步驟3：若應(yīng)用在車(chē)輛發(fā)生碰撞事故之后還能夠繼續(xù)工作，系統(tǒng)的碰撞靈敏節(jié)點(diǎn)應(yīng)分布在不同的分支上（見(jiàn)圖3）。這樣一來(lái)，一旦線纜被擠壓或被鉗位在一個(gè)差分電壓上，只有受影響的分支的數(shù)據(jù)傳輸被中斷，但主動(dòng)星型將保證網(wǎng)絡(luò)中其它分支的通訊不受影響。

　　圖1

　　圖2

　　圖3

　　步驟4：鑒于共振的出現(xiàn)，暴露在非常惡劣的RF場(chǎng)中的節(jié)點(diǎn)或布線也應(yīng)該分布到不同的分支上（見(jiàn)圖4）。在線纜兩端各利用一個(gè)？？終端（FlexRay電氣物理層規(guī)范v2.1修訂版B），把RF感應(yīng)電流轉(zhuǎn)移到接地位。這就使得線纜上的共模電壓幅度更低，同時(shí)不影響與其它分支相連接的節(jié)點(diǎn)。因此，接收到的數(shù)據(jù)流中的抖動(dòng)可以控制在合理的范圍內(nèi)。

　　圖4

　　步驟5：為了確保在線纜兩端始終有合適的終端（見(jiàn)圖5），中繼電纜的末端節(jié)點(diǎn)不應(yīng)是可選節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)的電氣位置沿線纜的移動(dòng)不得致使線纜長(zhǎng)度超過(guò)10米過(guò)多。在非可選節(jié)點(diǎn)上，可引入短的stub（《1米）。即使有更大的靈活性，主動(dòng)星型也不必在線纜度終端處。

　　圖5

　　驗(yàn)證與優(yōu)化

　　遵照這五個(gè)步驟，有助于構(gòu)建在電子特性方面穩(wěn)健的FlexRay拓樸結(jié)果。建議進(jìn)行仿真以對(duì)定義后的拓樸做進(jìn)一步驗(yàn)證和優(yōu)化。開(kāi)采用蒙特卡羅（Monte-Carlo）仿真法來(lái)估算線束、產(chǎn)量范圍以及依賴(lài)于收發(fā)器和主動(dòng)星型的溫度等各項(xiàng)制造公差。

　　此外，F(xiàn)lexRay聯(lián)盟已推出了一種涵蓋線束趨膚效應(yīng)在內(nèi)的復(fù)雜完善的線纜模型。在支持汽車(chē)制造商引入FlexRay的同時(shí)，NXP也在不斷提高自己在FlexRay拓樸仿真領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)能力。

　　關(guān)于FlexRay應(yīng)用的終端、線纜和連接器的更多信息可參見(jiàn)FlexRay電氣物理層規(guī)范v2.1修訂版B。電氣物理層應(yīng)用說(shuō)明v2.1修訂 版B給出了一些有關(guān)拓樸設(shè)計(jì)的建議。這兩份規(guī)范都可通過(guò)FlexRay聯(lián)盟網(wǎng)站獲得。至于TJA1080 FlexRay收發(fā)器的技術(shù)細(xì)節(jié)，可查詢NXP網(wǎng)站。

　　在汽車(chē)中采用電子系統(tǒng)已經(jīng)有幾十年的歷史，它們使汽車(chē)安全、節(jié)能與環(huán)保方面的性能有大幅度的提高。隨著研究的深入，許多系統(tǒng)需要共享和交換信息，為了節(jié)省 線纜，就形成了依賴(lài)于通信的分布式嵌入系統(tǒng)。目前，世界上90%的都采用基于CAN總線的系統(tǒng)。FlexRay是下一代通信協(xié)議事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，它的功能安 全性如何是至關(guān)重要的。

　　1 引起系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)的通信故障

　　通信故障有5種表現(xiàn)形式，第1種是造成值域的錯(cuò)誤。第2種是造成時(shí)域的錯(cuò)誤，這是工業(yè)不同于民用的部分。一條消息不能在預(yù)定的時(shí)限前送達(dá)就失去了實(shí)用 意義，例如與安全氣囊引爆有關(guān)的傳感器消息不能在數(shù)ms內(nèi)送達(dá)就引起安全問(wèn)題。在多播或廣播通信中還有第3種錯(cuò)誤：數(shù)據(jù)完整性錯(cuò)（拜占庭錯(cuò)），即各節(jié)點(diǎn)收到的結(jié)果不一致。它會(huì)引起系統(tǒng)性的失效，應(yīng)對(duì)的策略必須將所有有關(guān)節(jié)點(diǎn)同時(shí)考慮。第4種是系統(tǒng)崩潰，除硬件失效外，也有干擾或軟件引起的，例如饒舌錯(cuò)（babbling idiot）阻止通信。第5種是丟幀，短時(shí)間失效，例如可恢復(fù)的離線或bug引起的等效離線狀態(tài)，又如小集團(tuán)錯(cuò)。

