CN104243246B - 一种基于ZigBee技术的FlexRay总线测试与优化方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于ZigBee技术的FlexRay总线测试与优化方法及装置，包括PC机、ZigBee模块，FlexRay总线测试节点，FlexRay总线测试节点包括ZigBee模块、可编程时钟芯片、数字电位器和MCU微处理器；本发明通过运用ZigBee技术实时检测并控制FlexRay总线状态，利用可编程时钟芯片和数字电位器，调整传输频率和匹配阻抗，降低总线误包率，改善总线传输质量和可靠度，提高总线传输效率；该方法及装置不仅可以实现FlexRay总线性能的自动评估、测试与参数优化，并且还能给出各个节点的最优阻抗匹配参考值，从而提高了FlexRay总线数据传输的可靠性。

Description

一种基于ZigBee技术的FlexRay总线测试与优化方法及装置

技术领域

本发明属于电子技术测试领域，涉及一种基于ZigBee技术的FlexRay总线测试与优化方法及装置。

背景技术

FlexRay是一种高速串行通信、能够兼容事件触发的时间触发网络协议。应用FlexRay协议组建的网络主要应用于高级汽车的主动空气悬架***以及一些全电制动***。在这些***中，FlexRay网络收集汽车各个悬架或车轮的物理信息，然后汇总给悬架控制电子控制单元(ECU)或制动***ECU，经其分析后通过FlexRay网络给各个悬架或车轮制动***发送控制命令。FlexRay网络中各ECU节点控制汽车各功能部件的运行，对提升汽车的可操作性、安全性和智能化具有重要意义。但是，目前整个汽车行业缺乏对FlexRay网络应用的工程经验，也缺乏对FlexRay网络性能全面评估的方法和手段，致使FlexRay总线在复杂网络中仍旧存在误包率较高的问题。

目前，对于FlexRay网络总线的测试方法通常是基于USB等短距离有线通讯设备，对于实际工程中长距离复杂网络的测试，则不具有可行性。并且现有的方法只能对单个FlexRay设备节点进行收发测试，并不能完整评估整个FlexRay网络的性能指标。因此，现在迫切需要一种具有普遍适应性的FlexRay网络测试设备和评估方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于ZigBee技术的FlexRay总线测试与优化方法及装置，通过运用ZigBee技术实时检测并控制FlexRay总线状态，利用可编程时钟芯片和数字电位器，调整传输频率和匹配阻抗，降低总线误包率，改善总线传输质量和可靠度，提高总线传输效率。

本发明的目的之一是提供一种基于ZigBee技术的FlexRay总线测试与优化方法，本发明的目的之二是提供一种基于ZigBee技术的FlexRay总线测试与优化装置。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的一种基于ZigBee技术的FlexRay总线测试与优化方法，该方法包括以下步骤：

S1：组建ZigBee无线网络，PC机发送FlexRay总线网络配置参数至FlexRay总线测试节点；

S2：FlexRay总线测试节点向其他FlexRay总线测试节点分时发送固定内容的静态帧数据包，FlexRay总线测试节点统计误包率信息，并将该信息发送至PC；

S3：PC机计算***的整体误包率和各部分的局部误包率，判断出***中误包率最大的节点，向此节点发送配置信息，使其进行阻抗匹配调整，重新统计并回传误包率，PC机根据回传的误包率再次发送匹配阻抗调节指令；

S4：PC机运用最小标准差法选择最佳匹配阻抗，并重置MC9S12XF512M，使FlexRay网络工作在新的通信频率下，然后重复上述过程；

S5：PC机统计该FlexRay总线网络在各频率下的误包率和最佳阻抗匹配值。

进一步，所述S1中PC机发送的FlexRay网络配置参数包括设置FlexRay总线测试节点最低的FlexRay总线通信频率。

进一步，所述S2中FlexRay总线测试节点采用TMDA时分多址方法向其他FlexRay总线测试节点分时发送固定内容的静态帧数据包，包括以下步骤：

S21：数据发送时间片通过以下公式来确定：

(j+k·T_j)％T，

其中，％为取余运算符，k＝0,1,2,3,…,T-1，设FlexRay总线节点数(m<64)，总Cycle数为T＝64，设第i个节点为主接收的ID和slot均为i，通信周期为T_i＝5ms，其他节点编号为j(j≠i,1≤j<m)，对应ID和slot均为j，通信周期为T_j＝(m-1)·T_i，设定FlexRay总线为单通道通信模式，通信通道为A通道；

S22：按节点编号从小到大的顺序，令各个节点分别作为主接收节点i，其余节点作为发送节点j(j≠i,1≤j<m)，分时向主接收节点定时发送数据长度为32字节的静态帧数据包；

