今天，汽车行业的创新几乎完全是由半导体技术驱动的，在大多数情况下，这也是实现新颖功能特性的唯一途径。时下，一辆装备精良的高档汽车一般都有50余个电子控制单元，顶级车型甚至还要多40%。每个控制单元至少有一个微控制器（MCU）和几个模拟元器件。因此，汽车行业已成为半导体行业的一个重要市场。本文将结合全球第一个投入商用的产品Freescale MFR4200介绍FlexRayTM协议，以及采用该协议的通信控制器在汽车行业的应用，并展望未来的市场趋势。
汽车创新需求与FlexRay协议
市场研究公司Strategy Analytics汽车业务部门的一项调查表明，为了提供安全、可靠和舒适的车内系统，汽车制造商会使用更多的嵌入式控制器；同时，时间触发的通信系统也变得非常重要。然而，目前采用本地互连网（LIN）和控制器局域网（CAN）将车内各个控制单元互连起来的方法似乎已经达到了某种极限。许多创新功能所需的快速而准确的数据传输难以实现。FlexRay通信技术正是在这种情况下的应运而生的，它不仅可满足汽车应用的上述要求，而且可以实现容错式分布式系统。业内专家预计，在不久的将来，主要汽车制造商都将采用FlexRay协议。
制定FlexRay协议的联盟创始者包括飞思卡尔半导体、皇家飞利浦电子、宝马和戴姆勒克莱斯勒公司。自2000年以来，他们一直致力于加快FlexRay的应用。FlexRay是一个通信协议，用于管理21世纪汽车中越来越多的数字元件。过去两年中，博世、通用汽车、福特、大众、奥迪及西门子VDO等汽车制造商也加入了该联盟，共同推广FlexRay协议，使之成为汽车工业高级应用的实际标准。目前，已有80多家汽车、半导体和软件行业的公司支持了FlexRay标准。第一款配备基于FlexRay协议的网络功能的汽车有望于2006年进入市场。
FlexRay协议的主要特性包括时间和事件触发的通信方法。它支持容错系统，具有高度差错发现和诊断能力，支持成本经济的不同网络布局和安全增强型系统划分。其专门用于汽车的电气物理层具有先进的关断和唤醒机制，有助于提供灵活的可扩展性和充足的可升级性。
在诸如线控制动和线控驾驶等应用的高级线控（x-by-wire）系统方面，FlexRay协议将大有用武之地。高级线控可消除对液压和机械系统的需要，利用先进的电子系统使这些系统与驾驶者进行沟通，可以实现低成本的设计，并易于维护。在汽车领域，FlexRay协议可能的应用包括：主动和被动安全系统、防碰撞系统、动力传动系控制系统和驾驶助力系统。FlexRay具有10Mbps的总数据传输速率，可提供比目前用于高级汽车控制应用的CAN协议高约20倍的网络带宽。此外，FlexRay还增加了高速协议，可满足最严格的系统要求，使主要的车内网络标准（CAN、LIN及MOST）更加完善。
总之，FlexRay将实现动力传动系统和车身系统等下一代高带宽控制应用，最终实现用于实时底盘管理、制动和转向系统的线控解决方案。
MFR4200具备的优势
FlexRay通信控制器是一种以FlexRay协议为标准、具有全面协同工作能力的通信器件，可为复杂的网络提供速度、灵活性和可升级性能，有助于汽车制造商降低开发和生产成本，集中和简化先进的高速电子控制系统的开发，提高车辆的整体稳定性和安全性。
前不久，飞思卡尔半导体与皇家飞利浦电子已就推动通用FlexRay技术在先进汽车网络中的应用达成了协议。双方将共享FlexRay技术，以期促进双方基于半导体的FlexRay产品的开发、生产和兼容，使汽车行业朝着车用FlexRay网络的目标迈进一步，并推动FlexRay成为下一代车载网络的通用标准。
飞思卡尔半导体率先推出的MFR4200是全球第一个投入批量生产的FlexRay通信控制器，也是主要面向汽车应用的底盘控制、车身电子和动力传输应用的理想之选。它可以实现高级线控汽车应用，为汽车工业的下一代控制应用拓展了空间。线控汽车子系统包括刹车、方向盘控制、悬架/反应控制和节流阀控制，将逐步取代大部分液压管路、有线网络、传感器和发动机等机械线缆。MFR4200具有很高的通信带宽及准确性，能以比现有的CAN解决方案高出10倍的吞吐量，以及强大的容错数据传输功能，提供高级线控技术所需的容错性和准确的时间性能。
