吳俊鵬 周美嬌 張鳳登 阮彪 龐淞友

摘 要：為提高大型網(wǎng)絡的FlexRay動態(tài)段帶寬利用率，采用時隙復用的方法對FlexRay動態(tài)段消息調(diào)度進行優(yōu)化。在深入分析FlexRay動態(tài)段帶寬利用率表達式及整體消息最壞響應時間的基礎上，確定影響動態(tài)段帶寬利用率的關鍵因素，并根據(jù)可調(diào)度分析方法建立動態(tài)調(diào)度模型。該模型以優(yōu)化動態(tài)段帶寬利用率為目標，采用啟發(fā)式調(diào)度算法構(gòu)建消息的動態(tài)調(diào)度方案，從而得出最優(yōu)的動態(tài)段長度配置和幀ID配置，以降低負載、提升網(wǎng)絡帶寬利用率。最后，以FlexRay底盤綜合控制與安全系統(tǒng)為對象，對上述算法進行驗證。實驗結(jié)果證明，啟發(fā)式調(diào)度算法可以優(yōu)化動態(tài)段幀ID配置，動態(tài)段帶寬利用率在總線速率為5Mbit/s、10Mbit/s時分別提高了6.22%與10.23%。

關鍵詞：FlexRay;帶寬利用率;最壞響應時間;時隙復用;調(diào)度

DOI：10. 11907/rjdk. 192131 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2020）007-0171-07

Research on Bandwidth Utilization Optimization of FlexRay Dynamic Segment

WU Jun-peng， ZHOU Mei-jiao， ZHANG Feng-deng，RUAN Biao，PANG Song-you

（School of Optical-Electrical and Computer Engineering， University of Shanghai for Science and Technology，

Shanghai 200093，China）

Abstract：In order to improve the bandwidth utilization of FlexRay dynamic segments of large networks， this paper optimizes the scheduling of FlexRay dynamic segment messages by using slot multiplexing. Based on the in-depth analysis of the FlexRay dynamic segment bandwidth utilization expression and the worst case response time of the overall message， the key factors affecting the bandwidth utilization of the dynamic segment are determined， and a dynamic scheduling model is established according to the schedulable analysis method. The dynamic segment bandwidth utilization is the target， and a heuristic scheduling algorithm is used to construct a dynamic scheduling scheme of the message， thereby obtaining an optimal dynamic segment length configuration and frame ID configuration to reduce load and increase network bandwidth utilization. Finally， this paper verifies the above algorithm with the FlexRay chassis integrated control and security system as the object. The experiment proves that the heuristic scheduling algorithm can optimize the dynamic segment frame ID configuration， dynamic segment bandwidth utilization were increased by 6.22% and 10.23%， respectively at bus rates of 5 Mbit/s and 10 Mbit/s.

Key Words： FlexRay;bandwidth utilization;worst case response time;slot-multi

0 引言

隨著用戶對汽車安全性和舒適性的要求不斷提高，新增的電子功能模塊越來越多，數(shù)據(jù)通信量也隨之增大，傳統(tǒng)車載總線已不能滿足人們對汽車網(wǎng)絡可靠性及確定性的傳輸需求。FlexRay是汽車應用中的一種高速通信協(xié)議，主要遵循沖突避免時間觸發(fā)通信模式，兼顧了時間觸發(fā)報文與事件觸發(fā)報文傳輸，具有高吞吐量，以及確定性、容錯性和靈活性等特點，能夠滿足未來對先進汽車高速實時控制的需求。

