论文摘要
随着车辆上电控单元数量不断增加,传统的单一CAN网络结构已经不能满足车辆实际应用需求,多网络结构逐渐成为车载网络的发展方向。车内多个电控单元节点组成面向不同应用环境且特性各异的CAN子网,并使用网关模块实现不同网络的互联,网关节点作为整车网络中信息交互的中心节点,对整体网络性能有着重要影响,成为多网络技术的核心。本论文立足实际工程需要,对车载CAN网络的网关设计方法进行了全面研究。首先,介绍网关的基本原理和系统结构,提出基于信号的车载CAN网关功能定义和整体设计方案,构建基于飞思卡尔CodeWarrior开发环境和16位微处理器MC9S12XDP512的硬件开发平台,利用协处理器XGATE完成对CAN信息的底层接收、发送操作,设计包含信息缓存、多任务优先级调度和存储-转发路由功能的软件体系,并提出网关设计的关键与难点问题:调度算法与优先级策略,网关延时与实时性设计,网络管理功能。在MATLAB集成环境中利用SimEvents离散事件动态仿真工具箱对网关设计中的任务调度算法和优先级配置问题进行分析,设计基于ID的优先级策略及轮询调度算法,对算法进行限时等待改进,提出时限预估调度算法,将仿真结果与定时调度进行比较,并对优先级抢占调度和实时调度进行研究,随后,完成网关模块的时滞特性分析和延时优化设计,实现基于优先级的多任务调度和包括ID查询及信号转存的路由操作,改善网关模块的实时性,同时,参考OSEK规范对网络管理功能进行设计和实现。最后,提出网关模块的性能评价指标,对网关模块的信号路由和资源消耗等行为进行具体分析,为网关模块的设计和测试提供参考,同时基于队列理论,利用SimEvents工具箱对CAN节点和CAN总线进行机理建模,最终构建完整的CAN网络仿真模型和多路CAN子网互联网关仿真模型,为CAN网络网关模块研究提供了全面可配置的软件模拟测试环境。