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第1章 概述1

1.1 实时系统中的问题2

1.1.1 信息技术系统2

1.1.2 实时系统及其分类2

1.1.3 分布式实时系统的复杂性4

1.1.4 “时间触发”和“事件触发”互动范式5

1.1.5 数字总线系统6

1.2 现有嵌入式系统多路传输网络的局限性7

1.2.1 CAN的发展历程7

1.2.2 CAN的局限性8

1.2.3 CAN在概率特征和确定性方面的解决方案9

1.2.4 TTCAN协议11

1.3 线控系统的兴起15

1.3.1 X-by-Wire15

1.3.2 高级应用需求16

1.3.3 高级功能需求18

1.4 FlexRay的起源及发展历史20

1.4.1 FlexRay联盟的成立20

1.4.2 FlexRay的目标22

1.4.3 FlexRay的发展历史25

1.5 FlexRay操作梗概及特点26

1.5.1 FlexRay协议的基本操作原理26

1.5.2 FlexRay通信的层次和整体形式28

1.5.3 FlexRay的主要特点31

1.6 FlexRay的应用前景分析与展望31

1.6.1 FlexRay与ISO32

1.6.2 FlexRay的用途32

1.6.3 其他行业中的FlexRay33

习题34

第2章 全局时间同步35

2.1 时间与时间标准35

2.1.1 顺序及其分类36

2.1.2 时间标准37

2.2 时钟39

2.2.1 数字物理时钟39

2.2.2 参考时钟41

2.2.3 时钟漂移41

2.2.4 时钟的失效模式42

2.2.5 时钟精密度与准确度42

2.2.6 实际应用中的时钟微节拍43

2.3 全局时间及其测量44

2.3.1 全局时间的概念45

2.3.2 时间间隔测量47

2.3.3 π／△-领先47

2.3.4 时间测量的基本限制48

2.4 密集时基与稀疏时基49

2.4.1 密集时基49

2.4.2 稀疏时基50

2.4.3 时空点阵51

2.4.4 时间的循环表示形式51

2.5 内部时钟同步52

2.5.1 同步条件52

2.5.2 中央主节点同步算法54

2.5.3 分布式容错同步算法55

2.5.4 状态修正与速率修正59

2.6 外部时钟同步59

2.6.1 运行原理59

2.6.2 时间格式60

2.6.3 时间网关61

习题61

第3章 实时系统调度63

3.1 实时调度问题63

3.1.1 任务模型64

3.1.2 时间约束65

3.1.3 调度算法的分类66

3.1.4 可调度性分析70

3.2 最坏情况执行时间76

3.2.1 任务的分类77

3.2.2 任务的最坏情况执行时间78

3.3 静态调度82

3.3.1 时间在静态调度中的作用83

3.3.2 搜索树在静态调度中的应用83

3.3.3 静态调度表灵活性的增强方法84

3.4 动态调度86

3.4.1 独立任务的调度86

3.4.2 非独立任务的调度89

3.5 其他可供选择的调度策略94

3.5.1 分布式系统的调度94

3.5.2 反馈调度95

习题95

第4章 FlexRay协议97

4.1 通道与循环97

4.1.1 通信通道97

4.1.2 通信循环98

4.2 段与时隙99

4.2.1 采用静态段和动态段的理念100

4.2.2 时隙和微时隙100

4.2.3 静态段与时隙104

4.2.4 动态段与微时隙105

4.3 通信帧107

4.3.1 通信帧格式108

4.3.2 在时隙和微时隙中逻辑数据帧的封装和编码111

4.3.3 帧在静态段和动态段的传输113

4.4 符号窗122

4.5 网络空闲时间123

习题124

第5章 FlexRay协议的媒体访问控制125

5.1 分布式系统中的通信调度126

5.1.1 分布式系统中的任务分配问题126

5.1.2 通信调度126

5.1.3 时钟驱动通信法127

5.1.4 基于固定优先级的通信法130

5.2 FlexRay中的通信调度131

5.2.1 优先级分配策略132

5.2.2 调度问题的分类133

5.2.3 调度算法134

5.3 任务的定义135

5.4 通信循环的执行138

5.4.1 帧ID的含义138

5.4.2 仲裁网格层139

5.5 传输和媒体访问条件141

5.5.1 静态段期间的传输和媒体访问条件141

5.5.2 动态段期间的传输和媒体访问条件141

5.5.3 动态段和CAN协议在媒体访问方面的相似性145

5.5.4 关于双通道应用的补充说明146

5.6 应用实例147

5.6.1 宝马X5中的自适应驱动系统148

5.6.2 FlexRay系统的参数149

5.6.3 已实施的选择150

5.6.4 本地参数和网络参数小结153

习题154

第6章 FlexRay物理层155

6.1 FlexRay信号的创建和发送155

