CN109905308A

CN109905308A - 一种混合型FlexRay总线网络拓扑结构的测试平台

Info

Publication number: CN109905308A
Application number: CN201910252909.9A
Authority: CN
Inventors: 王会敏; 许辉勇; 刘蕾; 刘晨; 张斌
Original assignee: Xian Microelectronics Technology Institute
Current assignee: Xian Microelectronics Technology Institute
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2019-06-18

Abstract

本发明公开了一种混合型FlexRay总线网络拓扑结构的测试平台，该测试平台包括两个星型耦合器，由TJA1080A型有源星型耦合板搭建，所述TJA1080A型有源星型耦合板级联不超过六个FlexRay总线通信子网络进行联网通信，每个通信子网内部为无源星型网络拓扑结构、无源直线型网络拓扑结构、点对点网络拓扑结构、主动星型网络拓扑结构、级联的主动星型网络拓扑结构或者以上结构的任意结合。该测试平台为FlexRay总线的广泛应用推广尤其为单片FlexRay控制器的国产化道路提供先例和测试验证的平台，更为FlexRay总线作为未来新兴车载总线应用系统提供前期测试验证，节省成本、降低风险、缩短研制周期。

Description

一种混合型FlexRay总线网络拓扑结构的测试平台

技术领域

本发明属于集成电路质量可靠一致性测试技术领域，尤其是一种混合型FlexRay总线网络拓扑结构的测试平台。

背景技术

随着汽车行业不断革新发展，传统意义车载网络CAN总线局域网已不能满足车载内复杂、高速网络的发展需求，存在着诸多问题，如连线复杂、通信速率低和安全性差等。FlexRay总线作为新一代车载内控制应用的总线，具有很好的实时性与可靠性的特点，它融合了时间触发和基于事件触发两种方式的优点，具备高速、可确定性和故障容错的双通道传输能力，解决了CAN总线存在的带宽低、总线竞争冲突等问题，满足未来车辆内复杂电子控制系统的快速、可靠性、实时性等方面要求。

但由于FlexRay总线协议本身复杂性，国内对FlexRay总线的研究尚属起步阶段，尤其是对FlexRay总线复杂网络拓扑结构的应用、探索，缺少实时的硬件架构测试平台支撑。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种混合型FlexRay总线网络拓扑结构的测试平台。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种混合型FlexRay总线网络拓扑结构的测试平台，包括两个星型耦合器，所述两个星型耦合器级联不超过六个FlexRay总线通信子网络进行联网通信，通信子网络内部为无源星型网络拓扑结构、无源直线型网络拓扑结构、点对点网络拓扑结构、主动星型网络拓扑结构、级联的主动星型网络拓扑结构或者以上结构的任意结合。

进一步的，所述两个星型耦合器由八个TJA1080A器件搭建而成，其中，四个用于搭建FlexRay总线的A通道，四个用于搭建FlexRay总线的B通道。

进一步的，FlexRay总线通信子网络的节点板为FlexRay节点板，FlexRay节点板的ECU模块采用DSP+CC+BD的硬件实现方式；

其中，DSP为处理器控制芯片，用于网络传输中的数据计算、信息的处理、发送和接收，控制FlexRay单片控制器；CC为FlexRay单片控制器，用于FlexRay通信协议的解析实现；BD为FlexRay总线驱动器，用于FlexRay物理层的实现。

进一步的，DSP采用TMS320F28335型号；通信控制器CC采用MFR4310型号；FlexRay总线驱动器BD采用TJA1080A型号。

进一步的，FlexRay节点板上的节点的终端匹配电阻R_TM与FlexRay总线收发器上的总线直流负载参数R_DCLoad的关系为：R_DCload＝{∑_m(R_TM)^-1}^-1；其中，根据FlexRay物理层协议规范，R_DCload为40Ω～55Ω。

进一步的，FlexRay节点板上的节点之间传输线缆特性阻抗为80Ω～110Ω、线延时为3.4ns/m～10ns/m。

进一步的，FlexRay节点板上的节点之间的连接器的接触电阻小于50mΩ、特性阻抗为70Ω～200Ω、引脚间距不大于4.5mm

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的混合型FlexRay总线网络拓扑结构的测试平台，实时性强，FlexRay总线网络拓扑结构的搭建依据FlexRay总线物理层协议规范，能够根据实际情况进行实时调整，比如最远两个节点之间的实际通信距离已超出协议规范点到点之间通信距离小于24米的要求；灵活性强，可自由变换各种网络拓扑结构，能够搭建不同拓扑结构进行测试，如点对点连接、无源星型连接、无源直线型连接、主动星型连接、级联的主动星型连接等结构；该测试平台为FlexRay总线的广泛应用推广尤其为单片FlexRay控制器的国产化道路提供先例和测试验证的平台，更为FlexRay总线作为未来新兴车载总线应用系统提供前期测试验证，节省成本、降低风险、缩短研制周期。

