工业控制系统中基于CAN总线的实时动态调度研究

论文摘要

随着计算机硬件、软件技术及集成电路技术的迅速发展,工业控制系统已成为计算机技术应用领域中最具活力的一个分支,并取得了巨大进步。其中现场总线（Fieldbus）的研究与应用已成为工业数据总线领域的热点,由于现场总线的标准尚未统一,使得现场总线的应用得以不拘一格地发挥。控制器局部网CAN（Controller-Aera-Network）正是在这种背景下应运而生的。由于基本的CAN协议没有对实时数据传输时间给出明确的限制,因此在高负荷的情况下会导致系统性能有所下降,甚至会影响连接到CAN总线中的实时应用系统的稳定性,或导致崩溃。虽然在网络通信调度方面已有所进展,但是在信号延迟和带宽利用率方面还有待改进。本文较深入地研究了CAN总线中的动态调度问题,提出了基于CAN总线的实时动态调度方案。一方面,此方案把时间间隙概念引入到CAN网络,使带宽分配更加合理、实时数据的传输更快,从而最小化带宽和延迟的消耗。另一方面,方案考虑了实时数据的重传机制。当实时数据传输失败时,利用非实时间隔重发此数据而无须分配另外的网络资源,这种重传机制减少了实时数据的时延。本文归纳了间隙选择机制和数据重传机制,给出了满足所有数据的稳定条件:经过验证,本方案在网络利用率和传输请求程序的平均信号延迟方面有明显的优势。本文对这两方面的改进及其应用进行了较详细的说明,并简单介绍了动态调度方案的仿真实验环境。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究动因
• 1.3 本文创新及主要贡献
• 1.4 本文内容及组织结构
• 1.4.1 主要研究工作
• 1.4.2 论文的组织结构
• 第2章 预备知识
• 2.1 CAN 网络概述
• 2.1.1 国内外CAN 的研究现状
• 2.1.2 CAN 总线的基本概念
• 2.2 CAN 网络中的调度类型
• 2.2.1 基于优先权
• 2.2.2 基于时间
• 2.2.3 基于共享
• 2.3 CAN 网络中可靠实时通信
• 2.4 综合通信控制系统概述
• 2.5 小结
• 第3章 基于 ICCS 的带宽分配算法
• 3.1 ICCS 设计中的问题标识
• 3.2 数据采样时间调度算法
• 3.3 带宽分配算法
• 3.3.1 BA 算法基本原理
• 3.3.2 数据的稳定条件
• 3.3.3 BA 性能分析
• 3.4 小结
• 第4章 基于 CAN 总线的实时动态调度研究
• 4.1 引言
• 4.2 基本概念及公式
• 4.2.1 实时动态调度
• 4.2.2 系统参数
• 4.2.3 改进的带宽分配方案
• 4.2.4 衡量算法效果的参数
• 4.3 基于 CAN 总线的实时动态调度算法
• 4.3.1 方案的构成
• 4.3.2 实时动态调度算法的生成
• 4.4 小结
• 第5章 实验仿真与分析
• 5.1 仿真实验环境
• 5.2 仿真方法
• 5.3 仿真结果分析
• 5.4 小结
• 结论及展望
• 1.结论
• 2.展望
• 参考文献
• 附录A（攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录）
• 附录B（攻读硕士学位期间所参与的项目）
• 致谢