一種FlexRay總線節(jié)點(diǎn)匹配電阻的優(yōu)化方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種FlexRay總線節(jié)點(diǎn)匹配電阻的優(yōu)化方法及裝置，屬于數(shù)據(jù)總線通信技術(shù)領(lǐng)域；在本發(fā)明中，通過該裝置對FlexRay總線施加激勵信號，通過測量和計算FlexRay總線節(jié)點(diǎn)的電壓信號，并結(jié)合FlexRay總線的分布參數(shù)模型，獲得關(guān)于FlexRay總線的最佳匹配阻抗。本發(fā)明可以有效提高FlexRay總線信號通信的質(zhì)量，降低數(shù)據(jù)通信過程中的誤碼率，確保FlexRay總線數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定性與可靠性。
【專利說明】
-種FI exRay總線節(jié)點(diǎn)匹配電阻的優(yōu)化方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)總線通信技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種FlexRay總線節(jié)點(diǎn)匹配電阻的優(yōu)化 方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽車電子已成為汽車行業(yè)的一個重要市場，而汽車電子行業(yè)最大的熱點(diǎn)就是網(wǎng)絡(luò) 化。如今的汽車已然是一個移動式的信息裝置，通過車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可W接收、發(fā)送并處理 大量的數(shù)據(jù)，對某些狀況做出必要的反應(yīng)。未來汽車的發(fā)展趨勢必然是自動化程度越來越 高，使汽車更安全、更可靠、更舒適，運(yùn)意味著在車內(nèi)使用更多的傳感器、傳動裝置及電子控 制單元，運(yùn)也將對車載網(wǎng)絡(luò)提出更高的要求。針對未來汽車車載網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展要求，F(xiàn)lexRay 應(yīng)運(yùn)而生。FlexRay關(guān)注的是當(dāng)今汽車行業(yè)的一些核屯、需求，包括更快的數(shù)據(jù)速率，更靈活 的數(shù)據(jù)通信，更全面的拓?fù)溥x擇和容錯運(yùn)算等。FlexRay的出現(xiàn)，彌補(bǔ)了既有總線協(xié)議應(yīng)用 在汽車線控系統(tǒng)或者同安全相關(guān)的系統(tǒng)時容錯性和傳輸速率太低的不足，并將逐步取代 CAN總線成為新一代的汽車總線。
[0003] 對FlexRay的要求是，在電氣和機(jī)械電子元件之間提供可靠、實(shí)時和非常高效的數(shù) 據(jù)傳輸。FlexRay總線每個通道的最大數(shù)據(jù)傳輸率為lOMBit/s，因此FlexRay是一個非常高 速的系統(tǒng)。但是，如果FlexRay總線的阻抗匹配沒有設(shè)計好，則會導(dǎo)致數(shù)據(jù)通信信號質(zhì)量下 降，過高的誤碼率將導(dǎo)致整個FlexRay總線系統(tǒng)通信效率大幅度下降，甚至導(dǎo)致整個 FlexRay總線不能正常工作。
[0004] 綜上所述，急需發(fā)明一種能夠提高FlexRay總線信號通信質(zhì)量，降低誤碼率的阻抗 匹配的優(yōu)化方法，W全面提高FlexRay總線的可靠性與穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種FlexRay總線節(jié)點(diǎn)匹配電阻的優(yōu)化方法及 裝置，通過該裝置對FlexRay總線施加激勵信號，通過測量和計算FlexRay總線節(jié)點(diǎn)的電壓 信號，并結(jié)合FlexRay總線的分布參數(shù)模型，獲得關(guān)于FlexRay總線的最佳匹配阻抗。該方法 可W有效提高FlexRay總線信號通信質(zhì)量，降低數(shù)據(jù)通信過程中的誤碼率，確保FlexRay總 線數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定性與可靠性。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] 一種FlexRay總線節(jié)點(diǎn)匹配電阻的優(yōu)化方法，包括W下步驟：
[000引 Sl:將IM~IOMHz的化i巧碼信號源依次激勵FlexRay總線的每個節(jié)點(diǎn)；
[0009] S2:當(dāng)化i巧碼信號源激勵FlexRay總線某個節(jié)點(diǎn)時，高速AD轉(zhuǎn)換器在同步信號 SYNC的作用下，依次采集其他所有FlexRay總線節(jié)點(diǎn)的差分信號；
[0010] S3:根據(jù)實(shí)際的FlexRay物理總線節(jié)點(diǎn)分布，構(gòu)建FlexRay總線的分布參數(shù)模型； [OOW S4:將實(shí)際采集的數(shù)據(jù)，代入FlexRay總線的分布參數(shù)模型，計算獲得FlexRay總線 各個節(jié)點(diǎn)的終端匹配電阻。
[001 ^ 進(jìn)一步，在步驟SI中，具體包括；
[001引 Sll:所述IM~IOMHz的Chi巧碼信號源，該信號源的表達(dá)式為：
[0014]
"5
