基于CAN总线的调度算法的研究

论文摘要

CAN（ControlAreaNetwork，控制局域网）总线是一种非常成熟的总线，由于其稳定性和极强的抗干扰能力，很多军用武器系统也采用CAN总线进行通信。本文的研究基于某大型复杂武器系统，CAN总线是该武器系统的主要通信总线。调度算法可以提高总线的负载能力和抗干扰能力。CAN总线调度算法分为静态调度算法、动态调度算法和混合调度算法。本文选定两个消息集合，对各种调度算法的特性进行了检验，并比较不同的调度算法的优缺点。混合调度算法综合了静态调度算法和动态调度算法的优势，但是其分析非常复杂。本文基于静态调度算法的分析，给出了TSM（ThreeSubsetMixed，三子集混合调度）混合调度算法的响应时间分析，并对分析进行了验证。TSM混合调度算法提升了系统处理高优先级消息的性能，但同时降低了处理低优先级消息的性能。CAN总线上的错误会极大的降低总线通信性能。本文研究了在不同的错误速率对各种调度算法的影响，并比较不同调度算法抵抗错误的能力，同时研究了错误对总线通信的影响。非周期消息是总线上较常见的一种消息，通过用非周期消息之间的最小间隔作为周期，把非周期消息等效成为周期消息。本文研究了非周期消息对总线的影响，并研究了非周期消息时间间隔的分布对总线的影响。CANoe是模拟CAN总线的商业软件，通过设定系统相关参数对总线系统进行模拟，检测理论分析的正确性。使用CANoe搭建Alpha系统平台，对系统性能进行全面评估。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 项目背景
• 1.2 研究现状
• 1.3 研究内容
• 1.4 需求分析
• 1.5 本文内容安排
• 第2章 CAN总线简介
• 2.1 CAN总线概述
• 2.2 CAN总线特性
• 2.3 CAN总线分层结构
• 2.3.1 CAN总线物理层
• 2.3.2 CAN总线数据链路层
• 2.3.3 CAN总线应用层
• 2.4 帧结构通信
• 2.4.1 数据帧
• 2.4.2 其它帧格式
• 第3章 调度算法仿真分析
• 3.1 消息集合
• 3.1.1 周期数据
• 3.1.2 SAEBenchmark
• 3.2 不使用调度算法
• 3.2.1 消息集合1
• 3.2.2 消息集合2
• 3.3 静态调度算法
• 3.3.1 静态调度算法概述
• 3.3.2 静态调度算法响应时间
• 3.3.3 RM调度算法
• 3.3.4 DM调度算法
• 3.4 动态调度算法
• 3.4.1 动态调度算法概述
• 3.4.2 ED调度算法响应时间
• 3.4.3 ED调度算法分析
• 3.5 总线特性
• 3.5.1 总线负载
• 第4章 调度算法比较
• 4.1 TSM调度算法分析
• 4.1.2 TSM混合调度算法理论分析
• 4.1.3 TSM调度算法响应时间分析
• 4.2 RM和DM调度算法的比较
• 4.2.1 消息集合1
• 4.2.2 消息集合2
• 4.3 DM和ED调度算法的比较
• 4.3.1 消息集合1
• 4.3.2 消息集合2
• 4.4 DM和TSM混合调度算法的比较
• 4.4.1 消息集合1
• 4.4.2 消息集合2
• 4.5 调度算法总结
• 第5章 错误和非周期消息的影响
• 5.1 错误对总线的影响
• 5.1.1 CAN总线错误
• 5.1.2 错误对响应时间的影响
• 5.2 错误对调度算法的影响
• 5.2.1 RM调度算法
• 5.2.2 TSM调度算法
• 5.2.3 各种调度算法比较
• 5.3 非周期消息的影响
• 5.3.1 非周期消息的处理
• 5.3.2 非周期消息对调度算法的影响
• 5.3.3 Random调度算法
• 5.3.4 RM调度算法
• 5.3.5 DM调度算法
• 5.3.6 TSM调度算法
• 5.4 非周期消息对系统的影响
• 5.4.1 不同非周期消息个数的影响
• 5.4.2 非周期消息对总线负载的影响
• 5.5 调度算法总结
• 第6章 实验测试分析
• 6.1 Alpha系统消息集合
• 6.2 总线负载
• 6.3 各调度算法
• 6.3.1 RM调度算法
• 6.3.2 TSM调度算法
• 6.4 各种调度算法比较
• 6.5 实验结果
• 6.5.1 实验平台
• 6.5.2 RM调度
• 6.5.3 DM调度
• 6.5.4 Random调度
• 6.5.5 总线负载
• 第7章 结论和展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果