Flexray

Flexray
Claude Barbaud
28 septembre 2010
1. Références
Paret, Dominique, Réseaux multiplexés pour systèmes embarqués, Dunod, 2005,
ISBN10 : 2-10-005267-5 ISBN13 : 978-2-10-005267-7
Consortium Flexray : www.flexray.com
Protocole Flexray : Flexray Protocol Specification V2.1 Rev.A
FlexRay starter kit
http://duxsolutions.com/shop/index.php?main_page=product_info&cPath=1&products_id=1
National Instruments: http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/3352
Cours sur Flexray : http://www.ece.cmu.edu/~ece649/lectures/21_flexray.pdf
Vector : http://www.vectorelearning.com/index.php?wbt_ls_kapitel_id=490436&root=378422&seite=vl_einfuehrungfr_e
n
Transceiver NXP TJA1080 : http://www.nxp.com/documents/data_sheet/TJA1080A.pdf
Freescale:
http://www.freescale.com/files/microcontrollers/doc/brochure/BRINVEHICLENET.pdf
2. Origine

Consortium

pour pallier aux manques de CAN :
o
o
o
o
o
absence de déterminisme,
absence de redondance,
débit faible
peu de tolérance aux fautes
pas de support optique

BMW, Daimler, GM

Bosch

NXP, Freescale

(+tard) Volkswagen

Associate members : constructeurs automobiles, équipementiers,
fondeurs
Flexray
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
depuis 2002

quelques véhicules à ce jour (2010): BMW séries 5 et 7, Audi, Bentley,
Rolls-Royce.
Flexray
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3. Buts
 haut débit

peut aller à X-by-wire

capable de redondance :
o débit élevé : répétition possible
o deux canaux de communication distincts transmettent la même
information
o ou deux canaux pour des informations complémentaires, avec
position de repli (fault tolerant)
o évolutif

Topologies
o simple canal
o double canaux
o bus
o étoiles passives et actives
o étoiles multiples et sous-bus
o passerelles vers CAN et LIN

Communication
o 10 Mbps
o transmissions déterministes. Latence connue. Tolérance de gigue
(Jitter Tolerance).
o redondance logicielle et physique
o détection et signalisation d’erreurs
o accepte un « bus guardian » pour la signalisation des erreurs et
l’endiguement (containment ) des fautes
o introduction de nouveaux nœuds sans reconfiguration

Flexray
Sécurité
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o redondance
o déterminisme
o stratégie de « never give up ». Ne renonce jamais
o robustesse (EMC)
4. Fonctionnement
4.1. Gestion du protocole
Flexray

pas de collision

durées de transmission connues de tous les nœuds

communications hiérarchisées

l’utilisation des créneaux de temps est définie à la conception du
système
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
le démarrage d’un cycle est déterminé par une base de temps
(nœud gestionnaire du réseau)

le cycle est récurent

chaque cycle possède un segment statique, un segment
dynamique, une fenêtre optionnelle de symboles et un temps de
repos
4.2. Trame de communication

Header, payload, trailer

Segment d’en-tête (5 bytes)
o 5 bits divers
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
1 bit réservé
0

1 indicateur de préambule de charge
0 = rien
1 = le payload contient d’abord un vecteur de
management du réseau (si trame statique)
1 = le payload contient d’abord un ID de trame (si
trame dynamique)

1 indicateur de trame nulle
0 = trame nulle (pas de datas valides)
1 = trame avec des datas

1 indicateur de trame de synchronisation
0 = trame normale
1 = trame de synchronisation pour synchroniser les
horloges

1 indicateur de « startup frame »
0 = normal
1 = la trame qui suit est une trame de démarrage
(séquences de démarrage à froid (coldstart))
o Identificateur de trame (Frame ID) = 11 bits

1 à 2047

MSBit en premier

position du time slot dans un segment statique

priorité dans un segment dynamique. Les ID bas ont
priorité sur les ID plus élevés
o longueur de la charge = 7 bits

0 à 127

c’est la quantité de mots de 16 bits transmis (x 2 bytes)
o CRC de l’entête = 11 bits
Flexray

protège l’entête

ne protège pas le compteur de cycle
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o Compteur de cycle = 6 bits


numéro du cycle de communication en cours

incrémenté à chaque

indice de continuité de la communication
Segment de charge (0 à 254 bytes)
dépend du type de segment : statique ou dynamique
Segment statique
Flexray

communication sur 2 canaux;

Time Division Multiple Access, TDMA.

Déterministe. Le temps de latence est assuré

créneaux de temps égaux

temps de garde (silences) égaux

pas d’empiétement possible, pas de collision

les deux canaux peuvent :

transporter des trames vers le même nœud (redondance)

transporter vers 2 nœuds différents

transporter une seule trame

ne rien transporter
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Segment dynamique


Flexible Time Division Multiple Access = FTDMA

Non déterministe : les messages sont priorisés comme en
CAN : les trames contiennent un ID.

temps divisé en minislots

une transmission peut occuper plusieurs minislots, selon les
besoins.

la transmission suivante est alignée sur une minislot : l’arbitrage
fonctionne à ce moment

peut transmettre toutes sortes de messages :

messages sporadiques

messages de diagnostic
Champ de fin de trame
o CRC 24 bits
o protège le segment complet
4.3. Accès au medium
Flexray
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Le concepteur du système définit :
 segment statique : tâches à latence sensible (quasi temps réel)

segment dynamique : autres tâches

durée relative de chaque segment

ordre des trames dans le segment statique
5. Couche physique

Codage des bits
Codage NRZ

Représentation physique des bits
Différentiel : deux lignes BP et BM
Faibles variations : faible rayonnement
Idle_LP = low power
Idle = recessif = 2,5 V
Data_1 = BP > 2,5 V et BM < 2,5 V (dominant)
Data_0 = BP < 2,5 V et BM > 2,5 V (dominant aussi)

Débit
débit = 10 Mbps
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durée d’un bit = 100 ns

Temps de propagation
ne doit jamais dépasser 2500 ns
paire torsadée : temps de propagation max = 10 ns/m
le temps de propagation = somme des temps de fils + temps des
répéteurs

Topologies

Point à point
ajout de résistance de terminaison

bus linéaire passif
Distance maximale entre 2 noeuds= 24 m
Nombre de nœuds maximal = 22
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
Étoile passive
Liaison centrale : pas de répéteur
Distance max = 24 m
Nmax = 22

Étoile active
Répéteur : les liaisons deviennent point à point : l = 24 m et R de
terminaison

Flexray
cascade d’étoiles actives
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limité à 2 coupleur maximum entre 2 nœuds
Flexray

étoile active avec redondance

structures hybrides
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évidemment

Synchronisation
Nécessité d’une clock global
Clocks locales
Resynchronisation périodique définie par le protocole
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(tiré de la brochure de Freescale = http://www.freescale.com/files/microcontrollers/doc/brochure/BRINVEHICLENET.pdf)
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