引 言
   

        FlexRay總線是最近推出的一種采用點對點(星型拓撲結(jié)構(gòu))連接,，借助無屏蔽或屏蔽雙絞線電纜的先進高速串行同步和異步通信系統(tǒng),。FlexRay總線具有故障容限，可提供500kbps～10 Mbps的確定數(shù)據(jù)傳輸速率和24位CRC(循環(huán)冗余)校驗碼,。FlexRay是一種時間觸發(fā)型總線,，所有的子系統(tǒng)按照預(yù)先設(shè)定的時隙進行連續(xù)通信。FlexRay總線的推出可以解決目前車載多種電子設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接問題,，而早期的CAN總線和LIN總線已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代車載電子設(shè)備的高速通信要求,。
   

        本文介紹一種在嵌入式數(shù)字信號處理器(DSP)OMAP5912上實現(xiàn)FlexRay總線的方法。FlexRay總線負責(zé)將各個設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紻SP,，DSP負責(zé)對數(shù)據(jù)進行分析和處理,。由于系統(tǒng)采用了DSP，因此可以對車載電子的語音和圖像數(shù)據(jù)的復(fù)雜算法進行處理,。本文著重討論DSP和FlexRay總線的軟硬件連接,。

        1 FIexRay總線及其控制器MFR4200
   

        FlexRay總線是一種全新的總線系統(tǒng),。其主要特性有：
   

         ①支持雙通信通道，每個通道的速率均達到lO Mbps,。與CAN協(xié)議相比,，可用的帶寬提高了lO～40倍。
         ②總線數(shù)據(jù)的訪問是基于同步時基的,。該時基通過協(xié)議自動建立和同步,，并提供給應(yīng)用層。時基的精確度介于0．5 μs和10μs之間,。由于采用同步時基,，消息在通信周期中擁有固定位置，接收器已經(jīng)提前知道,，消息到達的時間,，因此可以根據(jù)時間對各種特殊情況進行相應(yīng)的處理。
        ③FlexRay總線提供消息冗余傳輸或非冗余傳輸兩種選擇,，系統(tǒng)可以進行優(yōu)化,，以提高可用性或吞吐量，用戶無需調(diào)整現(xiàn)有節(jié)點中的軟件就可以擴展整個系統(tǒng),；同時,，支持總線或星型拓撲結(jié)構(gòu)。FlexRay總線提供了大量配置參數(shù),，可以支持對系統(tǒng)進行調(diào)整,，如通信周期的持續(xù)時間、消息長度等,，以滿足不同應(yīng)用場合的需求,。
   

        FlexRay總線的這些特性使其可以用于替代CAN總線，適合車載骨干網(wǎng)絡(luò),、分布式控制系統(tǒng)以及安全系統(tǒng)等應(yīng)用場合,。目前已有多家公司生產(chǎn)FlexRay總線控制器。這里選用Freescale公司的MFR4200總線控制器,，介紹其內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及和DSP的軟硬件連接方法,。
   

        MFR4200總線控制器的內(nèi)部功能框圖如圖1所示。從圖中可以看出,，MFR4200總線控制器主要由物理層接收／發(fā)送通道,、主機HCSl2接口、MEM控制器,、電源管理模塊以及時鐘管理模塊等多個部分組成,。

        物理層通道有兩個獨立的接收／發(fā)送通道，每個通道的速率均達到10 Mbps。在工作狀態(tài)下,，主機可以訪問MFR4200的接收通道FIFO和發(fā)送消息緩沖區(qū),；通過對FIFO和消息緩沖區(qū)的配置、控制和讀寫,，實現(xiàn)對物理層數(shù)據(jù)的收發(fā)。接收FIFO最大可以存儲59個消息,，總線上 的數(shù)據(jù)幀都將到達總線上所有的MFR4200,。每一個MFR4200在收到總線數(shù)據(jù)幀后，都將經(jīng)過接收濾波器,；濾波器將不屬于自己地址的數(shù)據(jù)幀濾除,，只將屬于自己的數(shù)據(jù)幀和廣播幀存儲到接收FIFO中。

      2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
   

        整個系統(tǒng)由OMAP5912,、MFR4200,、AD／DA、人機接口以及Flash組成,，硬件連接如圖2所示,。圖中，DSP是核心控制單元,；AD用于將采集的模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號,，DA將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號；人機接口包括LCD和鍵盤接口,；Flash保存DSP所需要的程序,，供DSP上電調(diào)用。此外,，將DSP的HPI接口連接到PC機,，這樣所有的總線數(shù)據(jù)均可以通過PC機存儲和顯示，PC機的數(shù)據(jù)也可以通過DSP發(fā)送到總線上,?？梢愿鶕?jù)不同的需要選擇PC機或者LCD和鍵盤。圖中,，EMIFS(External MemoryInterface Slow)是OMAP5912的慢速外部存儲器接口,。

