引 言
   

        FlexRay總線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)屏蔽或屏蔽雙絞線電纜的先進(jìn)高速串行同步和異步通信系統(tǒng)。FlexRay總線具有故障容限,，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，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總線的推出可以解決目前車載多種電子設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接問(wèn)題,，而早期的CAN總線和LIN總線已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代車載電子設(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總線的方法,。FlexRay總線負(fù)責(zé)將各個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紻SP,，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總線的軟硬件連接,。

        1 FIexRay總線及其控制器MFR4200
   

        FlexRay總線是一種全新的總線系統(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總線數(shù)據(jù)的訪問(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),，支持總線或星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),。FlexRay總線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，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的需求,。
   

        FlexRay總線的這些特性使其可以用于替代CAN總線,，適合車載骨干網(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總線控制器,。這里選用Freescale公司的MFR4200總線控制器，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,，總線上 的數(shù)據(jù)幀都將到達(dá)總線上所有的MFR4200。每一個(gè)MFR4200在收到總線數(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)送到總線上,。可以根據(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)送到總線上的其他節(jié)點(diǎn)；相反,，DSP通過(guò)MFR4200讀取總線上其他節(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接口適合滿足其速度要求,。

       MFR4200和OMAP5912的EMIFS連接,，MFR4200作為OMAP5912的外部16位從異步設(shè)備。由于OMAP5912的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線寬度為32位,，而MFR4200的數(shù)據(jù)總線寬度為16位,，因此，將每32位數(shù)據(jù)分成兩個(gè)16位數(shù)據(jù)傳輸,。當(dāng)MFR4200有數(shù)據(jù)上傳時(shí),，使用INT_CC引腳發(fā)送中斷信號(hào)到OMAP5912的外部中斷引腳EXT_INT4，OMAP5912根據(jù)當(dāng)前自身的工作情況來(lái)處理和MFR4200的通信,。OMAP5912也可以使用通用I／O引腳控制MFR4200的復(fù)位信號(hào)，當(dāng)連續(xù)多次未收到MFR4200的響應(yīng)信號(hào)時(shí),，OMAP5912可以軟件復(fù)位MFR4200,，從而避免通信的互鎖現(xiàn)象。此外,，MFR4200的#IF_SEL0和#IF_SELl引腳上拉后直接連接到物理層,。

       4 MFR4200和OMAP5912的軟件設(shè)計(jì)
   

        MFR4200的初始化流程如圖4所示。首先設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)電壓,，可以是5 V和3．3V,。由于本系統(tǒng)和OMAP5912連接，采用3．3 V標(biāo)準(zhǔn)電壓,。初始化設(shè)置數(shù)據(jù)和地址總線后,，讀取MFR4200的MNR(Magic Number Register)寄存器。一旦MFR4200初始化成功,，該寄存器內(nèi)容為0x0815,，之后,，就可以設(shè)置MFR4200的其他寄存器，進(jìn)行正常的總線數(shù)據(jù)讀寫(xiě),。
   

        OMAP5912和MFR4200的數(shù)據(jù)通信流程如圖5所示,。系統(tǒng)初始化后，OMAP5912判斷當(dāng)前是否有數(shù)據(jù)讀寫(xiě),。數(shù)據(jù)的讀是通過(guò)判斷是否有掛起的硬件中斷,，該中斷由MFR4200產(chǎn)生，一旦MFR4200收到總線數(shù)據(jù)幀,，都將發(fā)出該中斷,；數(shù)據(jù)寫(xiě)是通過(guò)判斷上層程序是否有數(shù)據(jù)發(fā)的軟件中斷。無(wú)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)情況下,，OMAP5912將定期發(fā)送測(cè)試命令到MFR4200,，以便確定MFR4200在正常工作。也可以根據(jù)需要,，將MFR4200設(shè)置到低功耗狀態(tài),，這樣就不需要發(fā)送測(cè)試命令。如果讀取的數(shù)據(jù)的校驗(yàn)錯(cuò)誤較多．則表明無(wú)線通信當(dāng)前的信道噪聲很大,，或者M(jìn)FR4200的總線被干擾出現(xiàn)紊亂,。0MAP5912將軟件復(fù)位MFR4200模塊，使得,。MFR4200重新設(shè)囂總線,，避免在低信噪比情況下多次重復(fù)發(fā)送同樣的數(shù)據(jù)，縮短無(wú)效通信時(shí)間,。

       由于OMAP5910具有C55系列DSP核,，因此一些數(shù)字信號(hào)處理算法可以很容易地實(shí)現(xiàn)。對(duì)于語(yǔ)音信號(hào),，可以進(jìn)行濾波以提高語(yǔ)音質(zhì)量,；對(duì)于圖像信號(hào)，可以進(jìn)行圖像識(shí)別,。在車載電子設(shè)備中,，圖像識(shí)別可以檢測(cè)車前方的各種情況，以便進(jìn)行相應(yīng)的自動(dòng)處理,，使得系統(tǒng)更實(shí)用,，應(yīng)用范圍更廣。

       5 總結(jié)
   

       在基于OMAP5912和MFR4200的總線控制器連接設(shè)計(jì)中,，使用OMAP5912的EMIFS接口連接總線控制器MFR4200,，可實(shí)現(xiàn)FlexRay總線的數(shù)據(jù)收發(fā)。使用MFR4200模塊實(shí)現(xiàn)總線協(xié)議,，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，實(shí)現(xiàn)方便,。由于采用具有DSP核的處理器，系統(tǒng)還可以方便地應(yīng)用各種數(shù)據(jù)信號(hào)處理算法,，尤其適合車載電子設(shè)備的語(yǔ)音和圖像處理,。