《車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》2版第5章FlexRay與車(chē)載以太網(wǎng)

1、車(chē)載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)5.1 FlexRay5.1.1 FlexRay簡(jiǎn)介1.FlexRay的發(fā)展 FlexRay是繼CAN 和LIN之后的研發(fā)成果，可以有效管理多重安全和舒適功能，如FlexRay適用于線控操作（X-by-Wire），F(xiàn)lexRay總線已經(jīng)成為汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。 由于目前通過(guò)CAN總線實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)的方式已經(jīng)達(dá)到其效率的極限，業(yè)界一度認(rèn)為，F(xiàn)lexRay將是CAN 總線的替代標(biāo)準(zhǔn)。 FlexRay是Daimler Chrysler AG的注冊(cè)商標(biāo)（圖5-1）。1999年，BMW、Daimler Chrysler、Freescale（飛思卡爾，原美國(guó)摩托羅拉公司的半導(dǎo)體部） 和Philips

2、（荷蘭飛利浦）合作創(chuàng)建了FlexRay協(xié)會(huì)，以開(kāi)發(fā)新型通信技術(shù)。第5章 FlexRay與車(chē)載以太網(wǎng) FlexRay是一種新型通信系統(tǒng)，目標(biāo)是在電氣與機(jī)械電子組件之間實(shí)現(xiàn)可靠、實(shí)時(shí)、高效的數(shù)據(jù)傳輸，以確保滿足未來(lái)新的汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的需要。 后來(lái)Bosch和General Motors也加入了該協(xié)會(huì)。從2002年至今，F(xiàn)ord、Mazda、Elmos和Siemens VDO（2007年被德國(guó)大陸集團(tuán)以114億歐元 收購(gòu)，現(xiàn)為Continental VDO）也相繼加入該協(xié)會(huì)。 由于控制單元在車(chē)輛內(nèi)聯(lián)網(wǎng)對(duì)通信系統(tǒng)技術(shù)方面的要求越來(lái)越高，同時(shí)認(rèn)識(shí)到有必要為基礎(chǔ)系統(tǒng)提供一個(gè)開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)化解決方案，因此開(kāi)發(fā)了新

3、型通信系統(tǒng)FlexRay。 FlexRay為車(chē)內(nèi)分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸提供了有效協(xié)議。 此后，世界范圍內(nèi)幾乎所有有影響的汽車(chē)制造商和汽車(chē)電子產(chǎn)品供應(yīng)商都加入了FlexRay協(xié)會(huì)。 Flex = Flexibilitt（靈活的）Ray = Rochen（鰩魚(yú)，軟骨魚(yú)類(lèi)）FlexRayTM是Daimler Chrysler 的注冊(cè)商標(biāo)圖5-1 FlexRay的標(biāo)志 鰩魚(yú)鰩魚(yú)屬于軟骨魚(yú)類(lèi)，身體的柔韌性和靈活性非常好。FlexRay總線的靈活性和適應(yīng)性非常好。2.FlexRay的數(shù)據(jù)傳輸速率 FlexRay的最大數(shù)據(jù)傳輸速率為每通道（信道）10Mbit/s，明顯高于以前在車(chē)身和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)/底盤(pán)

4、方面所用的數(shù)據(jù)總線。以前只有使用光導(dǎo)纖維才能達(dá)到該數(shù)據(jù)傳輸速率。圖5-2 各總線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率1實(shí)時(shí)、確定性（嚴(yán)格規(guī)定）和冗余（重復(fù)出現(xiàn)）；2有條件實(shí)時(shí)（對(duì)于控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)已足夠）；3非實(shí)時(shí)3.FlexRay的優(yōu)點(diǎn) FlexRay采用基于時(shí)間觸發(fā)的運(yùn)行機(jī)制，且具有高帶寬、容錯(cuò)性能好等特點(diǎn)，在實(shí)時(shí)性、可靠性以及靈活性等方面越來(lái)越凸顯其優(yōu)勢(shì)。作為車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)lexRay具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1）數(shù)據(jù)傳輸速率較高（可達(dá)10Mbit/s，而CAN僅為0.5Mbit/s）。 2）可以保證確定性（對(duì)實(shí)時(shí)性要求高）數(shù)據(jù)的可靠傳輸。 FlexRay是一種時(shí)間觸發(fā)式的總線系統(tǒng)，采用建立在通信周期固定的時(shí)分

5、多址訪問(wèn)TDMA(Time Division Multiple Access)機(jī)制，因此在時(shí)間控制區(qū)域內(nèi)，時(shí)隙會(huì)分配給確定的信息，即會(huì)將規(guī)定好的時(shí)間段（亦即時(shí)隙）分配給特定的信息。重要的實(shí)時(shí)性（Real time）、確定性數(shù)據(jù)傳輸在通信周期內(nèi)擁有固定的時(shí)隙，從而可以確保報(bào)文傳輸?shù)臅r(shí)效性。 由于實(shí)時(shí)性、確定性數(shù)據(jù)在FlexRay總線上的傳輸是按部就班地進(jìn)行的，其傳輸時(shí)間是可以預(yù)測(cè)出來(lái)，因而保證了其數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇_定性。 實(shí)時(shí)性、確定性數(shù)據(jù)在FlexRay總線上按部就班地傳輸，其傳輸時(shí)間是確定的，也是可預(yù)測(cè)的。這一點(diǎn)，可以旅游景區(qū)用纜車(chē)載運(yùn)游客（圖5-3）的例子加以說(shuō)明。圖5-3 旅游景區(qū)用纜車(chē)載運(yùn)游

6、客 3）分布式時(shí)鐘同步。FlexRay總線采用基于同步時(shí)基的訪問(wèn)方法，同步時(shí)基是通過(guò)協(xié)議自動(dòng)建立的，精度可達(dá)1s。 4）數(shù)據(jù)通信的可靠性好。FlexRay總線通過(guò)專(zhuān)用的確定性故障容錯(cuò)協(xié)議支持多個(gè)級(jí)別的容錯(cuò)，其中包括單信道和雙信道兩種模式，提供數(shù)據(jù)傳輸所需要的冗余和可擴(kuò)展的系統(tǒng)容錯(cuò)機(jī)制，從而確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?5）支持系統(tǒng)集成，靈活性好。FlexRay總線支持線形、星形、混合總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，支持報(bào)文的冗余和非冗余傳輸，且可提供大量配置參數(shù)供用戶(hù)靈活進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整和擴(kuò)展。 FlexRay雖然是時(shí)間觸發(fā)（Time-Triggered）的總線系統(tǒng)，事實(shí)上，它仍可通過(guò)事件觸發(fā)（Event-Trigge

