為提高集成架構中車電總線通信速率，結合綜合化處理系統項目要求，采用雙總線結合的方式，利用CAN總線和FlexRay總線實現功能及搭配上的互補，提出一種基于現場可編程門陣列(FPGA)的總線接口單元設計方案。通過FPGA完成CAN總線控制器、FlexRay總線控制器、RapidIO總線接口等模塊功能，實現高速接口的控制和擴展，并使模塊接口具備可配置能力。測試結果表明，CAN接口及FlexRay接口在指定的波特率下均工作正常，滿足項目要求的各項性能指標。

1 概述

　　CAN總線是一種有效地支持分布式控制或者實時控制的串行通信網絡，具有多主機、高性能以及高可靠性。然而隨著汽車電子技術的發展，早期的CAN總線已經不能很好地解決眾多電子設備之間的實時通信問題。由FlexRay聯盟制定的FlexRay協議標準成為一種理想的解決方案。FlexRay通訊協議運用于可靠的車內網絡中，是一種具備故障容錯的高速汽車總線系統。作為一種靈活的車載網絡系統，FlexRay具有高速、可靠及安全的特點，它不僅能簡化車載通信系統的架構，而且有助于汽車電子單元獲得更高的穩定性和可靠性。FlexRay在物理上通過2條分開的總線進行通信，每一條的數據速率是10 Mb/s。CAN網絡最高性能極限為1Mb/s，而FlexRay總數據速率可達20Mb/s。FlexRay還能夠提供很多網絡所不具有的可靠性特點，尤其是FlexRay具備的冗余通信能力，通過硬件可實現完全復制網絡配置，并進行進度監測。CAN總線和FlexRay總線兩者在功能及搭配上可實現互補。FPGA在數字電路設計上非常靈活且性能強大，在不改變外圍電路的情況下，可以編寫不同的片內電路邏輯，以實現不同功能或進行功能擴展。

本文提出的車電總線接口單元綜合考慮用戶的具體需求，保留CAN總線作為衛星導航設備接口總線，其余接口總線采用高速的FlexRay總線，既兼容較低速接口的通信速率要求，又滿足高速總線接口的需要，將CAN和FlexRay總線結合在一起，基于FPGA，使成本與效益最大化。

2 車電總線架構

　　本文綜合化處理系統項目中處理系統采用多處理器結構，板間通信數據量較大。若采用PCI總線進行信號傳輸則由于PCI總線帶寬有限，當數據量較大時容易形成通信瓶頸，且PCI總線不支持點對點傳輸。若選用以太網，則傳輸速率較低，軟件開銷較大，且高帶寬帶來的高成本使它在系統內互連時缺乏吸引力。結合項目采用高速實時總線的具體要求，最終選擇基于VPX架構的RapidIO總線進行通信傳輸。VPX總線采用高速串行總線技術替代VME總線的并行總線技術，支持更高的背板帶寬。其交換式結構使得系統整體性能不再受主控板的控制，提高了系統的整體性能。通過串行RapidIO(SRIO)轉換，完成了RapidIO-CAN、RapidIO-FlexRay協議轉換功能，實現了車電總線與任務總線(RapidIO)的無縫連接，進而滿足了處理系統項目高速、多處理器、實時的通信傳輸要求。

2.1 CAN技術
　　控制器局部網(ControllerAreaNetwork,CAN)屬于現場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。CAN的應用范圍遍及從高速網絡到低成本的多線路網絡。

(1) CAN的分層結構
　　CAN遵從OSI模型，按照OSI基準模型，CAN結構劃分為2層：數據鏈路層和物理層[3-4]，如圖1所示。

圖1 CAN分層結構

按照IEEE802.2和802.3標準，數據鏈路層又劃分為邏輯鏈路控制和媒體訪問控制；物理層又劃分為物理信令、物理媒體附屬裝置和媒體相關接口。其中，邏輯鏈路控制子層為數據傳遞和遠程數據請求提供服務；訪問媒體控制子層的功能主要是傳送規則，即控制幀結構、執行仲裁、錯誤檢驗、出錯標定和故障界定。

(2) CAN總線的主要特點
　　CAN為多主工作方式，網絡上的任意節點在任意時刻都可以主動地向其他節點發送信息，不分主從，方式靈活。其采用非破壞性的總線仲裁技術，可以進行點對點、一點對多點和全域廣播方式傳遞信息，多點同時發送信息時，按優先級順序通信，節省總線沖突仲裁時間，避免網絡癱瘓。報文傳送采用短幀數據結構，傳輸時間短，抗干擾能力強，檢錯效果好。網絡節點在錯誤嚴重的情況下可以自動關閉輸出功能，脫離網絡，實現了標準化、規范化[6].

2.2 FlexRay技術
(1) FlexRay分層結構
　　FlexRay的分層結構由物理層、傳輸層、表示層及應用層組成。物理層定義了信號的實際傳輸方式，包括在時域上檢測通信控制器故障的功能；傳輸層是FlexRay協議的核心，它的功能是從表示層獲得節點要發送的信息和把網絡上接收的信息傳送給表示層；表示層完成信息過濾、信息狀態處理以及通道控制器與主機的接口；應用層由應用系統定義。