嵌入式DSP上实现FlexRay总线的方法
嵌入式dsp上实现flexray总线的方法
引 言
flexray总线是最近推出的一种采用点对点(星型拓扑结构)连接，借助无屏蔽或屏蔽双绞线电缆的先进高速串行同步和异步通信系统。flexray总线具有故障容限，可提供500kbps～10 mbps的确定数据传输速率和24位crc(循环冗余)校验码。flexray是一种时间触发型总线，所有的子系统按照预先设定的时隙进行连续通信。flexray总线的推出可以解决目前车载多种电子设备的网络连接问题，而早期的can总线和lin总线已经无法满足现代车载电子设备的高速通信要求。
本文介绍一种在嵌入式数字信号处理器(dsp)omap5912上实现flexray总线的方法。flexray总线负责将各个设备的数据传输到dsp，dsp负责对数据进行分析和处理。由于系统采用了dsp，因此可以对车载电子的语音和图像数据的复杂算法进行处理。本文着重讨论dsp和flexray总线的软硬件连接。
1 fiexray总线及其控制器mfr4200
flexray总线是一种全新的总线系统。其主要特性有：
①支持双通信通道，每个通道的速率均达到lo mbps。与can协议相比，可用的带宽提高了lo～40倍。
②总线数据的访问是基于同步时基的。该时基通过协议自动建立和同步，并提供给应用层。时基的精确度介于0．5 μs和10μs之间。由于采用同步时基，消息在通信周期中拥有固定位置，接收器已经提前知道，消息到达的时间，因此可以根据时间对各种特殊情况进行相应的处理。
③flexray总线提供消息冗余传输或非冗余传输两种选择，系统可以进行优化，以提高可用性或吞吐量，用户无需调整现有节点中的软件就可以扩展整个系统；同时，支持总线或星型拓扑结构。flexray总线提供了大量配置参数，可以支持对系统进行调整，如通信周期的持续时间、消息长度等，以满足不同应用场合的需求。
flexray总线的这些特性使其可以用于替代can总线，适合车载骨干网络、分布式控制系统以及安全系统等应用场合。目前已有多家公司生产flexray总线控制器。这里选用freescale公司的mfr4200总线控制器，介绍其内部结构以及和dsp的软硬件连接方法。
mfr4200总线控制器的内部功能框图如图1所示。从图中可以看出，mfr4200总线控制器主要由物理层接收／发送通道、主机hcsl2接口、mem控制器、电源管理模块以及时钟管理模块等多个部分组成。
物理层通道有两个独立的接收／发送通道，每个通道的速率均达到10 mbps。在工作状态下，主机可以访问mfr4200的接收通道fifo和发送消息缓冲区；通过对fifo和消息缓冲区的配置、控制和读写，实现对物理层数据的收发。接收fifo最大可以存储59个消息，总线上 的数据帧都将到达总线上所有的mfr4200。每一个mfr4200在收到总线数据帧后，都将经过接收滤波器；滤波器将不属于自己地址的数据帧滤除，只将属于自己的数据帧和广播帧存储到接收fifo中。
2 系统硬件结构
整个系统由omap5912、mfr4200、ad／da、人机接口以及flash组成，硬件连接如图2所示。图中，dsp是核心控制单元；ad用于将采集的模拟信号转变成数字信号，da将数字信号转换成模拟信号；人机接口包括lcd和键盘接口；flash保存dsp所需要的程序，供dsp上电调用。此外，将dsp的hpi接口连接到pc机，这样所有的总线数据均可以通过pc机存储和显示，pc机的数据也可以通过dsp发送到总线上。可以根据不同的需要选择pc机或者lcd和键盘。图中，emifs(external memoryinterface slow)是omap5912的慢速外部存储器接口。
ad负责采集电子设备的数据，可以是温度传感器数据、颜色传感器数据，也可以是语音信号、图像信号或者其他信号。dsp对这些数据处理后，将处理后的结果根据不同的情况通过mfr4200发送到总线上的其他节点；相反，dsp通过mfr4200读取总线上其他节点发送的数据帧，dsp对这些数据帧进行处理，将结果发送到da，可以实现对本节点电子设备状态的控制。
3 mfr4200和omap5912的硬件设计
mfr4200和omap5912的连接是系统硬件连接的关键，具体连接如图3所示。使用omap5912的emifs接口连接mfr4200。emifs可以方便地和外部flash、异步sram等设备连接。本系统的mfr4200控制器模块flexray总线协泌，其最高数据传输速率为10 mbps，omap5912的emifs接口适合满足其速度要求。
mfr4200和omap5912的emifs连接，mfr4200作为omap5912的外部16位从异步设备。由于omap5912的内部数据总线宽度为32位，而mfr4200的数据总线宽度为16位，因此，将每32位数据分成两个16位数据传输。当mfr4200有数据上传时，使用int_cc引脚发送中断信号到omap5912的外部中断引脚ext_int4，omap5912根据当前自身的工作情况来处理和mfr4200的通信。omap5912也可以使用通用i／o引脚控制mfr4200的复位信号，当连续多次未收到mfr4200的响应信号时，omap5912可以软件复位mfr4200，从而避免通信的互锁现象。此外，mfr4200的#if_sel0和#if_sell引脚上拉后直接连接到物理层。
