车用CAN网络实时性与可靠性研究

《车用CAN网络实时性与可靠性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、武汉理工大学硕士学位论文摘要随着汽车电子的发展，各部件之间通信量的增大，对汽车现场总线的实时性和可靠性方面提出了更高的要求。CAN总线在设计之初具有良好的实时性和可靠性，使其在汽车电子系统中得到广泛的应用。但随着网络总线负载的增加，CAN协议静态优先级分配策略和仲裁机制会导致网络节点传输延迟增大，系统实时性和可靠性下降。车用CAN网络实时性方面，本文结合车用CAN网络特点，在数据链路层分析了网络负载对CAN网络实时性的影响；借助控制网络的相关理论和评价指标研究车用CAN网络的实时性问题，通过建立数学模型推导出CAN网络传输数据帧的平均等

2、待时间与网络负载率的函数关系，得出结论当网络负载率大于0．9时，CAN总线上数据帧的平均等待时间接近无穷大。车用CAN网络的可靠性方面，引入可靠度函数比较了总线形、环形和冗余环形三种总线拓扑结构的可靠度。其中冗余形总线拓扑结构的可靠度最高。为了提高车用CAN网络的实时性与可靠性，本文提出了针对车用CAN网络的优化设计方案。优化设计方案分为两个方面，一是将车用CAN网络上周期性数据节点组成一个高速CAN网络，将事件型数据节点组成低速CAN网络。这样可以有效降低总线负载，提高总线数据传输的实时性，并且采用控制器级别的冗余设计来提高整个网络的

3、可靠性。二是在高速CAN网络上采用时分复用TTCAN协议，消除仲裁机制对系统实时性的影响。低速CAN网络上采用动态优先级管理机制。最后选用1rI公司的TMS320LF2407A芯片和MICROCHIP公司的MCP2515芯片，研究了TTCAN协议的实现方法，完成TTCAN协议节点的设计，并对比不同网络负载环境下传统CAN总线与本文中所提出的优化设计方案在实时性和可靠性方面的差别。通过分析实验数据发现，在网络负载率大于O．6时，TTCAN协议总线的延时远小于传统CAN总线的传输延时。在相同网络误码率下，冗余总线的可靠运行时间比非冗余总线的

4、可靠运行时间增加了近一倍。通过在DSP芯片上实现本文中所提出的方案，说明方案在技术上的可行性。通过实验验证本文所提方案在大网络负载条件下，实时性和可靠性方面性能优于传统CAN总线，基本达到预期效果。关键词：车用CAN网络，实时性，可靠性，TTCAN，DSP武汉理工大学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofautomotiveelectronicsandtheincreasingcommunicationbetweencomponents，automotiveon-sitebushasbeenhigherde

5、mandedinreal-timeandreliability．Atthebeginningofthedesign,CANbushasagoodreal-timeandreliability,SOthattheCANbushaswidelyusedinautomotiveelectronicfield．However,withtheincreasingofthenetworkCANbusload,CANBusarbitrationagreementitselfwouldinducenetworkcongestionanddecrease

6、real-timeperformance．Moreover,theinteractionsofCAN-protocolverificationmechanismscouldalsoreducethereliabilityofCANbus．AccordingtothebasicfeaturesofCANbus．combinedwiththeclassificationofautomotiveelectronicnodes，thispaperanalyzessometypicalCANbussystem．Thenintherespectto

7、real—time，thispaperusetheconceptofnetworkreal—timecontrolandsomeindicatorstostudytheproblemofthereal—timeperformanceinautomotiveCANnetwork．ByestablishingamathematicalmodelofCANbusnetworkandthroughtheoriesanalyzing，afunctionhasbeenderivedbetweentheaveragedelayofCANbusdata

8、flamesandnetworkloadrate．ThispaperhasalsoanalyzedthelimitationsofCANbusprotocolarbitrationmechanisminth