基于時間觸發(fā)的導航系統(tǒng)CAN網絡設計與實現(xiàn).pdf

1、由于串行通信有結構簡單,傳輸距離遠等優(yōu)點,傳統(tǒng)導航系統(tǒng)采用串行接口進行通信,但是隨著導航設備技術的進步,傳輸數(shù)據的快速性和多樣性等都有較大的提高,串行通信方式將無法滿足現(xiàn)代導航系統(tǒng)的需要。近些年,CAN總線技術在層次設計、抗干擾能力、錯誤檢測機制以及可靠性和實時性等方面有很突出的優(yōu)勢,在現(xiàn)代船舶工業(yè)系統(tǒng)中已經開始普及使用。但是CAN總線本身也存在很多固有的缺陷,例如CAN總線采用位仲裁機制的自主搶占式模式,當信息量和數(shù)據密度大并且接近C

2、AN總線額定帶寬時,將導致低優(yōu)先級的信息產生很大的數(shù)據延遲,甚至出現(xiàn)數(shù)據丟失等現(xiàn)象。對網絡內部分節(jié)點的傳輸時刻的正確性和精確性有嚴格要求的導航系統(tǒng),通常的CAN總線已經無法滿足其實時性。
　　針對上述CAN總線存在的缺陷,本文采用在CAN總線的會話層添加時間觸發(fā)機制的時間觸發(fā)CAN協(xié)議來提高網絡的實時性,該協(xié)議的底層技術與CAN總線完全一致。時間觸發(fā)CAN網絡內各節(jié)點的通信都是基于一個全局時間,全部同步于離線設計的時間調度表,根據

3、調度表的安排,在各自既定的時間窗口內定時的完成相應的操作,從而可避免信息量大時產生數(shù)據延遲,保證各信息能夠在最大傳輸期限內順利的完成操作,系統(tǒng)的實時性得以保證。
　　首先本文對時間觸發(fā)CAN總線的底層技術和關鍵技術的相關規(guī)范進行了詳細的介紹。通過分析時間觸發(fā)CAN協(xié)議內部的時間觸發(fā)機制、時間同步機制以及時間調度表的構建等,結合船舶導航系統(tǒng)設備信息的特點,設計了一維裝箱算法、粒子群優(yōu)化算法和動態(tài)優(yōu)先級提升算法,與時間觸發(fā)CAN協(xié)議相

4、結合提高船舶導航系統(tǒng)實時性能。然后通過總結時間觸發(fā)導航系統(tǒng)CAN網絡可靠性和冗余技術的特點,選用靜態(tài)硬件冗余技術實現(xiàn)對整個網絡的冗余備份;對時間觸發(fā)CAN網絡時間觸發(fā)機制中重要的時間主節(jié)點進行冗余備份設計以及故障切換設計;對網絡結構改變時的系統(tǒng)矩陣進行設計,完成導航系統(tǒng)可靠性能的提高。
　　最后,搭建時間觸發(fā)導航系統(tǒng)CAN網絡的測試環(huán)境,對時間觸發(fā)導航系統(tǒng)CAN網絡的實時性和可靠性進行測試分析,結果分析顯示,本設計提高了時間觸發(fā)導