7、red）方式來(lái)進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸，尤其對(duì)于實(shí)時(shí)性要求不高的非重要信息，就可以在事件控制區(qū)域內(nèi)傳輸。 因此，F(xiàn)lexRay總線具有“以時(shí)間觸發(fā)為主，以事件觸發(fā)為輔，兼具兩者優(yōu)點(diǎn)”的靈活的系統(tǒng)特性。5.1.2 FlexRay的特性1.總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1）線形總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 2）星形總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 圖5-4 線形總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 圖5-5 星形總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖5-6 BMW車(chē)系F01車(chē)型FlexRay總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3）混合總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 2.冗余數(shù)據(jù)傳輸 具有冗余數(shù)據(jù)傳輸能力的總線系統(tǒng)使用兩個(gè)相互獨(dú)立的信道。每個(gè)信道都由一組雙線導(dǎo)線組成。一個(gè)信道失靈時(shí)，該信道應(yīng)傳輸?shù)男畔⒖稍诹硪粭l沒(méi)有發(fā)生故障的信道上傳輸。

8、圖5-7 冗余數(shù)據(jù)傳輸A信道1；B信道2 在容錯(cuò)性系統(tǒng)中，即使某一總線導(dǎo)線斷路，也必須確保數(shù)據(jù)能繼續(xù)可靠傳輸。這一要求可以通過(guò)在第二個(gè)數(shù)據(jù)信道上進(jìn)行冗余數(shù)據(jù)傳輸（圖5-7）來(lái)實(shí)現(xiàn)。3.信號(hào)特性 FlxRay總線信號(hào)必須在規(guī)定范圍內(nèi)。無(wú)論在時(shí)間軸上還是電壓軸上，總線信號(hào)都不應(yīng)進(jìn)入內(nèi)部區(qū)域。FlexRay總線系統(tǒng)的電壓范圍如下： 1）系統(tǒng)接通。系統(tǒng)接通時(shí)，如無(wú)通信，則其電壓為2.5 V。2）高電平信號(hào)。高電平信號(hào)的電壓為3.1 V。3）低電平信號(hào)。低電平信號(hào)的電壓為1.9 V。注：電壓值以對(duì)地（搭鐵）測(cè)量方式得到。 圖5-8 FlexRay總線系統(tǒng)的正常波形 圖5-9 FlexRay總線系統(tǒng)的非正

9、常波形 4.確定性數(shù)據(jù)傳輸 CAN網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)事件觸發(fā)式總線系統(tǒng)，發(fā)生一個(gè)事件時(shí)就會(huì)傳輸數(shù)據(jù)。多個(gè)事件匯集在一起時(shí)，可能在后續(xù)信息發(fā)送時(shí)出現(xiàn)延遲現(xiàn)象。如果無(wú)法成功準(zhǔn)確地傳輸一條信息，該信息將一直發(fā)送，直至相應(yīng)通信設(shè)備確認(rèn)已接收到。 如果CAN總線系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)故障，可能會(huì)導(dǎo)致這些事件觸發(fā)的信息匯集在一起并造成總線系統(tǒng)過(guò)載，即各信號(hào)的傳輸要延遲很長(zhǎng)時(shí)間，這樣會(huì)導(dǎo)致各系統(tǒng)的控制性能變差。 FlexRay是一種基于時(shí)間觸發(fā)方式的總線系統(tǒng)，它也可以通過(guò)事件觸發(fā)方式進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。也就是說(shuō)，F(xiàn)lexRay采用柔性時(shí)間觸發(fā)方式工作，可以很好地兼融時(shí)間觸發(fā)和事件觸發(fā)這兩種觸發(fā)方式，從而更好地兼顧重要的確定性數(shù)據(jù)

10、的傳輸（時(shí)間觸發(fā)）和非確定性數(shù)據(jù)的傳輸（事件觸發(fā)）。 在時(shí)間控制區(qū)域內(nèi)，時(shí)隙分配給確定的信息。時(shí)隙是指一個(gè)規(guī)定的時(shí)間段，該時(shí)間段對(duì)特定信息（例如轉(zhuǎn)速）開(kāi)放。 這樣，在FlexRay總線系統(tǒng)內(nèi)重要的周期性信息以固定的時(shí)間間隔傳輸，因此不會(huì)造成FlexRay總線過(guò)載。 對(duì)時(shí)間要求不高的其它信息則在事件控制區(qū)域內(nèi)傳輸。確定性數(shù)據(jù)傳輸用于確保時(shí)間觸發(fā)區(qū)域內(nèi)的每條信息都能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸，即每條信息都能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行傳輸。 圖5-10 FlexRay總線系統(tǒng)內(nèi)確定性數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程1-循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間觸發(fā)區(qū)域；2-循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖录|發(fā)區(qū)域；3-循環(huán)總循環(huán)時(shí)間5ms，其中3ms 為靜態(tài)（時(shí)間觸發(fā)），2ms

11、為動(dòng)態(tài)（事件觸發(fā)）；n-轉(zhuǎn)速； -角度；t-溫度；v-車(chē)速；xyz.，abc.-事件觸發(fā)的信息；t-時(shí)間 Flexray和CAN總線最本質(zhì)的區(qū)別是總線分配的方式不同。 CAN總線是典型的基于“事件觸發(fā)”方式傳輸數(shù)據(jù)的。CAN總線采用具有“力避沖突”功能的載波監(jiān)聽(tīng)/多址訪問(wèn)機(jī)制 (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，CSMA/CA)工作。 各節(jié)點(diǎn)會(huì)一直監(jiān)聽(tīng)總線狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)總線空閑時(shí)，某個(gè)節(jié)點(diǎn)便開(kāi)始向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)（具體哪個(gè)節(jié)點(diǎn)能優(yōu)先發(fā)送數(shù)據(jù)，主要靠搶?zhuān)?，?jié)點(diǎn)向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)（報(bào)文）時(shí)，無(wú)法檢測(cè)到總線上是否有沖突，只能“盡

