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整车CAN网络消息调度研究

2020-12-01阅读(83)

整车CAN网络消息调度研究

论文摘要

控制器局域网(CAN)作为一种基于非破坏性仲裁串行通讯协议,由于其在EMC、传输机制、错误检测等方面的优点,目前在汽车、工业控制、航天等行业应用广泛。在整车网络中,CAN总线已经成为动力总成网络、车身网络的首选总线类型,并逐步应用于舒适性网络中。在整车网络设计和实施过程中,为了保证分布式功能信号准确、实时、稳定地传输,需要设计最优化的软件综合调度机制,保证多任务下的实时性以及恶劣环境下整车网络鲁棒性等性能。消息调度作为软件综合调度的一个重要内容,是保证整车CAN网络实时性的重要课题。论文在介绍车载网络和分析CAN总线协议的基础上,对整车CAN网络的消息调度问题进行了系统的研究,主要内容有:1、分析了车载CAN网络的实时特性,介绍了工程中进行整车网络设计时,CAN节点对信号和消息的相关处理机制。同时,论文建立信号时间模型,分析了为保证网络实时通信,消息必须满足的传输时限要求,并推导了相应的计算公式。2、研究了实时调度算法:静态调度、动态优先级调度(DPS)和固定优先级调度(FPS),分析了CAN消息调度与单处理器任务调度的异同,在MATLAB/Simulink的Stateflow工具中建立CAN网络模型,仿真分析了FPS中的速率单调调度(RMS)和DPS中的最早截止期优先(EDF)在CAN消息调度中的性能。仿真表明,EDF有更好的调度性,RMS有更好的可预见性。综合考虑实现的难易度、成本、可预见性及稳定性等,FPS更适合整车CAN网络消息调度。3、针对现有研究对CAN消息的可调度性存在误判的问题,论文将CAN消息抽象成不可抢占的任务,在研究固定优先级抢占调度(FPPS)任务最坏响应时间的基础上,扩展了i级忙周期的概念,对固定优先级非抢占调度(FPNS)周期任务和周期偶发任务最坏响应时间进行了详细的分析推导,进而得到能准确判断可调度性的消息最坏响应时间计算公式。论文利用推导的公式计算比较了三种FPS对普通任务集的调度性能,结果表明最佳优先级分配原则的性能优于RMS和DMS。4、研究了减少消息最坏响应时间的方法,建立了包含突发错误和随机错误的传输错误模型,计算并分析了传输错误对消息响应时间的影响。论文研究表明禁止使用一些可选优先级或对连续同极性位较多的数据进行传输处理,可以减少位填充的数量,从而减少消息最坏响应时间;存在传输错误时,消息最坏响应时间的增量较大,容易导致高负载的整车CAN网络失去实时性。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 绪论
  • 1.1 车载总线技术
  • 1.2 车载CAN 总线网络
  • 1.3 整车CAN 网络发展现状
  • 1.4 论文研究目的及内容
  • 2 CAN 总线协议分析
  • 2.1 CAN 基础知识
  • 2.2 CAN 的分层结构
  • 2.2.1 LLC 子层
  • 2.2.2 MAC 子层
  • 2.2.3 物理层
  • 2.3 CAN 总线报文类型
  • 2.3.1 数据帧
  • 2.3.2 出错帧
  • 2.3.3 超载帧
  • 2.3.4 帧间空间
  • 2.4 CAN 通信机制
  • 2.4.1 媒体访问
  • 2.4.2 总线仲裁
  • 2.4.3 位填充
  • 2.5 CAN 总线的错误类型
  • 2.6 本章小结
  • 3 整车CAN 网络的信号与消息处理
  • 3.1 整车CAN 网络的实时性
  • 3.2 信号与消息的处理
  • 3.3 信号时间模型分析
  • 3.4 消息时间需求分析
  • 3.5 本章小结
  • 4 实时调度算法研究
  • 4.1 实时调度算法
  • 4.1.1 静态调度算法
  • 4.1.2 动态调度——动态优先级
  • 4.1.3 动态调度——固定优先级
  • 4.2 CAN 网络消息调度与实时调度
  • 4.3 基于CAN 总线的调度算法仿真
  • 4.3.1 仿真原理
  • 4.3.2 RMS 仿真分析
  • 4.3.3 EDF 仿真分析
  • 4.3.4 仿真结果比较
  • 4.4 整车CAN 网络调度算法的选择
  • 4.5 本章小结
  • 5 固定优先级调度最坏响应时间分析
  • 5.1 研究现状及问题分析
  • 5.2 数学计算模型
  • 5.3 抢占式系统任务最坏响应时间
  • 5.3.1 i 级忙周期
  • 5.3.2 周期任务
  • 5.4 非抢占式系统任务最坏响应时间
  • 5.4.1 周期任务
  • 5.4.2 发布抖动问题
  • 5.4.3 偶发周期任务
  • 5.5 最佳优先级分配原则
  • 5.6 本章小结
  • 6 CAN 网络消息最坏响应时间分析
  • 6.1 理想CAN 网络消息最坏响应时间
  • 6.2 减少消息最坏响应时间的方法
  • 6.2.1 位填充对消息最坏响应时间的影响
  • 6.2.2 减少位填充的优先级选取方法
  • 6.2.3 减少位填充的数据传输处理方案
  • 6.3 非理想CAN 网络消息最坏响应时间
  • 6.3.1 基于传输错误模型的消息最坏响应时间
  • 6.3.2 传输错误模型参数对消息响应时间的影响
  • 6.4 本章小结
  • 7 总结与展望
  • 7.1 全文的工作及意义
  • 7.2 后续研究展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录

    • 相关论文文献

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    • [2].一种新型时间触发CAN消息动态调度算法的设计及实现[J]. 机电工程技术 2020(04)
    • [3].电动拖拉机CAN通信网络设计及硬件在环测试[J]. 农业装备与车辆工程 2020(04)
    • [4].工程机械自动控制与CAN总线的融合[J]. 设备管理与维修 2020(07)
    • [5].如何搭建可靠的汽车CAN网络？[J]. 电子产品世界 2020(07)
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    • [7].基于CAN通信的充电桩集成监控系统设计[J]. 数字制造科学 2020(02)
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    • [11].电动汽车CAN网络测试设备研究[J]. 内燃机与配件 2020(19)
    • [12].电动汽车CAN网络测试设备研究[J]. 时代汽车 2020(16)
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    • [14].CAN在汽车数字仪表中的应用探讨[J]. 科技创新导报 2016(31)
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    • [20].采煤机CAN总线抗干扰与稳定性分析[J]. 煤矿机械 2017(05)
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