【原】Flexray总线基础#03：基础概念图解

深入理解Flexray，必须夯实基础。本文，以图表形式，解析Flexray中的一些名词。

1、Flexray通信周期与时间分层

Flexray静态段采用TDMA（Time Division Multiple Access，分时多路访问）策略。Flexray网段中的各节点，需要按照各自分配的时间片发送数据，非发送时段可以接收数据。为了确保各个节点的发送时序，Flexray的通信中，设计了通信调度表，通信调度表周期性执行，也就是通信循环（Communication Cycle）,Communication Cycle的时间层级如下所示：

如上图，按照协议⁽¹⁾规定，Flexray的一个通信周期可以包含四个部分：静态段（Static Segment）、动态段（Dynamic Segment）、符号窗（Symbol Window）、网络空闲时间段（NIT，Network Idle Time）。

1. 静态段由多个静态时间片（Static Slot）构成，在一个Cycle中，必须包含静态段，所有Static Slot包含的macrotick相同；

2. 动态段由多个微时间片（Mini Slot）构成，在一个Cycle中，动态段可选，即：可以不配置动态段（minislot = 0）。动态段中，所有的mini slot包含的macrotick相同。动态段采用FTDMA（Flexible Time Division Multiple Access，柔性分时多路访问）策略通信，基于事件（Event Trigger）触发数据发送；

3. 符号窗可选，由一定数量的macrotick构成，如果不用符号窗，可以将该段的长度设置为0个macrotick；

4. 一个通信周期，必须包含网络空闲时间段，NIT的长度 = 一个循环的总长度 - 静态段长度 - 动态段长度（如果有）- 符号窗长度（如果有）。
   

不管是哪个Segment，均由宏时钟（macrotick）构成，macrotick是表示全局时间的最小粒度单位。每个通信循环由固定数量的macrotick构成，eg：one cycle = 5000 macrotick。其中，宏时钟又由多个微时钟（microtick）构成。微时钟直接从晶振产生，也就是时钟系统经过倍频和分频后的结果。微时钟不受时钟同步机制的影响，是一个结点里面的最小时间单位。

microtick对应的时间长度是多少呢？microtick既然由时钟产生，我们就的知道Flexray模块获取的时钟是多少，eg：80MHz。那么就意味着一个tick = 1/80000000 = 0.0125us，如果需要经过2次采样（sample）得到一个microtick，也就是意味着一个microtick = 0.025us。规范⁽¹⁾描述如下：

当microtick知道以后，即可推算macrotick。一般，macrotick长度可以设置在1us-6us，工程上，常常设置macrotick = 1us。如果设置macrotick = 1us，且一个microtick = 0.025us，参考规范⁽¹⁾可知：一个macrotick = 40 microtick，如下所示：

所以，如果一个Cycle = 5000 macrotick = 5000 * 1us = 5ms。一个Cycle需要包含5000 * 40 = 200000 microtick。

提示：工程需求中，会具体要求时钟采样周期（gdSampleClockPeriod）、一个microtick的最大值（gdMaxMicrotick）、以及microtick的采样个数（pSamplesPerMicrotick），eg：gdSampleClockPeriod = 0.0125us，gdMaxMicrotick = 0.025us，pSamplesPerMicrotick = 2。

（一）静态段时间分片

为了便于理解，本文只讨论单通道（Signal Channel）的场景。对于一个Flexray网络簇，static slot数量固定不变，eg：gNumberOfStaticSlots = 60。而且，静态段中，所有static slot长度固定，即：static slot包含的macrotick个数固定，eg：gdStaticSlot = 61 MT（macrotick）。每个Flexray节点只能在所分配的时间槽内发送数据，其余时间只能接收数据。

进一步细分Static Slot，其构成如下：

工程上，Channel idle由参数gdDynamicSlotIdlePhase表示，eg：gdDynamicSlotIdlePhase = 0 minislot（不用该长度）。

每个Static Slot包含一个动作偏移点（Action Point），对于Flexray网段，Action Point偏移值固定，eg：gdActionPointOffset = 9 MT。gdActionPointOffset 同样适用NIT中的动作偏移，示意如下：

提示：MT是macrotick简称。

（二）动态段时间分片

Flexray网络簇中，mini slot个数固定不变，eg：gNumberOfMinislots = 129。且mini slot长度固定，eg：gdMinislot = 10 MT。动态段的长度可变，是指dynamic slot长度可变，一个dynamic slot由一个或者多个minislot构成。但是，动态段的总长度固定，动态段总长度 = gNumberOfMinislots  * gdMinislot ，eg：129 * 10 = 1290 MT = 1290us。如果发送的数据长，则占用的mini slot个数多；如果发送的数据短，则占用的minislot个数少。动态段的分片示意如下：

每个mini slot会包含一个Minislot Action Point，同一网络簇中的Minislot Action Point固定不变，eg：gdMinislotActionPointOffset = 3 MT，示意如下：

动态段发送数据终止也在minislot action point，示意如下：

2、Frame编码

认识了Flexray的时间分层以后，即可进一步了解Frame的编码规则。即static slot和dynamic slot发送的frame构成。谈到frame，本质上就是bit stream（位流）。

（一）静态段Frame

静态段Frame的编码构成如下所示：

TSS：Transmission start sequence，当发送节点需要发送数据时，在所属的slot中，首先发送TSS，TSS由多个连续的低电平组成，eg：gdTSSTransmitter = 9 gdBit = 9 * 0.1us = 0.9us。

FSS：Frame start sequence，由一个高电平组成。

BSS：Byte start sequence，由一个高电平+一个低电平组成，后跟一个byte数据。

FES：Frame end sequence，由一个低电平+一个高电平组成，表征数据传输结束。

提示：如果使用10MHz通信速率，1gdBit = 1/10000000 = 0.1us。

（二）动态段Frame

动态段Frame的编码构成如下所示：

相对于静态Frame，动态Frame多了一个DTS（dynamic trailing sequence）表征数据的结束。

参考资料

SIMPLE TITLE

(1)FlexRay Communications SystemProtocol Specification Version 2.1.pdf