フレックスレイ

FlexRayは、車載コンピューティングを管理するためにFlexRayコンソーシアムによって開発された自動車ネットワーク通信プロトコルです。CANやTTPよりも高速で信頼性が高くなるように設計されているが、より高価でもあります。FlexRayコンソーシアムは2009年に解散しましたが、FlexRay規格は現在、ISO規格のISO 17458-1 ^{[1]から17458-5 [2] [3]}のセットになっています。

FlexRay は、高いデータ レート、フォールト トレランス、時間サイクルでの動作を保証するように設計された通信バスで、イベント トリガー通信と時間トリガー通信用に静的セグメントと動的セグメントに分割されています。主に航空および自動車分野で使用されています。

FlexRayは最大10 Mbit/sのデータレートをサポートし、スター型とバス型の両方の物理トポロジを明示的にサポートし、フォールトトレランスのために2つの独立したデータチャネルを持つことができます（1つのチャネルが動作しなくなった場合でも、帯域幅を減らして通信を継続できます）。バスは時間サイクルで動作し、静的セグメントと動的セグメントの2つの部分に分かれています。静的セグメントは個々の通信タイプ用にスライスに事前に割り当てられており、前身のCANよりも強力な決定論を提供します。動的セグメントはCANに似た動作をし、ノードが利用可能なバスを制御し、イベントトリガーの動作を可能にします。^[4]

FlexRay コンソーシアムは、以下の中核メンバーで構成されています。

• フリースケールセミコンダクタ
• ボッシュ
• NXPセミコンダクターズ
• BMW
• フォルクスワーゲン
• ダイムラー
• ゼネラルモーターズ

FlexRay コンソーシアムには、プレミアム アソシエイト メンバーとアソシエイト メンバーもいました。2009 年 9 月までに、プレミアム アソシエイト メンバーは 28 社、アソシエイト メンバーは 60 社を超えました。2009 年末に、コンソーシアムは解散しました。

FlexRayを搭載した最初の量産車は2006年末のBMW X5 (E70) ^[5]で、新しい高速アダプティブダンピングシステムを可能にしました。FlexRayの完全な使用は、2008年に新しいBMW 7シリーズ (F01)で導入されました。

• アウディA4（B9）（2015年以降）^[6]
• アウディA5（F5）（2016年以降）^[7]
• アウディ A6 (C7) (2011–2018) ^[8]
• アウディ A7
• アウディ A8 (D4) (2010–2017) ^[9]
• アウディ Q7 (2015–)
• アウディTT Mk3 (2014–2023)
• アウディ R8 (2015–2023)
• ベントレー フライングスパー(2013-2019)
• ベントレー ミュルザンヌ（2010–2020）^[5]
• BMW X5 (E70) (2006–2013) ^[5]
• BMW X6 (E71) (2008–2014) ^[10]
• BMW 1シリーズ
• BMW 3シリーズ
• BMW 5シリーズ（2009–2017）^[5]
• BMW 6シリーズ（2011–2018）^[11]
• BMW 7シリーズ（2008–2015）^[5]
• ランボルギーニ ウラカン
• メルセデス・ベンツ Sクラス (W222) (2013–2020) ^[12]
• メルセデス・ベンツ Sクラス (C217) (2014–2020) ^[13]
• メルセデス・ベンツ Eクラス (W213) (2016–2023)
• メルセデスベンツ Cクラス (W205) (2015-2023)
• メルセデス・ベンツ Cクラス (W206) (2021–)
• メルセデス・ベンツ Sクラス (W223) (2020年以降)
• ロールスロイス ゴースト（2009年～）^[5]
• ランドローバー
• ボルボXC90（2015年以降）^[14]

FlexRay システムは、バスと電子制御ユニット(ECU) で構成されています。各 ECU には独立したクロックがあります。クロックのドリフトは基準クロックから 0.15% 以内でなければならないため、システム内の最も遅いクロックと最も速いクロックの差は 0.3% 以内になります。

これは、ECU-sが送信側でECU-rが受信側の場合、送信側の300サイクルごとに受信側の299～301サイクルが発生することを意味します。クロックは十分な頻度で再同期されるため、問題が発生しません。クロックは静的セグメントで送信されます。^[15]

