車用CAN網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性與可靠性研究.pdf

1、隨著汽車電子的發(fā)展，各部件之間通信量的增大，對(duì)汽車現(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)時(shí)性和可靠性方面提出了更高的要求。CAN總線在設(shè)計(jì)之初具有良好的實(shí)時(shí)性和可靠性，使其在汽車電子系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。但隨著網(wǎng)絡(luò)總線負(fù)載的增加，CAN協(xié)議靜態(tài)優(yōu)先級(jí)分配策略和仲裁機(jī)制會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳輸延遲增大，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和可靠性下降。
　　 車用CAN網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性方面，本文結(jié)合車用CAN網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，在數(shù)據(jù)鏈路層分析了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載對(duì)CAN網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性的影響；借助控制網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)理論和

2、評(píng)價(jià)指標(biāo)研究車用CAN網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性問(wèn)題，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)出CAN網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)幀的平均等待時(shí)間與網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率的函數(shù)關(guān)系，得出結(jié)論當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率大于0.9時(shí)，CAN總線上數(shù)據(jù)幀的平均等待時(shí)間接近無(wú)窮大。車用CAN網(wǎng)絡(luò)的可靠性方面，引入可靠度函數(shù)比較了總線形、環(huán)形和冗余環(huán)形三種總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的可靠度。其中冗余形總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的可靠度最高。為了提高車用CAN網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性與可靠性，本文提出了針對(duì)車用CAN網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。優(yōu)化設(shè)計(jì)方案分為兩個(gè)方面，

3、一是將車用CAN網(wǎng)絡(luò)上周期性數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)高速CAN網(wǎng)絡(luò)，將事件型數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)組成低速CAN網(wǎng)絡(luò)。這樣可以有效降低總線負(fù)載，提高總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，并且采用控制器級(jí)別的冗余設(shè)計(jì)來(lái)提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可靠性。二是在高速CAN網(wǎng)絡(luò)上采用時(shí)分復(fù)用TTCAN協(xié)議，消除仲裁機(jī)制對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的影響。低速CAN網(wǎng)絡(luò)上采用動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)管理機(jī)制。最后選用TI公司的TMS320LF2407A芯片和MICROCHIP公司的MCP2515芯片，研究了TTCAN協(xié)議的實(shí)

4、現(xiàn)方法，完成TTCAN協(xié)議節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，并對(duì)比不同網(wǎng)絡(luò)負(fù)載環(huán)境下傳統(tǒng)CAN總線與本文中所提出的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案在實(shí)時(shí)性和可靠性方面的差別。通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率大于0.6時(shí)，TTCAN協(xié)議總線的延時(shí)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)CAN總線的傳輸延時(shí)。在相同網(wǎng)絡(luò)誤碼率下，冗余總線的可靠運(yùn)行時(shí)間比非冗余總線的可靠運(yùn)行時(shí)間增加了近一倍。
　　 通過(guò)在DSP芯片上實(shí)現(xiàn)本文中所提出的方案，說(shuō)明方案在技術(shù)上的可行性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本文所提方案在大網(wǎng)絡(luò)負(fù)載條