車用CAN網(wǎng)絡(luò)實時性與可靠性研究.pdf

1、隨著汽車電子的發(fā)展，各部件之間通信量的增大，對汽車現(xiàn)場總線的實時性和可靠性方面提出了更高的要求。CAN總線在設(shè)計之初具有良好的實時性和可靠性，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)總線負載的增加，CAN協(xié)議靜態(tài)優(yōu)先級分配策略和仲裁機制會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳輸延遲增大，系統(tǒng)實時性和可靠性下降。
　　 車用CAN網(wǎng)絡(luò)實時性方面，本文結(jié)合車用CAN網(wǎng)絡(luò)特點，在數(shù)據(jù)鏈路層分析了網(wǎng)絡(luò)負載對CAN網(wǎng)絡(luò)實時性的影響；借助控制網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)理論和

2、評價指標研究車用CAN網(wǎng)絡(luò)的實時性問題，通過建立數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)出CAN網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)幀的平均等待時間與網(wǎng)絡(luò)負載率的函數(shù)關(guān)系，得出結(jié)論當網(wǎng)絡(luò)負載率大于0.9時，CAN總線上數(shù)據(jù)幀的平均等待時間接近無窮大。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)形三種總線拓撲結(jié)構(gòu)的可靠度。其中冗余形總線拓撲結(jié)構(gòu)的可靠度最高。為了提高車用CAN網(wǎng)絡(luò)的實時性與可靠性，本文提出了針對車用CAN網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計方案。優(yōu)化設(shè)計方案分為兩個方面，

3、一是將車用CAN網(wǎng)絡(luò)上周期性數(shù)據(jù)節(jié)點組成一個高速CAN網(wǎng)絡(luò)，將事件型數(shù)據(jù)節(jié)點組成低速CAN網(wǎng)絡(luò)。這樣可以有效降低總線負載，提高總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性，并且采用控制器級別的冗余設(shè)計來提高整個網(wǎng)絡(luò)的可靠性。二是在高速CAN網(wǎng)絡(luò)上采用時分復(fù)用TTCAN協(xié)議，消除仲裁機制對系統(tǒng)實時性的影響。低速CAN網(wǎng)絡(luò)上采用動態(tài)優(yōu)先級管理機制。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

4、現(xiàn)方法，完成TTCAN協(xié)議節(jié)點的設(shè)計，并對比不同網(wǎng)絡(luò)負載環(huán)境下傳統(tǒng)CAN總線與本文中所提出的優(yōu)化設(shè)計方案在實時性和可靠性方面的差別。通過分析實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在網(wǎng)絡(luò)負載率大于0.6時，TTCAN協(xié)議總線的延時遠小于傳統(tǒng)CAN總線的傳輸延時。在相同網(wǎng)絡(luò)誤碼率下，冗余總線的可靠運行時間比非冗余總線的可靠運行時間增加了近一倍。
　　 通過在DSP芯片上實現(xiàn)本文中所提出的方案，說明方案在技術(shù)上的可行性。通過實驗驗證本文所提方案在大網(wǎng)絡(luò)負載條