FlexRay動態(tài)段主要用于非確定性事件觸發(fā)的非周期性消息傳輸，消息傳輸主要采用基于優(yōu)先級的動態(tài)時隙分配方式，存在較長的響應時間。文獻[1]分析了動態(tài)段的消息調(diào)度，在動態(tài)段的可調(diào)度性分析基礎上提出動態(tài)規(guī)劃的優(yōu)化調(diào)度算法，但沒有從整體上考慮通信周期中靜態(tài)段與動態(tài)段的可調(diào)度性問題;文獻[2]運用保留帶寬的思想，為實現(xiàn)最大化周期負載與最小化帶寬保留建立相應數(shù)學模型，并尋求最優(yōu)方案;文獻[3]對FlexRay動態(tài)段內(nèi)的消息傳輸特性進行詳細分析，并提出構(gòu)建消息組的調(diào)度方法;文獻[4]在分析動態(tài)消息傳輸最壞響應時間基礎上建立動態(tài)消息調(diào)度問題模型，以所有動態(tài)消息最壞響應時間之和最小為目標，提出基于類DM（截止期單調(diào)調(diào)度算法，Deadline-Monotonic）的啟發(fā)式調(diào)度算法;文獻[5]分析動態(tài)段消息調(diào)度，在綜合考慮動態(tài)段帶寬利用率和最壞響應時間基礎上提出類DM消息調(diào)度優(yōu)化算法，但沒有考慮到傳輸抖動和丟包率問題。本文在深入分析FlexRay動態(tài)段帶寬利用率表達式和整體消息最壞響應時間的基礎上，對幀格式和消息傳輸規(guī)則進行深入研究。采用啟發(fā)式調(diào)度算法構(gòu)建消息的動態(tài)調(diào)度方案，從而得出最優(yōu)的動態(tài)段長度配置和幀ID配置。最后，以FlexRay底盤綜合控制和安全系統(tǒng)為應用背景，對上述算法進行驗證。

1 FlexRay通信協(xié)議

FlexRay為汽車提供了高級通信技術，其單個通道上的最大傳輸速率可達到10Mbps，雙通道總數(shù)據(jù)速率可達到20Mbps。當采用冗余通道通信時，提供了傳輸容錯機制，當采用非冗余通道通信時，提高了帶寬，整個協(xié)議是基于時間觸發(fā)架構(gòu)的，實現(xiàn)了確定性通信。

1.1 幀格式與編碼

FlexRay幀格式[6-7]由3部分組成，分別為頭段（head segment）、負載段（payload segment）與尾段（trailer segment）。節(jié)點在網(wǎng)絡上傳輸數(shù)據(jù)幀時，首先傳遞幀的頭段，然后是有效負載數(shù)據(jù)段，最后是幀的尾段。在傳輸過程中，按照如圖1所示從左向右的順序進行。

（1）頭段前5位依次為保留位、有效負載預指示位、空幀指示位、同步幀指示位與啟動幀指示位;接下來為11位幀ID（frame ID），用于定義消息幀在每個通信周期里的發(fā)送時隙;負載段長度為7位（Payload length），動態(tài)段幀的負載段長度根據(jù)傳輸消息的長度而變化;頭段CRC校驗（Header CRC）長度為11位，用于判斷傳輸數(shù)據(jù)的正確性;周期計數(shù)值（cycle count）長度為6位。

（2）負載段長度可以進行配置，但必須在0～127個字之間。

（3）尾段為3個字節(jié)的CRC校驗位。

動態(tài)幀負載段的數(shù)據(jù)0、1兩個字節(jié)通常作為消息ID（message ID），該標識符用于接收節(jié)點、濾除數(shù)據(jù)并獲得有效數(shù)據(jù)部分，如圖2所示。

動態(tài)幀編碼規(guī)則如圖3所示，編碼時會額外加上傳輸起始位（TSS）、幀起始位（FSS）、字節(jié)起始位（BSS）、幀結(jié)束位（FES），動態(tài)消息幀會再添加動態(tài)尾部序列（DTS）。

1.2 FlexRay媒體訪問機制

FlexRay的媒體訪問控制是基于柔性時分多路的（Flexible Time Division Multiple Access，F(xiàn)TDMA）訪問機制[8]，其通信周期由4部分組成，分別是靜態(tài)段（Static Segment，SS）、動態(tài)段（Dynamic Segment，DS）、符號窗口（Symbol Window，SW）和網(wǎng)絡空閑時間（Network Idle Time，NIT）。

