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概要
高级汽车控制系统的迅速发展需要一种新的更强大的通讯协议来确保网络可以支持汽车内的分布式控制系统。在高端应用中，FlexRay协议可以支持高速总线系统。这类系统具有确定的性能和容错功能，而且可以支持分布式控制，适用于线控安全、防撞、动力传动和驾驶员支持系统。
文章首先介绍FlexRay协议，然后我们将对高端汽车网络的当前应用进行回顾，并且描述FlexRay在各个应用中的作用。我们将具体讨论功能安全和容错能力。我们的讨论重点是FlexRay固有的灵活性及其在解决多个问题的优化解决方案中的重要作用。我们还将从几个重要方面对FlexRay协议与ByteFlight及CAN协议进行对比。
文章还将列举旨在实现高性能、节约占地空间并提高经济高效性的具体半导体产品的示例。
一. 引言
现在，全世界的轿车中运行着大约6亿个多路复用节点。在未来6年内，由于对更多车内电子控制系统的需求的增加，这个数字还将翻倍。汽车正在变成一个日益复杂的嵌入式控制平台。将各种控制环路连接起来需要一种新联网概念，而不仅仅是基于信号的传统方法。FlexRay不是采用快速、确定性汽车通信标准的第一种协议，但却是当前接受范围最广泛的一个协议。
FlexRay最初是2000年由4个成员（宝马、戴姆勒-克莱斯勒、飞利浦和飞思卡尔）组建的行业协会。截至2005年末，它在全球拥有130多个成员。
FlexRay标准化工作开始时，三大设计目标是：
● 高速，即比CAN高一个数量级
● 确定性通信，以便更简单地实施分布式控制算法
● 容错通信，用电气系统代替对安全具有重要作用的机械或液压系统。
二. 技术规范
FlexRay协会近年出版的一系列文献资料对FlexRay系统进行了详细描述。这套资料包括协议技术规范、物理层技术规范和总线监护技术规范。最新的版本为2.1A，已被广泛用作实施半导体设备和工具的基础。该版本从2006年开始系列生产。
除了书面的文献资料外，另外还提供可执行的参考模式。该模式明确规定了协议的详细信息，可用于半导体设备一致性测试之前的自动测试环境。
FlexRay协会的网站还提供技术规范文件下载，网址如下：
http://www.flexray.com。
其他白皮书、产品参考和应用注释也可以从飞思卡尔FlexRay网站下载：http://www.freescale.com/flexray。
三. 汽车网络的演进
早在90年代初期多路复用技术开始用于汽车系列生产时，它实现了越来越多的电子控制装置之间的联网，并且还满足了减轻重量和降低布线系统复杂性等需求。随后，大量汽车网络标准不断演进。
使用最广泛的CAN总线最初开发用于小轿车，但首批应用却来自不同的细分市场。最后，CAN2.0总线从1992年开始用于轿车中。由于电磁兼容性问题，大部分采用该技术的厂家不愿冒险使用高达1Mb/s的最高原始数据速率。
CAN网络的数据速率从最初的100Kb发展到了1Mb，电子车辆体系结构也从联网系统发展为成熟的分布式系统。首先，一些网络可以完善CAN网络，帮助传感器和制动器实现经济高效的通信（这种情况下不需要CAN网络的带宽）。在这方面，实践证明J1850和LIN是成功的产品。CAN在分布式内置控制系统中的限制导致了多种新的汽车协议的出现。这些协议旨在解决容错、分区和强大的组合等问题。
四. FlexRay和功能安全
我们所说的“安全”系统是由一系列功能要求和设计标准决定的。汽车行业目前使用IEC61508技术规范“电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全”来定义电子系统的要求。提高关键组件的冗余度是实现功能安全的一种常用方法。
在航空领域显得简单易行的做法在汽车行业由于成本原因而显得不可行。设计人员必须根据未来故障概率的现场数据来仔细决定冗余级别。该流程目前尚处于发展初期，因为现在可以从已部署的系统中记录和获取的数据还非常有限。
