[发明专利]一种小卫星用FlexRay总线应用层通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种FlexRay（flexible ray灵活的线）总线应用层通信方法，属计算机通信领域。

背景技术

现代小卫星星上信息传输采用总线技术，通过总线，卫星星载计算机可以对星上进行高效可靠的管理和控制，以实现预定的功能和任务要求。以往我国卫星星载网络传输大都采用1553B、CAN总线，这两种总线都是完全事件触发式总线，事件触发式总线网络中所有活动都是由事件的发生所引起的，各个节点按照自己的情况向总线上传输数据，在网络中所有的节点都有可能是下一个发送者，导致网络事件的冲突，出现网络堵塞、丢帧、延迟等问题，网络实时性、可靠性、安全性降低，影响网络通信品质。

而未来星上综合管控计算机不仅要承担常规的星务管理任务，还需要承担整星任务管理，甚至姿轨控算法的等功能，各分系统间交互的信息量和频度急剧增加，实时性需求越加严格，控制精度要求越来越高，具有1Mbps的通信速率的事件触发式1553B、CAN总线在实时性和传输速率方面严重制约了卫星星上综合电子的控制能力和信息共享能力。

随着计算机与信息技术的发展，一种新型的具有时间触发和事件触发的现场总线FlexRay总线应运而生，2006年FlexRay总线应用到BMW X54.8i的电子控制减震器系统中，后续的7X和奥迪A8的悬挂系统和线控系统中也陆续采用了FlexRay总线。FlexRay总线作为高速时间触发的控制总线具有以下特点：

1．具有时间触发和事件触发两种机制。FlexRay总线在一个周期循环中包括静态段和动态段，静态段采用时间触发通信机制，通过对节点和信息分配固定时隙的算法，保证了信息传输的确定性和实时性，动态段采用事件触发的模式，保证了临时性的重要数据在总线忙时有机会被发送，保证了总线发送的灵活性。

2．高速的传输速率。一个FlexRay总线的控制芯片支持两个通信信道，每个通信信道的速度可以达到10Mbps，两个信道可用于传输不同的信息。

3．具有高可靠。通信在周期循环的静态段采用时间触发的构架，这种基于同步时基的访问方法，保证在静态段传输的特定消息，在周期循环中拥有固定的位置，也就是说接收器已经提前知道了消息到达的时间，并且到达时间的临时偏差幅度会非常小，保证了信息传递的确定性。

4．容错性好。FlexRay提供多个级别的容错功能，包括单通道和双通道容错通信。独立的物理层总线监控器，把物理节点的通信控制器与总线相连。当某个节点发生故障而不能正常的接收或发送数据时，总线监控器会将通信控制器和总线断开，从而不会影响到其他节点的工作，相比CAN、1553B具有很好的容错性。

按照总线网络分层结构，常用的FlexRay总线网络分为3层：物理层、数据链路层和应用层，物理层规定了FlexRay总线的机械、电气等要求，链路层规定了帧结构、帧传输方式、时间同步等问题。但是FlexRay总线协议并没有对应用层做详细的规定，只是规定通信周期的时间长度，每个时隙的最大有效传输位数等参数，对应用层时隙的大小、时隙的配置、信息交互的周期并没有做详细的规定。

现在虽然汽车领域对FlexRay应用层已经有了初步的研究，但是由于卫星应用的传输信息的多样性、传输的高可靠以及星上资源有限等特点，不能完全适于卫星的应用，主要原因有两个，一个是在汽车领域，FlexRay总线主要用于线控系统，控制信息量少而且单一，所以在汽车领域，FlexRay总线的信息交互周期就是总线周期，而在卫星应用领域，FlexRay总线不但要承担星上控制信息的传输又要承担管理信息的传输，所以星上信息的传输量大而多样性，单个总线周期不能满足星上需求，需要对FlexRay总线星上时隙进行重新配置，对总线周期进行周期扩展；另一个原因是在汽车领域只使用了FlexRay总线的静态段，而在卫星领域，由于上注信息、故障模式等突发事件，需要及时传输信息，所以不能只考虑静态段，需要使用动态段保证信息的及时传输。

通过检索未发现国外与本发明相似的公开出版物及专利。

发明内容

本发明的技术解决问题是：提供一种小卫星用FlexRay总线应用层通信方法，解决了FlexRay总线星上应用的通信交互问题。该方法根据小卫星应用，设计FlexRay总线的工作模式，结合FlexRay总线通信协议的V2.1标准规范，进行节点间通信应用协议约定，有效规范了小卫星用星载FlexRay总线时隙以及信息交互的通信周期，实现了小卫星星上电子FlexRay总线应用层的有效通信。