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在SoC中集成FlexRay網(wǎng)絡(luò)控制器的設(shè)計策略

發(fā)布時間:2008/5/27 0:00:00 訪問次數(shù):664

        

    

    

    作者:christian lipsky, ipextreme

    

    為了使先進(jìn)的汽車應(yīng)用如線剎和穩(wěn)定性控制成為可能,業(yè)內(nèi)建立了新的標(biāo)準(zhǔn)flexray以提高車載網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)率、可靠性和安全性。flexray聯(lián)盟經(jīng)過5年工作之后,終于將規(guī)范穩(wěn)定下來。標(biāo)準(zhǔn)組件已經(jīng)上市,第一輛裝備flexray的汽車有望在今年末量產(chǎn)

    

    隨著flexray開始進(jìn)入實用,現(xiàn)在是汽車電子工程師計劃在其設(shè)計中添加flexray的時候了。對于那些想把flexray集成到新型芯片的公司,現(xiàn)在已經(jīng)可以獲取可綜合、經(jīng)過驗證的flexray知識產(chǎn)權(quán)(ip)。

    

    新的汽車應(yīng)用如先進(jìn)引擎和排放控制及線控功能需要許多電子組件,其中每一個都對更高的數(shù)據(jù)率、確定性的行為和可靠性有強(qiáng)烈的要求。這就極大地增加了對汽車總線的要求,而flexray通信協(xié)議的開發(fā)正是為了滿足這些要求。

    

    flexray技術(shù)可以被分為三個主要領(lǐng)域:配置和管理flexray簇的軟件、實現(xiàn)flexray協(xié)議的數(shù)字邏輯及模擬信號驅(qū)動器。在此,我們重點(diǎn)討論flexray ip的數(shù)字硬件單元并考慮如何將其集成到系統(tǒng)級芯片(soc)之中。

    

    

    

    如上所示,flexray層級的中間層是協(xié)議執(zhí)行層,在此流出的幀數(shù)據(jù)被發(fā)送到物理層。在一側(cè),協(xié)議執(zhí)行層與控制器主接口對接,其中包含所有接口數(shù)據(jù)的存儲并給控制器主接口提供服務(wù)。在另一側(cè),協(xié)議執(zhí)行層與編碼/解碼層對接。物理層包含總線驅(qū)動器、總線監(jiān)護(hù)選件和物理互連。

    

    概念的最佳分割

    

    在設(shè)計flexray核的過程中,設(shè)計工程師應(yīng)該把重點(diǎn)放在與通信相關(guān)的容錯設(shè)計,而不是放在諸如消息協(xié)議算法之類與應(yīng)用相關(guān)的問題。該范例確保其設(shè)計適用于具有不同容錯要求的各種應(yīng)用。

    

    flexray核被分為負(fù)責(zé)處理所有flexray特有協(xié)議的協(xié)議引擎(pe)和負(fù)責(zé)處理將flexray功能集成到其它系統(tǒng)的所有任務(wù)的控制器主接口(chi)。

    

    chi主要訪問flexray核的配置、控制和狀態(tài)寄存器及消息緩沖器的配置、控制和狀態(tài)寄存器。消息緩沖器具有flexray幀(已接收幀和待發(fā)送幀),包括幀首、有效載荷及幀狀態(tài)信息。消息緩沖器數(shù)據(jù)存儲在flexray存儲器之中,而消息緩沖控制結(jié)構(gòu)在chi中實現(xiàn)。

    

    終端用戶應(yīng)用需求的差異很大,因此,該內(nèi)核應(yīng)該具有可配置能力,以便集成商能夠優(yōu)化應(yīng)用性能并調(diào)節(jié)芯片類似面積和功耗之類的特性。例如,在ipextreme提供給飛思卡爾flexray控制器核之中,內(nèi)核可以被配置為實現(xiàn)最大256個消息緩沖器和最大輸入均為256的兩個接收fifo。

    

    一些應(yīng)用可以從用戶定制和面向特定應(yīng)用的chi獲益,這需要良好定義的、詳細(xì)和備有證明文件的的pe接口。ip供應(yīng)商提供滿足許多應(yīng)用需求的通用目的chi,它包括所有詳細(xì)的flexray功能,如獨(dú)立收發(fā)緩沖器(單和雙緩沖發(fā)送)的使用、狀態(tài)或事件傳輸模式、接收fifo功能、消息緩沖過濾和雙通道模式。

    

    然而,特定的應(yīng)用可能需要這些功能的子集。對于一些面積和功耗很重要的應(yīng)用,減少chi復(fù)雜性的好處很大。該策略僅當(dāng)pe模塊的接口和行為被非常好地定義和歸檔時才可行。

    

    時鐘域交叉(cdc)單元實現(xiàn)從chi時鐘域到pe時鐘域的信號交叉,反之亦然,從而容許異步和chi時鐘域。chi頻率依賴于待處理的消息緩沖器的復(fù)雜性和數(shù)量,它可以比pe時鐘慢很多或快很多。如果chi可用與pe一樣的40mhz時鐘驅(qū)動,那么,就可以省略cdc以減少門數(shù)。

    

    依賴于系統(tǒng)存儲器的要求,如規(guī)模、反應(yīng)時間和帶寬,保持消息報頭和有效載荷的flexray存儲器窗口可以被存儲在系統(tǒng)存儲器(頂部)或獨(dú)立的存儲器之中。下圖顯示了flexray核模塊圖及其與主處理器通信的兩種方式:

    

    

    

    

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    作者:christian lipsky, ipextreme

    

    為了使先進(jìn)的汽車應(yīng)用如線剎和穩(wěn)定性控制成為可能,業(yè)內(nèi)建立了新的標(biāo)準(zhǔn)flexray以提高車載網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)率、可靠性和安全性。flexray聯(lián)盟經(jīng)過5年工作之后,終于將規(guī)范穩(wěn)定下來。標(biāo)準(zhǔn)組件已經(jīng)上市,第一輛裝備flexray的汽車有望在今年末量產(chǎn)

    

    隨著flexray開始進(jìn)入實用,現(xiàn)在是汽車電子工程師計劃在其設(shè)計中添加flexray的時候了。對于那些想把flexray集成到新型芯片的公司,現(xiàn)在已經(jīng)可以獲取可綜合、經(jīng)過驗證的flexray知識產(chǎn)權(quán)(ip)。

    

    新的汽車應(yīng)用如先進(jìn)引擎和排放控制及線控功能需要許多電子組件,其中每一個都對更高的數(shù)據(jù)率、確定性的行為和可靠性有強(qiáng)烈的要求。這就極大地增加了對汽車總線的要求,而flexray通信協(xié)議的開發(fā)正是為了滿足這些要求。

    

    flexray技術(shù)可以被分為三個主要領(lǐng)域:配置和管理flexray簇的軟件、實現(xiàn)flexray協(xié)議的數(shù)字邏輯及模擬信號驅(qū)動器。在此,我們重點(diǎn)討論flexray ip的數(shù)字硬件單元并考慮如何將其集成到系統(tǒng)級芯片(soc)之中。

    

    

    

    如上所示,flexray層級的中間層是協(xié)議執(zhí)行層,在此流出的幀數(shù)據(jù)被發(fā)送到物理層。在一側(cè),協(xié)議執(zhí)行層與控制器主接口對接,其中包含所有接口數(shù)據(jù)的存儲并給控制器主接口提供服務(wù)。在另一側(cè),協(xié)議執(zhí)行層與編碼/解碼層對接。物理層包含總線驅(qū)動器、總線監(jiān)護(hù)選件和物理互連。

    

    概念的最佳分割

    

    在設(shè)計flexray核的過程中,設(shè)計工程師應(yīng)該把重點(diǎn)放在與通信相關(guān)的容錯設(shè)計,而不是放在諸如消息協(xié)議算法之類與應(yīng)用相關(guān)的問題。該范例確保其設(shè)計適用于具有不同容錯要求的各種應(yīng)用。

    

    flexray核被分為負(fù)責(zé)處理所有flexray特有協(xié)議的協(xié)議引擎(pe)和負(fù)責(zé)處理將flexray功能集成到其它系統(tǒng)的所有任務(wù)的控制器主接口(chi)。

    

    chi主要訪問flexray核的配置、控制和狀態(tài)寄存器及消息緩沖器的配置、控制和狀態(tài)寄存器。消息緩沖器具有flexray幀(已接收幀和待發(fā)送幀),包括幀首、有效載荷及幀狀態(tài)信息。消息緩沖器數(shù)據(jù)存儲在flexray存儲器之中,而消息緩沖控制結(jié)構(gòu)在chi中實現(xiàn)。

    

    終端用戶應(yīng)用需求的差異很大,因此,該內(nèi)核應(yīng)該具有可配置能力,以便集成商能夠優(yōu)化應(yīng)用性能并調(diào)節(jié)芯片類似面積和功耗之類的特性。例如,在ipextreme提供給飛思卡爾flexray控制器核之中,內(nèi)核可以被配置為實現(xiàn)最大256個消息緩沖器和最大輸入均為256的兩個接收fifo。

    

    一些應(yīng)用可以從用戶定制和面向特定應(yīng)用的chi獲益,這需要良好定義的、詳細(xì)和備有證明文件的的pe接口。ip供應(yīng)商提供滿足許多應(yīng)用需求的通用目的chi,它包括所有詳細(xì)的flexray功能,如獨(dú)立收發(fā)緩沖器(單和雙緩沖發(fā)送)的使用、狀態(tài)或事件傳輸模式、接收fifo功能、消息緩沖過濾和雙通道模式。

    

    然而,特定的應(yīng)用可能需要這些功能的子集。對于一些面積和功耗很重要的應(yīng)用,減少chi復(fù)雜性的好處很大。該策略僅當(dāng)pe模塊的接口和行為被非常好地定義和歸檔時才可行。

    

    時鐘域交叉(cdc)單元實現(xiàn)從chi時鐘域到pe時鐘域的信號交叉,反之亦然,從而容許異步和chi時鐘域。chi頻率依賴于待處理的消息緩沖器的復(fù)雜性和數(shù)量,它可以比pe時鐘慢很多或快很多。如果chi可用與pe一樣的40mhz時鐘驅(qū)動,那么,就可以省略cdc以減少門數(shù)。

    

    依賴于系統(tǒng)存儲器的要求,如規(guī)模、反應(yīng)時間和帶寬,保持消息報頭和有效載荷的flexray存儲器窗口可以被存儲在系統(tǒng)存儲器(頂部)或獨(dú)立的存儲器之中。下圖顯示了flexray核模塊圖及其與主處理器通信的兩種方式:

    

    

    

    

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