但是，FlexRay的初衷绝不仅仅是指定一种设计安全系统的合适方法。FlexRay更注重提供一种基础体系结构来实现特定应用需要的冗余和安全级别。
1.容错
全面解决容错问题是设计FlexRay时要考虑的一个重要方面。为了使单个通信系统可以满足不同应用领域的不同汽车应用的需求，FlexRay支持一种“可扩展的容错”概念。可扩展的容错理念的目的是使FlexRay能够经济地用于分布式非容错系统和分布式容错系统中。
FlexRay为容错应用提供的基本属性包括：
● 拓扑灵活性（单信道和双信道，混合连接）
● 容错的时钟同步（也可通过非容错方式使用）
● 功能和结构域在概念上的区分
为了支持可扩展的容错这一概念，我们已采取了多种措施。首先，FlexRay支持不同的互连拓扑：设计人员可以选择将FlexRay用作单信道系统、双信道系统或者带混合连接的双信道系统。在最后一种方式中，一些节点同时连接到两个信道上，而另一些节点只连到一个信道上。
此外，FlexRay还可以通过可选的本地或远程信道监管部署。该监管能防止通信信道受到会破坏TDMA机制的传输故障的影响。网络拓扑的这种灵活性可实现简单的总线体系结构、星形及多种星形体系结构。安全专家需要这类体系结构来限制故障的传播。
其次，时钟同步算法支持容错和非容错同步。在容错同步中，同步算法会考虑瞬时/永久故障类别和对称/非对称故障类别。容错时钟同步在非容错系统中是完全透明的。
最后一点但同样重要的一点是，FlexRay坚持功能域和结构域的分离，这是概念分区所要求的。
FlexRay的这个决定标准与FlexRay考虑的主要技术概念有关。表1显示了这些标准与CAN和byteflight[1][2]的对比情况。虽然byteflight是正确解决CAN问题的一个步骤，但它需要花费额外的精力来实现FlexRay中需要的灵活性，从而最终创建广泛接收的汽车标准。
2.时钟同步
FlexRay基于这样一种假设：互动的应用级任务通过FlexRay通信系统交换数据。最理想的情况是，通信系统的运行应完全透明，使应用工程师始终可以预测信息传输不会发生问题，因而不需要考虑通信系统的任何特殊属性。
但在实践上，人们必须设想系统中的任何资源都可能发生故障。故障可能会对应用任务或通信协议的执行造成负面影响，进而必须采取特殊的应对措施。就通信协议而言，它使用特殊的容错时钟同步算法来防止同步时钟发生错误。我们有必要采取这种举措，因为同步时钟是通信协议中控制通信的重要机制。
3. 拓扑
设计容错系统时的一个重要内容是互连体系结构的灵活性。虽然无容错功能的简单系统可以使用总线体系结构和一个信道，但仍有不同级别的更多冗余。双信道系统可以复制物理网络，并允许一个信道出错。而星形和多星形拓扑虽然成本更高，但能提高可用信道容量，限制错误传播。图1简要显示了FlexRay体系结构及各个体系结构的设计标准。应当注意的是，我们也可以将星形和总线体系结构组合起来。
任何单一互连体系结构都不可能满足所有需求，适合所有市场。
4. FlexRay媒介仲裁的灵活性
顾名思义，FlexRay旨在提供灵活性。为了实现媒介仲裁灵活性，FlexRay将各个循环通信周期划分成“静态的”时间触发分段和“动态的”事件触发分段。
这两种分段法的临时信息在设计时定义，并上传到控制器和总线监护设备中。在每个通信周期的事件驱动分段中，节点可以利用灵活的基于TDMA的媒介访问控制机制进行通信。此外，每个通信周期还包含一个可以用来进行运行时间测试的符号窗口，还可以包含每个通信周期的网络闲置时间（无通信时段）。
图2简要显示了FlexRay中使用的TDMA机制：静态分段提供通信周期的固定延迟部分，而动态分段则允许带宽要求各不相同的随机通信。
5.组合性
为了支持FlexRay ECU的交叉平台部署策略，FlexRay将结构域与功能上下文完全分离开来。例如，软件不必反映系统中的不同子系统是如何互连的，而只需要处理这些子系统提供的功能。
