一种FlexRay总线节点匹配电阻的优化方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种FlexRay总线节点匹配电阻的优化方法及装置，属于数据总线通信技术领域；在本发明中，通过该装置对FlexRay总线施加激励信号，通过测量和计算FlexRay总线节点的电压信号，并结合FlexRay总线的分布参数模型，获得关于FlexRay总线的最佳匹配阻抗。本发明可以有效提高FlexRay总线信号通信的质量，降低数据通信过程中的误码率，确保FlexRay总线数据通信的稳定性与可靠性。
【专利说明】
-种FI exRay总线节点匹配电阻的优化方法及装置
技术领域
[0001] 本发明属于数据总线通信技术领域，设及一种FlexRay总线节点匹配电阻的优化 方法及装置。
【背景技术】
[0002] 汽车电子已成为汽车行业的一个重要市场，而汽车电子行业最大的热点就是网络 化。如今的汽车已然是一个移动式的信息装置，通过车内网络系统，可W接收、发送并处理 大量的数据，对某些状况做出必要的反应。未来汽车的发展趋势必然是自动化程度越来越 高，使汽车更安全、更可靠、更舒适，运意味着在车内使用更多的传感器、传动装置及电子控 制单元，运也将对车载网络提出更高的要求。针对未来汽车车载网络的发展要求，FlexRay 应运而生。FlexRay关注的是当今汽车行业的一些核屯、需求，包括更快的数据速率，更灵活 的数据通信，更全面的拓扑选择和容错运算等。FlexRay的出现，弥补了既有总线协议应用 在汽车线控系统或者同安全相关的系统时容错性和传输速率太低的不足，并将逐步取代 CAN总线成为新一代的汽车总线。
[0003] 对FlexRay的要求是，在电气和机械电子元件之间提供可靠、实时和非常高效的数 据传输。FlexRay总线每个通道的最大数据传输率为lOMBit/s，因此FlexRay是一个非常高 速的系统。但是，如果FlexRay总线的阻抗匹配没有设计好，则会导致数据通信信号质量下 降，过高的误码率将导致整个FlexRay总线系统通信效率大幅度下降，甚至导致整个 FlexRay总线不能正常工作。
[0004] 综上所述，急需发明一种能够提高FlexRay总线信号通信质量，降低误码率的阻抗 匹配的优化方法，W全面提高FlexRay总线的可靠性与稳定性。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种FlexRay总线节点匹配电阻的优化方法及 装置，通过该装置对FlexRay总线施加激励信号，通过测量和计算FlexRay总线节点的电压 信号，并结合FlexRay总线的分布参数模型，获得关于FlexRay总线的最佳匹配阻抗。该方法 可W有效提高FlexRay总线信号通信质量，降低数据通信过程中的误码率，确保FlexRay总 线数据通信的稳定性与可靠性。
[0006] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] 一种FlexRay总线节点匹配电阻的优化方法，包括W下步骤：
[000引 Sl:将IM~IOMHz的化i巧码信号源依次激励FlexRay总线的每个节点；
[0009] S2:当化i巧码信号源激励FlexRay总线某个节点时，高速AD转换器在同步信号 SYNC的作用下，依次采集其他所有FlexRay总线节点的差分信号；
[0010] S3:根据实际的FlexRay物理总线节点分布，构建FlexRay总线的分布参数模型； [OOW S4:将实际采集的数据，代入FlexRay总线的分布参数模型，计算获得FlexRay总线 各个节点的终端匹配电阻。
[001 ^ 进一步，在步骤SI中，具体包括；
[001引 Sll:所述IM~IOMHz的Chi巧码信号源，该信号源的表达式为：
[0014]
"5
[001引其中化i巧码信号源的带宽B为lOMHz，持续时间T为10uS，t为时间变量，cos(.)为 余弦函数；
[0016] S12:当IM~IOMHz的化i巧码信号源输出激励FlexRay总线节点时，输出相应的同 步信号SYNC。
[0017] 进一步，在步骤S4中，具体包括：
[001引 S41:根据化i巧码信号源的特性，分别代入不同FlexRay节点的测量参数，通过W 下公式（2)计算得到謹化、21化、31化、...、101化的共计10组3、6数值：[曰1，61]，[曰2,62]，---， [aio ,bio]；
[0019]
(2)
[0020] 式(2)中，Uoc为FlexRay总线节点处的电压信号，U为IMHz~IOMHz的Chirp码激励信 号，L为FlexRay总线节点距离激励信号的距离，cosK .)是双曲余弦函数，cos(.)为余弦函 数；
[0021] S42:根据公式(3)，分别代入10组的a、b数值：[曰1，61]，[曰2瓜]，。'，[曰1日，131日]，计算 得到 10组R〇、L〇、C〇、G日的分布参数,分别记为[R01，L01，C01，G01]，[R02，L02，C02，G02]，'''，[R010， Loio,Coio,Goio]；
[0022]
巧）