1.3 動態(tài)段傳輸與時間特性

本文針對整個網(wǎng)絡動態(tài)段的消息調(diào)度，在假設已完成具有周期性消息靜態(tài)調(diào)度的基礎上，即已知通信周期Tc、靜態(tài)段長度Tst與所需的靜態(tài)時隙總個數(shù)FA，繼續(xù)研究動態(tài)段的消息調(diào)度。該部分主要包括動態(tài)段長度、動態(tài)微時隙個數(shù)優(yōu)化配置以及動態(tài)非周期性消息ID優(yōu)化方案。

FlexRay動態(tài)段由動態(tài)時隙構(gòu)成，而組成動態(tài)時隙的是微時隙。微時隙由宏節(jié)拍（MT）組成，動態(tài)時隙長度隨著傳輸消息的長度而變化。在動態(tài)段內(nèi)，基于動態(tài)最小時隙的訪問機制用于仲裁傳輸，并且主要用于非周期性消息傳輸，動態(tài)段的可用帶寬可根據(jù)實際需求進行動態(tài)分配。動態(tài)段包含固定數(shù)目NDS個微時隙，該參數(shù)在設計階段進行配置，NDS最大值為7 994。FlexRay動態(tài)段消息真正的傳輸起始時刻從微時隙觸發(fā)點開始，到下一個微時隙觸發(fā)點終止。微時隙起始點至微時隙觸發(fā)點之間的時間間隔稱為微時隙觸發(fā)點偏移量（gdMinislotActionPointOffset）。動態(tài)時隙由兩部分組成：動態(tài)時隙傳輸相與動態(tài)時隙空閑相，動態(tài)時隙空閑相是指檢測通信信道空閑的等待時間。動態(tài)段時序如圖4所示。

動態(tài)段消息不具有嚴格意義上的發(fā)送周期，一般將每個信號獨立地封裝為消息再進行調(diào)度。在FlexRay通信系統(tǒng)中，消息都是以幀的形式進行傳輸，動態(tài)幀編碼方式是在靜態(tài)段編碼基礎上加上動態(tài)尾部序列LDTS，在動態(tài)段內(nèi)傳輸一個大小為n字節(jié)的信號數(shù)據(jù)，則以微時隙TMS為單位的動態(tài)時隙長度如下所示[9]：

其中，29為TSS（這里取15位）、FSS（1位）、FES（2位）與11位的通信空閑間隔符（CID）之和;10n表示幀頭、負載段和幀尾位數(shù)與添加了字節(jié)起始位后所得位數(shù)之和;TAPO表示微時隙觸發(fā)點偏移時間長度（gdActionPointOffset）;LDTS的值是變化的，可以取2gdBit～LMS+2gdBit之間的任意值;gdBit表示1個比特位的傳輸時間。FlexRay通信周期的時間單位是宏節(jié)拍（MT），1個宏節(jié)拍的取值范圍在1～6μs之間。一個微時隙TMS由若干個宏節(jié)拍組成，時間長度是可以配置的，一旦確定則不能變化。

動態(tài)段帶寬利用率主要用于分析配置的動態(tài)段長度TDYN對動態(tài)帶寬利用率的影響[10]。設系統(tǒng)中存在n個動態(tài)消息，各消息長度記為li，為了進行數(shù)學建模分析，假設動態(tài)消息周期pi為消息mi連續(xù)兩次產(chǎn)生的最短時間間隔，mi截止時間記為di，且滿足pi≥di，在本文設計中取每個消息的截止時間等于其周期，即pi=di，pi取最小間隔時間，在靜態(tài)段設定的NTC個通信周期Tc內(nèi)計算動態(tài)段帶寬利用率為：

動態(tài)段帶寬利用率UDYN反映在整個網(wǎng)絡循環(huán)周期內(nèi)所分配的所有動態(tài)段內(nèi)，有多少用于實際動態(tài)段的消息傳輸。通過分析上述公式可知，動態(tài)段長度越小，則其帶寬利用率越大，但動態(tài)段過小又會使得消息延遲更久，影響傳輸?shù)膶崟r性。由于動態(tài)段發(fā)送消息的時刻具有不確定性，因此需要進一步分析各個消息的最壞響應時間。