FlexRay不需要为每个节点中的时间触发分段安装整个日程表。相反，静态分段被分为大小固定的多个插槽。每个节点都有配置数据，标明分配哪些插槽进行传输。带宽需求较大的节点会比带宽要求小的节点分配到更多插槽。FlexRay的这个特性可减少对软件的依赖性，并且它通过提供大量构建选择，简化更复杂的汽车网络的构建。
五.应用领域
FlexRay可用于不同的汽车应用领域，如动力总成、底盘电子、主动安全性和线控驱动。
它还能替代多条高速CAN总线，从而降低复杂性和成本。过去，如果需要高于CAN最大数据速率的信道容量，则需要平行部署多条CAN总线，从而增加了信息队列和到达时间的不确定性。汽车网络结构演进的下一步将是基于集群的体系结构，而该结构则使用FlexRay作为强大的骨干。
1.底盘应用
2006年最先采用FlexRay技术上路的轿车，将配置飞思卡尔的独立FlexRay控制器MFR4200（见图3）。在本应用中，底盘域中将实施一种分布式控制算法。在该域中，专用的车轮节点通过FlexRay与中央控制设备通信。它还与无源星形体系结构一同使用集中控制器。这种应用主要通过FlexRay中的静态分段利用确定性通信。在维护时，安装的控制设备可以通过动态分段接收一套固件升级。从功能安全角度来看，该应用需要具备静默失效功能，这时必须检测到故障设备但只需要关闭即可。如果基于FlexRay的车轮节点中央控制丢失，轿车仍然能够安全行驶，但是性能会降低。
在日本的JASPAR联盟中[4]中，已经成立了一个真正的FlexRay用户小组。该小组目前正在为它的成员开发四个基本的FlexRay体系结构。这些体系结构可能会广泛普及。其中两个配置力图通过经济高效的方式替代CAN总线。
2.线传控制
现在，汽车行业的研发阶段似乎包括大量线传控制项目。最引人注意的应用看起来是不带机械驾驶杆的普通电动驾驶。这种系统在设计上可以大大减少体积超小的轿车的限制，同时还能大幅减轻车重。
另一个引人注意的是“干”刹车（如减少刹车制动的液压组件）。新近出现了几种新的刹车概念，其中最重要的是eStop/SiemensVDO [3]提出的楔式制动器，该制动器使用动能启动制动器。目前处于研发阶段的电制动项目主要基于Flexray技术。
驾驶和制动两种应用领域都要求提供故障运行线控概念，过去这些概念需要使用全冗余的电控设备。目前有几个欧洲筹资的调查计划正在进行中，这些项目主要是为了演示从轿车到实际大小的卡车的故障操作车辆系统的灵活性。[5][6]
目前，人们预测汽车行业在下一个十年开始之前，不会太早生产需要故障运行通信（如线控驱动）的系统。
六. FlexRay产品
飞思卡尔是第一个真正生产FlexRay产品（在2003年和2004年分别推出独立控制器MFR4100和MFR4200－请见图3）的半导体厂商，以支持轿车生产商的早期产品推出。然而，FlexRay控制器模块（IP模块）的发展有着更长的历史。早期的FlexRay控制器是基于FPGA技术的独立设备，可以随着协议的演进定期进行更新。
1 FlexRay IP模块
图3显示了2005年v2.1A技术规范最终确定之前飞思卡尔FlexRay IP模块系列及以后在集成产品中的广泛应用。
IP模块的最终版本已经获得一致性测试合作伙伴的完全兼容认证，现在可以用来与集成的FlexRay提供大量微控制器(见图3):
● 16位控制器S12XFR，用于智能传感器/触发器节点
● 32位控制器MPC5510XL，用于网关应用
● 32位控制器MPC555x、MPC566x和MPC560x，用于主动安全性和底盘管理
获得飞思卡尔FlexRay IP许可证的公司越来越多，这就扩大了可供客户选择的当前控制器产品范围。后来进入FlexRay市场的半导体供应商如果希望避免初期构建FlexRay IP的投资，他们可以受益于飞思卡尔的FlexRay控制器IP模块。该模块通过独立IP经销机构授权使用。[7]
2 带有集成FlexRay控制器的MCU
