嵌入式DSP上實(shí)現(xiàn)FlexRay總線(xiàn)的方法

引 言
FlexRay總線(xiàn)是最近推出的一種采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu))連接，借助無(wú)屏蔽或屏蔽雙絞線(xiàn)電纜的先進(jìn)高速串行同步和異步通信系統(tǒng)。FlexRay總線(xiàn)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(yàn)碼。FlexRay是一種時(shí)間觸發(fā)型總線(xiàn)，所有的子系統(tǒng)按照預(yù)先設(shè)定的時(shí)隙進(jìn)行連續(xù)通信。FlexRay總線(xiàn)的推出可以解決目前車(chē)載多種電子設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接問(wèn)題，而早期的CAN總線(xiàn)和LIN總線(xiàn)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代車(chē)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(hào)處理器(DSP)OMAP5912上實(shí)現(xiàn)FlexRay總線(xiàn)的方法。FlexRay總線(xiàn)負(fù)責(zé)將各個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?a class="contentlabel" href="http://www.2s4d.com/news/listbylabel/label/DSP">DSP，DSP負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。由于系統(tǒng)采用了DSP，因此可以對(duì)車(chē)載電子的語(yǔ)音和圖像數(shù)據(jù)的復(fù)雜算法進(jìn)行處理。本文著重討論DSP和FlexRay總線(xiàn)的軟硬件連接。

1 FIexRay總線(xiàn)及其控制器MFR4200
FlexRay總線(xiàn)是一種全新的總線(xiàn)系統(tǒng)。其主要特性有：

①支持雙通信通道，每個(gè)通道的速率均達(dá)到lO Mbps。與CAN協(xié)議相比，可用的帶寬提高了lO～40倍。
②總線(xiàn)數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)是基于同步時(shí)基的。該時(shí)基通過(guò)協(xié)議自動(dòng)建立和同步，并提供給應(yīng)用層。時(shí)基的精確度介于0．5 μs和10μs之間。由于采用同步時(shí)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(dá)的時(shí)間，因此可以根據(jù)時(shí)間對(duì)各種特殊情況進(jìn)行相應(yīng)的處理。
③FlexRay總線(xiàn)提供消息冗余傳輸或非冗余傳輸兩種選擇，系統(tǒng)可以進(jìn)行優(yōu)化，以提高可用性或吞吐量，用戶(hù)無(wú)需調(diào)整現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)中的軟件就可以擴(kuò)展整個(gè)系統(tǒng)；同時(shí)，支持總線(xiàn)或星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。FlexRay總線(xiàn)提供了大量配置參數(shù)，可以支持對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，如通信周期的持續(xù)時(shí)間、消息長(zhǎng)度等，以滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)合的需求。

FlexRay總線(xiàn)的這些特性使其可以用于替代CAN總線(xiàn)，適合車(chē)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(chǎng)合。目前已有多家公司生產(chǎn)FlexRay總線(xiàn)控制器。這里選用Freescale公司的MFR4200總線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)控制器主要由物理層接收／發(fā)送通道、主機(jī)HCSl2接口、MEM控制器、電源管理模塊以及時(shí)鐘管理模塊等多個(gè)部分組成。

物理層通道有兩個(gè)獨(dú)立的接收／發(fā)送通道，每個(gè)通道的速率均達(dá)到10 Mbps。在工作狀態(tài)下，主機(jī)可以訪(fǎng)問(wèn)MFR4200的接收通道FIFO和發(fā)送消息緩沖區(qū)；通過(guò)對(duì)FIFO和消息緩沖區(qū)的配置、控制和讀寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理層數(shù)據(jù)的收發(fā)。接收FIFO最大可以存儲(chǔ)59個(gè)消息，總線(xiàn)上 的數(shù)據(jù)幀都將到達(dá)總線(xiàn)上所有的MFR4200。每一個(gè)MFR4200在收到總線(xiàn)數(shù)據(jù)幀后，都將經(jīng)過(guò)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(chǔ)到接收FIFO中。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
整個(gè)系統(tǒng)由OMAP5912、MFR4200、AD／DA、人機(jī)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(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，DA將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)；人機(jī)接口包括LCD和鍵盤(pán)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(jī)，這樣所有的總線(xiàn)數(shù)據(jù)均可以通過(guò)PC機(jī)存儲(chǔ)和顯示，PC機(jī)的數(shù)據(jù)也可以通過(guò)DSP發(fā)送到總線(xiàn)上?？梢愿鶕?jù)不同的需要選擇PC機(jī)或者LCD和鍵盤(pán)。圖中，EMIFS(External MemoryInterface Slow)是OMAP5912的慢速外部存儲(chǔ)器接口。

AD負(fù)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(yǔ)音信號(hào)、圖像信號(hào)或者其他信號(hào)。DSP對(duì)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(guò)MFR4200發(fā)送到總線(xiàn)上的其他節(jié)點(diǎn)；相反，DSP通過(guò)MFR4200讀取總線(xiàn)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀，DSP對(duì)這些數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理，將結(jié)果發(fā)送到DA，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)本節(jié)點(diǎn)電子設(shè)備狀態(tài)的控制。

3 MFR4200和OMAP5912的硬件設(shè)計(jì)
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(xiàn)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(mǎn)足其速度要求。