基于時(shí)間觸發(fā)的導(dǎo)航系統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、由于串行通信有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn),傳統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)采用串行接口進(jìn)行通信,但是隨著導(dǎo)航設(shè)備技術(shù)的進(jìn)步,傳輸數(shù)據(jù)的快速性和多樣性等都有較大的提高,串行通信方式將無(wú)法滿足現(xiàn)代導(dǎo)航系統(tǒng)的需要。近些年,CAN總線技術(shù)在層次設(shè)計(jì)、抗干擾能力、錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制以及可靠性和實(shí)時(shí)性等方面有很突出的優(yōu)勢(shì),在現(xiàn)代船舶工業(yè)系統(tǒng)中已經(jīng)開(kāi)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(jī)制的自主搶占式模式,當(dāng)信息量和數(shù)據(jù)密度大并且接近C

2、AN總線額定帶寬時(shí),將導(dǎo)致低優(yōu)先級(jí)的信息產(chǎn)生很大的數(shù)據(jù)延遲,甚至出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失等現(xiàn)象。對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部分節(jié)點(diǎn)的傳輸時(shí)刻的正確性和精確性有嚴(yán)格要求的導(dǎo)航系統(tǒng),通常的CAN總線已經(jīng)無(wú)法滿足其實(shí)時(shí)性。
　　針對(duì)上述CAN總線存在的缺陷,本文采用在CAN總線的會(huì)話層添加時(shí)間觸發(fā)機(jī)制的時(shí)間觸發(fā)CAN協(xié)議來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性,該協(xié)議的底層技術(shù)與CAN總線完全一致。時(shí)間觸發(fā)CAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)的通信都是基于一個(gè)全局時(shí)間,全部同步于離線設(shè)計(jì)的時(shí)間調(diào)度表,根據(jù)

3、調(diào)度表的安排,在各自既定的時(shí)間窗口內(nèi)定時(shí)的完成相應(yīng)的操作,從而可避免信息量大時(shí)產(chǎn)生數(shù)據(jù)延遲,保證各信息能夠在最大傳輸期限內(nèi)順利的完成操作,系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性得以保證。
　　首先本文對(duì)時(shí)間觸發(fā)CAN總線的底層技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)的相關(guān)規(guī)范進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。通過(guò)分析時(shí)間觸發(fā)CAN協(xié)議內(nèi)部的時(shí)間觸發(fā)機(jī)制、時(shí)間同步機(jī)制以及時(shí)間調(diào)度表的構(gòu)建等,結(jié)合船舶導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)備信息的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一維裝箱算法、粒子群優(yōu)化算法和動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)提升算法,與時(shí)間觸發(fā)CAN協(xié)議相

4、結(jié)合提高船舶導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能。然后通過(guò)總結(jié)時(shí)間觸發(fā)導(dǎo)航系統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)可靠性和冗余技術(shù)的特點(diǎn),選用靜態(tài)硬件冗余技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的冗余備份;對(duì)時(shí)間觸發(fā)CAN網(wǎng)絡(luò)時(shí)間觸發(fā)機(jī)制中重要的時(shí)間主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行冗余備份設(shè)計(jì)以及故障切換設(shè)計(jì);對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改變時(shí)的系統(tǒng)矩陣進(jìn)行設(shè)計(jì),完成導(dǎo)航系統(tǒng)可靠性能的提高。
　　最后,搭建時(shí)間觸發(fā)導(dǎo)航系統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試環(huán)境,對(duì)時(shí)間觸發(fā)導(dǎo)航系統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性和可靠性進(jìn)行測(cè)試分析,結(jié)果分析顯示,本設(shè)計(jì)提高了時(shí)間觸發(fā)導(dǎo)