对效率的追求推动着FlexRay和MCU的集成。16位平台（如MC9S12XF系列控制器）为这个高数据速率协议提供了一种特别有趣的解决方案。这些产品用于底盘和车身电子组件的FlexRay网络中的制动器、传感器和其他分布式节点，可以提供32位性能和16位MCU的所有优势和效率。该产品的价值在于它可以保持低成本、功耗、EMC和飞思卡尔半导体现有16位MC9S12X MCU系列的用户当前享有的代码大小效率的优势。有一些特性可帮助经济高效地处理高数据速率FlexRay接口：
● 16位接入，所有外围设备和存储器均不需要等待状态；
● 新的灵活的中断处理程序，可实现多级嵌套式中断；
● 可提高性能的增强型XGATE协处理器；XGATE可使用“C”语言编程，并且运行速度是S12总线频率的2倍，S12利用优化用于数据移动、逻辑和位操作指令的指令集；
● 广泛的外部晶体振荡器，可以生成高度准确的FlexRay内部时钟（4MHz到40MHz）。
● 增加了频率可调节的PLL电路，允许调节功耗和性能，以满足运营需求并优化辐射（EMC）。
此外，协处理器还是处理低端32位MCU上的FlexRay协议的关键。MPC55xx系列设备上的输入/输出处理器是另一个Power Architecture核心，设计用于管理外围设备和中断，同时可支持可变长编码（VLE）指令集，实现高代码密度和全面的32位通用寄存器。使用纵横制交换机和矢量中断支持可确保高吞吐量，而且这种情况下的延迟约为100ns。
七. 小结
FlexRay是汽车应用的下一代通信体系结构。现在，合格的控制器和物理网络接口产品已经出现，并且从2006年开始已在汽车行业大规模生产。
安全关键应用，如线控系统将利用FlexRay中构建的机制来支持容错功能。现在还没有什么技术限制会阻碍它在先进系统中的使用。新兴的体系结构具有完全的灵活性，能满足车内普遍的安全性能需求。但是，FlexRay市场有望率先在非安全关键性的应用中发展。
参考文献
[1] Berwanger, J.; Peller, M.; Griessbach, R.: byteflightA New Protocol for Safety Critical Applications. Proceedings FISITA 2000, F2000G316, Seoul, Juni 2000.
[2] Temple, C.: Deciding for FlexRay. In: Automotive Electronics Conference, March 20-21 2006, London, UK.
[3] Hartmann, H.; Schautt, M.; Pascucci, A.; Gombert, B.: “eBrakethe mechatronic wedge brake”. In: 20th Annual Brake Colloquium And Exhibition, October 2002, Phoenix, AZ, USA, Session: Electronics; SAE Paper 2002-01-2582.
[4] JASPARJapan Automotive Software Platform Architecture (https://www.jaspar.jp/index.html)
[5] SPARC - Secure Propulsion using Advanced Redundant Control. European commission funded project (IST-507859, http://www.sparc-eu.net/)
[6] Armbruster, M.; Zimmer, E.; Lehmann, M.; Reichel, R.; Sieglin, E.; Spiegelberg, G.; Sulzmann, A.: Affordable X-By-Wire technology based on an innovative, scalable E/E platform-concept. In: IEEE Vehicular Technology Conference, Melbourne, May 7th - 10th, 2006.
