引言
當(dāng)前廣泛應(yīng)用的車載總線技術(shù)(如CAN、VAN,、LIN等總線) 由于缺少確定性,、同步性及容錯(cuò)機(jī)制等并不能滿足要求，FlexRay聯(lián)盟推進(jìn)了FlexRay的標(biāo)準(zhǔn)化,，使之成為了新一代汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議[1]。FlexRay關(guān)注的是當(dāng)今汽車行業(yè)的一些核心需求[2],，包括更快的數(shù)據(jù)速率,、更靈活的數(shù)據(jù)通信、更全面的拓?fù)溥x擇和容錯(cuò)運(yùn)算,。

FlexRay總線中的每個(gè)接入端稱為節(jié)點(diǎn),。節(jié)點(diǎn)主要由電源供給系統(tǒng)(Power Supply)、總線驅(qū)動(dòng)器(Bus Driver),、固化有FlexRay通信協(xié)議的通信控制器(Communication Controller) 及主機(jī)(Host)4個(gè)部分組成,。通信控制器是通信節(jié)點(diǎn)的核心器件。它主要的功能有媒體接入控制,、時(shí)鐘同步,、編解碼、協(xié)議操作控制等[3],。媒體接入控制功能是通信控制器的核心功能,，解決數(shù)據(jù)進(jìn)入FlexRay通信控制器的方式，為通信控制器的編解碼功能做好時(shí)間準(zhǔn)備以及數(shù)據(jù)準(zhǔn)備[4],。

本文提出一種FlexRay通信控制器媒體接入控制的設(shè)計(jì)方法,。該方法直接訪問內(nèi)存，大大縮短了獲取配置的時(shí)間,；設(shè)計(jì)更加精簡,，能夠保證通信的穩(wěn)定性。

1　媒體接入控制的設(shè)計(jì)
本文提出的基于內(nèi)存方式實(shí)現(xiàn)媒體接入控制的方法包括以下步驟：首先,，媒體接入控制模塊的所有子模塊在統(tǒng)一時(shí)鐘域下工作[5],，用戶把與媒體接入控制相關(guān)的配置信息寫入內(nèi)存；然后,，媒體接入控制的各個(gè)子模塊直接從內(nèi)存中讀取該信息,。媒體接入控制原理圖如圖1所示。

時(shí)鐘產(chǎn)生模塊根據(jù)用戶的配置信息,，對(duì)控制器晶振產(chǎn)生的最小時(shí)鐘節(jié)拍按照協(xié)議規(guī)定形成系統(tǒng)所需要的時(shí)鐘周期,；控制模塊根據(jù)用戶配置的信息將時(shí)鐘周期進(jìn)一步劃分為4個(gè)獨(dú)立的段，即靜態(tài)段,、動(dòng)態(tài)段,、符號(hào)窗口,、網(wǎng)絡(luò)空閑段；計(jì)時(shí)器模塊根據(jù)用戶配置信息實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能,，用來記錄媒體接入控制所需要的時(shí)間,。

圖1　媒體接入控制原理圖

1.1　時(shí)鐘產(chǎn)生模塊

時(shí)鐘產(chǎn)生模塊實(shí)現(xiàn)媒體接入控制所需要的時(shí)鐘周期，為編解碼功能做好時(shí)間準(zhǔn)備,，同時(shí)把該信息傳遞給控制模塊,。該模塊首先從內(nèi)存中讀取所需配置信息，主要有g(shù)MacroPerCycle,、gdStaticSlot,、pMicroPerCycle。時(shí)鐘產(chǎn)生模塊根據(jù)這些配置信息進(jìn)行初始化操作,，然后等待晶振的最小時(shí)鐘節(jié)拍(vMicrotick),。當(dāng)最小時(shí)鐘節(jié)拍大于等于pMicroPerCycle/(gMacroPerCycle-1)時(shí)，該模塊產(chǎn)生周期,。

時(shí)鐘產(chǎn)生模塊處理流程如圖2所示,。

圖2　時(shí)鐘產(chǎn)生模塊處理流程

1.2　控制模塊

控制模塊主要為FlexRay通信控制器的媒體接入控制功能提供所需的時(shí)隙劃分，主要有靜態(tài)段(static segment),、動(dòng)態(tài)段(dynamic segment),、符號(hào)窗口(symbol window)、網(wǎng)絡(luò)空閑段(network idle time)[3],。

本文提出的基于內(nèi)存的方式實(shí)現(xiàn)控制功能的思路如下[6]：首先從內(nèi)存中讀取所需要的配置信息,，主要有g(shù)dstaticSloc、gNumberOfMinislots,、gdSymbolWindow,、gdActionPointOffset、gdMinislotActionPointOffset,。當(dāng)接收到時(shí)鐘產(chǎn)生模塊提供的周期開始信號(hào)時(shí),，控制模塊根據(jù)gdstaticSloc實(shí)現(xiàn)周期中的靜態(tài)段。靜態(tài)段使用靜態(tài)槽實(shí)現(xiàn)TDMA,，以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的傳輸,。在每個(gè)通道，通信控制器上設(shè)置一個(gè)槽計(jì)數(shù)器(vslotcounter),，統(tǒng)計(jì)靜態(tài)槽的個(gè)數(shù),。當(dāng)時(shí)鐘周期開始的時(shí)候，設(shè)置槽計(jì)數(shù)器的值為1,；當(dāng)槽結(jié)束的時(shí)候,，槽計(jì)數(shù)器的值加1。對(duì)于一個(gè)具體的簇,，靜態(tài)槽的總數(shù)是一定的,，由參數(shù)gNumberOfStaticSlots確定,。對(duì)于每個(gè)靜態(tài)槽，F(xiàn)lexRay通信控制器根據(jù)用戶的配置和MAC模塊當(dāng)前的操作模式?jīng)Q定是否為編解碼模塊提供數(shù)據(jù),。

