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| 編輯推薦： |
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实时系统的目的是监视和驱动被控对象的动态过程，通常需要以实时方式运行，它的正确性不仅取决于任务所执行计算的逻辑结果，而且取决于这些结果的产生时刻。实时系统分为强实时系统、关键性实时系统和弱实时系统三类，其中关键性实时系统受到可靠性的制约，涉及运行安全性和容错问题，因此，尽管其他两类系统的工业网络协议已经比较成熟了，但这类系统的网络化仍处于发展过程中。关键性实时系统中的实时传输网络与汽车、飞机、航海航空、铁路交通、武器装备、核电、机器人等涉及生命和财产安全的重要领域的技术进步密切相关，然而，关于这个主题，目前可供使用的资料很少，本书能在一定程度上填补这一空白。
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| 內容簡介： |
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实时多路传输网络是在嵌入式系统和自动控制系统高度发展的基础上形成的一个新主题，其主要目标在于探索具有速度快、实时性强、容错、操作灵活、智能分布的安全网络系统，至今仍处于发展过程中。本书以清晰、合适的方式，系统地描述了实时传输网络FlexRay的产生背景、协议、理论与技术基础，重点探讨了与FlexRay的形成及应用密切相关的全局时间同步和任务实时调度原理，并结合辅助开发工具介绍了FlexRay总线系统的开发、集成、分析和测试方法。全书共分为10章，每章配有习题。本书在编写过程中广泛吸取了实时传输网络方面的*成果，全书内容自成体系，结构紧凑，前后呼应，具有一定的先进性、系统性和实用性。本书可作为高等院校汽车电子、自动化、测控技术、信息工程、微电子、计算机、电气工程和机电一体化等专业高年级本科生、研究生的教材，也可作为从事实时传输网络、嵌入式系统、电子控制单元、自动化仪表研究及应用的科技人员的参考书。
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| 關於作者： |
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张凤登：上海理工大学教授，上海市自动化学会常务理事，中国仪器仪表学会过程检测控制仪表分会常务理事，中国人工智能学会自然计算与数字智能城市专业委员会委员，中国仪器仪表学会嵌入式仪表及系统技术分会理事，中国仪器仪表学会教育工作委员会委员，《自动化仪表》期刊编委，先后主持或合作完成来自省、市、部及企事业单位的各类教学与科研项目36项，获得机械工业部科技进步三等奖2项、科技成果推广应用荣誉证书2项、发明专利3项、实用新型专利6项、软件著作权2项，发表论文121篇，出版著4部。
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| 目錄：
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目录
第1章概述1
1.1实时系统中的问题2
1.1.1信息技术系统2
1.1.2实时系统及其分类2
1.1.3分布式实时系统的复杂性4
1.1.4时间触发和事件触发互动范式5
1.1.5数字总线系统6
1.2现有嵌入式系统多路传输网络的局限性7
1.2.1CAN的发展历程7
1.2.2CAN的局限性8
1.2.3CAN在概率特征和确定性方面的解决方案9
1.2.4TTCAN协议11
1.3线控系统的兴起15
1.3.1X-by-Wire15
1.3.2高级应用需求16
1.3.3高级功能需求18
1.4FlexRay的起源及发展历史20
1.4.1FlexRay联盟的成立20
1.4.2FlexRay的目标22
1.4.3FlexRay的发展历史25
1.5FlexRay操作梗概及特点26
1.5.1FlexRay协议的基本操作原理26
1.5.2FlexRay通信的层次和整体形式28
1.5.3FlexRay的主要特点31
1.6FlexRay的应用前景分析与展望31
1.6.1FlexRay与ISO32
1.6.2FlexRay的用途32
1.6.3其他行业中的FlexRay33
习题34
第2章全局时间同步35
2.1时间与时间标准35
2.1.1顺序及其分类36
2.1.2时间标准37
2.2时钟39
2.2.1数字物理时钟39
2.2.2参考时钟41
2.2.3时钟漂移41
2.2.4时钟的失效模式42
2.2.5时钟精密度与准确度42
2.2.6实际应用中的时钟微节拍43
2.3全局时间及其测量44
2.3.1全局时间的概念45
2.3.2时间间隔测量47
2.3.3-领先47
2.3.4时间测量的基本限制48
2.4密集时基与稀疏时基49
2.4.1密集时基49
2.4.2稀疏时基50
2.4.3时空点阵51
