[发明专利]一种基于单片机的FlexRay-CPCIe通信模块

说明书

本发明公开了一种基于单片机的FlexRay‑CPCIe通信模块，其中，单片机最小系统作为通信模块的处理核心，通过控制FlexRay总线收发器和PCIe总线协议的桥接芯片，实现通信模块与外部FlexRay高速总线网络之间的数据传输；FlexRay通信单元采用由单片机和总线收发器组成的FlexRay总线节点框架方案，其中，总线收发器受单片机最小系统控制实现FlexRay总线数据收发，FlexRay通信协议由单片机执行；CPCIe通信单元由单片机控制PCIe总线协议的桥接芯片，实现计算机与通信模块之间数据交换。本发明可直接安装于具有CPCIe接口的计算机背板上，实现基于计算机的操作系统对FlexRay总线网络进行开发、仿真和测试，增加FlexRay总线应用的便利性。

技术领域

本发明属于网络通信技术领域，涉及一种基于单片机的FlexRay-CPCIe通信模块，用于实现计算机通过PCIe系统总线与FlexRay高速外部总线进行数据通信。

背景技术

总线通信广泛应用于各种工业控制网络中，主要为了解决不同电子设备之间的通信问题，尤其体现在航空航天、汽车制造、航海、自动控制、过程工业等领域。目前，应用时间长，技术发展成熟的外部总线通信技术包括CAN总线、1553B总线等，其具有高可靠性、高确定性和高容错性等特点。但随着科学技术的不断发展，日益增长的数据量和越来越高的实时性通信需求已经逐渐对传统的外部总线通信技术提出了挑战，新一代的高速外部总线技术FlexRay总线开始在相关领域得到应用。

FlexRay作为新一代高速串行外部总线协议，与传统总线相比，在通信速率/可靠性和灵活性等方面具备明显优势。FlexRay总线目前只应用于少数品牌的车载总线通信网络中，具有极大的应用前景。相比于CAN总线和1553B总线最高1Mbps的数据传输速率，FlexRay总线单通道上的数据传输速率最高支持10Mbps，两条通道的总传输速率最高可达20Mbps，因此能够适应大数据量和高实时性的通信要求；两条通道可实现单通道工作、双通道工作和冗余工作三种工作方式。此外，FlexRay总线网络拓扑结构灵活，支持点对点、总线型和有源星型等多种结构。在通信机制方面，FlexRay总线采用循环周期通信，数据帧最大支持到254帧，通过合理配置通信周期和消息长度，可保证接收节点提前预知消息到达时间。

在系统总线通信网络中，第三代I/O总线-PCIe总线因其支持串行差分传输、带宽灵活和传输速率高等特点，逐渐替代第二代I/O总线-PCI总线技术，并大量应用于计算机背板接口，实现CPU、内存以及其他板卡之间的数据通信。相比于普通PCIe接口，CPCIe接口因其电磁兼容性强和抗氧化性好等特点，更广泛的应用于军工、测控、航空航天等诸多领域中。由于计算机具有人机交互性和系统可操作性强等优势，普遍作为上位机或网络节点负责命令的收发、数据的采集和监测。通过将不同功能的板卡安装于具有CPCIe接口的计算机背板上，实现板卡间或板卡与计算机之间的通信。当计算机需要与外部总线通信时，应针对具体外部通讯总线协议，在机箱内增加基于CPCIe接口的总线通信模块。

但是，PCIe系统总线与FlexRay高速外部总线两种通信协议之间互不兼容，制约了计算机在FlexRay总线通信网络中发挥作用的同时，也限制了FlexRay高速总线的应用范围。因此，设计一种基于单片机的FlexRay-CPCIe通信模块，该模块可自由安装于计算机机箱背板上的CPCIe标准接口中，采用单片机完成对两种总线的收发控制，实现计算机通过PCIe系统总线与FlexRay高速外部总线进行数据通信，并进一步实现基于计算机的操作系统对FlexRay总线网络进行开发、仿真和测试，增加FlexRay总线应用的便利性。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：针对PCIe系统总线与FlexRay高速外部总线两种通信协议之间互不兼容的问题，提出一种基于单片机的FlexRay-CPCIe通信模块的实现方法，实现了将计算机作为上位机或网络节点，与FlexRay总线通信，向FlexRay高速总线收发命令，采集和监测数据的功能。