【原】Flexray總線基礎#03：基礎概念圖解

開心果NeedCar 2024-05-25 發布于上海

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深入理解Flexray，必須夯實基礎。本文，以圖表形式，解析Flexray中的一些名詞。

1、Flexray通信周期與時間分層

Flexray靜態段采用TDMA（Time Division Multiple Access，分時多路訪問）策略。Flexray網段中的各節點，需要按照各自分配的時間片發送數據，非發送時段可以接收數據。為了確保各個節點的發送時序，Flexray的通信中，設計了通信調度表，通信調度表周期性執行，也就是通信循環（Communication Cycle）,Communication Cycle的時間層級如下所示：

如上圖，按照協議⁽¹⁾規定，Flexray的一個通信周期可以包含四個部分：靜態段（Static Segment）、動態段（Dynamic Segment）、符號窗（Symbol Window）、網絡空閑時間段（NIT，Network Idle Time）。

靜態段由多個靜態時間片（Static Slot）構成，在一個Cycle中，必須包含靜態段，所有Static Slot包含的macrotick相同；
動態段由多個微時間片（Mini Slot）構成，在一個Cycle中，動態段可選，即：可以不配置動態段（minislot = 0）。動態段中，所有的mini slot包含的macrotick相同。動態段采用FTDMA（Flexible Time Division Multiple Access，柔性分時多路訪問）策略通信，基于事件（Event Trigger）觸發數據發送；
符號窗可選，由一定數量的macrotick構成，如果不用符號窗，可以將該段的長度設置為0個macrotick；
一個通信周期，必須包含網絡空閑時間段，NIT的長度 = 一個循環的總長度 - 靜態段長度 - 動態段長度（如果有）- 符號窗長度（如果有）。

不管是哪個Segment，均由宏時鐘（macrotick）構成，macrotick是表示全局時間的最小粒度單位。每個通信循環由固定數量的macrotick構成，eg：one cycle = 5000 macrotick。其中，宏時鐘又由多個微時鐘（microtick）構成。微時鐘直接從晶振產生，也就是時鐘系統經過倍頻和分頻后的結果。微時鐘不受時鐘同步機制的影響，是一個結點里面的最小時間單位。

microtick對應的時間長度是多少呢？microtick既然由時鐘產生，我們就的知道Flexray模塊獲取的時鐘是多少，eg：80MHz。那么就意味著一個tick = 1/80000000 = 0.0125us，如果需要經過2次采樣（sample）得到一個microtick，也就是意味著一個microtick = 0.025us。規范⁽¹⁾描述如下：

當microtick知道以后，即可推算macrotick。一般，macrotick長度可以設置在1us-6us，工程上，常常設置macrotick = 1us。如果設置macrotick = 1us，且一個microtick = 0.025us，參考規范⁽¹⁾可知：一個macrotick = 40 microtick，如下所示：

所以，如果一個Cycle = 5000 macrotick = 5000 * 1us = 5ms。一個Cycle需要包含5000 * 40 = 200000 microtick。

提示：工程需求中，會具體要求時鐘采樣周期（gdSampleClockPeriod）、一個microtick的最大值（gdMaxMicrotick）、以及microtick的采樣個數（pSamplesPerMicrotick），eg：gdSampleClockPeriod = 0.0125us，gdMaxMicrotick = 0.025us，pSamplesPerMicrotick = 2。

（一）靜態段時間分片

為了便于理解，本文只討論單通道（Signal Channel）的場景。對于一個Flexray網絡簇，static slot數量固定不變，eg：gNumberOfStaticSlots = 60。而且，靜態段中，所有static slot長度固定，即：static slot包含的macrotick個數固定，eg：gdStaticSlot = 61 MT（macrotick）。每個Flexray節點只能在所分配的時間槽內發送數據，其余時間只能接收數據。

進一步細分Static Slot，其構成如下：

工程上，Channel idle由參數gdDynamicSlotIdlePhase表示，eg：gdDynamicSlotIdlePhase = 0 minislot（不用該長度）。

每個Static Slot包含一個動作偏移點（Action Point），對于Flexray網段，Action Point偏移值固定，eg：gdActionPointOffset = 9 MT。gdActionPointOffset 同樣適用NIT中的動作偏移，示意如下：

提示：MT是macrotick簡稱。

（二）動態段時間分片

Flexray網絡簇中，mini slot個數固定不變，eg：gNumberOfMinislots = 129。且mini slot長度固定，eg：gdMinislot = 10 MT。動態段的長度可變，是指dynamic slot長度可變，一個dynamic slot由一個或者多個minislot構成。但是，動態段的總長度固定，動態段總長度 = gNumberOfMinislots * gdMinislot ，eg：129 * 10 = 1290 MT = 1290us。如果發送的數據長，則占用的mini slot個數多；如果發送的數據短，則占用的minislot個數少。動態段的分片示意如下：