12、量避免”發(fā)生沖突。 Flexray采用時(shí)間觸發(fā)和事件觸發(fā)兩種方式相結(jié)合的模式傳輸數(shù)據(jù)。Flexray采用的是時(shí)分多址訪問(wèn)機(jī)制 (Time Division Multiple Access，TDMA) 和柔韌靈活的時(shí)分多址訪問(wèn)機(jī)制 (Flexible Time Division Multiple Access，F(xiàn)TDMA)兩種方法。 如果真的發(fā)生了沖突，則需要依靠沖突仲裁機(jī)制以數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行仲裁。這樣一來(lái)，CAN總線就容易發(fā)生過(guò)載現(xiàn)象（因?yàn)橛斜姸嗟墓?jié)點(diǎn)都想向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)）。 Flexray將一個(gè)通信周期分為時(shí)間觸發(fā)區(qū)域（靜態(tài)部分）、事件觸發(fā)區(qū)域（動(dòng)態(tài)部分）、網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)間三個(gè)部分。 時(shí)間觸發(fā)區(qū)域

13、使用時(shí)分多址訪問(wèn)機(jī)制TDMA ，每個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)均勻分配時(shí)間片（時(shí)隙），每個(gè)節(jié)點(diǎn)只有在屬于自己的時(shí)隙內(nèi)才能向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)（報(bào)文），即使某個(gè)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前無(wú)數(shù)據(jù)可發(fā)，該時(shí)隙依然會(huì)保留給該節(jié)點(diǎn)是為時(shí)間觸發(fā)方式。 當(dāng)然，這樣會(huì)造成了一定的總線資源浪費(fèi)，但是卻能保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)都能有發(fā)送數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)，而不必去搶。 在事件觸發(fā)區(qū)域使用柔韌靈活的時(shí)分多址訪問(wèn)機(jī)制FTDMA，系統(tǒng)會(huì)輪流問(wèn)詢(xún)每個(gè)節(jié)點(diǎn)有沒(méi)有消息要發(fā)，有就發(fā)，沒(méi)有就跳過(guò)是為事件觸發(fā)方式。時(shí)間觸發(fā)區(qū)域用于發(fā)送使用頻率高且對(duì)系統(tǒng)非常重要的數(shù)據(jù)。 事件觸發(fā)區(qū)域用于發(fā)送使用頻率不確定、相對(duì)不重要的數(shù)據(jù)。5.喚醒和休眠特性 主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和VDM（垂直動(dòng)態(tài)管理

14、系統(tǒng)）不通過(guò)喚醒導(dǎo)線，而是通過(guò)總線信號(hào)喚醒。隨后通過(guò)接通供電直接由VDM啟用四個(gè)減振器衛(wèi)星式控制單元。 FlexRay的喚醒信號(hào)曲線如圖5-11所示，從中可以清楚地看出車(chē)門(mén)解鎖（打開(kāi)車(chē)門(mén)鎖）和起動(dòng)時(shí)的典型的電壓曲線。圖5-11 FlexRay的喚醒信號(hào)曲線 第一階段，駕駛?cè)擞密?chē)鑰匙或遙控器將車(chē)輛開(kāi)鎖。CAS控制單元啟用喚醒脈沖并通過(guò)喚醒導(dǎo)線將車(chē)輛開(kāi)鎖信號(hào)（高電平）傳輸給所連接的 FlexRay控制單元。圖5-11 FlexRay的喚醒信號(hào)曲線第二階段，駕駛?cè)舜蜷_(kāi)車(chē)門(mén)，進(jìn)入車(chē)內(nèi)。在將車(chē)鑰匙插入點(diǎn)火開(kāi)關(guān)之前，由于總線端R仍處于斷開(kāi)狀態(tài)，總線系統(tǒng)內(nèi)的信號(hào)電平再次下降（低電平）。 第三階段，駕駛?cè)似饎?dòng)

15、發(fā)動(dòng)機(jī)，總線端15接通，則總線系統(tǒng)內(nèi)的信號(hào)電平保持在設(shè)定值（高電平），直至再次關(guān)閉總線端15。 第四階段，駕駛?cè)岁P(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，拔出車(chē)鑰匙，鎖好車(chē)門(mén)。此時(shí)，總線端R再次處于斷開(kāi)狀態(tài)。當(dāng)總線端R處于斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，F(xiàn)lexRay總線系統(tǒng)進(jìn)入休眠模式，以免耗電過(guò)多。6.同步化 為了能夠在聯(lián)網(wǎng)控制單元內(nèi)同步執(zhí)行各項(xiàng)功能，需要有一個(gè)共同的時(shí)基。由于在所有控制單元內(nèi)部都是利用其自身的時(shí)鐘脈沖發(fā)生器工作的，因此，必須通過(guò)總線進(jìn)行時(shí)間匹配。 控制單元測(cè)量某些同步位的持續(xù)時(shí)間，據(jù)此計(jì)算平均值并根據(jù)這個(gè)數(shù)值調(diào)整總線時(shí)鐘脈沖。同步位在總線信息的靜態(tài)部分中發(fā)送。 系統(tǒng)啟動(dòng)后，只要CAS控制單元發(fā)送一個(gè)喚醒脈沖，F(xiàn)lexRa

16、y上的兩個(gè)授權(quán)喚醒控制單元（圖5-12中帶有“S”標(biāo)記的控制單元）之間就會(huì)開(kāi)始進(jìn)行同步化。該過(guò)程結(jié)束時(shí)，其余控制單元相繼自動(dòng)在FlexRay上注冊(cè)，計(jì)算出各自的差值并進(jìn)行校正。 此外，在運(yùn)行期間還會(huì)對(duì)同步化進(jìn)行計(jì)算校正。這樣可以確保最小的時(shí)間差，從而在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不會(huì)導(dǎo)致傳輸錯(cuò)誤。圖5-12 FlexRay上的兩個(gè)授權(quán)喚醒控制單元（帶有“S”標(biāo)記的控制單元） 5.1.3 FlexRay在汽車(chē)上的應(yīng)用1.BMW車(chē)系中的FlexRay 在BMW車(chē)系F01/F02 （2009款寶馬7系標(biāo)準(zhǔn)版為F01，加長(zhǎng)版為F02）車(chē)型中，通過(guò)FlexRay總線系統(tǒng)以跨系統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)汽車(chē)行駛動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)