[001引其中化i巧碼信號源的帶寬B為lOMHz，持續(xù)時間T為10uS，t為時間變量，cos(.)為 余弦函數(shù)；
[0016] S12:當(dāng)IM~IOMHz的化i巧碼信號源輸出激勵FlexRay總線節(jié)點(diǎn)時，輸出相應(yīng)的同 步信號SYNC。
[0017] 進(jìn)一步，在步驟S4中，具體包括：
[001引 S41:根據(jù)化i巧碼信號源的特性，分別代入不同F(xiàn)lexRay節(jié)點(diǎn)的測量參數(shù)，通過W 下公式（2)計算得到謹(jǐn)化、21化、31化、...、101化的共計10組3、6數(shù)值：[曰1，61]，[曰2,62]，---， [aio ,bio]；
[0019]
(2)
[0020] 式(2)中，Uoc為FlexRay總線節(jié)點(diǎn)處的電壓信號，U為IMHz~IOMHz的Chirp碼激勵信 號，L為FlexRay總線節(jié)點(diǎn)距離激勵信號的距離，cosK .)是雙曲余弦函數(shù)，cos(.)為余弦函 數(shù)；
[0021] S42:根據(jù)公式(3)，分別代入10組的a、b數(shù)值：[曰1，61]，[曰2瓜]，。'，[曰1日，131日]，計算 得到 10組R〇、L〇、C〇、G日的分布參數(shù),分別記為[R01，L01，C01，G01]，[R02，L02，C02，G02]，'''，[R010， Loio,Coio,Goio]；
[0022]
巧）
[0023] 式(3)中f為a, b數(shù)值對應(yīng)的頻率，Ro為單位線段電阻、Lo為單位線段電感、Co為單位 線段的差分禪合電容、Go為單位差分線段的漏電導(dǎo)；
[0024] S43:分別代入[31，61]、[32瓜]和與之對應(yīng)的頻率'，通過公式(3)建立方程組，求 解即可得到[R0l,L0l ,C0l,G0l]，然后代入[a2,b2]，[曰3 ,b3]，求解即可得到[R02,L02,C02 ,G02]，W 此類推，最后代入[ai日,bio]，[ai ,bi]，求解即可得到[Rolo, Loio, Coio ,Golo];
[002引 S44:根據(jù)FlexRay總線的通信頻率f，代入相應(yīng)通信頻率對應(yīng)的則心、抗、60參數(shù)， 應(yīng)用戴維南等效原理將FlexRay總線節(jié)點(diǎn)的外圍電路等效化簡為二端口網(wǎng)絡(luò)模型，從而計 算得到FlexRay總線節(jié)點(diǎn)的等效匹配電阻。
[00%]本發(fā)明還提供了一種FlexRay總線節(jié)點(diǎn)匹配電阻的優(yōu)化裝置，包括高速AD轉(zhuǎn)換器、 高速DAC轉(zhuǎn)換器、高速運(yùn)放、現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA和微控制器STM32F407;
[0027] FlexRay總線測試裝置的現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA輸出IMHz~IOMHz的化i巧碼信 號經(jīng)高速DAC轉(zhuǎn)換器和運(yùn)放驅(qū)動后，作為FlexRay總線的激勵信號，同時輸出化i巧碼的同步 信號SYNC;
[002引高速AD轉(zhuǎn)換器在化i巧碼的同步信號SYNC作用下，通過高速AD控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)采 樣，采樣結(jié)果放在現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA內(nèi)部的高速雙口 RAM中；
[0029] 微控制器STM32F407讀取采樣數(shù)據(jù)結(jié)果，在內(nèi)部完成FlexRay總線的分布參數(shù)計算 和節(jié)點(diǎn)匹配電阻的優(yōu)化計算。
[0030] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明采用了一種FlexRay總線節(jié)點(diǎn)匹配電阻優(yōu)化的方 法，通過裝置發(fā)射有特定頻率的化i巧碼信號，測試FlexRay總線節(jié)點(diǎn)的電壓分布，再結(jié)合 FlexRay總線的物理模型，計算獲得FlexRay總線的分布參數(shù)，最后應(yīng)用戴維南等效原理對 FlexRay總線進(jìn)行簡化，從而計算獲得FlexRay總線的等效匹配阻抗電阻。該方法可W獲得 較為準(zhǔn)確的FlexRay總線節(jié)點(diǎn)的匹配電阻，有效改善了根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇匹配電阻的傳統(tǒng)方法， 從而提高了 FlexRay總線的通信質(zhì)量，顯著降低了 FlexRay總線的誤碼率等問題。
【附圖說明】
[0031] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行 說明：
[0032] 圖1為本發(fā)明所述方法的流程示意圖；
[0033] 圖2為FlexRay總線的分布參數(shù)模型；
[0034] 圖3為FlexRay總線分布參數(shù)測試示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0036] 圖1為本發(fā)明所述方法的流程示意圖，如圖所示，在FlexRay總線節(jié)點(diǎn)匹配電阻優(yōu) 化過程中，包括W下步驟：
[0037] 步驟一：測試裝置將IM~IOMHz的化i巧碼信號源依次激勵FlexRay總線的每個節(jié) 占.