4 mfr4200和omap5912的软件设计
mfr4200的初始化流程如图4所示。首先设置标准电压，可以是5 v和3．3v。由于本系统和omap5912连接，采用3．3 v标准电压。初始化设置数据和地址总线后，读取mfr4200的mnr(magic number register)寄存器。一旦mfr4200初始化成功，该寄存器内容为0x0815，之后，就可以设置mfr4200的其他寄存器，进行正常的总线数据读写。
omap5912和mfr4200的数据通信流程如图5所示。系统初始化后，omap5912判断当前是否有数据读写。数据的读是通过判断是否有挂起的硬件中断，该中断由mfr4200产生，一旦mfr4200收到总线数据帧，都将发出该中断；数据写是通过判断上层程序是否有数据发的软件中断。无数据读写情况下，omap5912将定期发送测试命令到mfr4200，以便确定mfr4200在正常工作。也可以根据需要，将mfr4200设置到低功耗状态，这样就不需要发送测试命令。如果读取的数据的校验错误较多．则表明无线通信当前的信道噪声很大，或者mfr4200的总线被干扰出现紊乱。0map5912将软件复位mfr4200模块，使得。mfr4200重新设嚣总线，避免在低信噪比情况下多次重复发送同样的数据，缩短无效通信时间。
由于omap5910具有c55系列dsp核，因此一些数字信号处理算法可以很容易地实现。对于语音信号，可以进行滤波以提高语音质量；对于图像信号，可以进行图像识别。在车载电子设备中，图像识别可以检测车前方的各种情况，以便进行相应的自动处理，使得系统更实用，应用范围更广。
5 总结
在基于omap5912和mfr4200的总线控制器连接设计中，使用omap5912的emifs接口连接总线控制器mfr4200，可实现flexray总线的数据收发。使用mfr4200模块实现总线协议，使系统结构简单，实现方便。由于采用具有dsp核的处理器，系统还可以方便地应用各种数据信号处理算法，尤其适合车载电子设备的语音和图像处理。
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本文介绍一种在嵌入式数字信号处理器(dsp)omap5912上实现flexray总线的方法。flexray总线负责将各个设备的数据传输到dsp，dsp负责对数据进行分析和处理。由于系统采用了dsp，因此可以对车载电子的语音和图像数据的复杂算法进行处理。本文着重讨论dsp和flexray总线的软硬件连接。
1 fiexray总线及其控制器mfr4200
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①支持双通信通道，每个通道的速率均达到lo mbps。与can协议相比，可用的带宽提高了lo～40倍。
②总线数据的访问是基于同步时基的。该时基通过协议自动建立和同步，并提供给应用层。时基的精确度介于0．5 μs和10μs之间。由于采用同步时基，消息在通信周期中拥有固定位置，接收器已经提前知道，消息到达的时间，因此可以根据时间对各种特殊情况进行相应的处理。
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mfr4200总线控制器的内部功能框图如图1所示。从图中可以看出，mfr4200总线控制器主要由物理层接收／发送通道、主机hcsl2接口、mem控制器、电源管理模块以及时钟管理模块等多个部分组成。
物理层通道有两个独立的接收／发送通道，每个通道的速率均达到10 mbps。在工作状态下，主机可以访问mfr4200的接收通道fifo和发送消息缓冲区；通过对fifo和消息缓冲区的配置、控制和读写，实现对物理层数据的收发。接收fifo最大可以存储59个消息，总线上 的数据帧都将到达总线上所有的mfr4200。每一个mfr4200在收到总线数据帧后，都将经过接收滤波器；滤波器将不属于自己地址的数据帧滤除，只将属于自己的数据帧和广播帧存储到接收fifo中。
2 系统硬件结构
整个系统由omap5912、mfr4200、ad／da、人机接口以及flash组成，硬件连接如图2所示。图中，dsp是核心控制单元；ad用于将采集的模拟信号转变成数字信号，da将数字信号转换成模拟信号；人机接口包括lcd和键盘接口；flash保存dsp所需要的程序，供dsp上电调用。此外，将dsp的hpi接口连接到pc机，这样所有的总线数据均可以通过pc机存储和显示，pc机的数据也可以通过dsp发送到总线上。可以根据不同的需要选择pc机或者lcd和键盘。图中，emifs(external memoryinterface slow)是omap5912的慢速外部存储器接口。
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5 总结
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