17、的聯(lián)網(wǎng)（圖5-12）。BMW車(chē)系F01圖5-12 FlexRay上的兩個(gè)授權(quán)喚醒控制單元（帶有“S”標(biāo)記的控制單元） 圖5-13 FlexRay是行駛動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)的綜合性主總線系統(tǒng) 同時(shí)，F(xiàn)lexRay是行駛動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)的綜合性主總線系統(tǒng)（圖5-13）。圖5-14 中央網(wǎng)關(guān)模塊（ZGM）用于不同總線系統(tǒng)與FlexRay之間的連接中央網(wǎng)關(guān)模塊用于不同總線系統(tǒng)與FlexRay之間的連接（圖5-14）。圖5-6 BMW車(chē)系F01車(chē)型FlexRay總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)AL主動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；BD總線驅(qū)動(dòng)器；DME數(shù)字式發(fā)動(dòng)機(jī)電子系統(tǒng)；DSC動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)；EDCSHL左后電子減振器控制系統(tǒng)衛(wèi)星式控制單元；EDC

18、SHR右后電子減振器控制系統(tǒng)衛(wèi)星式控制單元；EDCSVL左前電子減振器控制系統(tǒng)衛(wèi)星式控制單元；EDCSVR右前電子減振器控制系統(tǒng)衛(wèi)星式控制單元；HSR后橋側(cè)偏角控制系統(tǒng)；ICM集成式底盤(pán)管理系統(tǒng)；SZL轉(zhuǎn)向柱開(kāi)關(guān)中心；VDM垂直動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)；ZGM中央網(wǎng)關(guān)模塊 BMW車(chē)系F01車(chē)型FlexRay總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5-6所示。根據(jù)車(chē)輛配置情況，ZGM帶有一個(gè)或兩個(gè)星形連接器，每個(gè)星形連接器都有四個(gè)總線驅(qū)動(dòng)器?？偩€驅(qū)動(dòng)器將控制單元數(shù)據(jù)通過(guò)通信控制器傳輸給中央網(wǎng)關(guān)模塊（ZGM）。根據(jù)FlexRay控制單元的終端形式，總線驅(qū)動(dòng)器通過(guò)兩種方式與這些控制單元相連。2.終端電阻的設(shè)置如果一個(gè)總線驅(qū)動(dòng)器上僅連

19、接一個(gè)控制單元（例如SZL與總線驅(qū)動(dòng)器BD0相連），則總線驅(qū)動(dòng)器和控制單元的接口各有一個(gè)終端電阻（圖5-15）。中央網(wǎng)關(guān)模塊的這種連接方式稱(chēng)為“終止節(jié)點(diǎn)終端”。如果控制單元上的接口不是物理終止節(jié)點(diǎn)（例如總線驅(qū)動(dòng)器 BD2上的DSC、ICM和DME），而是形成環(huán)路，則每個(gè)總線路徑端部的兩個(gè)組件內(nèi)部必須設(shè)置終端電阻（圖5-16）。 圖5-15 終止節(jié)點(diǎn)終端內(nèi)部的終端電阻 圖5-16 形成環(huán)路的FlexRay終端電阻的設(shè)置5.1.4 FlexRay的故障處理與檢測(cè)1.故障處理 FlexRay總線導(dǎo)線出現(xiàn)故障或FlexRay控制單元自身出現(xiàn)故障時(shí)，可能會(huì)切斷各控制單元或整個(gè)支路與總線之間的通信。帶有四

20、個(gè)授權(quán)喚醒FlexRay控制單元（ZGM、DME、DSC、ICM）的分支除外。如果這些控制單元之間的通信中斷，則發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法起動(dòng)。 此外，控制單元內(nèi)的這種總線監(jiān)控功能還能防止在非授權(quán)時(shí)間發(fā)送信息，從而防止覆蓋其它信息。 2.布線特點(diǎn) BMW車(chē)系F01/F02車(chē)型的FlexRay總線采用帶電纜套的雙芯雙絞線電纜。終端電阻位于中央網(wǎng)關(guān)模塊和終端設(shè)備內(nèi)。通過(guò)萬(wàn)用表（歐姆表）可以檢測(cè)至終端設(shè)備的部分導(dǎo)線的通斷情況。3.導(dǎo)線電阻的檢測(cè) 1）檢測(cè)FlexRay導(dǎo)線電阻時(shí)必須使用車(chē)輛電路圖。2） FlexRay導(dǎo)線電阻的檢測(cè)結(jié)果無(wú)法100%地判斷出系統(tǒng)功能正常與否。靜態(tài)模式和動(dòng)態(tài)模式下，電氣性能差別很大。3）

21、 FlexRay的導(dǎo)線是雙絞線，導(dǎo)線損壞時(shí)可以用普通導(dǎo)線進(jìn)行替換維修。但是安裝時(shí)必須遵守其特殊要求。 4）對(duì)FlexRay的導(dǎo)線進(jìn)行維修時(shí)，必須盡可能保持雙絞線布置方式。5）剝掉絕緣層的維修部位必須用冷縮配合軟管加以密封。相關(guān)視頻5.1.5 FlexRay的命運(yùn)（時(shí)運(yùn)不濟(jì)） 由于目前通過(guò)CAN總線實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)的方式已經(jīng)達(dá)到其效率的極限，業(yè)界一度認(rèn)為，F(xiàn)lexRay將是CAN 總線的替代標(biāo)準(zhǔn)。 FlexRay可以有效管理多重安全和舒適功能：FlexRay適用于各類(lèi)線控操作(X-by-wire)，可以在單信道高速動(dòng)力傳動(dòng)、輔助駕駛和提高舒適程度的汽車(chē)電子系統(tǒng)應(yīng)用。 FlexRay雖然是一種功能強(qiáng)大的網(wǎng)

22、絡(luò)，但成本和復(fù)雜度制約了其發(fā)展。加之采用FlexRay技術(shù)的量產(chǎn)車(chē)剛一推出，就遭遇了席卷全球的2008年金融危機(jī)，直接導(dǎo)致了FlexRay協(xié)會(huì)于2009年年底解散。 2006 年FlexRay首次應(yīng)用于量產(chǎn)車(chē)，作為數(shù)據(jù)主干網(wǎng)用在了BMW X5的主動(dòng)懸架系統(tǒng)。 待全球金融危機(jī)結(jié)束之后，以博通公司主推的車(chē)載以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)悄然崛起，業(yè)界已經(jīng)把注意力轉(zhuǎn)移到車(chē)載以太網(wǎng)的研發(fā)和應(yīng)用。至此FlexRay完全陷入進(jìn)退兩難的尷尬境地。5.2 車(chē)載以太網(wǎng)5.2.1 車(chē)載以太網(wǎng)及其標(biāo)準(zhǔn)1.以太網(wǎng) 作為一種局域網(wǎng)（Local Area Network，LAN）技術(shù)，以太網(wǎng)（Ethernet，圖5-17）最早由Xero