2 動態(tài)段消息調(diào)度優(yōu)化方案

由于動態(tài)段具有非周期性，所以動態(tài)段調(diào)度更為復雜，主要通過幀ID確定的優(yōu)先級實施調(diào)度。動態(tài)報文的優(yōu)先級有兩層含義：首先報文本身的優(yōu)先級，由報文的Message ID進行定義，用于節(jié)點內(nèi)部消息報文的排隊，相當于事件觸發(fā)系統(tǒng)中用來表示報文重要性的優(yōu)先級;其次幀ID所決定的發(fā)送優(yōu)先級，其具有時間觸發(fā)特性，用于保證系統(tǒng)的實時性。為了簡化系統(tǒng)，僅考慮動態(tài)報文的發(fā)送優(yōu)先級。

幀ID配置為低的動態(tài)消息的優(yōu)先級更高，高優(yōu)先級消息傳輸可能會導致低優(yōu)先級消息延遲。動態(tài)消息長度不同，也會影響其它動態(tài)消息傳輸。為了使動態(tài)消息能在對應截止時間之前傳輸完畢，必須對各消息的最壞響應時間[11]進行分析，并盡量減少延遲，以提高動態(tài)消息傳輸?shù)膶崟r性。

本文采用時隙復用[12]對FlexRay動態(tài)段的最壞響應時間進行分析，主要由于兩方面原因：首先，其是對之前大多數(shù)動態(tài)段實時性研究的一個擴展，大多都是假定所有消息在每個周期內(nèi)都存在調(diào)度機會，而新版本提出支持時隙復用的物理層和鏈路層機制，所以將其作一般化分析，同時也適用于前期的特殊情況;其次，避免了高優(yōu)先級消息一直觸發(fā)而使低優(yōu)先級消息產(chǎn)生延遲，導致低優(yōu)先級消息不能在截止時內(nèi)傳輸出去，影響了系統(tǒng)的實時性。

在對最壞響應時間進行分析時，為了簡化分析，對該調(diào)度分析前提作出如下假設：

（1）各個消息mi的基周期bi、循環(huán)周期ri與截止時間di已知。

（2）每個節(jié)點的[pLatestTxmi]值已知。

（3）網(wǎng)絡忽略抖動因素，以及傳輸節(jié)點與接收節(jié)點中的最大延遲。

（4）每個消息mi在一個通信周期內(nèi)只觸發(fā)一次，且發(fā)送時不存在發(fā)送錯誤的情況[13]。

通信控制器決定消息在固定時隙被發(fā)送到總線上。動態(tài)段長度和幀ID的分配方式?jīng)Q定了動態(tài)段最壞響應時間，動態(tài)段最壞響應時間可表示為：

σm表示消息被觸發(fā)當前周期的最長延遲時間。最壞情況是指消息mi在其時隙剛開始之后才被觸發(fā)，因此消息mi錯過了其發(fā)送時隙，以及在當前周期不觸發(fā)其它FID消息，這將使消息m處于等待狀態(tài)，直到下個周期才可能進行調(diào)度，其表達式為：

FIDmi表示消息mi所分配的幀ID號，TMS表示動態(tài)微時隙。

[ωmi（t）]表示在給定時間間隔t中，因為使用同一幀ID但具有不同ri的動態(tài)消息、低幀標示符（更高優(yōu)先級）消息、不傳輸消息時所占用的微時隙以及靜態(tài)幀所導致的最大延遲。

主要從3個方面影響該[ωmi（t）]延遲：

（1）消息mi存在時隙復用。

（2）低幀標示符（更高優(yōu)先級）的消息[mj∈lf（mi）=][{IDmi

（3）比消息mi標識符小，但未用于消息傳輸?shù)膭討B(tài)段時隙。

[lmi]表示消息mi在傳輸周期內(nèi)產(chǎn)生的最大延遲，在最壞的情況下，該消息在本周期所能允許的最壞時刻傳輸，即微時隙計數(shù)值為[pLatestTxmi]，消息mi才傳輸至總線上，則存在：