S23：第i个节点的总误包率F_rate通过以下公式来确定：

其中R_num为正确接收的数据包，T_i为通信周期；

第i，j两个节点通信节点之间误包率F_ij_rate通过以下公式来确定：

其中R_j_num为正确接收的j节点的数据包，m为FlexRay总线节点数，T_i为通信周期，第i节点将自身与各个节点通信的误包率和总误包率的统计结果通过ZigBee模块传递给PC机；

S24：改变FlexRay总线的数据通信通道为B通道，重复步骤S22，S23；

S25：重新设置主接收点i，重复上述步骤S21～S24，直到第m节点作为主接收节点完成FlexRay总线通信误码率的统计。

进一步，所述S3中当节点调整阻抗匹配数值50次后，跳转至S4。

进一步，所述PC通过最小标准差法来选择统一的匹配阻抗包括以下步骤：

S41：选择A通道与B通道的前20组误包率最低的匹配阻抗，其误包率从小到大依次是F_A0_rate,F_A1_rate,…,F_A19_rate和F_B0_rate,F_B1_rate,…,F_B19_rate，其对应的匹配阻抗值为X_A0,X_A1,…,X_A19和X_B0,X_B1,…,X_B19；

S42：若存在X_Ai＝X_Bj(i,j＝0,…,19)，则选择X_Ai为最佳阻抗匹配值；若不存在，则求解标准差参数：

S43：根据n_i,j＝min[n_0,0,n_0,1,…,n_19,19]选出n_i,j的最小值，则此最小值对应的X_Ai或X_Bj作为该FlexRay总线在该通信频率下的最佳匹配阻抗。

进一步，所述S4中的通信频率在1～10MHz之间灵活调整，当通信频率超过10MHz，跳转至S5。

本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的：

本发明提供的一种基于ZigBee技术的FlexRay总线测试与优化装置，包括PC机、ZigBee模块，FlexRay总线测试节点，所述FlexRay总线测试节点包括ZigBee模块、可编程时钟芯片、数字电位器和MCU微处理器；

所述PC机与ZigBee模块通过串口连接；PC机通过ZigBee模块与FlexRay总线测试节点组建ZigBee无线组网，PC通过ZigBee模块向FlexRay总线测试节点发送各个节点的网络配置参数，各个FlexRay总线测试节点通过ZigBee模块向PC机回传测试结果。

进一步，所述PC机可以自动向FlexRay节点发送参数配置指令。

进一步，所述的FlexRay总线测试节点上ZigBee芯片内的MCU微处理器可以根据指令调整可编程时钟芯片的输出时钟，实现FlexRay总线通信频率从1MHz到10MHz的灵活调节，分别将第i节点总误包率F_rate和各个节点通信之间的误包率F_ij_rate的统计结果通过ZigBee模块传递给PC机。

本发明的有优点在于：本发明降低了总线误包率，改善了总线传输质量和可靠度，提高了总线传输效率，不仅实现了FlexRay总线性能的自动评估、测试与优化，并且还能给出各个节点的最优阻抗匹配参考值，从而提高了FlexRay总线数据传输的可靠性。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明的总体框架图；

图2为FlexRay总线测试节点电路结构；

图3为本发明的程序流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

图1为本发明的总体框架图，基于ZigBee技术的FlexRay总线测试与优化装置包括PC机、ZigBee模块，FlexRay总线测试节点。FlexRay总线测试节点包括ZigBee模块、可编程时钟芯片、数字电位器和MCU微处理器；在本实施例中，FlexRay总线节点1，FlexRay总线节点2，FlexRay总线节点n组成的FlexRay网络，被测FlexRay总线连接。

PC机与ZigBee模块通过串口连接；PC机通过ZigBee模块与FlexRay总线测试节点组建ZigBee无线组网，PC机通过ZigBee模块向FlexRay总线测试节点发送各个节点的网络配置参数，各个FlexRay总线测试节点通过ZigBee模块向PC机回传测试结果。

FlexRay总线测试节点上ZigBee芯片内的MCU微处理器可以根据指令调整可编程时钟芯片的输出时钟，实现FlexRay总线通信频率从1MHz到10MHz的灵活调节，分别将第i节点总误包率F_rate和各个节点通信之间的误包率F_ij_rate的统计结果通过ZigBee模块传递给PC机。

图2为FlexRay总线测试节点电路结构，每个节点均为一个下位机***，以FlexRay总线测试节点1为例，该节点包括MC9S12XF512M，ZigBee模块，ZigBee模块内集成的小型MCU，可编程时钟芯片LMK03000，数字电位器X9C102，总线收发器TJA1080A；上位机***则包括总控PC机，与PC相连的ZigBee模块。