[0023] 式(3)中f为a, b数值对应的频率，Ro为单位线段电阻、Lo为单位线段电感、Co为单位 线段的差分禪合电容、Go为单位差分线段的漏电导；
[0024] S43:分别代入[31，61]、[32瓜]和与之对应的频率'，通过公式(3)建立方程组，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 此类推，最后代入[ai日,bio]，[ai ,bi]，求解即可得到[Rolo, Loio, Coio ,Golo];
[002引 S44:根据FlexRay总线的通信频率f，代入相应通信频率对应的則心、抗、60参数， 应用戴维南等效原理将FlexRay总线节点的外围电路等效化简为二端口网络模型，从而计 算得到FlexRay总线节点的等效匹配电阻。
[00%]本发明还提供了一种FlexRay总线节点匹配电阻的优化装置，包括高速AD转换器、 高速DAC转换器、高速运放、现场可编程逻辑器件FPGA和微控制器STM32F407;
[0027] FlexRay总线测试装置的现场可编程逻辑器件FPGA输出IMHz~IOMHz的化i巧码信 号经高速DAC转换器和运放驱动后，作为FlexRay总线的激励信号，同时输出化i巧码的同步 信号SYNC;
[002引高速AD转换器在化i巧码的同步信号SYNC作用下，通过高速AD控制器进行数据采 样，采样结果放在现场可编程逻辑器件FPGA内部的高速双口 RAM中；
[0029] 微控制器STM32F407读取采样数据结果，在内部完成FlexRay总线的分布参数计算 和节点匹配电阻的优化计算。
[0030] 本发明的有益效果在于：本发明采用了一种FlexRay总线节点匹配电阻优化的方 法，通过装置发射有特定频率的化i巧码信号，测试FlexRay总线节点的电压分布，再结合 FlexRay总线的物理模型，计算获得FlexRay总线的分布参数，最后应用戴维南等效原理对 FlexRay总线进行简化，从而计算获得FlexRay总线的等效匹配阻抗电阻。该方法可W获得 较为准确的FlexRay总线节点的匹配电阻，有效改善了根据经验选择匹配电阻的传统方法， 从而提高了 FlexRay总线的通信质量，显著降低了 FlexRay总线的误码率等问题。
【附图说明】
[0031] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行 说明：
[0032] 图1为本发明所述方法的流程示意图；
[0033] 图2为FlexRay总线的分布参数模型；
[0034] 图3为FlexRay总线分布参数测试示意图。
【具体实施方式】
[0035] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0036] 图1为本发明所述方法的流程示意图，如图所示，在FlexRay总线节点匹配电阻优 化过程中，包括W下步骤：
[0037] 步骤一：测试装置将IM~IOMHz的化i巧码信号源依次激励FlexRay总线的每个节 占.
[003引在步骤一中采用的IM~IOMHz的化i巧码信号源的表达式为
[0039]
(1)
[0040] 其中化i巧码信号源的带宽B为lOMHz，持续时间T为10uS，t为时间变量，cos(.)为 余弦函数；当IM~IOMHz的化i巧码信号源输出激励FlexRay总线节点时，输出相应的同步信 号SYNC。
[0041] 步骤二：当化i巧码信号源激励FlexRay总线的节点时，高速AD转换器在同步信号 SYNC的作用下，依次采集其他所有FlexRay总线节点的差分信号；
[0042] 步骤S:根据实际的FlexRay物理总线节点分布，构建FlexRay总线的分布参数模 型。具体做法是根据实际的FlexRay物理总线长度，材质和节点分布，构建FlexRay总线的分 布参数模型，Ro为单位线段电阻、Lo为单位线段电感、Co为单位线段的差分禪合电容、Go为单 位差分线段的漏电导；图2为FlexRay总线的分布参数模型。
[0043] 步骤四：将实际采集的数据，代入FlexRay总线的分布参数模型，计算获得FlexRay 总线各个节点的终端匹配电阻。具体的方法是：
[0044] 1)通过W下公式（2)计算得到lMHz、2MHz、3MHz、…、IOMHz的共计10组a、b数值： [ai'bi]，[a2,b2]，...，[aio,bio];
[0045]
，2)
[0046] 式(2)中，Uoc为FlexRay总线节点处的电压信号，U为IMHz~IOMHz的Chirp码激励信 号，L为FlexRay总线节点距离激励信号的距离，cosh(.)是双曲余弦函数，cos(.)为余弦函 数；
[0047] 2):根据公式(3)，分别代入10组的3、6数值：[日1也]，[日2啦]，。'，[日1日，131日]，计算得 到10组3日、1^日、〔日、(}日的分布参数，分别记为阳日1山1,〔日1,6日1]，巧日2,1日2,〔日2,6日2]，。'，阳日1日,1〇10, Coio,Goio]；
[004引
巧)