[7] IPextreme (http://www.ip-extreme.com/)
高级汽车控制系统的迅速发展需要一种新的更强大的通讯协议来确保网络可以支持汽车内的分布式控制系统。在高端应用中，FlexRay协议可以支持高速总线系统。这类系统具有确定的性能和容错功能，而且可以支持分布式控制，适用于线控安全、防撞、动力传动和驾驶员支持系统。
文章首先介绍FlexRay协议，然后我们将对高端汽车网络的当前应用进行回顾，并且描述FlexRay在各个应用中的作用。我们将具体讨论功能安全和容错能力。我们的讨论重点是FlexRay固有的灵活性及其在解决多个问题的优化解决方案中的重要作用。我们还将从几个重要方面对FlexRay协议与ByteFlight及CAN协议进行对比。
文章还将列举旨在实现高性能、节约占地空间并提高经济高效性的具体半导体产品的示例。
一. 引言
现在，全世界的轿车中运行着大约6亿个多路复用节点。在未来6年内，由于对更多车内电子控制系统的需求的增加，这个数字还将翻倍。汽车正在变成一个日益复杂的嵌入式控制平台。将各种控制环路连接起来需要一种新联网概念，而不仅仅是基于信号的传统方法。FlexRay不是采用快速、确定性汽车通信标准的第一种协议，但却是当前接受范围最广泛的一个协议。
FlexRay最初是2000年由4个成员（宝马、戴姆勒-克莱斯勒、飞利浦和飞思卡尔）组建的行业协会。截至2005年末，它在全球拥有130多个成员。
FlexRay标准化工作开始时，三大设计目标是：
● 高速，即比CAN高一个数量级
● 确定性通信，以便更简单地实施分布式控制算法
● 容错通信，用电气系统代替对安全具有重要作用的机械或液压系统。
二. 技术规范
FlexRay协会近年出版的一系列文献资料对FlexRay系统进行了详细描述。这套资料包括协议技术规范、物理层技术规范和总线监护技术规范。最新的版本为2.1A，已被广泛用作实施半导体设备和工具的基础。该版本从2006年开始系列生产。
除了书面的文献资料外，另外还提供可执行的参考模式。该模式明确规定了协议的详细信息，可用于半导体设备一致性测试之前的自动测试环境。
FlexRay协会的网站还提供技术规范文件下载，网址如下：
http://www.flexray.com。
其他白皮书、产品参考和应用注释也可以从飞思卡尔FlexRay网站下载：http://www.freescale.com/flexray。
三. 汽车网络的演进
早在90年代初期多路复用技术开始用于汽车系列生产时，它实现了越来越多的电子控制装置之间的联网，并且还满足了减轻重量和降低布线系统复杂性等需求。随后，大量汽车网络标准不断演进。
使用最广泛的CAN总线最初开发用于小轿车，但首批应用却来自不同的细分市场。最后，CAN2.0总线从1992年开始用于轿车中。由于电磁兼容性问题，大部分采用该技术的厂家不愿冒险使用高达1Mb/s的最高原始数据速率。
CAN网络的数据速率从最初的100Kb发展到了1Mb，电子车辆体系结构也从联网系统发展为成熟的分布式系统。首先，一些网络可以完善CAN网络，帮助传感器和制动器实现经济高效的通信（这种情况下不需要CAN网络的带宽）。在这方面，实践证明J1850和LIN是成功的产品。CAN在分布式内置控制系统中的限制导致了多种新的汽车协议的出现。这些协议旨在解决容错、分区和强大的组合等问题。
四. FlexRay和功能安全
我们所说的“安全”系统是由一系列功能要求和设计标准决定的。汽车行业目前使用IEC61508技术规范“电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全”来定义电子系统的要求。提高关键组件的冗余度是实现功能安全的一种常用方法。
在航空领域显得简单易行的做法在汽车行业由于成本原因而显得不可行。设计人员必须根据未来故障概率的现场数据来仔细决定冗余级别。该流程目前尚处于发展初期，因为现在可以从已部署的系统中记录和获取的数据还非常有限。
