时间的组合。
Hamming Distance海明距离
这是指二进制代码形式的任意两个有效码字间的最小距离（即不同的位数）。
Host主机
这是ECU的一部分，执行应用软件。控制器主机接口（CHI）将主机与FlexRay协议引擎分离开。
Macrotick最大时间节拍
这是指源于节点簇范围的时钟同步算法的一段时间间隔。一个最大时间节拍由整数个最小时间节拍（Microtick）组成。对于一个确定的最大时间节拍，其包含的最小时间节拍的实际数量由时钟同步算法进行调整。最大时间节拍是表示全局时间的最小间隔单位。
Medium Idle媒体空闲
这是指没有节点在物理传输媒体上进行传输时，物理传输媒体的状态。
Microtick最小时间节拍
这是指直接源于CC振荡器（可能通过使用预计数器）的一段时间间隔。最小时间节拍不受时钟同步机制影响，因而属于节点本地概念。不同节点的最小时间节拍的时间长度可以不同。
Minislot最小时隙
这是指通信周期动态段中的一段时间间隔，其持续时间为常量（用Macrotick表示），且同步FTDMA媒体访问机制使用最小时隙来管理媒体仲裁。
Network网络
这是指连接一个簇内节点的各通信通道的组合。
Network Topology网络拓扑
这是指节点间连接的排列布置。FlexRay支持总线型、星形、级联星形及混合型网络拓扑。
Node节点
这是指连接在网络上的、能够发送和接收数据帧的一种逻辑实体。
Null Frame空帧
这是指有效负载数据段中无有效可用数据的一种数据帧。空帧的帧头有一个指示位表明当前数据帧是空帧，且空帧的有效负载数据段中所有数据字节设为零。
Physical Communication Link物理通信链路
这是指能够传送信号进行通信的节点间的相互连接。连接到同一指定物理通信链路上的所有节点共享同样的电气信号或光学信号（即它们不通过中继器、星形连接器、网关等连接）。物理通信链路的实例包括一个总线型网络或节点和星形连接器之间的点对点连接。使用星形连接器将一个或多个物理通信链路连接到一起，也可以构建一个通信通道。
Precision精度
这是指节点簇中任何两个同步节点对应的最大时间节拍之间的最坏情况的偏差。
Slot时隙
见通信时隙。
Star星形连接器
这是指允许信息由一个物理通信链路传输到一个或多个其他的物理通信链路的一种装置。星形连接器将其所连接的一个链路上的传送信息复制传输到它所连接的其他链路上。星形连接器可以是无源的，也可以是有源的。
Startup Frame启动帧
FlexRay帧的帧头中有一个专用指示位，当该指示位有效时数据帧为启动帧。在启动进程期间，所有要集成到簇通信的节点使用启动帧的时间信息进行初始化。启动帧通常为同步帧。
Startup Slot启动时隙
这是指发送启动帧的通信时隙。
Static Communication Slot静态通信时隙
这是指通信周期静态段中的一段时间间隔，其持续时间为常量（用Macrotick表示）。在静态通信时隙中允许指定节点独自访问一个通信通道、发送一个数据帧，数据帧的帧ID与该时隙对应。不同于动态通信时隙，每个静态通信时隙包含恒定数量的Macrotick，而不用考虑时隙中是否有数据帧发送。
Static Segment静态段
这是指通信周期的一部分，在该部分中通过一种静态时分多路访问（TDMA）机制控制媒体访问。在该段期间，媒体访问仅由时间进程决定。
Sync Frame同步帧
FlexRay帧的帧头中有一个专用指示位，当该指示位有效时数据帧为同步帧。时钟同步算法会应用到同步帧的实际到达时间与预期到达时间之间的测量偏差。
Sync Slot同步时隙
这是指发送同步帧的通信时隙。
0.6 常用缩写
μT 最小时间节拍
AP 动作点
BD 总线驱动器
BIST 内置自检
BITSTRB 位选通进程
BSS 字节起始序列
CAS 冲突避免特征符
CC 通信控制器
CE 通信元件
CHI 控制器主机接口
CHIRP 通道空闲识别点
CODEC 编码和解码进程
CRC 循环冗余校验
CSP 时钟同步进程
CSS 时钟同步启动进程
DTS 动态尾部序列
ECU 电子控制单元，等同节点
EMC 电磁兼容
ERRN 错误“非”信号
FES 帧结束序列
FSP 帧与特征符处理
FSS 帧起始序列
FTDMA 灵活时分多路访问（媒体接入方法）
FTM 容错中点