引 言
大规模集成电路和电子芯片的发展，使得车载电子设备的应用越来越广泛。车载电子设备不再仅仅局限于简单的数据采集和机械控制，已经发展到语音和图像、电子识别、远程无线控制、自动驾驶和智能交通的数据交互。车载电子设备之间的数据交互越来越复杂，早期采用的单一CAN总线很快被多CAN总线机制取代，但仍然不能满足电子设备之间的通信要求，更高通信速度和更高通信安全的车内总线成为汽车电子的迫切需求。FlexRayr总线是最近推出的一种先进高速串行同步和异步通信系统，具有故障容限，可提供500 kbps～10 Mbps的确定数据传输速率和24位CRC(循环冗余)校验码。其通信速度和安全机制均满足目前车内电子设备的需求。
本文介绍一种在数字信号处理器 C6202 上实现 FlexRay总线 的方法。FlexRay总线控制器选用英飞凌公司(Infineon Technology Inc．)的CIC310。CIC310采集总线上各个节点的通信数据，并对总线负载和总线容量进行检测和控制。DSP将各个节点数据进行处理，由于采用C62系列DSP，可以实现语音和图像信号处理的复杂算法。
1 FlexRay总线及其控制器CIC310
FlexRay总线规范的第2版(V2．1版)是一种全新的总线系统，提供了传统总线通信协议所不具有的一些特性。FlexRay总线支持2×10 Mbps的数据速率，与CAN协议相比，可用的带宽提高了10～40倍。除了支持高数据速率外，FlexRay总线也可以工作在较低的数据速率。速度低于1 Mbps时，允许支持传输总线结构；速度在1 Mbps以上时，不同的节点利用主动星型耦合器以点到点方式进行连接。在数据通信方式上，FlexRay总线同时支持分布式控制系统，并可补充CAN、LIN和面向媒体应用的MOST光学数据总线等主要车内网络标准。
FlexRay总线提供消息冗余传输或非冗余传输两种选择，系统可以进行优化，以提高可用性或吞吐量。用户无需调整现有节点中的软件就可以扩展整个系统；同时，支持总线或星型拓扑结构。FlexRay总线提供了大量配置参数，可以支持对系统进行调整，如通信周期的持续时间、消息长度等，以满足不同应用场合的需求。FlexRay总线在重负载下可以关闭部分节点，使其仅接收数据而不发送数据，减少数据重发次数，使得总线负载很快减轻。目前已有多家公司生产FlexRay总线控制器，例如恩智浦(NXP)半导体公司的TJAl080总线控制器、Freescale公司的MFR4200总线控制器等，这些总线控制器和外部数据接口均采用串口方式。而英飞凌公司的FlexRay总线控制器CIC310与外部设备以并口方式连接，具有较高的数据传输速率。
CIC310总线控制器的内部结构如图1所示。从图中可以看出，CIC310总线控制器主要由E—Ray模块、DMA模块、时钟管理模块、中断模块、内存、数据处理和校验模块，以及数据接口模块等组成。
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CIC310和总线接口有2个独立的收发通道，每个通道的数据传输速度可达10 Mbps。片内E—Ray模块主要负责总线数据的收发、总线和DMA模块的数据交互、向外设产生各种中断，以及实现数据读／写时钟的管理等。E—Ray模块一般经过数据滤波器，将一些广播帧和总线上其他用户的数据帧滤除后，将本用户的数据帧传输到CIC310片内的DMA模块，由DMA模块进行数据处理和数据校验(可以采用事先设定的数据系数进行处理)。处理后的数据可以通过3种接口方式传输到CPU，分别为SSC(Synchronous Serial Channel，同步串口通道)方式、MLI(Micro—Link Interface，微连接口)方式和XMU(De—multiplexer 8／16 bit Parallel Interface，非复用的8／16位并行接口)方式。其中SSC为一般的串口连接方式，具有连接简单和连接线少的特点，但数据传输速率较低；MLI接口方式为专用接口方式，一般可以和专用车载控制器连接，但通用控制芯片一般不能直接和MLI接口连接；XMU接口方式为并口连接方式，数据传输速度比串口方式快很多，但连接线较多。本文采用XMU接口方式和DSP进行连接，提高数据传输速率。
2 系统总体结构