23、x（施樂(lè)）公司于1973年創(chuàng)建，1980年由DEC（美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司）、Intel（英特爾公司）和Xerox三家公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)成為局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。圖5-17 以太網(wǎng)（Ethernet）的標(biāo)志 歷經(jīng)40多年的發(fā)展，以太網(wǎng)已經(jīng)成為應(yīng)用最為普遍的局域網(wǎng)技術(shù)。以太網(wǎng)主要由IEEE802.3工作組負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)化，以太網(wǎng)從最初支持10Mbit/s的吞吐量開(kāi)始，經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展，支持快速以太網(wǎng)（100Mbit/s）、千兆以太網(wǎng)（1Gbit/s）、萬(wàn)兆以太網(wǎng)（10Gbit/s）及100Gbit/s。 同時(shí)，為了適應(yīng)應(yīng)用的多樣化，以太網(wǎng)速率打破了以10倍為一級(jí)來(lái)提升速率的慣例，開(kāi)始支持2.5、5、25及400Gbit/s的

24、速率。 以太網(wǎng)技術(shù)不僅支持雙絞線的銅線傳輸介質(zhì)，也支持光纖傳輸。以太網(wǎng)不僅僅局限于局域網(wǎng)的應(yīng)用，可以更廣泛地應(yīng)用到城域網(wǎng)（Metropolitan Area Network，MAN）和廣域網(wǎng)（Wide Area Network，WAN）等領(lǐng)域。2. 車(chē)載以太網(wǎng) 在進(jìn)入汽車(chē)領(lǐng)域之前，以太網(wǎng)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)還具有技術(shù)成熟、高度標(biāo)準(zhǔn)化、高帶寬以及低成本等優(yōu)勢(shì)。 由于傳統(tǒng)以太網(wǎng)采用載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，CSMA/CD）方式工作，導(dǎo)致其數(shù)據(jù)傳輸具有不確定性或者說(shuō)非實(shí)時(shí)性，故傳統(tǒng)以太網(wǎng)一直被

25、認(rèn)為是在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，具有“非確定性” 的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較大時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟淮_定性不能滿足工業(yè)控制領(lǐng)域的準(zhǔn)確定時(shí)通信的實(shí)時(shí)性要求（亦即確定性要求），故傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù)難以直接在汽車(chē)中應(yīng)用。 車(chē)載以太網(wǎng)（Automotive Ethernet，圖5-18和圖5-19）在傳統(tǒng)以太網(wǎng)協(xié)議的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變物理接口的電氣特性，顯著提升了電磁兼容性能，可以滿足車(chē)內(nèi)環(huán)境對(duì)電磁兼容性能的嚴(yán)苛要求。 同時(shí)，結(jié)合車(chē)載網(wǎng)絡(luò)需求，專(zhuān)門(mén)定制了一系列新的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，形成了適應(yīng)汽車(chē)環(huán)境要求的網(wǎng)絡(luò)體系，從而得以應(yīng)用于汽車(chē)。 圖5-18 車(chē)載以太網(wǎng)（Automotive Ethernet）的標(biāo)志圖5-19 車(chē)載以太網(wǎng)

26、 目前，主流的車(chē)載以太網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是基于美國(guó)博通（Broadcom，圖5-20）公司的BroadR-Reach（BRR）技術(shù)，電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）已經(jīng)完成對(duì)100Mbit/s車(chē)載以太網(wǎng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，正在對(duì)1Gbit/s傳輸速率的車(chē)載以太網(wǎng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。圖5-20 美國(guó)博通（Broadcom）公司的標(biāo)志 與傳統(tǒng)的以太網(wǎng)使用4對(duì)非屏蔽雙絞線（Unshielded Twisted Pair，UTP）電纜（共8根銅質(zhì)電線，圖5-21）不同，圖5-21 傳統(tǒng)以太網(wǎng)使用4對(duì)非屏蔽雙絞線（共8根銅質(zhì)電線） 車(chē)載以太網(wǎng)在單對(duì)非屏蔽雙絞線（共2根銅質(zhì)電線，圖5-22）上可實(shí)現(xiàn)100Mbit/s甚至1G

27、bit/s，甚至更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，同時(shí)還能滿足汽車(chē)行業(yè)對(duì)高可靠性、低電磁輻射、低功耗、帶寬分配、低延遲以及同步實(shí)時(shí)性等方面的要求。圖5-22 車(chē)載以太網(wǎng)的單對(duì)非屏蔽雙絞線（共2根銅質(zhì)電線） 僅就節(jié)約布線成本這一項(xiàng)，車(chē)載以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)就極為明顯（圖5-23）。博通公司宣稱(chēng)，采用其主導(dǎo)的BroadR-Reach技術(shù)，可使車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的電纜重量減輕30%，連接成本可降低80%。3.車(chē)載以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化（1）IEEE 電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）成立于1963年，是一個(gè)國(guó)際性的電子技術(shù)與信息科學(xué)工程師

28、協(xié)會(huì)，也是目前全球最大的非營(yíng)利性專(zhuān)業(yè)技術(shù)協(xié)會(huì)。 IEEE（圖5-24）致力于電氣、電子、計(jì)算機(jī)工程和與科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)和研究，在太空、計(jì)算機(jī)、電信、生物醫(yī)學(xué)、電力及消費(fèi)性電子產(chǎn)品等領(lǐng)域已制訂了900多個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)已發(fā)展成為具有較大影響力的國(guó)際學(xué)術(shù)組織。圖5-24 電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）的標(biāo)志 IEEE802.3制訂的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)代表了業(yè)界主流的以太網(wǎng)技術(shù)，車(chē)載以太網(wǎng)技術(shù)是在IEEE802.3基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的。因此，IEEE是目前最為重要的車(chē)載以太網(wǎng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)。 為滿足車(chē)內(nèi)的要求，涉及到IEEE802.3和802.1兩個(gè)工作組內(nèi)的多個(gè)新規(guī)范的制訂和原有規(guī)范的修訂，包括PHY規(guī)范、AV