附图说明

图1为两个星型耦合器级联六个无源星型子网络的混合型FlexRay网络拓扑结构；

图2为两个星型耦合器级联六个无源直线型子网络的混合型FlexRay网络拓扑结构；

图3为星型耦合器的TJA1080A型有源星型耦合板结构图；

图4为FlexRay节点板结构框图。

其中：1-终端匹配电阻调节器；2-TJA1080A电路；3-PTH08T230型电源管理电路；4-RJ45插座和DB9连接器；5-TPS70351型电源管理电路；6-LM3940IS-3.3型电源管理电路；7-TMS320F28335PGF型处理器电路；8-MFR4310型FlexRay单片控制器；9-IS61LV51216-10TLI型SRAM电路；10-A通道和B通道的信号BM；11-A通道和B通道的信号BP。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，图1为两个星型耦合器级联六个无源星型子网络的混合型FlexRay网络拓扑结构；混合型FlexRay网络拓扑结构以二十四个节点板通过两个星型耦合器级联方式实现来自六个不同传输方向上网络节点之间互相通信，每个通信子网络内采用星型拓扑结构，各个节点的位置如图1所示，长度距离见表1所列，网络线传输采用超五类UTP非屏蔽双绞线。在这种网络拓扑结构下每个通信子网内距离最远的两个节点增加匹配电阻或所有节点上增加匹配电阻，且保证每个通信子网络上的总线直流负载满足FlexRay物理层协议规定要求。结合图1和表1，如子网络A上最远两端的分支节点A和分支节点B上调整匹配电阻值为80Ω～110Ω，或根据子网络中节点个数为4，即为N，每个子网上所有节点的匹配电阻值调整为160Ω～220Ω，即N*40Ω～N*55Ω，这种情况下随着节点个数的调整，电阻值也随之调整。另外电缆线长度也不限于FlexRay规范规定的长度，根据电缆线性能指标和网络传输速度，可实际调整，但必须满足协议规定延时参数要求。其他子网络以此类推。

这种星型拓扑结构的优点：1)控制结构简单，任何一个节点只需要与星型耦合器相连接即可实现长距离传输的要求；2)易于故障诊断和节点隔离，从而有效地对故障进行检测和定位。但是：1)组建网络需要耗费大量的电缆，布线成本高、且占很大面积和重量；2)中央节点的星型耦合器负担过重，容易形成“瓶颈”，一旦星型耦合器发生故障，则全网受影响。

表1.两个星型耦合器级联六个无源星型网络通信时组网时槽分配表

参见图2，图2为两个星型耦合器级联六个无源直线型子网络的混合型FlexRay网络拓扑结构；该混合型FlexRay网络拓扑结构每个通信子网络内采用无源直线型拓扑结构，为了保证每个通信子网络上的总线直流负载满足FlexRay物理层协议要求，则在每个通信子网内距离最远的两个节点增加匹配电阻，在此该平台下采用超五类UTP非屏蔽双绞线和选用DB9插座4进行测试。结合图2和表2，如子网络A上最远端的分支节点a和星型耦合器上的匹配电阻调整为80Ω～110Ω以满足总线直流负载要求，其他子网络以此类推。

这种网络拓扑结构的优点：布线简单、易于扩充和成本较低，但是每个子网总线上易出现访问冲突，但FlexRay采用时分多路的传输方式，数据在通信周期中拥有固定位置，减少该问题的发生。

表2.两个星型耦合器级联六个无源直线型网络通信时组网时槽分配表

FlexRay组网测试软件划分为主控节点软件、分支节点软件两部分，每个分支上最远节点作为启动节点，整个网络中共分配六个节点作为启动节点。通信时首先由启动节点发送同步帧用来启动整个网络通信，使网络节点进入active模式，由于不同节点的通信周期不同，间隔不同时间，首先由主控节点将发送数据放入对应的时槽中，分支节点同时从对应的时槽中读取数据；同样分支节点间隔不同时间将发送数据放入对应的时槽中，主控节点同时从对应的时槽中读取数据。

各个节点程序执行分别包括TMS320F28335PGF工作模式、外设及MFR4310工作模式、内部存储空间的初始化。

初始化完成后开始引导MFR4310型FlexRay单片控制器8进入工作模式转换，从配置状态到激活状态，进入激活状态后初始化配置发送给各个分支节点的数据和接收各个分支节点数据存储的缓冲区，从cycle开始后，间隔不同时间更新各个子节点对应的时槽中数据，同时间隔不同时间从各个分支节点对应的时槽中获取数据。

