FlexRay 是一种 ISO 标准化、确定性、容错、高速通信总线，应用于线控转向、线控驱动、线控制动、自适应巡航控制、主动悬架和其他安全和传动系统控制系统。
本常见问题解答提供了 FlexRay 与控制器局域网 (CAN) 和本地互连网络 (LIN) 总线的顶级比较，详细介绍了 FlexRay 通信周期，并回顾了 FlexRay 网络拓扑和应用程序。
FlexRay 在时间关键型应用中可与灵活数据速率 CAN (CAN FD) 和高速 CAN (HS-CAN) 竞争，但无法与常规 CAN 或 LIN 总线竞争（表 1）中国机械网okmao.com。
FlexRay 的功能包括：
半双工总线访问的比特率高达 10 Mbps
ISO 标准 17458
支持容错机制
支持时间触发和事件触发模式
在各种单通道和双通道拓扑中实现
表 1： FlexRay 旨在满足 ADAS 系统等关键应用中的高速、确定性、串行通信总线需求。（图片：ResearchGate）
就成本而言，与 CAN 和 FlexRay 相比，LIN 的每个节点成本最低。高性能 FlexRay 总线是最昂贵的，CAN 介于两者之间。
FlexRay 是这三种通信总线中最新的一种，由汽车行业开发，旨在满足 ADAS 和其他先进汽车系统对快速、冗余和确定性高速通信的需求。
FlexRay 网络的运行速度比最大 CAN 数据速率规范快 20 倍。除了支持与安全相关的实时应用外，FlexRay 总线还可以用作通信主干，用于连接整个汽车的异构网络（图 1）。
图 1： FlexRay 可用作通信主干，将异构网络连接在一起。（图片：新思科技）
尽管 FlexRay 是三种总线中最昂贵的，但其设计的几个方面旨在帮助控制成本。例如，它在每对电线上使用廉价的非屏蔽双绞线 (UTP) 电缆和差分信号，以减少外部噪声对网络的影响。单通道和双通道 FlexRay 网络使用一对或两对线。
此外，大多数节点都包括用于为收发器、微处理器和其他系统组件供电的电源线和地线。双通道 FlexRay 网络还提供更高级别的容错和/或更高带宽。
FlexRay 总线的末端和两条信号线之间需要 80 到 110 Ω 的终端电阻。在多点总线中，只有端节点需要终止。终端电阻值不正确是 FlexRay 网络性能不佳的常见原因。
由于具体的网络实现有所不同，因此布线阻抗也有所不同（通常在 80 到 110 Ω 之间），因此识别和使用正确的终端电阻值至关重要。此外，由于与 CAN (1 Mbit/s) 相比，FlexRay 以更高的频率 (10 Mbit/s) 运行，因此正确终止和布局 FlexRay 网络以避免信号完整性问题非常重要。
FlexRay 通信周期
FlexRay 通信周期的持续时间可以在 1 到 5 毫秒 (ms) 之间变化，并在设计网络时设置。通信周期有四个主要元素（图 2）：
静态段 –为在固定周期到达的确定性数据保留的时隙
动态段——用于基于事件的非确定性数据
符号窗口——用于网络维护和启动网络时的信令
网络空闲时间——一个固定的“安静”时间来保持节点时钟之间的同步
图 2： FlexRay 通信周期显示了四个元素之间的时间关系。（图片：NI）
microtick 是 FlexRay 网络上使用的最小时间单位。与通信周期一样，微滴答的长度可能因网络而异，但通常为一微秒 (μs)。FlexRay 控制器调整其本地时钟，以便在网络中的每个节点上同时发生微滴答声。microtick 还用于同步数据和启用确定性操作。
FlexRay 拓扑
FlexRay 提供比 CAN、LIN 或汽车以太网更多的拓扑选择。它支持用于更复杂网络的多点无源连接、有源星形连接和混合拓扑。各种 FlexRay 拓扑有助于设计人员在整体车辆架构中优化成本、性能和可靠性之间的权衡。
多点
最常见的 FlexRay 是一种多点拓扑，用一根网络电缆连接多个 ECU。CAN 和 LIN 也基于多点拓扑，使这种设计熟悉且易于实施。各个 ECU 可以位于离 FlexRay 主总线一小段距离的位置。这种拓扑结构简化了安装，因为它很容易集成到旨在支持 CAN 和 LIN 网络的现有线束中。
Star
FlexRay 还支持多个 ECU 连接到中央控制器或活动节点的星型拓扑。使用星形拓扑可以使 FlexRay 网络在更长的距离上运行成为可能。它还支持网络分段，以在网络的一部分发生故障时提高鲁棒性和可靠性。如果其中一个星形分支被切断或短路，其他分支将继续发挥作用。此外，较短的布线段可减少任何给定段上的噪声耦合机会，从而提高对电磁干扰 (EMI) 的抗扰度。
混合
FlexRay 还支持多点和星形拓扑的混合组合。这使得汽车设计能够受益于传统多点拓扑的相对简单性和低成本，同时使用可靠的星形配置来支持高级 ADAS 功能。
FlexRay 协议
FlexRay 协议包括确定性、时间触发的通信和动态事件驱动的通信以处理多个帧。这是通过带有预定义静态和动态数据空间的预设通信周期来实现的。结果是一个复杂但功能更强大的网络。
例如，CAN 节点只需要波特率即可通信，而 FlexRay 网络上的节点在与它们通信之前必须“了解”网络的所有节点是如何配置的。
为了防止多个节点尝试同时通信的总线争用，FlexRay 使用时分多址 (TDMA) 技术。为了使 TDMA 有效，FlexRay 网络中的每个节点都必须与公共时钟同步。每个节点都有一个分配的时隙用于与网络通信。TDMA 确保提供确定性通信所需的一致时序。
配置像 FlexRay 这样的 TDMA 网络比安装 CAN 或 LIN 网络更复杂。设计人员有多种工具可用于实施 FlexRay 并优化网络更新速度、确定性数据量、动态数据量和其他参数之间的权衡。因此，每个 FlexRay 网络都是不同的。每个节点在运行前都必须使用详细的网络参数进行编程。
FlexRay 的性能优势有望延长其使用寿命。虽然 CAN 和 LIN 总线在许多应用中被汽车以太网取代，但在可预见的未来，FlexRay 预计将继续用于安全关键型应用。
总结
与 CAN、LIN 和以太网等其他汽车总线相比，FlexRay 具有多项优势——提供安全关键型 ADAS 系统所需的确定性高速通信。
FlexRay 比 CAN 和 LIN 总线更昂贵，但提供了其他总线无法提供的多种配置和性能选项。这些配置意味着 FlexRay 的实施更加灵活和复杂，提供了卓越的整体性能。
即使在许多 CAN 和 LIN 总线已被以太网取代后，FlexRay 仍有望在汽车总线架构中占有一席之地。
