劉紅軍　黃斌　孫旭輝

摘要：為了提高FlexRay總線動(dòng)態(tài)段的帶寬利用率和通信實(shí)時(shí)眭，建立了動(dòng)態(tài)消息調(diào)度模型，并提出了動(dòng)態(tài)消息平均響應(yīng)時(shí)間概念，基于對(duì)動(dòng)態(tài)消息響應(yīng)時(shí)問的分析，推導(dǎo)出了其定量計(jì)算公式，并給出了動(dòng)態(tài)消息優(yōu)先級(jí)和時(shí)隙ID分配原則；在此基礎(chǔ)上，建立了以動(dòng)態(tài)段長(zhǎng)度最小為目標(biāo)，以動(dòng)態(tài)消息實(shí)時(shí)性為約束的FlexRay動(dòng)態(tài)段參數(shù)配置優(yōu)化模型，并給出了求解該模型的ARDS算法。最后采用CANoe軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證本文所提方法的正確性和有效性。

關(guān)鍵詞：FlexRay；參數(shù)配置；響應(yīng)時(shí)間；時(shí)隙ID分配

引言

FlexRay總線與傳統(tǒng)CAN，總線相比，在傳輸效率、可靠性和靈活性方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，能夠滿足未來車內(nèi)ECU（Electronic Control Unit）網(wǎng)絡(luò)的通信要求，已經(jīng)開始在汽車動(dòng)力系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)、x-by-wire系統(tǒng)中應(yīng)用。這也使得FlexRay網(wǎng)絡(luò)通信的安全性和實(shí)時(shí)性成為了整車系統(tǒng)安全的關(guān)鍵問題之一。

FlexRay網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置對(duì)汽車控制系統(tǒng)的可靠性和安全性有至關(guān)重要的作用。目前，關(guān)于FlexRay網(wǎng)絡(luò)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要集中在提高帶寬利用率方面。文獻(xiàn)[1-2]分別建立了FlexRay總線網(wǎng)絡(luò)時(shí)間參數(shù)的優(yōu)化模型和信號(hào)封裝的整數(shù)線性規(guī)劃模型，通過數(shù)值計(jì)算的方法確定靜態(tài)段網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，提高了帶寬利用率；文獻(xiàn)[3—6]對(duì)基于最壞響應(yīng)時(shí)問的FlexRay網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)段時(shí)間參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，得到動(dòng)態(tài)段帶寬利用率與動(dòng)態(tài)消息實(shí)時(shí)性綜合條件下的最優(yōu)結(jié)果；文獻(xiàn)[7]考慮時(shí)隙復(fù)用的情況，提出更具一般性的動(dòng)態(tài)消息響應(yīng)時(shí)間分析方法。在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)[8]采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃的優(yōu)化調(diào)度算法，最大限度的降低動(dòng)態(tài)消息最壞響應(yīng)時(shí)間；文獻(xiàn)[9]提出的分支界定法確定靜態(tài)時(shí)隙分配方案，降低系統(tǒng)端到端的通信延時(shí)最優(yōu)；文獻(xiàn)[10-11]提出了基于優(yōu)先級(jí)的RQ動(dòng)態(tài)段調(diào)度算法，用于減少延時(shí)和提高網(wǎng)絡(luò)利用率。但上述文獻(xiàn)均基于最壞響應(yīng)時(shí)間對(duì)動(dòng)態(tài)段時(shí)間參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)過于保守，并且大多是在已知參數(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行的，對(duì)參數(shù)本身的設(shè)計(jì)考慮較少。

在上述研究基礎(chǔ)上，本文定義了FlexRay消息調(diào)度模型，給出了FlexRay動(dòng)態(tài)消息平均響應(yīng)時(shí)間計(jì)算方法；以動(dòng)態(tài)段長(zhǎng)度最小為目標(biāo)，以動(dòng)態(tài)段消息實(shí)時(shí)性為約束，建立了FlexRay網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)段參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型，給出該模型的求解ARDS（AverageResponse nf Dynamic Segment AlgorithmlI算法。本文的組織結(jié)構(gòu)如下。第一節(jié)FlexRay協(xié)議簡(jiǎn)要描述。第二節(jié)介紹了FlexRay網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)消息調(diào)度模型、動(dòng)態(tài)幀平均響應(yīng)時(shí)間計(jì)算公式推導(dǎo)和時(shí)隙ID與優(yōu)先級(jí)分配原則。第三節(jié)建立了基于時(shí)間約束的FlexRay網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)段參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型并給出ARDS求解算法；第四節(jié)給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。結(jié)論放在第五節(jié)。

1.FlexRay協(xié)議

1.1FlexRay總線通信周期

FlexRay總線以通信周期循環(huán)的方式傳輸消息。一個(gè)通信周期包括靜態(tài)段（ss，StaticSegment）、動(dòng)態(tài)段fDs，Dynamic Segment）、符號(hào)窗口（sw，Symbol Window）和網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)間（NIT，Network Idle Time）四個(gè)部分，如圖1所示：