基于Flexray總線的車載指揮控制設計與實現(xiàn)
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2．1 處理器模塊
處理器模塊主要實現(xiàn)指揮控制計算機的內部資源管理、接口控制、任務軟件執(zhí)行等功能。指揮控制計算機處理器模塊選用目前應用廣泛的PowerPC系列處理器中的PowerPC8548，該處理器功耗低、集成度高，內部集成有串口、計數(shù)器、中斷控制器、以太網接口、PCI橋等功能電路，單片性能達到了2310MIPS，縮小了系統(tǒng)體積，減輕了重量，降低了功耗。
為了保障系統(tǒng)運行的安全性，處理器模塊上設計了看門狗電路和訪問超時計時器電路?？撮T狗計時器的計時設置和計時過程由獨立于軟件操作的硬件實現(xiàn)，而清除計時操作由受軟件控制的硬件完成。看門狗計時器電路在維護使能信號無效時自動使能；在維護使能信號有效時自動禁止，但此時可用軟件操作來使能。當看門狗計時器輸出觸發(fā)時將引起中斷或復位。訪問超時計時器電路用于報告并恢復處理器訪問計算機資源過程中的總線周期超時故障。當處理器訪問周期超過預先設定的門限時，即發(fā)生總線周期超時故障，該電路可產生中斷請求，同時結束當前訪問操作。
2．2 接口模塊
接口模塊完成和外圍設備進行通訊并完成數(shù)據交換的功能。接口設備包括USB接口，用于控制鼠標、鍵盤等外圍接口設備，RS422接口用于和指令發(fā)射機、圖像接收機等外部系統(tǒng)進行交聯(lián)。
2．3 顯示模塊
顯示模塊主要完成復合視頻的解碼、切換、疊加、壓縮及傳輸?shù)墓δ?。根據CPCI總線傳輸?shù)闹噶顚?路輸入視頻的其中之一疊加軌跡，并將疊加軌跡后的視頻與其它視頻壓縮后傳輸至FlexRay總線上；接收CPCI傳輸?shù)闹噶詈蛿?shù)據，生成儀表和參數(shù)等畫面，輸出LVDS顯示信號來驅動顯示屏。
2．4 通信模塊
通信模塊主要實現(xiàn)指揮控制計算機與車載電子系統(tǒng)之間的數(shù)據交換。以FlexRay總線作為互連和數(shù)據傳送的方式，這樣既有利于實現(xiàn)指揮控制計算機軟硬件的通用化、模塊化，同時有利于軟件升級和系統(tǒng)擴展，顯著提高軟硬件的可擴展性。
FlexRay是一種新型的高速串行總線標準，與傳統(tǒng)的CAN總線相比，F(xiàn)lexRay在通信速率、確定性、可靠性等多方面都有著更為優(yōu)越的性能，具有靈活的使用方式，支持多種網絡拓撲結構，負載率高，提供冗余機制的優(yōu)點。FlexRay總線與CAN總線相比具有以下優(yōu)勢：
(1)傳輸速率高。單通道可達10Mbps，雙通道高達20Mbps；CAN總線傳輸速率最高僅1 Mbps。
(2)支持雙通道。雙通道可單獨運行、并行運行或冗余運行；CAN只有一個通道，無冗余。
(3)支持最大數(shù)據幀長254字節(jié)；CAN總線支持最長數(shù)據幀僅8字節(jié)。
(4)MAC(Media Access Control)層采用TDMA(時分多路)方式，數(shù)據通信具有確定性；而CAN總線采用帶優(yōu)先級的CSMA／CA(沖突避免多路訪問方式)，無法保證通信確定性。
(5)支持星型、總線型、混合型等多種拓撲結構。
FlexRay網絡通訊協(xié)議主要體現(xiàn)在4個核心機制上：編碼與解碼、數(shù)據幀與特征符處理、媒體接入控制和時鐘同步，另外控制器主機接口為實現(xiàn)這些機制提供數(shù)據傳輸服務。FlexRay數(shù)據幀由幀頭部分、有效數(shù)據部分、幀尾部分組成。幀頭部分由5個字節(jié)組成，包括保留位、數(shù)據指示位、空幀指示位、同步幀指示位、幀ID、有效數(shù)據長度、頭部循環(huán)校驗CRC位和循環(huán)計數(shù)位；幀尾部分只含有單個的數(shù)據域，即一個24位的CRC(循環(huán)冗余)校驗碼。
主處理器把要發(fā)送到總線上的數(shù)據存入發(fā)送FlexRay消息緩沖器中，通過媒體接入控制，CRC校驗碼封裝成符合FlexRay協(xié)議的數(shù)據幀，再經過總線驅動器編碼送到總線上；同樣，總線上的數(shù)據經過總線驅動器解碼，數(shù)據幀被送到控制器中，通過幀ID過濾校驗和循環(huán)計算校驗，存入相應的消息緩沖器中。
2．5 電源模塊
電源模塊將供電系統(tǒng)提供的直流28V供電變換成計算機所需的各類電源；具有過流、短路保護功能，故障排除后輸出自動恢復等功能；具有過壓保護功能；具有過熱保護功能。電源電壓監(jiān)控：此外電源模塊還具有在線監(jiān)控功能。28V輸入電壓和+15V、-15V、+5V輸出電壓監(jiān)控。
3 指揮控制計算機的軟件設計
指揮控制計算機的軟件主要駐留在處理器模塊上，分為系統(tǒng)軟件、實時任務軟件、地面支持軟件三部分。軟件功能結構如圖2所示。
指揮控制計算機工作模式分為4種：實時模式、 監(jiān)控模式、在線編程模式、調試模式。實時模式下指揮控制計算機在操作系統(tǒng)調度下運行實時任務軟件；監(jiān)控模式下指揮控制計算機運行監(jiān)控軟件，可啟動測試軟件對硬件資源逐一進行測試；在線編程模式下指揮控制計算機可對其FLASH存儲器中固化的程序進行更新；調試模式下指揮控制計算機可與宿主機通過以太網進行聯(lián)機，在調試代理的支持下進行應用軟件的開發(fā)調試。指揮控制計算機工作模式選擇流程及啟動過程見圖3所示。
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