漂移对系统的影响 - FlexRay时钟同步的同向漂移解决方案

　　漂移使通信时钟离标准时钟越来越远，通信时钟初始相位的负值代表它比标准时间延迟(如图1所示)。在延迟超过1个cycle时就会使上次写入的帧还未发出就被覆盖。以cycle=5 ms、100次校正漂9.3 μs计，53763次校正会漂1个cycle，这就是说，8.96 min会产生一次丢帧。由于节点都是同步的，每个slot都会发生丢帧，如果每个cycle有91个静态slot，那么意味着每8.96 min丢失91个帧--平均每6 s丢一帧。而且，如果host时钟是偏快方向漂移，那么丢帧的频度还要增大。

　　补偿过头时URT为负值，通信时钟将比标准时间提前。这种情况一般不会发生，因为规定选延迟的最小值作pDelayCompensation。但是这里又出现了host时钟的漂移问题：所有同步帧的内容是由host写入的，host必须在相应slot的开始前使同步帧的内容就绪。最坏情况是原来host在slot开始前写入，漂移超过了gDACtionPointOffset就会产生同步帧未写入的情况。FlexRay的帧头部有一位标志null frame. indicator，当帧内容未更新时，这一位自动设为0，同步帧还是发出去，所以并不影响同步帧的个数。

　　6 频率校正中的问题

　　频率校正时采用了连续2个cycle的同一同步节点的相位差，将这两个相位差的差作原始数据，用类似算法计算校正量，然后按死区与限幅的方法实施校正。在同一同步节点的相位差的减法中，系统性偏差URT互相抵消，因此不引起频率的漂移。但是，在接收节点测取BSS的跳变沿时存在误差的可能性(如图1所示)，BSS的跳变沿的误差直接影响到倒推ActionPointOffset的位置，从而进入eRT：

　　式中Uglitch为毛刺造成的误差，奇数cycle和偶数cycle的Uglitch可能是不同幅值和符号的。BSS的跳变沿是在经滤波后的zVotedVal上采取的，毛刺长度小于3个位采样周期时被滤掉，大于3个位采样周期时就可以见到。毛刺的存在位置有如下几种可能：

　　① “0“毛刺在TSS之前，真正TSS的跳变沿被解读为BSS中的跳变沿。此时读到的相位差较大，但是后续BSS以及其它的帧检查会发现此帧有接收错。

　　② “1“毛刺在TSS之中，毛刺的1/0跳变沿被解读为BSS中的跳变沿。此时读到的相位差比上述情况小，同样可检查出有错。

　　③ “0“毛刺使BSS内的跳变沿提前，或“1“毛刺使BSS内的跳变沿推后，当提前或推后的量较大时，后续BSS以及其它的帧检查会发现此帧有接收错。

　　④ 毛刺使BSS跳变沿变化量小于0.5位时，后续BSS以及其他的帧检查不会发现此帧有接收错，所以此帧会被用于时钟同步。

　　一个接收节点在同一cycle里受到毛刺干扰而造成有几个同步帧受影响是可能的。此时尽管有最大最小频率差的丢弃，毛刺造成的误差仍可能要进入校正量的计算。

　　易于导出频率校正的状态方程，它与(4)式的形式类似。因此FlexRay的频率校正可使簇内的频率趋于一致，但是仍有频率相对于标准值漂移的可能性，此漂移的方向是不定的，受毛刺出现的情况而变。

　　参考文献[6]进行了FlexRay的频率校正的软件仿真试验，对节点频率作阶跃变化、斜坡变化的试验结果是令人满意的。但是它并未考虑过毛刺影响。

　　7 时变传递矩阵的漂移

　　如(5)式所示的传递矩阵还有非常多的形式，由于FlexRay在选取作校正计算时要用丢弃排序后的最大最小二个误差，实际采用的同步节点的可能性组合很多。例如对4个同步节点的簇，对每个同步节点(矩阵A的一行)将有6种可能的系数，整个簇的传递矩阵A将有64=1296种可能。对矩阵A求特征根时可以发现它们都有λ=1的临界稳定的特征根：实际上每行系数的和都等于1，在用行列式求特征根时就可以将λ-1提出来。而由于FlexRay在每次排序后选中的同步节点可能不同，传递矩阵是时变的，那么是否还有漂移呢?为此按照算法作了含有排序的程序，这是相位校正的算法(不含频率校正的非线性部分)。

　　8.结语

　　FlexRay采用分布式时钟的本意是强化对抗失效的能力：有F个同步帧发送节点失效时，只要同步帧发送节点为3F+1个，簇内的时钟仍是正确同步的，因此可以保证簇内的正常通信服务。但是根据本文的动态分析，时钟相位会由于延迟补偿误差而漂移，与真实时钟有频差。这种延迟补偿误差是无法消除的，而已有频率校正方法无法发现通信时钟对真实时间的频差，因此通信时钟会与host的时钟越离越远，导致发送帧被新帧覆盖，或者时隙到达时消息尚未就绪。这些漂移引起的出错发生频率是相当高的。

　　由于毛刺引起的频率漂移可以用死区算法克制，但是其他各种毛刺的情况会使有效的同步帧数目减少，使容错中值算法的鲁棒性下降。按容许F个错需要3F+1个同步帧计算，同时有2个错对4个同步节点的簇就不能保证同步精度了。