毎回、1 つの ECU のみがバスに書き込みます。送信される各ビットは、8 サンプル クロック サイクルの間バス上に保持されます。受信機は最後の 5 つのサンプルのバッファを保持し、最後の 5 つのサンプルの大部分を入力信号として使用します。

単一サイクルの伝送エラーはビットの境界付近の結果に影響を与える可能性がありますが、8 サイクル領域の中央のサイクルには影響しません。

ビットの値は 8 ビット領域の中央でサンプリングされます。エラーは極端なサイクルに移動され、クロックはドリフトが小さくなるように十分な頻度で同期されます。(ドリフトは 300 サイクルあたり 1 サイクル未満であり、送信中は 300 サイクルごとに 1 回以上クロックが同期されます。)

すべての通信はフレームの形式で送信されます。メッセージは、次のようにパックされたバイトで構成されます。 ${\displaystyle \{x_{0},x_{1},\dots ,x_{m-1}\}}$

• 送信開始信号 (TSS) – ビット 0
• フレーム開始信号 (FSS) – ビット 1
• m回:
  • バイト開始信号0 (BSS0) – ビット1
  • バイト開始信号1 (BSS1) – ビット0
  • i番目のバイトの 0 番目のビット
  • i番目のバイトの 1 番目のビット
  • i番目のバイトの2番目のビット
  • ...
  • i番目のバイトの 7 番目のビット
• フレーム終了信号 (FES) – ビット 0
• 送信終了信号 (TES) – ビット 1

何も通信されていない場合、バスは状態 1 (高電圧) に保持されるため、すべての受信機は電圧が 0 に低下したときに通信が開始されたことを認識します。

受信側はBSS0（1）またはFES（0）が受信されたかどうかをチェックすることで、メッセージが完了したことを知ります。

ビットあたり 8 サイクルはバイトとは関係がないことに注意してください。各バイトの転送には 80 サイクルかかります。BSS0 と BSS1 の場合は 16 サイクル、ビットの場合は 64 サイクルです。また、BSS0 の値は 1 で、BSS1 の値は 0 であることにも注意してください。

受信機がアイドル状態または BSS1 を期待している場合、投票信号が 1 から 0 に変わると、クロックは再同期されます。

同期は投票信号で行われるため、境界ビットに影響する同期中の小さな伝送エラーによって、同期が 1 サイクル以上ずれることはありません。同期間のサイクル数は最大 88 (BSS1、最後のバイトの 8 ビット、FES および TES - それぞれ 8 サイクルの 11 ビット) であり、クロック ドリフトは 300 サイクルあたり 1 以下であるため、ドリフトによってクロックが 1 サイクル以上ずれることはありません。受信中の小さな伝送エラーは、境界ビットのみに影響する可能性があります。したがって、最悪の場合でも、中間の 2 つのビットは正しいため、サンプル値も正しいことになります。

これは、同期中のエラー、クロックのドリフトによるサイクルの損失、および送信エラーなど、特に悪いケースの例です。

例で発生したエラー:

• 同期中に1ビットエラーが発生したため、同期が1サイクル遅れました。
• 受信クロックが送信クロックより遅かったため、受信側は 1 サイクルを逃しました (X でマーク)。最大許容クロック ドリフトの制限により、次の同期までこの状況は再び発生しません。
• 送信中に 1 ビットのエラーが発生したため、結果の近くでビットが誤って投票されました。

多くのエラーがあったにもかかわらず、通信は正しく受信されました。

緑色のセルはサンプリング ポイントです。最初のセルを除くすべてのセルは、示されている送信フラグメントの 1->0 エッジによって同期されます。

FlexRay バスの開発やトラブルシューティングを行う場合、ハードウェア信号の検査が非常に重要になります。ロジック アナライザとバス アナライザは、信号を収集、分析、デコード、保存して、高速波形を自由に表示できるツールです。

帯域幅を集中的に使用する、安全性が重要でないアプリケーションでは、イーサネットがFlexRayに取って代わる可能性があります。^[16]

• コントローラ エリア ネットワーク(CAN)
• シングルペアイーサネット(SPE)
• ローカル相互接続ネットワーク(LIN) (ISO 17987)
• ほとんど(ISO 21806)
• 送信済み(SAE J2716)

• FlexRay の概要 National Instruments による FlexRay の技術概要
• FlexRay仕様