        AD負責(zé)采集電子設(shè)備的數(shù)據(jù)，可以是溫度傳感器數(shù)據(jù),、顏色傳感器數(shù)據(jù),，也可以是語音信號、圖像信號或者其他信號,。DSP對這些數(shù)據(jù)處理后,，將處理后的結(jié)果根據(jù)不同的情況通過MFR4200發(fā)送到總線上的其他節(jié)點；相反，DSP通過MFR4200讀取總線上其他節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)幀,，DSP對這些數(shù)據(jù)幀進行處理,，將結(jié)果發(fā)送到DA，可以實現(xiàn)對本節(jié)點電子設(shè)備狀態(tài)的控制,。

       3 MFR4200和OMAP5912的硬件設(shè)計
   

        MFR4200和OMAP5912的連接是系統(tǒng)硬件連接的關(guān)鍵,，具體連接如圖3所示。使用OMAP5912的EMIFS接口連接MFR4200,。EMIFS可以方便地和外部Flash,、異步SRAM等設(shè)備連接。本系統(tǒng)的MFR4200控制器模塊FlexRay總線協(xié)泌,，其最高數(shù)據(jù)傳輸速率為10 Mbps,，OMAP5912的EMIFS接口適合滿足其速度要求。

       MFR4200和OMAP5912的EMIFS連接,，MFR4200作為OMAP5912的外部16位從異步設(shè)備,。由于OMAP5912的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線寬度為32位，而MFR4200的數(shù)據(jù)總線寬度為16位,，因此,，將每32位數(shù)據(jù)分成兩個16位數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)MFR4200有數(shù)據(jù)上傳時,，使用INT_CC引腳發(fā)送中斷信號到OMAP5912的外部中斷引腳EXT_INT4,，OMAP5912根據(jù)當(dāng)前自身的工作情況來處理和MFR4200的通信。OMAP5912也可以使用通用I／O引腳控制MFR4200的復(fù)位信號,，當(dāng)連續(xù)多次未收到MFR4200的響應(yīng)信號時,，OMAP5912可以軟件復(fù)位MFR4200，從而避免通信的互鎖現(xiàn)象,。此外,，MFR4200的#IF_SEL0和#IF_SELl引腳上拉后直接連接到物理層。

       4 MFR4200和OMAP5912的軟件設(shè)計
   

        MFR4200的初始化流程如圖4所示,。首先設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)電壓,，可以是5 V和3．3V。由于本系統(tǒng)和OMAP5912連接,，采用3．3 V標(biāo)準(zhǔn)電壓,。初始化設(shè)置數(shù)據(jù)和地址總線后，讀取MFR4200的MNR(Magic Number Register)寄存器,。一旦MFR4200初始化成功,，該寄存器內(nèi)容為0x0815，之后,，就可以設(shè)置MFR4200的其他寄存器,，進行正常的總線數(shù)據(jù)讀寫。
   

        OMAP5912和MFR4200的數(shù)據(jù)通信流程如圖5所示。系統(tǒng)初始化后,，OMAP5912判斷當(dāng)前是否有數(shù)據(jù)讀寫,。數(shù)據(jù)的讀是通過判斷是否有掛起的硬件中斷，該中斷由MFR4200產(chǎn)生,，一旦MFR4200收到總線數(shù)據(jù)幀,，都將發(fā)出該中斷；數(shù)據(jù)寫是通過判斷上層程序是否有數(shù)據(jù)發(fā)的軟件中斷,。無數(shù)據(jù)讀寫情況下,，OMAP5912將定期發(fā)送測試命令到MFR4200，以便確定MFR4200在正常工作,。也可以根據(jù)需要，將MFR4200設(shè)置到低功耗狀態(tài),，這樣就不需要發(fā)送測試命令,。如果讀取的數(shù)據(jù)的校驗錯誤較多．則表明無線通信當(dāng)前的信道噪聲很大，或者MFR4200的總線被干擾出現(xiàn)紊亂,。0MAP5912將軟件復(fù)位MFR4200模塊,，使得。MFR4200重新設(shè)囂總線,，避免在低信噪比情況下多次重復(fù)發(fā)送同樣的數(shù)據(jù),，縮短無效通信時間。

       由于OMAP5910具有C55系列DSP核,，因此一些數(shù)字信號處理算法可以很容易地實現(xiàn),。對于語音信號，可以進行濾波以提高語音質(zhì)量,；對于圖像信號,，可以進行圖像識別。在車載電子設(shè)備中,，圖像識別可以檢測車前方的各種情況,，以便進行相應(yīng)的自動處理，使得系統(tǒng)更實用,，應(yīng)用范圍更廣,。

       5 總結(jié)
   

       在基于OMAP5912和MFR4200的總線控制器連接設(shè)計中，使用OMAP5912的EMIFS接口連接總線控制器MFR4200,，可實現(xiàn)FlexRay總線的數(shù)據(jù)收發(fā),。使用MFR4200模塊實現(xiàn)總線協(xié)議，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,，實現(xiàn)方便,。由于采用具有DSP核的處理器，系統(tǒng)還可以方便地應(yīng)用各種數(shù)據(jù)信號處理算法，尤其適合車載電子設(shè)備的語音和圖像處理,。