Cm表示消息mi通信占用的時間，忽略傳輸節(jié)點與接收節(jié)點中的最大延遲，假設消息mi負載段的有效數(shù)據(jù)長度為n個字節(jié)，與公式（1）相結(jié)合，則有：

2.2 延遲周期分析

由消息mi時隙復用本身所產(chǎn)生的延遲和具有低幀標示符的消息mi所產(chǎn)生的延遲為一個或多個周期，所以可表示為：

上式由兩部分組成，[smi]表示由消息mi時隙復用本身所產(chǎn)生的延遲周期個數(shù)，[lsmi]表示具有低幀標示符的消息mi所產(chǎn)生延遲的周期個數(shù)。在分析基于時隙復用的動態(tài)段消息最壞響應時間之前，首先分析兩種情況：

（1）[mj∈lf（mi）={IDmj

（2）mi消息存在時隙復用，其它消息[mj∈lf（mi）=][{IDmj

對于第一種情況，在每個周期[cc={0，1，？，NTC-1}]中，只要消息mj能滿足[ccmodrj=bj]，那么該高優(yōu)先級消息在周期cc可能會對消息mi產(chǎn)生延遲。設滿足該條件消息的集合為[mj，cc={？mj∈lf（mi）ccmodrj=bj}]，接下來建立相應模型，分析在上述條件下會對消息mi產(chǎn)生幾個周期的延遲，設為s1表示延遲的周期數(shù)。

如果消息在周期cc正好錯過消息的發(fā)送時隙，通過上述分析可求解σm。需要討論在cc=cc+1之后的各個周期里，各消息是否會對消息mi的傳輸產(chǎn)生延遲，即[mj，cc={？mj∈lf（mi）ccmodrj=bj}]內(nèi)的各個消息是否對消息mi產(chǎn)生延遲，該問題可以轉(zhuǎn)化為一維裝箱問題。設[mj，cc，k，f∈mj.cc]，其中k為在該周期可發(fā)送的消息編號，f表示該消息的幀ID號，其數(shù)據(jù)長度為[Cj，cc，k，f]。為每個周期建立一個二進制的變量[Xj，cc，k，f]，如果消息[mj，cc，k，f∈mj.cc]，在周期cc發(fā)送，則為1，不發(fā)送則為0，在最壞情況下存在：

其中，二進制變量yi等于1，表示該周期cc對消息mi產(chǎn)生一個周期的延遲。該變量取值受到消息mi的[pLastestTxmi]約束，即如果以下兩式成立，則yi為1，會對消息mi產(chǎn)生延遲。

依次討論在cc=cc+1后的各個周期里，低幀ID的消息在總線上傳輸是否會造成消息mi的延遲[15]，即確定yi的值，再對其累加得到總延遲周期個數(shù)s1，直到在某個周期內(nèi)，如果該周期下的負載[Loadi>pLastestTxi×TMT]，消息mi可在該周期內(nèi)發(fā)送。

對于第二種情況，待分析的消息mi是時隙復用的，其它消息在每個周期均具有調(diào)度機會，則至少存在ri-1個周期的延遲。在消息mi不能調(diào)度的周期內(nèi)，其它消息不會對其造成延遲，但在能夠調(diào)度mi的周期內(nèi)，仍然需要考慮低優(yōu)先級對其產(chǎn)生的延遲，在該情況下產(chǎn)生的總延遲用s2表示。

同理，在cc+ri周期內(nèi)分析高優(yōu)先級消息是否會對消息mi的傳輸產(chǎn)生延遲，如果該周期下的負載[Loadi>pLastestTxi×TMT]，則在該周期仍不能發(fā)送，將再延遲ri-1個周期，然后再次分析是否會被延遲，直到消息mi能夠發(fā)送為止。