参见图3，图3为星型耦合器的TJA1080A型有源星型耦合板结构图；星型耦合器采用八个TJA1080A器件搭建，用于搭建FlexRay总线的A通道和B通道，具体的，四个TJA1080A用于搭建A通道、四个TJA1080A用于搭建B通道，共需形成四个方向的A、B双通道通信网络，其中，双通道传输的信号包括A通道和B通道的信号BM 10及A通道和B通道的信号BP 11。板级采用TI公司的PTH08T230型电源管理电路3供给TJA1080A；板级上每个方向A、B双通道增加终端匹配电阻调节器1，单个耦合板可支持四个方向同时同一方向七个的节点，即单个耦合板至少支持四个通信子网二十八个节点的网络通信。

参见图4，图4为FlexRay节点板结构框图；FlexRay节点板硬件的板级一级电源+12V供电输入采用PTH08T230型电源管理电路3产生二级电源+5V，分别应用二级电源转换电路，TPS70351型电源管理电路5和LM3940IS-3.3型电源管理电路6；其中，TPS70351电源管理电路5产生3.3V(1A)和1.8V(2A)分别应用到TMS320F28335PGF型处理器电路7的VDDIO和内核电压VDD，以及IS61LV51216-10TLI型SRAM电路9的3.3V VCC；LM3940IS-3.3型电源管理电路6产生3.3V具有1A电流应用到MFR4310型单片控制器8的VDDX，以及TJA1080A电路2的VIO(+3.3V)。板级一级电源+12V经滤波后输入到TJA1080A电路2的VBAT(+12V)，二级电源+5V经过滤波后输入到TJA1080A电路2的VBUF(+5V)、VCC(+5V)。TPS70351型电源管理电路5应用到TMS320F28335PGF型处理器电路7，以及LM3940IS-3.3型电源管理电路6供给其他外围器件。所选处理器具有片内Flash以使上电能自加载程序，在大规模系统中同时启动后无须人工干预。板级上多个不同的网络拓扑接口，包括用于网络拓扑连接的RJ45插座和DB9连接器4，便于各种拓扑结构测试，同时增加终端匹配电阻调整节器，方便后续实时调整匹配电阻值。节点板根据功能和位置划分为主控节点板和分支节点板，但二者硬件设计原理是一致的。

本发明所述种混合型FlexRay总线网络拓扑结构的测试平台由TJA1080A收发器组成的两个星型耦合器通过级联方式将可达六个FlexRay总线通信子网络进行联网通信，形成了多节点长距离传输的混合型FlexRay网络拓扑结构复杂系统应用实践平台，在此平台下每个通信子网内部可采用无源星型网络拓扑结构、或无源直线型网络拓扑结构、或者二者结合方式，实现不同网络拓扑结构实施，以解决复杂系统、多节点、长距离传输的FlexRay应用系统。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims

1.一种混合型FlexRay总线网络拓扑结构的测试平台，其特征在于，包括两个星型耦合器，所述两个星型耦合器级联不超过六个FlexRay总线通信子网络进行联网通信，通信子网络内部为无源星型网络拓扑结构、无源直线型网络拓扑结构、点对点网络拓扑结构、主动星型网络拓扑结构、级联的主动星型网络拓扑结构或者以上结构的任意结合。

2.根据权利要求1所述的混合型FlexRay总线网络拓扑结构的测试平台，其特征在于，所述两个星型耦合器由八个TJA1080A器件搭建而成，其中，四个用于搭建FlexRay总线的A通道，四个用于搭建FlexRay总线的B通道。

3.根据权利要求1所述的混合型FlexRay总线网络拓扑结构的测试平台，其特征在于，FlexRay总线通信子网络的节点板为FlexRay节点板，FlexRay节点板的ECU模块采用DSP+CC+BD的硬件实现方式；

4.根据权利要求3所述的混合型FlexRay总线网络拓扑结构的测试平台，其特征在于，DSP采用TMS320F28335型号；通信控制器CC采用MFR4310型号；FlexRay总线驱动器BD采用TJA1080A型号。

5.根据权利要求3所述的混合型FlexRay总线网络拓扑结构的测试平台，其特征在于，FlexRay节点板上的节点的终端匹配电阻R_TM与FlexRay总线收发器上的总线直流负载参数R_DCLoad的关系为：R_DCload＝{∑_m(R_TM)^-1}^-1；其中，根据FlexRay物理层协议规范，R_DCload为40Ω～55Ω。

6.根据权利要求3所述的混合型FlexRay总线网络拓扑结构的测试平台，其特征在于，FlexRay节点板上的节点之间传输线缆特性阻抗为80Ω～110Ω、线延时为3.4ns/m～10ns/m。

7.根据权利要求3所述的混合型FlexRay总线网络拓扑结构的测试平台，其特征在于，FlexRay节点板上的节点之间的连接器的接触电阻小于50mΩ、特性阻抗为70Ω～200Ω、引脚间距不大于4.5mm。