29、B（Audio/Video Bridging）規(guī)范、單線對(duì)數(shù)據(jù)線供電等。 另外，AVB中有關(guān)AV的傳輸、定時(shí)同步等規(guī)范還需要IEEE的其他技術(shù)委員會(huì)（如IEEE1722、IEEE1588等）的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化的配合。（2）OPEN聯(lián)盟 單對(duì)雙絞線以太網(wǎng)聯(lián)盟（One-Pair Ether-Net Alliance）簡(jiǎn)稱(chēng)OPEN聯(lián)盟。 OPEN聯(lián)盟（圖5-25）于2011年11月由博通（Broadcom）、恩智浦（NXP）以及寶馬（BMW）公司發(fā)起成立的開(kāi)放產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，旨在推動(dòng)將基于單線對(duì)以太網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于車(chē)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)。 相關(guān)單位可通過(guò)簽署OPEN聯(lián)盟的規(guī)范許可協(xié)議成為其成員，參與其相關(guān)規(guī)范的制訂工作。圖

30、5-25 OPEN聯(lián)盟的標(biāo)志 OPEN聯(lián)盟與IEEE802工作組形成緊密的標(biāo)準(zhǔn)化合作關(guān)系。OPEN聯(lián)盟的主要標(biāo)準(zhǔn)化目標(biāo)有以下幾項(xiàng)：制訂100Mbit/s BroadR-Reach的物理層標(biāo)準(zhǔn)并將其推廣成為開(kāi)放的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化組織中鼓勵(lì)和支持開(kāi)發(fā)更高速的物理層技術(shù)規(guī)范。制訂OPEN的互通性要求，選擇第三方執(zhí)行互操作性測(cè)試。發(fā)現(xiàn)車(chē)載以太網(wǎng)在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的標(biāo)準(zhǔn)化缺口，并及時(shí)加以彌補(bǔ)。（3）AUTOSAR聯(lián)盟 汽車(chē)開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)（AUTOmotive Open System Architecture，AUTOSAR）聯(lián)盟是由全球汽車(chē)制造商、部件供應(yīng)商及其他電子、半導(dǎo)體和軟件系統(tǒng)公司聯(lián)合發(fā)起的產(chǎn)業(yè)聯(lián)

31、盟。 AUTOSAR（圖5-26）成立于2003年，BMW、BOSCH、VOLKSWAGEN、Continental、Ford、TOYOTA、PSA、GM等為核心成員。 AUTOSAR聯(lián)盟旨在制訂一個(gè)開(kāi)放的、標(biāo)準(zhǔn)化的車(chē)用軟件架構(gòu)體系。圖5-26 AUTOSAR聯(lián)盟的標(biāo)志 AUTOSAR定義了一套汽車(chē)ECU內(nèi)部的軟件架構(gòu)，同時(shí)還提出了一套完善的支持分布式汽車(chē)電子軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的汽車(chē)電子軟件開(kāi)發(fā)方法，標(biāo)準(zhǔn)化了開(kāi)發(fā)流程中的交換格式，使汽車(chē)電子軟件系統(tǒng)可以方便地在不同的汽車(chē)硬件平臺(tái)之間移植，縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本。 AUTOSAR制訂的規(guī)范包括車(chē)用TCP/UDP/IP協(xié)議棧，業(yè)已獲得汽車(chē)行業(yè)的

32、普遍認(rèn)可。 AUTOSAR提出的“在標(biāo)準(zhǔn)上合作，在實(shí)現(xiàn)上競(jìng)爭(zhēng)”的原則，其核心思想在于“統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、分散實(shí)現(xiàn)、集中配置”，改善了汽車(chē)電子軟件開(kāi)發(fā)中重用度低和可移植性差的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用軟件和底層基礎(chǔ)軟件實(shí)現(xiàn)之間的分離。 AUTOSAR架構(gòu)可使多個(gè)設(shè)備無(wú)縫運(yùn)行在同一個(gè)共享網(wǎng)絡(luò)上，有利于車(chē)輛電子系統(tǒng)軟件的交換與更新，并為高效管理越來(lái)越復(fù)雜的車(chē)輛電子、軟件系統(tǒng)提供了一個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)。 此外，AUTOSAR在確保產(chǎn)品及服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)，也降低了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本，提高了工作效率。（4）AVnu聯(lián)盟 AVnu聯(lián)盟（the Unified of AV Network）由博通公司（Broadcom）聯(lián)合思科（Cisco ）

33、、哈曼（Harman ）、英特爾（Intel）和賽靈思公司（Xilinx Inc.）發(fā)起，并于2009年8月正式成立。 AVnu聯(lián)盟（圖5-27）致力于推廣IEEE 802.1的AVB標(biāo)準(zhǔn)和時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）標(biāo)準(zhǔn)，并建立相應(yīng)的測(cè)試和認(rèn)證體系，以解決諸如精準(zhǔn)定時(shí)、實(shí)時(shí)同步、帶寬預(yù)留以及流量整形等重要的技術(shù)問(wèn)題。圖5-27 AVnu聯(lián)盟的標(biāo)志 全球有影響的電子產(chǎn)品制造商幾乎都加入了AVnu聯(lián)盟，陣容十分豪華和強(qiáng)大（圖5-28）。 目前，AVnu聯(lián)盟已發(fā)布其車(chē)載以太網(wǎng)AVB的認(rèn)證測(cè)試規(guī)范，并已認(rèn)證了多個(gè)型號(hào)的產(chǎn)品。 AVnu聯(lián)盟的技術(shù)不僅僅應(yīng)用于汽車(chē)領(lǐng)域，也可應(yīng)用于專(zhuān)業(yè)A/V、工業(yè)以及消費(fèi)類(lèi)電子

34、產(chǎn)品等領(lǐng)域。4.車(chē)載以太網(wǎng)協(xié)議架構(gòu) 車(chē)載以太網(wǎng)協(xié)議不是一項(xiàng)單一的協(xié)議，而是包括多個(gè)不同層次上的協(xié)議家族，但通常被認(rèn)為是一個(gè)四 層（應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層）協(xié)議系統(tǒng)，每一層具有不同的功能。 四層架構(gòu)與開(kāi)放系統(tǒng)互連（OSI）參考模型相對(duì)應(yīng)，并且提供了各種協(xié)議框架下形成的協(xié)議族及高層應(yīng)用程序。車(chē)載以太網(wǎng)及其支持的上層協(xié)議的技術(shù)架構(gòu)如圖 5-29所示。圖5-29 車(chē)載以太網(wǎng)及其支持的上層協(xié)議的技術(shù)架構(gòu)（1）物理層 參照OSI模型，車(chē)載以太網(wǎng)在物理層采用了博通公司的BroadR-Reach技術(shù)（圖5-30）。 BroadR-Reach技術(shù)提供100Mbit/s的全雙工變壓器功能，或通過(guò)一對(duì)雙