6.1.1 信号的创建156

6.1.2 线路驱动器及其发送输出电路158

6.2 媒体与FlexRay信号传输161

6.2.1 媒体161

6.2.2 信号传播162

6.2.3 与信号传播有关的影响163

6.3 拓扑结构及其对网络性能的影响165

6.3.1 拓扑结构的应用理念165

6.3.2 网络拓扑结构参数165

6.3.3 信号完整性166

6.3.4 单通道和双通道型结构的特点167

6.4 FlexRay的拓扑结构169

6.4.1 点对点连接169

6.4.2 无源线性总线连接169

6.4.3 带支线无源线性总线连接170

6.4.4 无源星连接171

6.4.5 有源星连接172

6.4.6 拓扑结构应用实例174

6.5 FlexRay信号的接收177

6.5.1 不对称效应177

6.5.2 在帧发送和帧接收开始时的特殊影响179

6.5.3 完整发送接收链的截短效应小结180

6.6 通信控制器对收到信号的处理182

6.6.1 二进制流的采集183

6.6.2 干扰或噪声的抑制183

6.6.3 二进制匹配184

6.7 误码率184

6.7.1 眼图184

6.7.2 信号完整性、眼图和BER之间的关系189

6.8 网络性能的建模与仿真193

6.8.1 网络元素的建模193

6.8.2 仿真196

习题198

第7章 FlexRay时间同步200

7.1 全局时间概念在FlexRay中的应用200

7.1.1 网络启动阶段201

7.1.2 位时间202

7.1.3 FlexRay的时间层次203

7.1.4 全局时间与本地时间206

7.2 FlexRay-TDMA型网络中的同步206

7.2.1 问题的提出206

7.2.2 网络时间同步方面的要求208

7.3 节点间同步问题的解决方案210

7.3.1 确保网络节点时间同步的方法210

7.3.2 时间偏差测量212

7.3.3 持续时间测量214

7.3.4 “多合一”测量215

7.3.5 偏差和速率修正值计算216

7.4 修正值的应用和实现219

7.4.1 偏差与偏差修正219

7.4.2 速率与速率修正220

7.4.3 何处、何时及如何应用修正220

7.4.4 时间层级的补充说明223

习题224

第8章 网络唤醒、启动和错误管理226

8.1 网络唤醒226

8.1.1 节点唤醒过程226

8.1.2 唤醒模式227

8.2 网络启动228

8.2.1 常规网络启动228

8.2.2 TT-E和TT-L同步模式232

8.3 错误管理234

8.3.1 错误管理的理念234

8.3.2 降级模式234

8.3.3 协议的状态转换235

8.3.4 通道和通信帧上的错误236

习题236

第9章 典型节点结构与网络电子组件238

9.1 FlexRay节点结构238

9.1.1 节点的主要组成部分238

9.1.2 处理器和协议管理器的架构240

9.2 网络的电子组件242

9.2.1 FlexRay协议管理器243

9.2.2 线路驱动器246

9.2.3 有源星251

9.3 电磁兼容性及其测量255

9.3.1 电缆端接256

9.3.2 端接方法比较257

9.4 静电放电保护258

9.4.1 测试的严酷度要求258

9.4.2 静电放电测试设备258

9.4.3 静电放电抗扰性测试设备的主要性能要求259

9.4.4 测试方法259

9.5 一致性测试260

9.6 总线监控器261

9.6.1 初级集中式总线监控器规范261

9.6.2 初级节点总线监控器规范262

习题263

第10章 FlexRay系统的开发、集成、分析和测试264

10.1 V模式开发流程264

10.1.1 V模式264

10.1.2 汽车行业V模式开发流程265

10.1.3 车载总线系统开发流程的分级267

10.2 FlexRay总线仿真与测试工具268

10.2.1 网络设计工具269

10.2.2 仿真验证工具272

10.2.3 通信分析工具274

10.2.4 测试与诊断工具275

10.2.5 通信网络错误仿真工具275

10.2.6 ECU内部参数标定和测量工具276

10.3 CANoe的FlexRay协议特征277

10.3.1 仿真平台的时间同步277

10.3.2 其他语言程序的应用279

10.3.3 CANoe中的实时280

10.4 FlexRay通信在汽车逻辑控制器中的实现281

10.4.1 AUTOSAR联盟282

10.4.2 AUTOSAR系统中的功能分析、虚拟功能总线282

10.4.3 虚拟到现实的转变284

10.4.4 AUTOSAR的FlexRay通信栈285

习题287

附录A FlexRay协议官方文件288

附录B FlexRay协议主要参数290

附录C CAN和FlexRay的差异298

附录D 缩写语301

参考文献304