Asymmetrische Verzögerungen in FlexRay-Netzen korrigieren

EMI oder lange Leitungen können in FlexRay-Netzen asymmetrische Verzögerungen verursachen. Die damit verbundenen Einschränkungen lassen sich mit Bit-Reshapern reduzieren.

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FlexRay ist eine Netzwerktechnologie für Automotive-Anwendungen, die als Ersatz für den CAN-Standard (Controller Area Network) entwickelt wurde, da dieser nicht in der Lage ist, die Anzahl an Netzknoten und die hochwertigen netzwerkbasierten Funktionen zu unterstützen, die Automobilhersteller in heutige Fahrzeugmodelle integrieren wollen.

FlexRay war bislang jedoch nur eingeschränkt erfolgreich, da Systementwickler Probleme damit haben, eine zuverlässige Kommunikation über längere Leitungsabschnitte oder in komplexen Netztopologien sicherzustellen. Kern der Schwierigkeiten bei der Implementierung von FlexRay ist das Phänomen der asymmetrischen Übertragungsverzögerung, die unter anderem durch elektromagnetische Interferenzen (EMI) und höhere Leitungslängen zwischen den Netzknoten verursacht wird. Infolgedessen hat FlexRay das Versprechen der Netzwerkfähigkeit für umfassende Topologien in der Praxis nicht in dem Maße eingelöst, wie es die Initiatoren von FlexRay bei Gründung des FlexRay-Konsortiums im Jahr 2000 gehofft hatten.

Eine neue Technik zum Aufbereiten der Bit-Zeiten, die im FlexRay-Transceiver AS8224 von austriamicrosystems implementiert wurde, ist in der Lage asymmetrische Verzögerungen auf Bit-Ebene zu korrigieren. Damit wird sichergestellt, dass die Bit-Zeiten an einem zentralen Punkt des Netzwerks korrigiert werden, an dem die Korrekturen am meisten zur Netzwerkstabilität beiträgt.

Durch den Einsatz des sogenannten Bit-Reshapers können Systementwickler FlexRay-Netze entwickeln, die folgende Vorteile aufweisen:

• Erweiterte und größere Topologien, einschließlich Architekturen mit mehr als einem Active Star,

• längere Leitungslängen,

• zuverlässigerer Betrieb unter ungünstigen Bedingungen, wie beispielsweise das Vorhandensein hoher EMI-Störungen,

• Einsatz von kostengünstigen ungeschirmten Kabeln, wie sie in heutigen CAN-Netzen verwendet werden.

Asymmetrische Verzögerungen schränken die Robustheit ein

Die asymmetrische Verzögerung ist ein kritischer Faktor, der die Robustheit und Stabilität von FlexRay-Systemen einschränkt, und wesentlich schwieriger zu korrigieren ist als andere Effekte wie Übertragungsverzögerungen, Signalverkürzungen, Überschwingen und Reflektionen. Der statische Beitrag zur asymmetrischen Verzögerung ist die Summe der Verzerrungen, die durch Komponenten und Schnittstellen im Signalweg erzeugt werden. Die durch Komponenten verursachten asymmetrischen Verzögerungen werden von den Komponentenherstellern in den Datenblättern der Komponenten angegeben.

So lassen sich Schnittstellenverzögerungen berechnen

Schnittstellenverzögerungen (z.B. zwischen einem FlexRay-Kommunikation-Controller und Bustreibern) lassen sich unter Zuhilfenahme der Abweichungen der Flankensteilheiten und der Erkennungsschwellen berechnen. Andere statische Beiträge zur asymmetrischen Verzögerung sind schwieriger zu beziffern; in diese Kategorie fallen die Beiträge, die dem Leiterplattenlayout, den Steckverbindern und den passiven elektrischen Bauteilen im Signalweg zuzuordnen sind. Stochastische Beiträge ergeben sich aus externen Einflüssen, wobei ihr Einfluss auf die Bit-Zeiten nicht genau vorhergesagt werden kann. In Fahrzeugen sind EMI und Temperaturschwankungen die wichtigsten Beispiele hierfür.

Wichtige Voraussetzung für den Betrieb gemäß Spezifikation

Für einen Betrieb gemäß der Spezifikation des FlexRay-Standards muss die Summe der statischen und stochastischen asymmetrischen Verzögerungen kleiner sein als die maximal erlaubte Verlängerung oder Verkürzung eines Bits an einem Empfangsknoten (Bild 1).

Andernfalls wird das Bit nicht korrekt dekodiert und der Datenframe und alle enthaltenen Daten als fehlerhaft verworfen. Hieraus kann sich sogar ein inkonsistenter Zustand des Netzwerks ergeben, in dem ein Datenframe von manchen Knoten als gültig und von anderen als ungültig erkannt wird.

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