[003引在步驟一中采用的IM~IOMHz的化i巧碼信號源的表達(dá)式為
[0039]
(1)
[0040] 其中化i巧碼信號源的帶寬B為lOMHz，持續(xù)時間T為10uS，t為時間變量，cos(.)為 余弦函數(shù)；當(dāng)IM~IOMHz的化i巧碼信號源輸出激勵FlexRay總線節(jié)點(diǎn)時，輸出相應(yīng)的同步信 號SYNC。
[0041] 步驟二：當(dāng)化i巧碼信號源激勵FlexRay總線的節(jié)點(diǎn)時，高速AD轉(zhuǎn)換器在同步信號 SYNC的作用下，依次采集其他所有FlexRay總線節(jié)點(diǎn)的差分信號；
[0042] 步驟S:根據(jù)實(shí)際的FlexRay物理總線節(jié)點(diǎn)分布，構(gòu)建FlexRay總線的分布參數(shù)模 型。具體做法是根據(jù)實(shí)際的FlexRay物理總線長度，材質(zhì)和節(jié)點(diǎn)分布，構(gòu)建FlexRay總線的分 布參數(shù)模型，Ro為單位線段電阻、Lo為單位線段電感、Co為單位線段的差分禪合電容、Go為單 位差分線段的漏電導(dǎo)；圖2為FlexRay總線的分布參數(shù)模型。
[0043] 步驟四：將實(shí)際采集的數(shù)據(jù)，代入FlexRay總線的分布參數(shù)模型，計算獲得FlexRay 總線各個節(jié)點(diǎn)的終端匹配電阻。具體的方法是：
[0044] 1)通過W下公式（2)計算得到lMHz、2MHz、3MHz、…、IOMHz的共計10組a、b數(shù)值： [ai'bi]，[a2,b2]，...，[aio,bio];
[0045]
，2)
[0046] 式(2)中，Uoc為FlexRay總線節(jié)點(diǎn)處的電壓信號，U為IMHz~IOMHz的Chirp碼激勵信 號，L為FlexRay總線節(jié)點(diǎn)距離激勵信號的距離，cosh(.)是雙曲余弦函數(shù)，cos(.)為余弦函 數(shù)；
[0047] 2):根據(jù)公式(3)，分別代入10組的3、6數(shù)值：[日1也]，[日2啦]，。'，[日1日，131日]，計算得 到10組3日、1^日、〔日、(}日的分布參數(shù)，分別記為陽日1山1,〔日1,6日1]，巧日2,1日2,〔日2,6日2]，。'，陽日1日,1〇10, Coio,Goio]；
[004引
巧)
[0049] 式(3)中f為a, b數(shù)值對應(yīng)的頻率，Ro為單位線段電阻、Lo為單位線段電感、Co為單位 線段的差分禪合電容、Go為單位差分線段的漏電導(dǎo)；
[0050] 3):分別代入[曰1，61]、[曰2,62]和與之對應(yīng)的頻率'，通過公式(3)建立方程組，求解 即可得到陽〇1,1^01,抗1,6〇1]，然后代入[曰2,62]，[曰3,63]，求解即可得到陽02山2,抗2,6〇2]，從此 類推，最后代入[曰1日,131日]，[曰1,131]，求解即可得到陽日1日,1^日1日,〔日1日,6日10];
[00川 4):根據(jù)。16成曰7總線的通信頻率'，代入相應(yīng)通信頻率對應(yīng)的獻(xiàn)心、抗、6日參數(shù)，應(yīng) 用戴維南等效原理將FlexRay總線節(jié)點(diǎn)的外圍電路等效化簡為二端口網(wǎng)絡(luò)模型，從而計算 得到FlexRay總線節(jié)點(diǎn)的等效匹配電阻。圖3為FlexRay總線分布參數(shù)測試示意圖。
[0052]最后說明的是，W上優(yōu)選實(shí)施例僅用W說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通 過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可W在 形式上和細(xì)節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種FI exRay總線節(jié)點(diǎn)匹配電阻的優(yōu)化方法，其特征在于:包括以下步驟： S1:將1M~10MHz的Chirp碼信號源依次激勵FlexRay總線的每個節(jié)點(diǎn)； S2:當(dāng)Chirp碼信號源激勵FlexRay總線的某個節(jié)點(diǎn)時，高速AD轉(zhuǎn)換器在同步信號SYNC 的作用下，依次采集其他所有FlexRay總線節(jié)點(diǎn)的差分信號； S3:根據(jù)實(shí)際的FlexRay物理總線節(jié)點(diǎn)分布，構(gòu)建FlexRay總線的分布參數(shù)模型； S4:將實(shí)際采集的數(shù)據(jù)代入FlexRay總線的分布參數(shù)模型，計算獲得FlexRay總線各個 節(jié)點(diǎn)的終端匹配電阻。