MFR4200可提供FlexRay联盟定义的先进网络特性的系统设计。该器件容易与各种微控制器，如Freescale成功的S12X、PowerPC MPC5xx和MPC55xx，以及数字信号控制器（DSC）产品线进行无缝集成，从而实现低成本的FlexRay控制单元网络。只要简单地添加FlexRay控制器，就可将现有和新的控制单元集成进FlexRay网络。
MFR4200是实现具有高带宽、准确性、高度可靠和共享全球时基的强大的网络解决方案。归纳起来，它具有以下一系列丰富的特性：
• 共有两条通道，每条通道是独立的，可提供双倍带宽，每条通道的比特率高达10Mbps
• 59个消息缓冲区，每个均拥有32字节数据的有效载荷。
•FlexRay结构具有高达254数据字节的有效载荷。用于填补的FlexRay有效载荷数据超过32字节数据大小范围。
• 一个可配置的接收先进先出（FIFO）。
• 每个消息缓存区可配置为一个接收缓冲区、传输缓冲区（单或双），或者作为接收FIFO的一部分。
• 可供每个通道使用的两个接收屏蔽消息缓冲区。
• 消息缓冲区可以利用状态或事件语义进行配置。
• 灵活的差错信令机制可提供8个可配置计数器、插槽状态指示器和中断。
• 用于钟同步化的内部测量时间差值可通过控制器主机接口（CHI）简便地读出。
• 多达四个插槽状态可独立观察通信控制器的接收缓冲区。
• 利用三个主动消息缓冲区(主动传输缓冲区、主动接收缓冲区和主动接收FIFO缓冲区)，可以CHI方法使主机访问所有的消息缓冲区。
• 基于结构ID、周期计数器和通道的可配置消息过滤可用于传输和接收缓冲区。
• 基于结构ID、通道和消息ID的可配置消息过滤可用于接收FIFO。
• 通信周期持续时间可以用微时标进行配置。
实现细节和条件
• MFR4200提供两个硬件可选的主机接口：
－－HCS12接口用于直接连接飞思卡尔半导体的HCS12系列微控制器。
――用于同步数据传输的HCS12接口时钟信号能以8MHz的最高速率运行。
――异步存储器接口(AMI)用来异步连接微控制器。
• 内部40MHz石英振荡器。
• 用于数字逻辑和振荡器的内部电压调节器。
• 驱动外部主机设备的硬件可选时钟输出：失效/4/10/40MHz。
• 中断输出线有效的可掩码中断源。
• 无粘接电气物理层接口与专用的FlexRay的物理层兼容。
• 工业标准的RS485物理层器件可与附加的桥接逻辑一起使用。
• 两个引脚具有多路选通功能。
MFR4200器件以一种唯一的用户模式－－正常模式工作，没有低功耗模式。在正常模式下，可以选择不同的主机接口，每个主机接口都拥有自己的相关外部引脚和接口配置。该器件采用64引脚的小型四方扁平封装（LQFP）
迎接FlexRay应用时代
汽车电子行业最大的热点就是网络化。CAN网络的上游是传输速率更高的FlexRay协议，下游是LIN协议。FlexRay不仅速率高，而且更加安全可靠，其接口和收发器方面要求也较高，精度和复杂性更高。因此需要引领模拟功能和智能控制逻辑的集成发展趋势的领先半导体厂商先行一步。
目前，飞思卡尔半导体正在与其他厂商合作，努力为FlexRay开发商提供包括芯片产品和符合FlexRay协议规范2.1版的网络仿真工具在内的第一套完整的解决方案。与CAN类似，符合2.1版标准的硬件也将嵌入到现有的汽车微控制器系列产品中，从而进一步降低成本。相应的产品已在开发之中，不久就会面市。
与此同时，为适应未来汽车多媒体娱乐系统发展的需要，DVD、导航仪、汽车音响等都将通过数据总线集成在一起，以传输移动图像，这就需要传输速率更高、更快的网络总线。FlexRay器件的问世恰恰顺应了这一时代潮流。
在半导体厂商、汽车厂商和汽车电子厂商的共同推动下，FlexRay必将成为车内新型高速控制系统的全球标准。飞思卡尔半导体等厂商已计划在2005年推出更多的FlexRay产品，推进高度可靠的FlexRay网络应用。这将为汽车制造商带来更高的灵活性和更大的设计自由，并能提高安全性、降低油耗，为驾乘者提供更多方便的选择。
我们相信，迈向汽车高带宽先进控制应用开发的FlexRay时代已经为期不远了。