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        一種基于時間觸發(fā)的CAN發(fā)送機(jī)制

        2017-11-07 01:13:12紀(jì)宏巖
        汽車電器 2017年10期
        關(guān)鍵詞:實時性報文時鐘

        紀(jì)宏巖

        (北汽集團(tuán)越野車研究院,北京 101300)

        一種基于時間觸發(fā)的CAN發(fā)送機(jī)制

        紀(jì)宏巖

        (北汽集團(tuán)越野車研究院,北京 101300)

        提出一種CAN總線發(fā)送機(jī)制,通過這種機(jī)制,網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點能夠獲取統(tǒng)一的時鐘,報文將基于時間觸發(fā)的方式發(fā)送。此機(jī)制應(yīng)用于現(xiàn)有CAN網(wǎng)絡(luò)之后,能夠有效避免總線競爭帶來的報文延遲,提高CAN總線的傳送實時性。

        時間觸發(fā);事件觸發(fā);總線競爭;報文優(yōu)先級

        隨著汽車上電子功能的增多,總線上節(jié)點數(shù)量也越來越多,總線負(fù)載率也隨之增高。在負(fù)載率超過40%的基礎(chǔ)上,如果不針對CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行任何優(yōu)化,將會使很多節(jié)點發(fā)送的報文產(chǎn)生競爭,從而帶來傳送的延遲。本文提出一種改進(jìn)方式,即選取網(wǎng)絡(luò)中的某個節(jié)點,讓其周期性地發(fā)送同步報文,其他節(jié)點收到這條報文之后,立刻進(jìn)行時鐘同步,通過這種方法,使網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點獲取公共時鐘,再以公共時鐘為基準(zhǔn),為每個節(jié)點分配自己的時間段,節(jié)點都只在屬于自己的時間段內(nèi)發(fā)送報文,不屬于自己的時間段內(nèi)不發(fā)送,這樣每個節(jié)點在發(fā)送報文的時候都不會與其他節(jié)點產(chǎn)生競爭,需發(fā)送報文就立刻能夠成功發(fā)送出去,不會產(chǎn)生延遲。這種發(fā)送方式不需要對硬件和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥龈膭?,適用于任何CAN總線網(wǎng)絡(luò),可以在不增加成本的基礎(chǔ)上有效改善總線網(wǎng)絡(luò)的實時性。

        1 報文延遲的來源

        CAN是一種基于事件觸發(fā)的通信方式。所謂事件觸發(fā)是指當(dāng)任何一個節(jié)點有發(fā)送報文需求時,立刻就進(jìn)行發(fā)送。但也可能其他的節(jié)點有發(fā)送需求,這時就會產(chǎn)生競爭,CAN國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 11898規(guī)定了此時依靠報文的優(yōu)先級來決定報文的發(fā)送順序,這種機(jī)制保證了在產(chǎn)生競爭時,每條報文都能夠被成功發(fā)送,但沒法保證報文的實時性,優(yōu)先級低的報文不能在需發(fā)送的時候立刻發(fā)送成功,會有等待而造成的延遲?;谑录|發(fā)的報文發(fā)送示意圖如圖1所示。

        圖1 基于事件觸發(fā)的報文發(fā)送

        從圖1可以看到,節(jié)點A、B、C、D在不同的時刻分別向總線上發(fā)送ID為5、7、3、6的報文。B節(jié)點發(fā)送優(yōu)先級較低,雖然發(fā)送時間很早,但是由于總線競爭的原因?qū)е缕渥罱K發(fā)送到總線上的時刻最靠后。這就是基于“事件觸發(fā)”發(fā)送方式的缺陷,各個節(jié)點之間沒有公共時鐘,報文的發(fā)送不能統(tǒng)一進(jìn)行協(xié)調(diào),很多時候會由于多個節(jié)點同時發(fā)送報文造成總線競爭而產(chǎn)生延遲。

        2 基于時間觸發(fā)的CAN

        提出一種以時間觸發(fā)的CAN報文發(fā)送機(jī)制,時間觸發(fā)的關(guān)鍵是要讓所有的節(jié)點都能獲取一個公共的時鐘,CAN總線采取廣播的方式發(fā)送報文,任何一個節(jié)點發(fā)送的報文都可以被其它節(jié)點所接收,并且發(fā)送節(jié)點發(fā)送完成和接收節(jié)點接收成功是同一個時刻,因此利用CAN總線的這種特點來實現(xiàn)基于時間觸發(fā)。

        選取網(wǎng)絡(luò)上的任何一個節(jié)點發(fā)送同步報文,發(fā)送同步報文的節(jié)點稱為同步節(jié)點。為了保證同步報文能夠精確地 按周期發(fā)送,同步報文的ID設(shè)置為0(優(yōu)先級最高),同步報文的周期取所有周期報文的最大公約數(shù)。假設(shè)其他報文的周期分別為10 ms、20 ms、30 ms、50 ms,則同步報文的周期為300 ms。同步節(jié)點每間隔300 ms發(fā)送一次同步報文,其發(fā)送完該報文之后,立刻將自身計數(shù)器清0,其他節(jié)點收到同步報文之后也將自身計數(shù)器清0,這樣就能夠使網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點每隔300 ms實現(xiàn)一次時鐘同步?;跁r間觸發(fā)的報文發(fā)送如圖2所示。

        圖2 基于時間觸發(fā)的報文發(fā)送

        從圖2可以看出,時間軸上每間隔300 ms為一個同步時刻,所有節(jié)點都以同步時刻為基準(zhǔn)發(fā)送報文。由于發(fā)送時刻都不沖突,因此報文能夠在第一時間內(nèi)被發(fā)送成功,避免了總線競爭,也就大大降低了報文延遲的可能。

        3 總結(jié)

        闡述CAN總線時間觸發(fā)方面的一些思路,并嘗試在汽車網(wǎng)絡(luò)設(shè)計過程中進(jìn)行一些有意義的理論實踐,所提出的方法和措施都在工作中經(jīng)過驗證,實用性較強,對于提高汽車網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的實時性具有重要的參考作用。

        [1] 顏碧云,魏葉華.基于CAN總線的共享時鐘混合調(diào)度算法[J].計算機(jī)工程與應(yīng)用,2014(4):69-72,156.

        [2] 馮曉東,果艷紅.TTCAN動態(tài)調(diào)度算法實現(xiàn)與仿真[J].電子測量與儀器學(xué)報,2008,22(2):81-85.

        [3] 王慶祥,陳家琪.TTCAN網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)分析及系統(tǒng)矩陣的優(yōu)化[J].上海理工大學(xué)學(xué)報,2005,27(1):32-36,42.

        (編輯 心 翔)

        A Time-trigger Method of CAN Transmission Mechanism

        JI Hong-yan

        (BAIC Off-road Vehicle Research Centre,Beijing 101300,China)

        This article proposes a CAN transmission mechanism that all nodes on the network get a global clock,and message sending is triggered by time. This mechanism could effectively avoid delay caused by CAN competition,thus improve the real-time transmission.

        time-trigger;event-trigger;CAN competition;message priority

        U463.6

        A

        1003-8639(2017)10-0061-02

        2017-01-05

        紀(jì)宏巖,碩士,高級工程師,負(fù)責(zé)車載網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和診斷系統(tǒng)的開發(fā),具有10年總線開發(fā)經(jīng)驗。

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