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種FlexRay總線節(jié)點(diǎn)匹配電阻的優(yōu)化方法，其特征在于：在 步驟S1中，具體包括： SI 1:所述1M~10MHz的Chirp碼信號源，該信號源的表達(dá)式為：其中Chirp碼信號源的帶寬B為10MHz，持續(xù)時間T為1 OuS，t為時間變量，cos (.)為余弦 函數(shù)； S12:當(dāng)1M~10MHz的Chirp碼信號源輸出激勵FlexRay總線節(jié)點(diǎn)時，輸出相應(yīng)的同步信 號SYNC〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種FlexRay總線節(jié)點(diǎn)匹配電阻的優(yōu)化方法，其特征在于：在 步驟S4中，具體包括： S41:根據(jù)Chirp碼信號源的特性，分別代入不同F(xiàn)lexRay節(jié)點(diǎn)的測量參數(shù)，通過以下公 式（2)計算得到 1ΜΗζ、2ΜΗζ、3ΜΗζ、…、10MHz的共計 10組a、b數(shù)值：[atbi]，[a2，b2]，···，[a10， bio]；式⑵中，U。。為FlexRay總線節(jié)點(diǎn)處的電壓信號，U為1MHz~10MHz的Chirp碼激勵信號，L 為FlexRay總線節(jié)點(diǎn)距離激勵信號的距離，cosh(.)是雙曲余弦函數(shù)，cos(.)為余弦函數(shù)； S42:根據(jù)公式(3)，分別代入10組的a、b數(shù)值：[&1，131]，[&2，13 2]，'"，[&1()，131()]，計算得到 10組R〇、L〇、C()、G()的分布參數(shù)，分別記為[R〇l，L〇l，C〇l，G〇l]，[R〇2，Lq2，C〇2，Gq2]，…，[Rqiq, Loio， Coio,Goio]；式(3)中f為a，b數(shù)值對應(yīng)的頻率，Ro為單位線段電阻、Lo為單位線段電感、Co為單位線段 的差分耦合電容、Go為單位差分線段的漏電導(dǎo)； S43:分別代入[a1，b1]、[a2，b2]和與之對應(yīng)的頻率f，通過公式⑶建立方程組，求解即可 得到[Roi，Loi，Coi，Goi]，然后代入[a2，b2]，[a3，b3]，求解即可得到[R〇2，Lq2，C〇2，Gq2]，以此類 推，最后代入[aio，bio]，[ai，bi]，求解即可得到[Roio，Loio，Coio，Goio]; S44:根據(jù)FlexRay總線的通信頻率f，代入相應(yīng)通信頻率對應(yīng)的辦、1^、0)、6()參數(shù)，應(yīng)用戴 維南等效原理將FlexRay總線節(jié)點(diǎn)的外圍電路等效化簡為二端口網(wǎng)絡(luò)模型，從而計算得到 FlexRay總線節(jié)點(diǎn)的等效匹配電阻。4. 一種FlexRay總線節(jié)點(diǎn)匹配電阻的優(yōu)化裝置，其特征在于:包括高速AD轉(zhuǎn)換器、高速 DAC轉(zhuǎn)換器、高速運(yùn)放、現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA和微控制器STM32F407; FlexRay總線信號測試裝置的現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA輸出數(shù)據(jù)經(jīng)高速DAC轉(zhuǎn)換器和 運(yùn)放驅(qū)動后得到1 MHz~1 OMHz F1 e xRay總線的Ch i rp碼信號源，同時輸出Ch i rp碼的同步信 號SYNC; 高速AD轉(zhuǎn)換器在Chirp碼的同步信號SYNC作用下，通過高速AD控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，采 樣結(jié)果放在現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA內(nèi)部的高速雙口 RAM中； 微控制器STM32F407讀取采樣數(shù)據(jù)結(jié)果，在內(nèi)部完成FlexRay總線的分布參數(shù)計算和節(jié) 點(diǎn)匹配電阻的優(yōu)化計算。
【文檔編號】H04L25/02GK105827554SQ201610136995
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月10日
【發(fā)明人】王平, 杜煒, 李娜, 李剛健, 謝解解, 江金洋
【申請人】重慶大學(xué)