基于上述分析可以得到，當消息mi在周期cc錯過發(fā)送時隙時，則在cc+ri的周期內(nèi)分析以下變量，當高優(yōu)先級消息負載超過了消息最后能夠調(diào)度的截止時間時，zi等于1，否則為0，存在：

在調(diào)度周期[cc={0，1？，NTC-1}]內(nèi)，在每個消息mi能夠調(diào)度的周期內(nèi)求解zi的值，一旦存在zi=0則停止，表示消息mi可以被發(fā)送，然后對其值求和，表示在消息mi能夠調(diào)度的周期內(nèi)發(fā)生了延遲，即滿足：

由上述分析可知，在該情況下能夠產(chǎn)生的延遲周期數(shù)為：

上述兩種情況屬于時隙復用的特殊情況，針對一般消息調(diào)度分析動態(tài)段的最壞響應時間，在已完成時隙分配的基礎上進行分析。假設在調(diào)度過程中的延遲期間不存在需要再次發(fā)送的消息，即假設q=1，以及各個消息的循環(huán)周期為ri∈{2k，k∈[0，1，2，3，4，5，6]}，也即2的權重。該假設是為了簡化動態(tài)段調(diào)度的復雜性，同時也與OSEK實時系統(tǒng)完全兼容，具有一定的可行性。設cci0=cci+1為總線周期的初始周期序數(shù)值，以及初始化消息延遲的周期個數(shù)s=0。該分析過程以cc=cc0+s循環(huán)分析各周期產(chǎn)生的延遲情況，下面將通過一個流程圖描述求解s的過程，如圖5所示。

綜合以上分析可知，在時隙復用的條件下存在[smi+lsmi=s]，也即[wmi（t）=s×Tc]，可得出消息的最壞響應時間。

本文分析的消息mi在最壞響應情況下能夠發(fā)送，則其必定能在任何時刻完成相應調(diào)度。每個消息mi的最壞響應時間滿足：

同時可以得出FlexRay動態(tài)段消息的整體最壞響應時間WR為：

動態(tài)段長度和時隙復用下的FID分配會對消息響應時間和動態(tài)段帶寬利用率產(chǎn)生影響。假設已知網(wǎng)絡中所有動態(tài)段消息的時間參數(shù)，本文調(diào)度方案考慮優(yōu)化所有消息的最壞響應時間，同時提高動態(tài)段帶寬利用率。為了得到最佳的動態(tài)段長度和基于時隙復用的FID分配方案[16-19]，建立如下優(yōu)化模型：

其中，α、β分別表示動態(tài)段未有效利用的帶寬利用率1-UDYN和動態(tài)段消息整體最壞響應時間WR的權值，可以依據(jù)系統(tǒng)進行相應配置。

為了簡化調(diào)度，設置所有動態(tài)段消息的ri∈{1，2，4，8，16，32，64}≤NTC-1取相同值，但各個消息的bi∈{0，1，…，ri-1}以及幀ID是不同的。這里借鑒DM調(diào)度算法，截止時間與可調(diào)度性有關，任務執(zhí)行時間同樣也會影響可調(diào)度性，但任務中所要傳輸?shù)南⒃介L，越容易超過截止時間。所以消息長度越長，優(yōu)先級應該越高，即分配的幀ID應該越小。本文采用截止時間與消息長度之差表示消息的緊急等級，即截止時間越小，動態(tài)消息傳輸時間越長，緊急程度則越高，配置的bi和幀ID也越小。動態(tài)段調(diào)度優(yōu)化步驟如下：

（1）動態(tài)段ri∈{2，4，8，16，32，64}≤NTC-1均取相同值，即最多存在7種循環(huán)周期的消息，消息截止時間與消息長度差值越小，對應優(yōu)先級越高，基周期bi∈{0，1，…，ri-1}和幀ID也越小。

（2）建立該方案下的動態(tài)段長度TDYN≤Tc -Tst與消息響應時間WR的擬合關系，選取最小WR及其對應動態(tài)段長度作為該方案下的最優(yōu)動態(tài)段長度，并計算該方案下的動態(tài)段帶寬利用率UDYN。