下位机***中，MC9S12XF512M与ZigBee模块通过串行接口连接，实现每个FlexRay节点与总控PC机的数据通信；ZigBee模块内集成的MCU与可编程时钟芯片LMK03000通过SPI接口进行通信，用来配置FlexRay总线的通信频率，并与MC9S12XF512M连接，重置MC9S12XF512M，动态改变FlexRay总线配置参数；MC9S12XF512M与数字电位器X9C102通过IO接口进行通信，用来配置每个FlexRay总线节点的匹配阻抗。

上位机***中，总控PC机与ZigBee模块相连；PC机可以自动向FlexRay节点发送参数配置指令，同时接收各FlexRay总线节点发来的FlexRay总线网络信息。

图3为本发明的程序流程图，基于ZigBee技术的FlexRay总线测试与优化方法包括以下步骤：S1：首先各部分模块上电，建立起完整的ZigBee网络，由总控PC机通过ZigBee模块发送FlexRay网络配置参数至FlexRay总线测试节点，设置最低FlexRay总线测试节点的FlexRay总线通信频率；

S2：FlexRay总线测试节点向其他FlexRay总线测试节点分时发送固定内容的静态帧数据包，FlexRay总线测试节点统计误包率信息，并将该信息发送至PC，例如令FlexRay总线测试节点1，FlexRay总线测试节点2，FlexRay总线测试节点n分别通过总线收发器TJA1080A按照TMDA(时分多址)的方法分配发送顺序，向其他分时发送固定内容的静态帧数据包，具体步骤如下：

S21：数据发送时间片通过以下公式来确定：

(j+k·T_j)％T，

其中，％为取余运算符，k＝0,1,2,3,…,T-1，设FlexRay总线节点数(m<64)，总Cycle数为T＝64，设第i个节点为主接收的ID和slot均为i，通信周期为T_i＝5ms，其他节点编号为j(j≠i,1≤j<m)，对应ID和slot均为j，通信周期为T_j＝(m-1)·T_i，设定FlexRay总线为单通道通信模式，通信通道为A通道；

S22：按节点编号从小到大的顺序，令各个节点分别作为主接收节点i，其余节点作为发送节点j(j≠i,1≤j<m)，分时向主接收节点定时发送数据长度为32字节的静态帧数据包；

S23:第i个节点的总误包率F_rate通过以下公式来确定：

其中R_num为正确接收的数据包，T_i为通信周期；

第i，j两个节点通信节点之间误包率F_ij_rate通过以下公式来确定：

其中R_j_num为正确接收的j节点的数据包，m为FlexRay总线节点数，T_i为通信周期，第i节点将自身与各个节点通信的误包率和总误包率的统计结果通过ZigBee模块传递给PC机；

S24：改变FlexRay总线的数据通信通道为B通道，重复步骤S22，S23；

S25：重新设置主接收点i，重复上述步骤S21～S24，直到第m节点作为主接收节点完成FlexRay总线通信误码率的统计。

S3：PC机计算FlexRay总线网络的整体误包率和各节点的局部误包率，判断出***中误包率最大的节点，向此节点发送配置信息，使其进行阻抗匹配调整，重新统计并回传误包率，PC机根据回传的误包率再次发送匹配阻抗调节指令，在本实施例中，待节点阻抗匹配调整次数达到50次后，跳转至S4；

S4：PC机运用最小标准差法选择最佳匹配阻抗，并重置MC9S12XF512M，使FlexRay网络工作在新的通信频率下，然后重复上述过程；由于FlexRay总线两个通信通道在同一通信频率下的最佳匹配阻抗不同，因此需要通过最小标准差法来选择统一的匹配阻抗，其步骤为：

S41：选择A通道与B通道的前20组误包率最低的匹配阻抗，其误包率从小到大依次是F_A0_rate,F_A1_rate,…,F_A19_rate和F_B0_rate,F_B1_rate,…,F_B19_rate，其对应的匹配阻抗值为X_A0,X_A1,…,X_A19和X_B0,X_B1,…,X_B19；

S42：若存在X_Ai＝X_Bj(i,j＝0,…,19)，则选择X_Ai为最佳阻抗匹配值；若不存在，则求解标准差参数：

S43：根据n_i,j＝min[n_0,0,n_0,1,…,n_19,19]选出n_i,j的最小值，则此最小值对应的X_Ai或X_Bj作为该FlexRay总线在该通信频率下的最佳匹配阻抗。