[0049] 式(3)中f为a, b数值对应的频率，Ro为单位线段电阻、Lo为单位线段电感、Co为单位 线段的差分禪合电容、Go为单位差分线段的漏电导；
[0050] 3):分别代入[曰1，61]、[曰2,62]和与之对应的频率'，通过公式(3)建立方程组，求解 即可得到阳〇1,1^01,抗1,6〇1]，然后代入[曰2,62]，[曰3,63]，求解即可得到阳02山2,抗2,6〇2]，从此 类推，最后代入[曰1日,131日]，[曰1,131]，求解即可得到阳日1日,1^日1日,〔日1日,6日10];
[00川 4):根据。16成曰7总线的通信频率'，代入相应通信频率对应的獻心、抗、6日参数，应 用戴维南等效原理将FlexRay总线节点的外围电路等效化简为二端口网络模型，从而计算 得到FlexRay总线节点的等效匹配电阻。图3为FlexRay总线分布参数测试示意图。
[0052]最后说明的是，W上优选实施例仅用W说明本发明的技术方案而非限制，尽管通 过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可W在 形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1. 一种FI exRay总线节点匹配电阻的优化方法，其特征在于:包括以下步骤： S1:将1M~10MHz的Chirp码信号源依次激励FlexRay总线的每个节点； S2:当Chirp码信号源激励FlexRay总线的某个节点时，高速AD转换器在同步信号SYNC 的作用下，依次采集其他所有FlexRay总线节点的差分信号； S3:根据实际的FlexRay物理总线节点分布，构建FlexRay总线的分布参数模型； S4:将实际采集的数据代入FlexRay总线的分布参数模型，计算获得FlexRay总线各个 节点的终端匹配电阻。2. 根据权利要求1所述的一种FlexRay总线节点匹配电阻的优化方法，其特征在于：在 步骤S1中，具体包括： SI 1:所述1M~10MHz的Chirp码信号源，该信号源的表达式为：其中Chirp码信号源的带宽B为10MHz，持续时间T为1 OuS，t为时间变量，cos (.)为余弦 函数； S12:当1M~10MHz的Chirp码信号源输出激励FlexRay总线节点时，输出相应的同步信 号SYNC〇3. 根据权利要求1所述的一种FlexRay总线节点匹配电阻的优化方法，其特征在于：在 步骤S4中，具体包括： S41:根据Chirp码信号源的特性，分别代入不同FlexRay节点的测量参数，通过以下公 式（2)计算得到 1ΜΗζ、2ΜΗζ、3ΜΗζ、…、10MHz的共计 10组a、b数值：[atbi]，[a2，b2]，···，[a10， bio]；式⑵中，U。。为FlexRay总线节点处的电压信号，U为1MHz~10MHz的Chirp码激励信号，L 为FlexRay总线节点距离激励信号的距离，cosh(.)是双曲余弦函数，cos(.)为余弦函数； S42:根据公式(3)，分别代入10组的a、b数值：[&1，131]，[&2，13 2]，'"，[&1()，131()]，计算得到 10组R〇、L〇、C()、G()的分布参数，分别记为[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为a，b数值对应的频率，Ro为单位线段电阻、Lo为单位线段电感、Co为单位线段 的差分耦合电容、Go为单位差分线段的漏电导； S43:分别代入[a1，b1]、[a2，b2]和与之对应的频率f，通过公式⑶建立方程组，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]，以此类 推，最后代入[aio，bio]，[ai，bi]，求解即可得到[Roio，Loio，Coio，Goio]; S44:根据FlexRay总线的通信频率f，代入相应通信频率对应的办、1^、0)、6()参数，应用戴 维南等效原理将FlexRay总线节点的外围电路等效化简为二端口网络模型，从而计算得到 FlexRay总线节点的等效匹配电阻。4. 一种FlexRay总线节点匹配电阻的优化装置，其特征在于:包括高速AD转换器、高速 DAC转换器、高速运放、现场可编程逻辑器件FPGA和微控制器STM32F407; FlexRay总线信号测试装置的现场可编程逻辑器件FPGA输出数据经高速DAC转换器和 运放驱动后得到1 MHz~1 OMHz F1 e xRay总线的Ch i rp码信号源，同时输出Ch i rp码的同步信 号SYNC; 高速AD转换器在Chirp码的同步信号SYNC作用下，通过高速AD控制器进行数据采样，采 样结果放在现场可编程逻辑器件FPGA内部的高速双口 RAM中； 微控制器STM32F407读取采样数据结果，在内部完成FlexRay总线的分布参数计算和节 点匹配电阻的优化计算。
【文档编号】H04L25/02GK105827554SQ201610136995
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月10日
【发明人】王平, 杜炜, 李娜, 李刚健, 谢解解, 江金洋
【申请人】重庆大学