但是，FlexRay的初衷绝不仅仅是指定一种设计安全系统的合适方法。FlexRay更注重提供一种基础体系结构来实现特定应用需要的冗余和安全级别。
1.容错
全面解决容错问题是设计FlexRay时要考虑的一个重要方面。为了使单个通信系统可以满足不同应用领域的不同汽车应用的需求，FlexRay支持一种“可扩展的容错”概念。可扩展的容错理念的目的是使FlexRay能够经济地用于分布式非容错系统和分布式容错系统中。
FlexRay为容错应用提供的基本属性包括：
● 拓扑灵活性（单信道和双信道，混合连接）
● 容错的时钟同步（也可通过非容错方式使用）
● 功能和结构域在概念上的区分
为了支持可扩展的容错这一概念，我们已采取了多种措施。首先，FlexRay支持不同的互连拓扑：设计人员可以选择将FlexRay用作单信道系统、双信道系统或者带混合连接的双信道系统。在最后一种方式中，一些节点同时连接到两个信道上，而另一些节点只连到一个信道上。
此外，FlexRay还可以通过可选的本地或远程信道监管部署。该监管能防止通信信道受到会破坏TDMA机制的传输故障的影响。网络拓扑的这种灵活性可实现简单的总线体系结构、星形及多种星形体系结构。安全专家需要这类体系结构来限制故障的传播。
其次，时钟同步算法支持容错和非容错同步。在容错同步中，同步算法会考虑瞬时/永久故障类别和对称/非对称故障类别。容错时钟同步在非容错系统中是完全透明的。
最后一点但同样重要的一点是，FlexRay坚持功能域和结构域的分离，这是概念分区所要求的。
FlexRay的这个决定标准与FlexRay考虑的主要技术概念有关。表1显示了这些标准与CAN和byteflight[1][2]的对比情况。虽然byteflight是正确解决CAN问题的一个步骤，但它需要花费额外的精力来实现FlexRay中需要的灵活性，从而最终创建广泛接收的汽车标准。
2.时钟同步
FlexRay基于这样一种假设：互动的应用级任务通过FlexRay通信系统交换数据。最理想的情况是，通信系统的运行应完全透明，使应用工程师始终可以预测信息传输不会发生问题，因而不需要考虑通信系统的任何特殊属性。
但在实践上，人们必须设想系统中的任何资源都可能发生故障。故障可能会对应用任务或通信协议的执行造成负面影响，进而必须采取特殊的应对措施。就通信协议而言，它使用特殊的容错时钟同步算法来防止同步时钟发生错误。我们有必要采取这种举措，因为同步时钟是通信协议中控制通信的重要机制。
3. 拓扑
设计容错系统时的一个重要内容是互连体系结构的灵活性。虽然无容错功能的简单系统可以使用总线体系结构和一个信道，但仍有不同级别的更多冗余。双信道系统可以复制物理网络，并允许一个信道出错。而星形和多星形拓扑虽然成本更高，但能提高可用信道容量，限制错误传播。图1简要显示了FlexRay体系结构及各个体系结构的设计标准。应当注意的是，我们也可以将星形和总线体系结构组合起来。
任何单一互连体系结构都不可能满足所有需求，适合所有市场。
4. FlexRay媒介仲裁的灵活性
顾名思义，FlexRay旨在提供灵活性。为了实现媒介仲裁灵活性，FlexRay将各个循环通信周期划分成“静态的”时间触发分段和“动态的”事件触发分段。
这两种分段法的临时信息在设计时定义，并上传到控制器和总线监护设备中。在每个通信周期的事件驱动分段中，节点可以利用灵活的基于TDMA的媒介访问控制机制进行通信。此外，每个通信周期还包含一个可以用来进行运行时间测试的符号窗口，还可以包含每个通信周期的网络闲置时间（无通信时段）。
图2简要显示了FlexRay中使用的TDMA机制：静态分段提供通信周期的固定延迟部分，而动态分段则允许带宽要求各不相同的随机通信。
5.组合性
为了支持FlexRay ECU的交叉平台部署策略，FlexRay将结构域与功能上下文完全分离开来。例如，软件不必反映系统中的不同子系统是如何互连的，而只需要处理这些子系统提供的功能。
FlexRay不需要为每个节点中的时间触发分段安装整个日程表。相反，静态分段被分为大小固定的多个插槽。每个节点都有配置数据，标明分配哪些插槽进行传输。带宽需求较大的节点会比带宽要求小的节点分配到更多插槽。FlexRay的这个特性可减少对软件的依赖性，并且它通过提供大量构建选择，简化更复杂的汽车网络的构建。