2.4.4时间的循环表示形式51
2.5内部时钟同步52
2.5.1同步条件52
2.5.2中央主节点同步算法54
2.5.3分布式容错同步算法55
2.5.4状态修正与速率修正59
2.6外部时钟同步59
2.6.1运行原理59
2.6.2时间格式60
2.6.3时间网关61
习题61
第3章实时系统调度63
3.1实时调度问题63
3.1.1任务模型64
3.1.2时间约束65
3.1.3调度算法的分类66
3.1.4可调度性分析70
3.2最坏情况执行时间76
3.2.1任务的分类77
3.2.2任务的最坏情况执行时间78
3.3静态调度82
3.3.1时间在静态调度中的作用83
3.3.2搜索树在静态调度中的应用83
3.3.3静态调度表灵活性的增强方法84
3.4动态调度86
3.4.1独立任务的调度86
3.4.2非独立任务的调度89
3.5其他可供选择的调度策略94
3.5.1分布式系统的调度94
3.5.2反馈调度95
习题95
第4章FlexRay协议97
4.1通道与循环97
4.1.1通信通道97
4.1.2通信循环98
4.2段与时隙99
4.2.1采用静态段和动态段的理念100
4.2.2时隙和微时隙100
4.2.3静态段与时隙104
4.2.4动态段与微时隙105
4.3通信帧107
4.3.1通信帧格式108
4.3.2在时隙和微时隙中逻辑数据帧的封装和编码111
4.3.3帧在静态段和动态段的传输113
4.4符号窗122
4.5网络空闲时间123
习题124
第5章FlexRay协议的媒体访问控制125
5.1分布式系统中的通信调度126
5.1.1分布式系统中的任务分配问题126
5.1.2通信调度126
5.1.3时钟驱动通信法127
5.1.4基于固定优先级的通信法130
5.2FlexRay中的通信调度131
5.2.1优先级分配策略132
5.2.2调度问题的分类133
5.2.3调度算法134
5.3任务的定义135
5.4通信循环的执行138
5.4.1帧ID的含义138
5.4.2仲裁网格层139
5.5传输和媒体访问条件141
5.5.1静态段期间的传输和媒体访问条件141
5.5.2动态段期间的传输和媒体访问条件141
5.5.3动态段和CAN协议在媒体访问方面的相似性145
5.5.4关于双通道应用的补充说明146
5.6应用实例147
5.6.1宝马X5中的自适应驱动系统148
5.6.2FlexRay系统的参数149
5.6.3已实施的选择150
5.6.4本地参数和网络参数小结153
习题154
第6章FlexRay物理层155
6.1FlexRay信号的创建和发送155
6.1.1信号的创建156
6.1.2线路驱动器及其发送输出电路158
6.2媒体与FlexRay信号传输161
6.2.1媒体161
6.2.2信号传播162
6.2.3与信号传播有关的影响163
6.3拓扑结构及其对网络性能的影响165
6.3.1拓扑结构的应用理念165
6.3.2网络拓扑结构参数165
6.3.3信号完整性166
6.3.4单通道和双通道型结构的特点167
6.4FlexRay的拓扑结构169
6.4.1点对点连接169
6.4.2无源线性总线连接169
6.4.3带支线无源线性总线连接170
6.4.4无源星连接171
6.4.5有源星连接172
6.4.6拓扑结构应用实例174
6.5FlexRay信号的接收177
6.5.1不对称效应177
6.5.2在帧发送和帧接收开始时的特殊影响179
6.5.3完整发送接收链的截短效应小结180
6.6通信控制器对收到信号的处理182
6.6.1二进制流的采集183
6.6.2干扰或噪声的抑制183
6.6.3二进制匹配184
6.7误码率184
6.7.1眼图184
6.7.2信号完整性、眼图和BER之间的关系189
6.8网络性能的建模与仿真193
6.8.1网络元素的建模193
6.8.2仿真196
习题198
第7章FlexRay时间同步200
7.1全局时间概念在FlexRay中的应用200
7.1.1网络启动阶段201
7.1.2位时间202
7.1.3FlexRay的时间层次203
7.1.4全局时间与本地时间206
7.2FlexRay-TDMA型网络中的同步206
7.2.1问题的提出206
7.2.2网络时间同步方面的要求208
7.3节点间同步问题的解决方案210
7.3.1确保网络节点时间同步的方法210
7.3.2时间偏差测量212
7.3.3持续时间测量214
7.3.4多合一测量215
7.3.5偏差和速率修正值计算216
7.4修正值的应用和实现219
7.4.1偏差与偏差修正219
7.4.2速率与速率修正220
7.4.3何处、何时及如何应用修正220
7.4.4时间层级的补充说明223
习题224
第8章网络唤醒、启动和错误管理226
8.1网络唤醒226
8.1.1节点唤醒过程226
8.1.2唤醒模式227
8.2网络启动228
8.2.1常规网络启动228