根據(jù)gNumberOfMinislots,，該模塊實(shí)現(xiàn)周期中的動(dòng)態(tài)段。動(dòng)態(tài)段使用動(dòng)態(tài)槽實(shí)現(xiàn)事件觸發(fā)的媒體接入方法,，以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的發(fā)送,。通信控制器在每個(gè)通道上設(shè)置一個(gè)動(dòng)態(tài)槽計(jì)數(shù)器，統(tǒng)計(jì)動(dòng)態(tài)槽的個(gè)數(shù),。每個(gè)動(dòng)態(tài)槽根據(jù)zMinislot來計(jì)數(shù),，當(dāng)有數(shù)據(jù)傳送時(shí)，動(dòng)態(tài)槽可能占用多個(gè)zMinislot,；當(dāng)沒有數(shù)據(jù)傳送時(shí)，動(dòng)態(tài)槽占用一個(gè)zMinislot,。所以動(dòng)態(tài)槽的大小是根據(jù)是否有數(shù)據(jù)發(fā)送決定的,。對(duì)于一個(gè)具體的簇，zMinislot的總數(shù)是一定的,，由參數(shù)gNumberOfMinislots確定,；最后它根據(jù)gdSymbolWindow實(shí)現(xiàn)周期中的符號(hào)窗口。最后一個(gè)周期中剩下的時(shí)間就是網(wǎng)絡(luò)空閑段,。
 

具體處理流程如圖3所示,。

圖3　處理流程

2　設(shè)計(jì)驗(yàn)證

確保設(shè)計(jì)正確性的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)驗(yàn)證，主要通過邏輯功能仿真[5],。邏輯功能仿真是在不考慮信號(hào)延遲的情況下對(duì)設(shè)計(jì)的邏輯功能進(jìn)行驗(yàn)證,。驗(yàn)證過程是：首先編寫好設(shè)計(jì)的HDL代碼；然后編寫對(duì)應(yīng)的TestBench,對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行關(guān)鍵性的驗(yàn)證,；最后利用仿真軟件ModelSim進(jìn)行模擬,，查看波形或者輸出，若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤則查找錯(cuò)誤原因,、修改代碼或者測試文件,，直到符合設(shè)計(jì)要求。
 

設(shè)計(jì)驗(yàn)證的首要工作是根據(jù)FlexRay協(xié)議設(shè)定具體的參數(shù),。具體參數(shù)的設(shè)定如下： gMacroPerCycle=48,，gdStaticSlot=4，pMicroPerCycle=672,，gNumberOfMinislots=15,，gdSymbolWindow=3，gdActionPointOffset=1,，gdMinislotActionPointOffset=1,。
 

圖4　時(shí)鐘產(chǎn)生模塊的周期信號(hào)圖


圖5　控制模塊的四個(gè)段

圖4是時(shí)鐘產(chǎn)生模塊的周期信號(hào)圖,。從圖中可以看到，時(shí)鐘產(chǎn)生模塊需要等待晶振的最小時(shí)鐘節(jié)拍信號(hào),，然后進(jìn)行判斷產(chǎn)生周期信號(hào),。當(dāng)周期信號(hào)開始時(shí)，周期編號(hào)從默認(rèn)的63變?yōu)?0,，然后一直編號(hào)下去直到63,。

圖5是對(duì)圖4產(chǎn)生的周期信號(hào)開始周期的四個(gè)段的劃分。從圖中可以看到,，0周期分為靜態(tài)段,、動(dòng)態(tài)段、符號(hào)窗口,、網(wǎng)絡(luò)空閑段,。

圖6是靜態(tài)段的媒體接入方式。從圖中可以看到,，槽計(jì)數(shù)器(vslotcounter)從1開始編號(hào)直到用戶配置的值,。在第一個(gè)靜態(tài)槽實(shí)現(xiàn)了媒體接入。

圖7是動(dòng)態(tài)段的媒體接入方式,。從圖中可以看到,，周期8的動(dòng)態(tài)段有動(dòng)態(tài)槽計(jì)數(shù)器zMinislot,從0開始編號(hào)直到用戶配置的值。在第5個(gè)動(dòng)態(tài)槽實(shí)現(xiàn)了媒體接入,。

圖6　靜態(tài)段的媒體接入方式


圖7　動(dòng)態(tài)段的媒體接入方式

結(jié)語
本文介紹了基于FlexRay協(xié)議的媒體接入控制的設(shè)計(jì)過程,，并進(jìn)行了設(shè)計(jì)驗(yàn)證。從仿真結(jié)果分析,，它符合協(xié)議的要求,，能夠生成通信控制器的時(shí)鐘周期，將時(shí)鐘周期進(jìn)一步劃分為4個(gè)段,，并且給出靜態(tài)段和動(dòng)態(tài)段的具體媒體接入方式,。