35、絞線實(shí)現(xiàn)電容耦合式傳輸，物理層以上的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)以太網(wǎng)是一致的，沒(méi)有變化。圖5-30 采用BroadR-Reach技術(shù)的車(chē)載以太網(wǎng)物理層 BroadR-Reach提供傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的介質(zhì)訪問(wèn)控制（Media Access Control，MAC）層接口，因而能夠使用與傳統(tǒng)以太網(wǎng)類(lèi)型相同的數(shù)據(jù)鏈路層邏輯功能及幀格式，能夠通過(guò)與傳統(tǒng)以太網(wǎng)類(lèi)型相同的方式運(yùn)行高層協(xié)議和軟件。 BroadR-Reach利用兩組編碼和信令（signaling）方法將MAC層100Mbit/s的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成66MBaud的三元信號(hào)，可使100Mbit/s的數(shù)據(jù)速率能夠在較低的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)，從而使BroadR-Reach以

36、較低的布線成本實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率。 BroadR-Reach在單對(duì)非屏蔽雙絞線上傳輸差分信號(hào)，與CAN等其他車(chē)載網(wǎng)絡(luò)類(lèi)似。同時(shí)， BroadR-Reach能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)提供電流隔離，其接地偏移額定值高達(dá)2500V。 BroadR-Reach支持全雙工通信，利用先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)一條鏈路上的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠同時(shí)在該鏈路中發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，包括使用混合電纜等特殊設(shè)備和回音抵消等技術(shù)，使各以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)能夠區(qū)分發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)。 以上先進(jìn)技術(shù)在車(chē)載以太網(wǎng)上的應(yīng)用，使得BroadR-Reach物理層與傳統(tǒng)車(chē)載CAN、LIN、FlexRay網(wǎng)絡(luò)相比，區(qū)別巨大且更加復(fù)雜，使得車(chē)載網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)、測(cè)試工程師的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)難以在

37、車(chē)載以太網(wǎng)開(kāi)發(fā)測(cè)試工作上移植和應(yīng)用。（2）AVB協(xié)議族 汽車(chē)在信息娛樂(lè)與駕駛輔助領(lǐng)域的快速發(fā)展，需要更多的音視頻數(shù)據(jù)在汽車(chē)系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸，因此基于以太網(wǎng)的音視頻橋接技術(shù)得到應(yīng)用。 基于以太網(wǎng)的音視頻橋接（Audio/Video Bridging，AVB）技術(shù)是一個(gè)IEEE802標(biāo)準(zhǔn)家族，在傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，AVB通過(guò)保障帶寬（Bandwidth）、限制延遲（Latency）和精準(zhǔn)時(shí)鐘同步（Time synchronization），以支持各種基于音頻、視頻的網(wǎng)絡(luò)多媒體應(yīng)用。圖5-31 AVB協(xié)議族 AVB關(guān)注于增強(qiáng)傳統(tǒng)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)音視頻性能，同時(shí)又保持了100%向后兼容傳統(tǒng)以太網(wǎng)，是極具發(fā)

38、展?jié)摿Φ南乱淮?chē)載網(wǎng)絡(luò)音視頻實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)。 AVB協(xié)議族包括IEEE802.1AS精準(zhǔn)時(shí)鐘定時(shí)和同步協(xié)議（generalized Precision Time Protocol ，gPTP）、IEEE802.1Qat流預(yù)留協(xié)議（Stream Reservation Protocol，SRP）、IEEE802.1Qav時(shí)間敏感流的轉(zhuǎn)發(fā)和排隊(duì)（Forwarding and Queuing enhancements for Time-Sensitive Streams，F(xiàn)QTSS）協(xié)議及IEEE802.1BA音視頻傳輸協(xié)議（Audio/Video transport Protocol，AVTP）等。

39、 2012年11月，IEEE音頻視頻橋接（AVB）工作組正式更名為時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)工作小組（Time-Sensitive Networking，TSN），但由于AVB這一縮寫(xiě)詞在車(chē)載以太網(wǎng)領(lǐng)域已經(jīng)廣為使用，因此在本書(shū)仍然使用AVB這一稱(chēng)謂。 作為AVB的繼承者，時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)TSN也不是單一的標(biāo)準(zhǔn)，而是由一個(gè)系列標(biāo)準(zhǔn)組成的標(biāo)準(zhǔn)家族。 在AVB更名為T(mén)SN后，IEEE對(duì)部分原標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，同時(shí)增添了幾個(gè)性能改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，包括IEEE 802.1ASbt增強(qiáng)功能和性能改進(jìn)（基于 IEEE802.1AS-2011 修訂定時(shí)和同步）、IEEE802.1Qbu新增項(xiàng)目（基于IEEE802.1Qav修訂框架搶占切

40、換）、IEEE802.1Qbv新增項(xiàng)目（基于IEEE802.1Qav修訂增強(qiáng)流量調(diào)度）、IEEE802.1Qca支持路徑控制和登記冗余網(wǎng)絡(luò)、IEEE802.1Qcc流預(yù)留協(xié)議（SRP）的增強(qiáng)功能和性能改進(jìn)、IEEE802.1CB幀復(fù)制和消除的可靠性（支持無(wú)縫冗余 IEEE802 網(wǎng)絡(luò)）等。 IEEE802.1AS協(xié)議根據(jù)最佳主時(shí)鐘算法（Best master clock algorithm，BMCA）選定同步基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)，使用高精度時(shí)間作為基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)的同步時(shí)鐘，在網(wǎng)絡(luò)物理層上為數(shù)據(jù)包提供“時(shí)間戳（Time Stamp）”服務(wù)，這個(gè)時(shí)間戳存在于對(duì)時(shí)間敏感的數(shù)據(jù)包報(bào)頭上面。IEEE802.1AS 的時(shí)間

41、同步能力源于IEEE1588協(xié)議，可以提供與FlexRay相同的時(shí)鐘質(zhì)量。 IEEE802.1Qat流預(yù)留協(xié)議（SRP）是對(duì)音視頻數(shù)據(jù)流發(fā)送端和接收端服務(wù)請(qǐng)求的管理協(xié)議，多重?cái)?shù)據(jù)流預(yù)留協(xié)議（MSRP）目前只支持兩種類(lèi)型數(shù)據(jù)流（A類(lèi)或B類(lèi)），兩者區(qū)別體現(xiàn)在數(shù)據(jù)幀的大小和數(shù)據(jù)幀的傳輸速率上。IEEE 802.1Qat標(biāo)準(zhǔn)保證這兩類(lèi)數(shù)據(jù)在7跳（7 hops）內(nèi)的最大的點(diǎn)至點(diǎn)延遲，A 類(lèi)為2 ms，B類(lèi)為50 ms。 IEEE802.1Qav是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)發(fā)和排隊(duì)控制協(xié)議，為數(shù)據(jù)流發(fā)送端和交換節(jié)點(diǎn)提供一個(gè)成形的數(shù)據(jù)流服務(wù)。IEEE 802.1Qav 定義了8個(gè)業(yè)務(wù)類(lèi)，并預(yù)期至少有一個(gè)必須作為流預(yù)留（