　　2 通信的容許失效率

　　在通信故障對(duì)系統(tǒng)安全影響的分析上，參考文獻(xiàn)提供了一種方法，根據(jù)瞬態(tài)干擾出現(xiàn)的可能長(zhǎng)度，計(jì)算通信失效的時(shí)段長(zhǎng)，在假定的通信失效率下，推出系統(tǒng)的 失效率。在該實(shí)例中，路段上電場(chǎng)超100 V/m的區(qū)間有可能引起通信失效，失效率近似5×10-3，車(chē)速為90 km/h，識(shí)別出的可能失效時(shí)間約74 s。通信以6 ms為周期，連續(xù)7個(gè)周期丟幀視為系統(tǒng)失效，在此條件下系統(tǒng)失效率為1.640 9×10-10，認(rèn)為可以達(dá)到SIL4的安全要求。這種分析方法是有效的，但是假設(shè)的條件太多，例如：誤碼率有很大的變化區(qū)間；幀長(zhǎng)的變化影響一次傳送的失效率；干擾持續(xù)時(shí)間的假定；連續(xù)丟7幀也與應(yīng)用的場(chǎng)合有關(guān)，對(duì)90 km/h的車(chē)42 ms的失控對(duì)剎車(chē)系統(tǒng)而言有約1 m的距離，恐怕對(duì)撞擊的后果有完全不同的評(píng)估；還假設(shè)SIL4完全分配給通信，將CPU與軟件有關(guān)的部分失效率忽略不計(jì)，在軟件規(guī)模越來(lái)越大的今天，這個(gè)假設(shè)是不合理的。另一方面，決定系統(tǒng)失效率時(shí)還應(yīng)考慮其他的通信故障形式，例如出現(xiàn)小集團(tuán)錯(cuò)到發(fā)生沖突的時(shí)間取決于相對(duì)的時(shí)鐘漂移，越精確，其間時(shí)間越 長(zhǎng)，失效的時(shí)間就越長(zhǎng)，參考文獻(xiàn)中在人為制造出小集團(tuán)后需300 ms才發(fā)現(xiàn)沖突，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出上述的42 ms。所以一般討論系統(tǒng)安全的文章中都單獨(dú)規(guī)定通信的失效率是相應(yīng)安全等級(jí)失效率的1/100。

　　3 影響通信失效率的因素

　　功能安全等級(jí)與故障檢測(cè)的覆蓋率有關(guān)，如果有的故障未被檢查到（未認(rèn)識(shí)到或做不到），當(dāng)然那種失效情景就不可能計(jì)算在內(nèi)，安全等級(jí)的劃分就有錯(cuò)。

　　參考文獻(xiàn)介紹了SFF（Safety Failure Fraction）的概念：失效分為引起危害的失效和安全失效，它們又各分為能檢測(cè)出和未檢測(cè)出兩種。安全失效比例SFF是能檢測(cè)出危害失效與安全失效在總的失效中的份額。診斷覆蓋率DC（Diagnostic Coverage）是能檢測(cè)出的危害失效占總危害失效的份額?？蓪?dǎo)出SFF與DC有線性關(guān)系。而SFF又與SIL有關(guān)。IEC61508的SIL等級(jí)與 SFF有關(guān)，在SFF占90%~99%時(shí)SIL3可容許1個(gè)故障。因此DC也決定了能達(dá)到的SIL等級(jí)。根據(jù)有關(guān)文章介紹，瞬態(tài)故障的概率比硬件失效概率 大2個(gè)數(shù)量級(jí)，因此可大致推斷瞬態(tài)故障診斷覆蓋率應(yīng)達(dá)到90%~99%。危害失效可能由通信失效引起，診斷覆蓋率也就成了評(píng)價(jià)通信協(xié)議的重要一環(huán)。

　　在通信中，由于CRC有漏檢，這是明顯的診斷未覆蓋區(qū)，診斷未覆蓋率就相當(dāng)于錯(cuò)幀漏檢率，例如CAN的錯(cuò)幀漏檢。

　　在通信中發(fā)生值域錯(cuò)或時(shí)域錯(cuò)而丟幀是能診斷出的危害失效（這是本文分析的主要對(duì)象）。而假冒錯(cuò)、拜占庭錯(cuò)等應(yīng)屬于未檢測(cè)出的危害失效。發(fā)生小集團(tuán)錯(cuò)時(shí) 既可能產(chǎn)生丟幀，也可能產(chǎn)生拜占庭錯(cuò)。CAN的等效離線失效也屬于未覆蓋的診斷引起的危害失效。要計(jì)算這些未覆蓋的診斷引起的危害失效占總危害失效的比例 還相當(dāng)困難，因?yàn)榇_定故障概率模型很難。但從定性上講，只有盡量排除假冒錯(cuò)、拜占庭錯(cuò)和小集團(tuán)錯(cuò)，才能使診斷覆蓋率提高（SIL等級(jí)提高）。

　　關(guān)于FlexRay的缺點(diǎn)或弱點(diǎn)，參考文獻(xiàn)提到物理層連接的困難，影響到信號(hào)完整性，實(shí)際上能較易使用的是有源星型，但這帶來(lái)成本的提高；cycle設(shè)計(jì) 約束多，帶來(lái)困難；同步和啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)配置與容錯(cuò)有關(guān)，是挑戰(zhàn)；由于資源有限，升級(jí)演進(jìn)時(shí)很困難（并非像以前強(qiáng)調(diào)時(shí)間觸發(fā)協(xié)議的 composability優(yōu)點(diǎn)——筆者注）。參考文獻(xiàn)介紹了在FlexRay中產(chǎn)生各自獨(dú)立的時(shí)鐘同步小集團(tuán)的可能性，也就是說(shuō)雖然各節(jié)點(diǎn)都在通信，但 是2個(gè)集團(tuán)間無(wú)有效通信，是一種故障狀態(tài)。解決辦法是用3個(gè)冷啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)、3個(gè)同步節(jié)點(diǎn)，但是這與時(shí)間同步容錯(cuò)的要求矛盾。還有就是將調(diào)度表排滿，以免形成 小集團(tuán)，這也與留有余地供將來(lái)升級(jí)擴(kuò)充的要求矛盾。總之尚無(wú)徹底解決方案。再有就是時(shí)鐘可能產(chǎn)生同向漂移，與應(yīng)用時(shí)鐘的差造成幀未能就緒或覆蓋引起漏幀。