嵌入式DSP上实现FlexRay总线的方法

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                    　　引 言
　　FlexRay总线是最近推出的一种采用点对点(星型拓扑结构)连接，借助无屏蔽或屏蔽双绞线电缆的先进高速串行同步和异步通信系统。FlexRay总线具有故障容限，可提供500kbps～10 Mbps的确定数据传输速率和24位CRC(循环冗余)校验码。FlexRay是一种时间触发型总线，所有的子系统按照预先设定的时隙进行连续通信。FlexRay总线的推出可以解决目前车载多种电子设备的网络连接问题，而早期的CAN总线和LIN总线已经无法满足现代车载电子设备的高速通信要求。
　　本文介绍一种在嵌入式数字信号处理器(DSP)OMAP5912上实现FlexRay总线的方法。FlexRay总线负责将各个设备的数据传输到DSP，DSP负责对数据进行分析和处理。由于系统采用了DSP，因此可以对车载电子的语音和图像数据的复杂算法进行处理。本文着重讨论DSP和FlexRay总线的软硬件连接。
　　1 FIexRay总线及其控制器MFR4200
　　FlexRay总线是一种全新的总线系统。其主要特性有：
　　①支持双通信通道，每个通道的速率均达到lO Mbps。与CAN协议相比，可用的带宽提高了lO～40倍。
　　②总线数据的访问是基于同步时基的。该时基通过协议自动建立和同步，并提供给应用层。时基的精确度介于0．5 μs和10μs之间。由于采用同步时基，消息在通信周期中拥有固定位置，接收器已经提前知道，消息到达的时间，因此可以根据时间对各种特殊情况进行相应的处理。
　　③FlexRay总线提供消息冗余传输或非冗余传输两种选择，系统可以进行优化，以提高可用性或吞吐量，用户无需调整现有节点中的软件就可以扩展整个系统；同时，支持总线或星型拓扑结构。FlexRay总线提供了大量配置参数，可以支持对系统进行调整，如通信周期的持续时间、消息长度等，以满足不同应用场合的需求。
　　FlexRay总线的这些特性使其可以用于替代CAN总线，适合车载骨干网络、分布式控制系统以及安全系统等应用场合。目前已有多家公司生产FlexRay总线控制器。这里选用Freescale公司的MFR4200总线控制器，介绍其内部结构以及和DSP的软硬件连接方法。
　　MFR4200总线控制器的内部功能框图如图1所示。从图中可以看出，MFR4200总线控制器主要由物理层接收／发送通道、主机HCSl2接口、MEM控制器、电源管理模块以及时钟管理模块等多个部分组成。






　　AD负责采集电子设备的数据，可以是温度传感器数据、颜色传感器数据，也可以是语音信号、图像信号或者其他信号。DSP对这些数据处理后，将处理后的结果根据不同的情况通过MFR4200发送到总线上的其他节点；相反，DSP通过MFR4200读取总线上其他节点发送的数据帧，DSP对这些数据帧进行处理，将结果发送到DA，可以实现对本节点电子设备状态的控制。
　　3 MFR4200和OMAP5912的硬件设计
　　MFR4200和OMAP5912的连接是系统硬件连接的关键，具体连接如图3所示。使用OMAP5912的EMIFS接口连接MFR4200。EMIFS可以方便地和外部Flash、异步SRAM等设备连接。本系统的MFR4200控制器模块FlexRay总线协泌，其最高数据传输速率为10 Mbps，OMAP5912的EMIFS接口适合满足其速度要求。






　　OMAP5912和MFR4200的数据通信流程如图5所示。系统初始化后，OMAP5912判断当前是否有数据读写。数据的读是通过判断是否有挂起的硬件中断，该中断由MFR4200产生，一旦MFR4200收到总线数据帧，都将发出该中断；数据写是通过判断上层程序是否有数据发的软件中断。无数据读写情况下，OMAP5912将定期发送测试命令到MFR4200，以便确定MFR4200在正常工作。也可以根据需要，将MFR4200设置到低功耗状态，这样就不需要发送测试命令。如果读取的数据的校验错误较多．则表明无线通信当前的信道噪声很大，或者MFR4200的总线被干扰出现紊乱。0MAP5912将软件复位MFR4200模块，使得。MFR4200重新设嚣总线，避免在低信噪比情况下多次重复发送同样的数据，缩短无效通信时间。
　　由于OMAP5910具有C55系列DSP核，因此一些数字信号处理算法可以很容易地实现。对于语音信号，可以进行滤波以提高语音质量；对于图像信号，可以进行图像识别。在车载电子设备中，图像识别可以检测车前方的各种情况，以便进行相应的自动处理，使得系统更实用，应用范围更广。
　　5 总结
　　在基于OMAP5912和MFR4200的总线控制器连接设计中，使用OMAP5912的EMIFS接口连接总线控制器MFR4200，可实现FlexRay总线的数据收发。使用MFR4200模块实现总线协议，使系统结构简单，实现方便。由于采用具有DSP核的处理器，系统还可以方便地应用各种数据信号处理算法，尤其适合车载电子设备的语音和图像处理。