五.应用领域
FlexRay可用于不同的汽车应用领域，如动力总成、底盘电子、主动安全性和线控驱动。
它还能替代多条高速CAN总线，从而降低复杂性和成本。过去，如果需要高于CAN最大数据速率的信道容量，则需要平行部署多条CAN总线，从而增加了信息队列和到达时间的不确定性。汽车网络结构演进的下一步将是基于集群的体系结构，而该结构则使用FlexRay作为强大的骨干。
1.底盘应用
2006年最先采用FlexRay技术上路的轿车，将配置飞思卡尔的独立FlexRay控制器MFR4200（见图3）。在本应用中，底盘域中将实施一种分布式控制算法。在该域中，专用的车轮节点通过FlexRay与中央控制设备通信。它还与无源星形体系结构一同使用集中控制器。这种应用主要通过FlexRay中的静态分段利用确定性通信。在维护时，安装的控制设备可以通过动态分段接收一套固件升级。从功能安全角度来看，该应用需要具备静默失效功能，这时必须检测到故障设备但只需要关闭即可。如果基于FlexRay的车轮节点中央控制丢失，轿车仍然能够安全行驶，但是性能会降低。
在日本的JASPAR联盟中[4]中，已经成立了一个真正的FlexRay用户小组。该小组目前正在为它的成员开发四个基本的FlexRay体系结构。这些体系结构可能会广泛普及。其中两个配置力图通过经济高效的方式替代CAN总线。
2.线传控制
现在，汽车行业的研发阶段似乎包括大量线传控制项目。最引人注意的应用看起来是不带机械驾驶杆的普通电动驾驶。这种系统在设计上可以大大减少体积超小的轿车的限制，同时还能大幅减轻车重。
另一个引人注意的是“干”刹车（如减少刹车制动的液压组件）。新近出现了几种新的刹车概念，其中最重要的是eStop/SiemensVDO [3]提出的楔式制动器，该制动器使用动能启动制动器。目前处于研发阶段的电制动项目主要基于Flexray技术。
驾驶和制动两种应用领域都要求提供故障运行线控概念，过去这些概念需要使用全冗余的电控设备。目前有几个欧洲筹资的调查计划正在进行中，这些项目主要是为了演示从轿车到实际大小的卡车的故障操作车辆系统的灵活性。[5][6]
目前，人们预测汽车行业在下一个十年开始之前，不会太早生产需要故障运行通信（如线控驱动）的系统。
六. FlexRay产品
飞思卡尔是第一个真正生产FlexRay产品（在2003年和2004年分别推出独立控制器MFR4100和MFR4200－请见图3）的半导体厂商，以支持轿车生产商的早期产品推出。然而，FlexRay控制器模块（IP模块）的发展有着更长的历史。早期的FlexRay控制器是基于FPGA技术的独立设备，可以随着协议的演进定期进行更新。
1 FlexRay IP模块
图3显示了2005年v2.1A技术规范最终确定之前飞思卡尔FlexRay IP模块系列及以后在集成产品中的广泛应用。
IP模块的最终版本已经获得一致性测试合作伙伴的完全兼容认证，现在可以用来与集成的FlexRay提供大量微控制器(见图3):
● 16位控制器S12XFR，用于智能传感器/触发器节点
● 32位控制器MPC5510XL，用于网关应用
● 32位控制器MPC555x、MPC566x和MPC560x，用于主动安全性和底盘管理
获得飞思卡尔FlexRay IP许可证的公司越来越多，这就扩大了可供客户选择的当前控制器产品范围。后来进入FlexRay市场的半导体供应商如果希望避免初期构建FlexRay IP的投资，他们可以受益于飞思卡尔的FlexRay控制器IP模块。该模块通过独立IP经销机构授权使用。[7]
2 带有集成FlexRay控制器的MCU
对效率的追求推动着FlexRay和MCU的集成。16位平台（如MC9S12XF系列控制器）为这个高数据速率协议提供了一种特别有趣的解决方案。这些产品用于底盘和车身电子组件的FlexRay网络中的制动器、传感器和其他分布式节点，可以提供32位性能和16位MCU的所有优势和效率。该产品的价值在于它可以保持低成本、功耗、EMC和飞思卡尔半导体现有16位MC9S12X MCU系列的用户当前享有的代码大小效率的优势。有一些特性可帮助经济高效地处理高数据速率FlexRay接口：
