紀(jì)宏巖

（北汽集團(tuán)越野車(chē)研究院，北京 101300）

一種基于時(shí)間觸發(fā)的CAN發(fā)送機(jī)制

紀(jì)宏巖

（北汽集團(tuán)越野車(chē)研究院，北京 101300）

提出一種CAN總線(xiàn)發(fā)送機(jī)制，通過(guò)這種機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)能夠獲取統(tǒng)一的時(shí)鐘，報(bào)文將基于時(shí)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(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)帶來(lái)的報(bào)文延遲，提高CAN總線(xiàn)的傳送實(shí)時(shí)性。

時(shí)間觸發(fā)；事件觸發(fā)；總線(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)；報(bào)文優(yōu)先級(jí)

隨著汽車(chē)上電子功能的增多，總線(xiàn)上節(jié)點(diǎn)數(shù)量也越來(lái)越多，總線(xiàn)負(fù)載率也隨之增高。在負(fù)載率超過(guò)40%的基礎(chǔ)上，如果不針對(duì)CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行任何優(yōu)化，將會(huì)使很多節(jié)點(diǎn)發(fā)送的報(bào)文產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)，從而帶來(lái)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(gè)節(jié)點(diǎn)，讓其周期性地發(fā)送同步報(bào)文，其他節(jié)點(diǎn)收到這條報(bào)文之后，立刻進(jìn)行時(shí)鐘同步，通過(guò)這種方法，使網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)獲取公共時(shí)鐘，再以公共時(shí)鐘為基準(zhǔn)，為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配自己的時(shí)間段，節(jié)點(diǎn)都只在屬于自己的時(shí)間段內(nèi)發(fā)送報(bào)文，不屬于自己的時(shí)間段內(nèi)不發(fā)送，這樣每個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送報(bào)文的時(shí)候都不會(huì)與其他節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)，需發(fā)送報(bào)文就立刻能夠成功發(fā)送出去，不會(huì)產(chǎn)生延遲。這種發(fā)送方式不需要對(duì)硬件和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥龈膭?dòng)，適用于任何CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，可以在不增加成本的基礎(chǔ)上有效改善總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性。

1 報(bào)文延遲的來(lái)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(gè)節(jié)點(diǎn)有發(fā)送報(bào)文需求時(shí)，立刻就進(jìn)行發(fā)送。但也可能其他的節(jié)點(diǎn)有發(fā)送需求，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)，CAN國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 11898規(guī)定了此時(shí)依靠報(bào)文的優(yōu)先級(jí)來(lái)決定報(bào)文的發(fā)送順序，這種機(jī)制保證了在產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，每條報(bào)文都能夠被成功發(fā)送，但沒(méi)法保證報(bào)文的實(shí)時(shí)性，優(yōu)先級(jí)低的報(bào)文不能在需發(fā)送的時(shí)候立刻發(fā)送成功，會(huì)有等待而造成的延遲?；谑录|發(fā)的報(bào)文發(fā)送示意圖如圖1所示。

圖1 基于事件觸發(fā)的報(bào)文發(fā)送

從圖1可以看到，節(jié)點(diǎn)A、B、C、D在不同的時(shí)刻分別向總線(xiàn)上發(fā)送ID為5、7、3、6的報(bào)文。B節(jié)點(diǎn)發(fā)送優(yōu)先級(jí)較低，雖然發(fā)送時(shí)間很早，但是由于總線(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)的原因?qū)е缕渥罱K發(fā)送到總線(xiàn)上的時(shí)刻最靠后。這就是基于“事件觸發(fā)”發(fā)送方式的缺陷，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間沒(méi)有公共時(shí)鐘，報(bào)文的發(fā)送不能統(tǒng)一進(jìn)行協(xié)調(diào)，很多時(shí)候會(huì)由于多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送報(bào)文造成總線(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)而產(chǎn)生延遲。

2 基于時(shí)間觸發(fā)的CAN

提出一種以時(shí)間觸發(fā)的CAN報(bào)文發(fā)送機(jī)制，時(shí)間觸發(fā)的關(guān)鍵是要讓所有的節(jié)點(diǎn)都能獲取一個(gè)公共的時(shí)鐘，CAN總線(xiàn)采取廣播的方式發(fā)送報(bào)文，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的報(bào)文都可以被其它節(jié)點(diǎn)所接收，并且發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送完成和接收節(jié)點(diǎn)接收成功是同一個(gè)時(shí)刻，因此利用CAN總線(xiàn)的這種特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)基于時(shí)間觸發(fā)。

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

圖2 基于時(shí)間觸發(fā)的報(bào)文發(fā)送

從圖2可以看出，時(shí)間軸上每間隔300 ms為一個(gè)同步時(shí)刻，所有節(jié)點(diǎn)都以同步時(shí)刻為基準(zhǔn)發(fā)送報(bào)文。由于發(fā)送時(shí)刻都不沖突，因此報(bào)文能夠在第一時(shí)間內(nèi)被發(fā)送成功，避免了總線(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)，也就大大降低了報(bào)文延遲的可能。

3 總結(jié)

闡述CAN總線(xiàn)時(shí)間觸發(fā)方面的一些思路，并嘗試在汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行一些有意義的理論實(shí)踐，所提出的方法和措施都在工作中經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，實(shí)用性較強(qiáng)，對(duì)于提高汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)性具有重要的參考作用。

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

［2］ 馮曉東，果艷紅．TTCAN動(dòng)態(tài)調(diào)度算法實(shí)現(xiàn)與仿真［J］．電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，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(bào)，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(jí)工程師，負(fù)責(zé)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和診斷系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，具有10年總線(xiàn)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)。