S5：PC机统计该FlexRay总线网络在各频率下的误包率和最佳阻抗匹配值。

在选出最佳匹配阻抗后，ZigBee模块内集成的小型MCU控制可编程时钟芯片LMK03000提高输出频率，并重置MC9S12XF512M，使FlexRay网络工作在新的通信频率下，然后重复上述过程，通信频率可以在1～10MHz之间灵活调整。如果增加后的通信频率未达到10MHz，总控PC机记录FlexRay总线配置参数，并重新统计记录误包率数据，再对阻抗网络进行调整，寻找该通信频率下的最佳匹配阻抗。如果通信频率已经达到了10MHz，那么，总控PC机整理数据，统计各个不同频率下的最佳匹配阻抗值。至此，整套测试***就完成了FlexRay总线配置方案的最优化。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种基于ZigBee技术的FlexRay总线测试与优化方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

S1：组建ZigBee无线网络，PC机发送FlexRay网络配置参数至FlexRay总线测试节点；

S2：FlexRay总线测试节点向其他FlexRay总线测试节点分时发送固定内容的静态帧数据包，FlexRay总线测试节点统计误包率信息，并将该信息发送至PC机；

S3：PC机计算FlexRay总线网络的整体误包率和各节点的局部误包率，判断出***中误包率最大的节点，向此节点发送配置信息，使其进行阻抗匹配调整，重新统计并回传误包率，PC机根据回传的误包率再次发送匹配阻抗调节指令；

S4：PC机运用最小标准差法选择该节点的最佳匹配阻抗，并重置MC9S12XF512M，使FlexRay网络工作在新的通信频率下，然后重复上述过程；

S5：PC机统计该FlexRay总线网络在各频率下的误包率和最佳阻抗匹配值；

所述S2中FlexRay总线测试节点采用TMDA时分多址方法向其他FlexRay总线测试节点分时发送固定内容的静态帧数据包，包括以下步骤：

S21：数据发送时间片通过以下公式来确定：(j+k·T_j)％T，

其中，％为取余运算符，k＝0,1,2,3,…,T-1，设FlexRay总线节点数(m<64)，总Cycle数为T＝64，设第i个节点为主接收的身份ID和slot均为i，通信周期为T_i＝5ms，其他节点编号为j(j≠i,1≤j＜m)，对应身份ID和slot均为j，通信周期为T_j＝(m-1)·T_i，设定FlexRay总线为单通道通信模式，通信通道为A通道；

S22：按节点编号从小到大的顺序，令各个节点分别作为主接收节点i，其余节点作为发送节点j(j≠i,1≤j＜m)，分时向主接收节点定时发送数据长度为32字节的静态帧数据包；

S23：第i个节点的总误包率F_rate通过以下公式来确定：

$F\_rate=(1-\frac{R\_num}{T_i})\&CenterDot;100\%,$

其中R_num为正确接收的数据包，T_i为通信周期；

第i，j两个节点通信节点之间误包率F_ij_rate通过以下公式来确定：

$F_{ij}\_rate=(1-\frac{R_j\_num}{m\&CenterDot;T_i})\&CenterDot;100\%,$

其中R_j_num为正确接收的j节点的数据包，m为FlexRay总线节点数，T_i为通信周期，第i节点将自身与各个节点通信的误包率和总误包率的统计结果通过ZigBee模块传递给PC机；

S24：改变FlexRay总线的数据通信通道为B通道，重复步骤S22，S23；

S25：重新设置主接收点i，重复上述步骤S21～S24，直到第m节点作为主接收节点完成FlexRay总线通信误码率的统计；

所述PC机通过最小标准差法来选择统一的匹配阻抗包括以下步骤：

S41：选择A通道与B通道的前20组误包率最低的匹配阻抗，其误包率从小到大依次是F_A0_rate,F_A1_rate,…,F_A19_rate和F_B0_rate,F_B1_rate,…,F_B19_rate，其对应的匹配阻抗值为X_A0,X_A1,…,X_A19和X_B0,X_B1,…,X_B19；

S42：若存在X_Ai＝X_Bj(i,j＝0,…,19)，则选择X_Ai为最佳阻抗匹配值；若不存在，则求解标准差参数：

S43：根据n_i,j＝min[n_0,0,n_0,1,…,n_19,19]选出n_i,j的最小值，则此最小值对应的X_Ai或X_Bj作为该FlexRay总线在该通信频率下的最佳匹配阻抗。

2.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee技术的FlexRay总线测试与优化方法，其特征在于：所述S1中PC机发送的FlexRay网络配置参数包括设置FlexRay总线测试节点的FlexRay总线最低通信频率。

3.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee技术的FlexRay总线测试与优化方法，其特征在于：所述S3中当节点调整阻抗匹配数值50次后，跳转至S4。

4.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee技术的FlexRay总线测试与优化方法，其特征在于：所述S4中的通信频率在1～10MHz之间灵活调整，当通信频率超过10MHz，跳转至S5。