42、Stream Reservation，SR)）類(lèi)。未使用的SR類(lèi)數(shù)據(jù)流都留給“盡力而為（Best Effort）”，沒(méi)有任何帶寬預(yù)留或保證。（3） TCP/IP 協(xié)議族 傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（Transport Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）族對(duì)應(yīng)OSI模型的傳輸層，該部分是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的中心部分，是下方硬件相關(guān)層和上方軟件處理層的重要連接點(diǎn)。 用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（User Datagram Protocol，UDP）和傳輸控制協(xié)議（TCP）是TCP/IP協(xié)議族中最為重要的協(xié)議。 TCP/IP協(xié)議負(fù)責(zé)提供一些重要的服務(wù)以使高層的軟件應(yīng)用能夠在互

43、聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮作用，充當(dāng)高層應(yīng)用需求和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議之間的橋梁。TCP/IP協(xié)議主要負(fù)責(zé)主機(jī)到主機(jī)之間的端到端通信。（4）應(yīng)用層協(xié)議 應(yīng)用層協(xié)議是用戶(hù)與網(wǎng)絡(luò)的交互界面，負(fù)責(zé)處理網(wǎng)絡(luò)特定的細(xì)節(jié)信息。應(yīng)用層協(xié)議覆蓋了OSI參考模型的第5層至第7層。 應(yīng)用層可根據(jù)用戶(hù)需求為用戶(hù)提供多種應(yīng)用協(xié)議，如音視頻設(shè)備發(fā)現(xiàn)、連接管理和控制協(xié)議（IEEE 1722.1）、流媒體服務(wù)（Stream Media Service）、動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP）、服務(wù)發(fā)現(xiàn)（Service Discovery）、通信控制（Scalable service-O

44、riented Middleware over IP，SOME/IP。直譯為基于IP的面向服務(wù)的可擴(kuò)展中間件，意譯為通信控制）、超文本傳輸協(xié)議（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP）等。5.2.2 車(chē)載以太網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)與應(yīng)用1. 車(chē)載以太網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì) 車(chē)載以太網(wǎng)作為一種新型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的進(jìn)入汽車(chē)，肯定是無(wú)法一蹴而就的，需要一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程。 在短期內(nèi)，車(chē)載以太網(wǎng)無(wú)法取代現(xiàn)有的CAN、LIN、FlexRay、MOST等車(chē)載網(wǎng)絡(luò)。 業(yè)界普遍認(rèn)為，在車(chē)載以太網(wǎng)進(jìn)入汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的過(guò)程中，會(huì)分階段地，先從從子系統(tǒng)開(kāi)始，然后逐步深入，并最終以整車(chē)骨干網(wǎng)絡(luò)的形式整合整個(gè)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

45、 可預(yù)期的車(chē)載以太網(wǎng)的發(fā)展主要可分為以下三個(gè)階段（圖5-32）：圖5-32 車(chē)載以太網(wǎng)的發(fā)展主要可分為三個(gè)階段 第一階段：基于DoIP（Diagnostic communication over Internet Protocol）標(biāo)準(zhǔn)的車(chē)載診斷系統(tǒng)OBD（On-Board Diagnostic）和ECU軟件刷新。以ECU軟件刷新為例，和原有的CAN（1M/S）相比，刷新時(shí)間將縮短為原來(lái)的百分之一，大大提升故障診斷和程序刷新效率，節(jié)省時(shí)間、生產(chǎn)及服務(wù)成本。 第二階段：車(chē)載以太網(wǎng)在信息娛樂(lè)系統(tǒng)和駕駛員輔助系統(tǒng)的使用，伴隨著B(niǎo)roadR-Reach技術(shù)的日益成熟和標(biāo)準(zhǔn)化的不斷推進(jìn)，基于AVB、SO

46、ME/IP等技術(shù)將逐步推廣使用，車(chē)載以太網(wǎng)將以單節(jié)點(diǎn)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)的形式進(jìn)行搭載，如使用高分辨率的IP攝像頭的全景泊車(chē)等駕駛輔助系統(tǒng)、多屏互動(dòng)的高清信息娛樂(lè)系統(tǒng)等進(jìn)入汽車(chē)，給駕乘人員帶來(lái)全新的駕乘感受。 第三階段：在前兩個(gè)階段，車(chē)載以太網(wǎng)專(zhuān)注于某個(gè)特定的應(yīng)用領(lǐng)域，在經(jīng)歷的前兩個(gè)階段的積累和錘煉后，第三階段將使用以太網(wǎng)作為車(chē)載網(wǎng)絡(luò)骨干，集成動(dòng)力總成、底盤(pán)、車(chē)身、多媒體、輔助駕駛等功能，真正形成一個(gè)域控制器（Domain Controller）級(jí)別的汽車(chē)整車(chē)網(wǎng)絡(luò)（圖5-33）。圖5-33 采用以太網(wǎng)作為骨干網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建域控制器級(jí)別的汽車(chē)整車(chē)網(wǎng)絡(luò) 博通公司已經(jīng)推出適用于域控制器級(jí)別的汽車(chē)整車(chē)網(wǎng)絡(luò)的以太網(wǎng)交換機(jī)產(chǎn)品系列（圖5-34），必將在未來(lái)市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位。圖5-34 博通公司推出的適用于域控制器級(jí)別的汽車(chē)整車(chē)網(wǎng)絡(luò)的以太網(wǎng)交換機(jī)產(chǎn)品系列2. 車(chē)載以太網(wǎng)在故障診斷和快速編程系統(tǒng)中的應(yīng)用 使用車(chē)載以太網(wǎng)物理層的基于IP協(xié)議的車(chē)輛診斷通信標(biāo)準(zhǔn)ISO13400 DoIP，用以太網(wǎng)代替CAN總線，實(shí)現(xiàn)車(chē)載診斷系統(tǒng)（OBD）和