（3）計算目標函數(shù)F，對所有分配方案進行計算后，求出使F取最小值的參數(shù)解及其對應的分配調(diào)度表。求解過程如圖6所示。

3 動態(tài)段消息調(diào)度優(yōu)化結(jié)果分析

本文以底盤綜合控制與安全系統(tǒng)為例，構(gòu)建具有較多數(shù)據(jù)量的FlexRay網(wǎng)絡，用于驗證本文提出的消息調(diào)度優(yōu)化方案的可行性。該系統(tǒng)主要由電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（ESC）、車輛自適應系統(tǒng)（ACC）、用于汽車發(fā)動機管理系統(tǒng)和自動變速器控制系統(tǒng)的FlexRay-CAN網(wǎng)關系統(tǒng)（GW）、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）、連續(xù)減震控制系統(tǒng)（CDC）、空氣懸掛系統(tǒng)（ASC）共6個子系統(tǒng)組成，系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)如圖7所示。

每個系統(tǒng)對應不同節(jié)點，該系統(tǒng)的動態(tài)消息集合如表1所示[15]。

在對該系統(tǒng)進行動態(tài)段調(diào)度分析時，取微時隙等于一個宏節(jié)拍，即TMT=TMS，并且設定LDTS=4bits。由于動態(tài)消息的非周期性，為了便于分析與調(diào)度，假設動態(tài)消息周期pi的值為連續(xù)兩次產(chǎn)生消息mi的最短時間間隔di，α=β=0.5。為了驗證本文提出調(diào)度方法的有效性，通過兩種方式進行對比驗證：一是采用文獻[4]的方式進行消息調(diào)度，即不進行時隙復用;二是采用本文提出的方法進行驗證，分別得出動態(tài)消息的消息幀ID配置，以及對應的整體最壞響應時間，在總線速率為5Mbit/s和10Mbit/時，總線利用率分別提高了6.22%和10.23%。對比驗證結(jié)果如表2所示。

從上述結(jié)果可知，本文優(yōu)化方案計算出的動態(tài)段長度TDYN=46μs。同時通過分析可知，本文方案在一定程度上增加了整體最壞響應時間，但提高了動態(tài)段帶寬利用率，其所對應幀ID配置方案如表3所示。

通過分析表2、表3可知，把相同的幀ID在不同通信周期下分配給不同消息幀時，雖然可以縮短動態(tài)段長度，提高動態(tài)段帶寬利用率，但提升了整體最壞響應時間，在對實時性要求較高的場合，如果網(wǎng)絡消息幀不是特別龐大，且所有動態(tài)消息可置于一個周期內(nèi)發(fā)送時，可以不采用時隙復用的調(diào)度分配方式，以達到更好的效果，即與本例得出的結(jié)果相同。同時，本例所用于對比的調(diào)度方式其實也是本文提出調(diào)度方法中的一個特例，即令所有消息幀的循環(huán)周期ri=1，基周期bi=0，所以本文提出的方法具有一定的理論價值。

4 結(jié)語

在研究FlexRay的動態(tài)段消息調(diào)度優(yōu)化問題時，既考慮最壞響應時間，又考慮動態(tài)段帶寬利用率，采用啟發(fā)式調(diào)度算法構(gòu)建整體的動態(tài)消息調(diào)度方案，得出時隙復用下的FID分配表與最佳動態(tài)段長度，使在單位時間內(nèi)可以發(fā)送更多消息，從而降低了系統(tǒng)負載，提升了網(wǎng)絡帶寬利用率。仿真結(jié)果表明，該調(diào)度算法為各動態(tài)消息配置幀ID，消息時隙復用相比消息時隙不復用的動態(tài)帶寬利用率，在總線速率為5Mbit/s與10Mbit/s時分別提高了6.22%和10.23%。但是本文提出的動態(tài)調(diào)度方案主要是進行理論方面的分析與驗證，而未在實際系統(tǒng)中進行測試，因此對于實際帶寬利用率仍有待進一步研究。

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（責任編輯：黃 健）

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