Всё возрастающие улучшения в комфорте и увеличение степеней безопасности водителя - главные конкурентоспособные факторы на автомобильном рынке. Сетевые решения электронных блоков управления играют важную роль для обеих целей. Изготовители автомобилей давно используют последовательную передачу данных, и, в дополнение к последовательной шинной системе CAN, LIN и MOST, в конце 2006 FlexRay вошел в ряд шинных систем, специально разработанных для мгновенной и безопасной передачи данных.

В настоящее время современные транспортные средства имеют множество различных последовательных системных шин.

Системная шина CAN, которая был стандартизирована в 1994 году, без сомнения, наиболее используемая последовательная система передачи данных, которая может использоваться несколько раз даже в пределах отдельного автомобиля: например, медленная шинная система для организации сети ЭБУ с максимальной скоростью передачи данных 125 Кб (CAN low-speed) и быстрая шинная система для того, чтобы передавать данные ЭБУ для двигателя, и шасси с максимальной скоростью передачи 1M (CAN high-speed).

За счёт адресации всех узлов (датчиков, исполнительных механизмов и т.д.) данные, переданные из блока ЭБУ, доступны для всех периферийных устройств. CAN сообщение способно передавать информацию до восьми байтов данных для одиннадцати адресов одновременно. Каждый CAN узел имеет право в случае необходимости на прямой доступ. Для того, чтобы передача данных не была прервана по независимым или форс-мажорным ситуациям, существует так называемый монитор шины CAN. Чтобы избежать столкновений в течение одновременных шинных доступов, каждое CAN сообщение показывает уникальный приоритет, который присоединён к идентификатору сообщения.

Однако с этой формой шинного доступа могут быть задержки передачи данных. Затрагивается, в основном, более низкий приоритет CAN сообщений. Благодаря высоким приспосабливаемым нормам данных необходимые условия передачи данных во времени стопроцентно выполняются только для команд работы двигателя и области комфорта.

CAN система - это необычайно высокая безопасность передачи данных. Важный вклад для этого сделан передачей сигнала различия и сотрудничеством пяти механизмов обнаружения ошибок, как то среда контроля бита, проверка формы, циклическая проверка избыточности, проверка уже обработанных сигналов и CAN диспетчеры.

LIN (Местная Связанная Сеть) используется для передачи данных между различными датчиками. Скорость передачи данных ограничена 20 Кб/с, но этого вполне достаточно для передачи некритического сигнала С дальнейшими требованиями для более рентабельной системы коммуникации с различными датчиками, система LIN начала использоваться в транспортных средствах как суб-шина передачи данных с 2000 г. Коммуникация данных по шине LIN происходит без диспетчера коммуникации и кварцованной частоты. Передача данных происходит через единственную (отдельную) линию или провод. Чтобы выполнять все необходимые требования по сопротивлениям линий, типичные для транспортных средств, скорость передачи в группе LIN ограничена. Как архитектура "хозяин - подчиненный", коммуникация LIN детерминирована. Она основана на хорошо определённом расписании: один "хозяин" управляет всей коммуникацией в группе LIN.

Как только посланный сигнал достигнут, "хозяин" помещает символ, которому предоставляют идентификатор на шине LIN. "Подчинённый" шины LIN, к которому обращается символ, передаёт соответствующий ответ после символа; этот ответ может состоять из восьми байтов данных. Сообщение LIN состоит из символа запроса сообщения и ответа (ответ сообщения доступен для каждого узла LIN для приёма, основанного на адресации сообщения). Основанные на шести идентификаторах шириной до 64 бит, сообщения LIN могут быть определены.

LIN содержит генератор импульсов, и передача данных всегда начинается с так называемого синхронизирующего перерыва. С его помощью все "подчинённые" узлы LIN синхронизируют себя. Проверка чётности данных использует паритетные биты в заголовке сообщения и контрольной сумме, переданной в ответе сообщения. В отличие от CAN, вся резервная копия данных возложена на разработчика программного обеспечения, потому что это не осуществляется аппаратными средствами.

Устройства развлекательно-информационного плана вроде навигации, радио и телефона требуют относительно высокой полосы пропускания. Поэтому MOST (Медиа Ориентируемая Транспортная Система) используется для мультимедийной организации сети в транспортных средствах. MOST более доступен для этого за счёт относительно большой полосы пропускания: с частотой осуществления выборки 48 кГц и приблизительно 23 Mbit/sec для передачи потоков двоичных сигналов и 768 килобит/секунд для передачи сигналов управления.

Но для реальных критически-временных применений существует потребность в шинной системе, которая являлась бы независимой от потока данных. Реальная критически-временная система - это критическая безопасность всей системы. Для этого существует FlexRay - решение с максимальной скоростью передачи данных 20 Mbit/sec и основанное на принципе равноудаленной передачи данных. FlexRay гарантирует детерминированные отношения времени, а второй канал коммуникации позволяет делать даже избыточную передачу данных. Поэтому если данные относительно одного канала нарушены, то они будут доступны через второй канал.

FlexRay был разработан специально для передачи данных в реальном времени и повышения безопасности для управления транспортными средствами. Поэтому FlexRay использует сравнительно высокую скорость обмена данными (макс. 20 Mbit/sec), а также, в дополнении к детерминированному сигналу, в сохраненном отрезке времени, динамическую передачу.

Отличительная особенность - способность в реальном времени гарантировать точно-определенный поток данных. Вся коммуникация организована в статическом и динамическом принципе передачи.

Статический режим коммуникации передаёт сообщения синхронно: время посылки определено и сообщения переданы в предопределенных промежутках времени (статические промежутки). Таким образом, детерминированное поведение времени гарантировано.

Реально уместные временные сообщения поэтому предпочтительно передаются в статическом режиме.

Динамический режим коммуникации доступен только для динамической передачи сообщений. Здесь так называемая процедура минипрорезания канавок регулирует шинный доступ, чтобы избежать пересечений или столкновений. Динамический режим особенно удовлетворителен для передачи данных с низкими требованиями к запросам в реальном времени.

Для определения цикла коммуникации проектировщик системы имеет полную свободу действий. Эта гибкость открывает широкий спектр применений в транспортных средствах для FlexRay. Кроме того, FlexRay также одобрен изготовителями транспортных средств, основанных на упрощённой интеграции всей системы.

Безопасность передачи обеспечена даже поперек формата сообщений с помощью передачи сигнала различия и многоуровневой циклической проверки избыточности. Шина FlexRay контролирует все узлы FlexRay, к которым можно послать определенные данные в любой промежуток времени.

Да, времена контрольной лампочки и отвертки безвозвратно ушли. Современный автомобиль всё более и более является не только современным высокотехнологичным дизайном металлообработки и всевозможных полимеров, но и мощной компьютеризированной системой.

Вадим КАНАШКОВ

Использован материал: Vector Informatik GmbH (www.vector-informatik.de)