8.2.2TT-E和TT-L同步模式232
8.3错误管理234
8.3.1错误管理的理念234
8.3.2降级模式234
8.3.3协议的状态转换235
8.3.4通道和通信帧上的错误236
习题236
第9章典型节点结构与网络电子组件238
9.1FlexRay节点结构238
9.1.1节点的主要组成部分238
9.1.2处理器和协议管理器的架构240
9.2网络的电子组件242
9.2.1FlexRay协议管理器243
9.2.2线路驱动器246
9.2.3有源星251
9.3电磁兼容性及其测量255
9.3.1电缆端接256
9.3.2端接方法比较257
9.4静电放电保护258
9.4.1测试的严酷度要求258
9.4.2静电放电测试设备258
9.4.3静电放电抗扰性测试设备的主要性能要求259
9.4.4测试方法259
9.5一致性测试260
9.6总线监控器261
9.6.1初级集中式总线监控器规范261
9.6.2初级节点总线监控器规范262
习题263
第10章FlexRay系统的开发、集成、分析和测试264
10.1V模式开发流程264
10.1.1V模式264
10.1.2汽车行业V模式开发流程265
10.1.3车载总线系统开发流程的分级267
10.2FlexRay总线仿真与测试工具268
10.2.1网络设计工具269
10.2.2仿真验证工具272
10.2.3通信分析工具274
10.2.4测试与诊断工具275
10.2.5通信网络错误仿真工具275
10.2.6ECU内部参数标定和测量工具276
10.3CANoe的FlexRay协议特征277
10.3.1仿真平台的时间同步277
10.3.2其他语言程序的应用279
10.3.3CANoe中的实时280
10.4FlexRay通信在汽车逻辑控制器中的实现281
10.4.1AUTOSAR联盟282
10.4.2AUTOSAR系统中的功能分析、虚拟功能总线282
10.4.3虚拟到现实的转变284
10.4.4AUTOSAR的FlexRay通信栈285
习题287
附录A FlexRay协议官方文件288
附录B FlexRay协议主要参数290
附录C CAN和FlexRay的差异298
附录D 缩写语301
参考文献304
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| 內容試閱：
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前 言
实时系统的目的是监视和驱动被控对象的动态过程，通常需要以实时方式运行，它的正确性不仅取决于任务所执行计算的逻辑结果，而且取决于这些结果的产生时刻。实时系统分为强实时系统、弱实时系统和关键实时系统三类，其中关键实时系统受到可靠性的制约，涉及运行安全性和容错问题。在关键实时系统中，如果响应时间延迟所导致的结果是错误的，并且失效所产生的后果超过系统的附加值，那么系统的所有运行情况必须进行确认，研究难度较大。因此，这类系统的发展一直滞后于前两类系统。
FlexRay作为汽车行业最新推出的实时传输网络系统，它既考虑了时间同步、通信调度和容错机制，又考虑了传输速度、安全性、操作灵活性、实时、分布式智能、网络拓扑等，对于关键实时系统的发展将会起到极大的推动作用。但是，FlexRay将许多概念交集在一起，深奥难懂，给人们学习和掌握这一新型网络带来很大困难。本书作者期望通过编写本书，系统、清晰、深入地介绍实时传输网络FlexRay的产生背景、理论与技术基础，反映实时传输网络的最新发展状况，并结合辅助开发工具介绍FlexRay总线系统的开发、集成、分析和测试 方法。
为避免读者失去试图了解这一主题的信心，作者在组织和编写过程中认真考虑了教学和自学的需要。第1章简要介绍实时系统的一些基本概念，分析进行实时传输网络研究的目的和必要性；第2章介绍与网络媒体访问密切相关的全局时间同步原理；第3章描述实时调度原理，为探讨通信报文调度奠定基础；第4章从通信循环、段和帧的角度描述FlexRay协议；第5~8章深入探讨FlexRay协议的媒体访问控制、物理层、时间同步、网络唤醒、网络启动和错误管理等核心内容；第9~10章重点讨论节点的结构、FlexRay网络组件和AUTOSAR，并介绍FlexRay实时传输网络系统的开发、集成、分析和测试方法。全书共分10章，每章配有习题。
本书的编写得到了资深学者、同事和电子工业出版社的大力支持。应启戛、吴勤勤教授为本书的组织结构和新术语的定义提出了很多宝贵建议；单冰华、魏志强、屠雨、李莎、张宇惠、车蕊、刘鲁平、邵文学、郭超、杨涛远等仔细阅读了部分或全部书稿，并提出了许多改进建议；电子工业出版社的宋梅编审在本书的体例格式和易读性方面给予作者许多帮助。在此谨向他们以及本书中引用的参考文献的作者们致以衷心的感谢。
由于作者水平有限，书中错误和不足之处在所难免，敬请读者批评指正。
作 者
2017年1月1日
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