车用FlexRay-CAN网关协议分析与设计.pdf

摘 要
随着高新技术的发展，汽车不再只是代步工具，人们要求汽车具有越来越高
的经济性、安全性、舒适性、环保性，因此决定这些性能的汽车电子系统已成为
整车系统的关键部分。而 CAN、FlexRay 总线是当前、将来事实上的总线，更是
未来汽车电子系统中的两种非常重要的总线，从而 FlexRay-CAN 网关的相关技术
将成为推动汽车电子发展的重要因素。信号映射是 FlexRay-CAN 网关实现消息转
换的重要机制，但是该机制中的消息组装方法还没有得到广泛而深入的研究。
本文围绕 FlexRay-CAN 网关，首先详细分析了现有的相关研究，简单介绍了
相关的汽车总线技术以及汽车网关的功能；然后对汽车网关的信号映射机制的流
程及需要解决的问题进行了详细的分析；最后，提出了用于组装 FlexRay-CAN 网
关的消息的两种方法以及用于优化 FlexRay 总线动态段的可调度性以弥补
FlexRay-CAN 网关的不足的一种方案。本文的主要研究工作如下。
首先，提出了两种消息组装方法：一种是面向优化总线带宽利用率的方法，
由于信号值的改变是随机的，当信号值不变时，该信号就可以不传输，因此如果
某个消息中所有信号都不传输时，该消息也可以不传输，从而用来传输该消息的
带宽空闲。因此通过使这种空闲带宽尽量大，并利用其来传输尽力转发型数据，
可以减少总线带宽总量的需求；另一种是面向提高消息中的信号比特位利用率的
方法，这种方法把单个周期较小的信号组装到多个周期较大的消息中，从而避免
了周期较大的信号被组装到周期较小的消息中，提高了信号比特位的利用率。另
外，本文还推导了消息周期的取值范围以及 FlexRay 总线通信周期的取值范围。
其次，分析了消息大小、变量 pLatestTx、动态段长度对 FlexRay 动态段可调
度性的影响。然后提出了用于优化 FlexRay 动态段的可调度性的一种方案，这种
方案把长度较大的消息从动态段移到静态段，把最后一个静态时隙与动态段合并
以扩大动态段长度，从而提高了动态段的可调度性。另外，对 FlexRay 静态段中
的消息最差响应时间进行了讨论，分析了该方案对消息最差响应时间的影响，并
对相关理论进行了证明。
最后，设计实验验证了第三章中的消息组装方法以及第四章中的优化方案，
并对实验结果进行了分析，实验结果表明这些方法表现良好。但是还有很多不足，
需要进一步研究。

关键字：嵌入式系统；汽车电子系统；FlexRay；CAN；FlexRay-CAN 网关；信
号映射
II
Abstract
As the development of the innovative and high technologies, an automotive is
never only a travel tool anymore, people are desiring an automotive to be more
economic, safe, comfortable and environmental friendly, and the automotive
electronic system, determining these performances, now is the critical part of a car.
The two buses of CAN and FlexRay are the de-factor buses recently and in future
respectively, what’s more, they will be quite important buses for a car. So the
technologies of FlexRay-CAN gateway will be the important factors driving