系统总体结构由C6202、CIC310、AD／DA转换器以及Flash组成。其总体连接如图2所示。图中，C6202是核心控制单元；A／D转换器用于采集模拟信号，并转变成数字信号；D／A转换器将数字信号转换成模拟信号；Flash保存DSP所需要的程序，供DSP上电调用。此外，使用DSP的HPI接口连接到PC机，这样所有的总线数据均可以通过PC机存储和显示，PC机的数据也可以通过C6202发送到总线上。
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A／D转换器负责采集电子设备的数据，例如温度传感器数据、颜色传感器数据、语音信号、图像信号或者其他信号。 C6202 对这些数据处理后，将处理后的结果根据不同的情况通过CIC310发送到总线上的其他节点。相反，C6202通过CIC310读取总线上其他节点发送的数据帧，C6202对这些数据帧进行处理，将结果发送到D／A转换器，可以实现对本节点电子设备状态的控制。
CIC310和C6202之间采用EMIF接口实现。CIC310可以配置成8位、16位或者32位的数据接口方式，但CIC310只有16根数据总线，配置成32位接口方式需要2次数据读／写才能完成一个数据的传输。为了加快读／写速度，将CIC310配置成16位数据接口后，每个DSP芯片使用不同的片选信号就可以控制2个CIC3lO。而CIC310具有2个独立的收发通道，分别连接到总线A和总线B，这里一个DSP芯片就相当于可以控制4个总线收发器。CIC310和总线之间必须加上总线驱动器BD(BusDriver)，隔离总线电压和浪涌电流，避免损坏CIC310。C6202与2片CIC310的硬件连接如图3所示。使用C6202的EMIF接口连接CIC310，EMIF、接口是DSP的外部存储器接口(External Memory Interface)，可以方便地与外部Flash、异步SRAM等设备连接。本系统的CIC310控制器模块 FlexRay总线 协议，其最高数据传输速率为10 Mbps，C6202的EMIFS接口适合满足其速度要求。
CIC310和C6202的EMIF连接，CIC310作为C6202的外部16位从异步设备。由于C6202的内部数据总线宽度为32位，而CIC310的数据总线宽度为16位。为此，将每个32位数据分成2个16位数据传输。当CIC310有数据上传时，使用PO．0引脚发送中断信号到C6202的外部中断引脚Ext_INT4，C6202根据当前自身的工作情况来处理和CIC310的通信；C6202也可以使用通用GPl0引脚控制CIC3lO的复位信号PORST，当连续多次未收到CIC310的响应信号时，C6202可以软件复位CIC310，从而避免通信的互锁现象。
3 ClC310和C6202的软件设计
C6202和CIC310的数据通信流程如图4所示。系统初始化后，C6202判断当前是否有数据读／写。数据读操作是通过判断是否有挂起的外部中断，该中断由CIC310产生，CIC310收到总线数据和广播帧后，首先滤除非本地数据帧和不必传输的广播帧，如果存在需要上报的广播帧或者本地数据帧都将发出该中断到C6202；数据写操作是通过判断上层程序是否有数据发的软件中断，如果有则通过EMIF接口发送到CIC310。无数据读／写情况下，C6202将定期检测CIC310，以便确定总线负载容量，以及CIC310是否正常工作。也可以根据需要，将CIC310设置到低功耗或者旁通BYPASS状态。如果读取的数据的校验错误较多，表明总线上当前的信道噪声很大或者CIC310的总线被干扰出现紊乱，C6202通过I／0口设置总线保护使能，也就是使CIC310的BGEB引脚为高。这样CIC310就停止向总线发送一切数据，避免在低信噪比情况下多次重复发送同样的数据，缩短无效通信时间。等待总线负载下降后，DSP重新将BGEB引脚设置为低，恢复该节点的CIC310，进入正常数据收发状态。
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结 语
本文详细介绍了基于C6202和CIC310的总线控制器连接设计方法，使用C6202的EMIF接口连接总线控制器CIC310，实现FlexRay总线的数据收发。使用CIC310模块的并口对数据操作，整个系统连接简单，实用性强。
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