● 16位接入，所有外围设备和存储器均不需要等待状态；
● 新的灵活的中断处理程序，可实现多级嵌套式中断；
● 可提高性能的增强型XGATE协处理器；XGATE可使用“C”语言编程，并且运行速度是S12总线频率的2倍，S12利用优化用于数据移动、逻辑和位操作指令的指令集；
● 广泛的外部晶体振荡器，可以生成高度准确的FlexRay内部时钟（4MHz到40MHz）。
● 增加了频率可调节的PLL电路，允许调节功耗和性能，以满足运营需求并优化辐射（EMC）。
此外，协处理器还是处理低端32位MCU上的FlexRay协议的关键。MPC55xx系列设备上的输入/输出处理器是另一个Power Architecture核心，设计用于管理外围设备和中断，同时可支持可变长编码（VLE）指令集，实现高代码密度和全面的32位通用寄存器。使用纵横制交换机和矢量中断支持可确保高吞吐量，而且这种情况下的延迟约为100ns。
七. 小结
FlexRay是汽车应用的下一代通信体系结构。现在，合格的控制器和物理网络接口产品已经出现，并且从2006年开始已在汽车行业大规模生产。
安全关键应用，如线控系统将利用FlexRay中构建的机制来支持容错功能。现在还没有什么技术限制会阻碍它在先进系统中的使用。新兴的体系结构具有完全的灵活性，能满足车内普遍的安全性能需求。但是，FlexRay市场有望率先在非安全关键性的应用中发展。
参考文献
[1] Berwanger, J.; Peller, M.; Griessbach, R.: byteflightA New Protocol for Safety Critical Applications. Proceedings FISITA 2000, F2000G316, Seoul, Juni 2000.
[2] Temple, C.: Deciding for FlexRay. In: Automotive Electronics Conference, March 20-21 2006, London, UK.
[3] Hartmann, H.; Schautt, M.; Pascucci, A.; Gombert, B.: “eBrakethe mechatronic wedge brake”. In: 20th Annual Brake Colloquium And Exhibition, October 2002, Phoenix, AZ, USA, Session: Electronics; SAE Paper 2002-01-2582.
[4] JASPARJapan Automotive Software Platform Architecture (https://www.jaspar.jp/index.html)
[5] SPARC - Secure Propulsion using Advanced Redundant Control. European commission funded project (IST-507859, http://www.sparc-eu.net/)
[6] Armbruster, M.; Zimmer, E.; Lehmann, M.; Reichel, R.; Sieglin, E.; Spiegelberg, G.; Sulzmann, A.: Affordable X-By-Wire technology based on an innovative, scalable E/E platform-concept. In: IEEE Vehicular Technology Conference, Melbourne, May 7th - 10th, 2006.
[7] IPextreme (http://www.ip-extreme.com/)