CN101977134A - 一种汽车电子控制器通信网络总线负载的均散化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车电子控制器通信网络总线负载的均散化方法，在总线上每个电子控制单元，对周期发送的多个不同ID标识的消息，设置不同的起始周期偏移量，并进行精确维护。本发明引入起始周期偏移量(Offset)的方法，在该方法中，为这些被发送若干个不同ID标识的消息设置不同的起始周期偏移量，将这多个不同ID标识的周期消息的发送时间间隔开，使网络总线负载均散化，避免这若干个不同的ID标识的周期消息频繁争用总线情况的发生，保障通讯的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于汽车电子控制技术领域，更为具体地讲，涉及一种汽车电子控制器通信网络总线负载的均散化方法。
背景技术
随着汽车工业的发展，电子控制在整车控制系统中的比重不断提高。电子复杂化程度越来越高，各种电子器件之间的信息交换量日益增加，采用总线通讯已经成为汽车电子发展的一个重要方向。
二十世纪八十年代初，德国Bosch公司为解决现代汽车中众多控制单元、测试仪器之间的实时数据交换问题，开发了一种串行通信协议--控制器局域网CAN(Controller Area Network)。除CAN通信协议外，其它的一些总线技术也得到了持续的关注，例如，LIN(Local Interconnect Network)、FlexRay等，都得到了推广和应用。
与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计，CAN总线越来越受到人们的重视。它在汽车领域上的应用是最广泛的，世界上一些著名的汽车制造厂商，如BENZ、BMW、PORSCHE、ROLLS-ROYCE和JAGUAR等都采用了CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。
总线技术的发展带动了车载网络的发展，车载网络作为各汽车电子电器之间的桥梁。如果使用得当，可以增强汽车的性能，减少线束的用量，降低整车的成本；而如果使用不当，则也有可能引入一些功能和性能的问题，甚至造成不可挽回的损失。因而，如何保障车载网络通讯的可靠性，就成为了应用总线技术必须要解决的一个重要问题。
图1是基于独立网关的CAN-LIN车载网络拓扑图。
在图1所示的车载网络中，CAN总线和LIN总线相互独立，通过网关模块实现资源共享并进行数据交换。而车身的其它电子控制单元则分别分布在不同的总线上，负责完成不同的功能。
由于CAN总线固有的广播通讯特性，如果网段中某一个节点发出广播，则其他所有节点都可以接收到。而负载在总线上的每一个节点，都有对总线使用的需求，都可以根据需要竞争总线的使用权。我们做一个极端的假设，如果某一时刻，网络上所有ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)节点都同时竞争总线的使用权，那么就形成了所谓的“网络风暴”。而这样的情况对于车载网络通讯的可靠性来说，非常的不利。
一般情况下，解决上述问题的主流方案是只使用30％左右的总线通讯能力，以减轻和避免由于网络争用可能导致的可靠性问题。但事实上，车身通信的可靠性并没有从根本上得到保障。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种汽车电子控制器通信网络总线负载的均散化方法，以避免电子控制单元(ECU)对总线的频繁争用，保障通讯的可靠性。
为实现上述目的，本发明汽车电子控制器通信网络总线负载的均散化方法，其特征在于：总线上每个电子控制单元，对周期发送的多个不同ID标识的消息，设置不同的起始周期偏移量，并进行精确维护。
本发明的发明目的是这样实现的：
在汽车电子控制技术领域，一个电子控制单元(ECU)通常需要对若干消息进行管理，会在总线上发送若干个不同ID标识的消息，这些不同ID标识的消息会发生总线争用，这样不仅增加了汽车电子控制系统的负荷，也造成了通讯延时，更为严重情况下，有可能会发生消息丢失。
为了解决总线争用问题，本发明引入起始周期偏移量(Offset)的方法，在该方法中，为这些被发送若干个不同ID标识的消息设置不同的起始周期偏移量，将这多个不同ID标识的周期消息的发送时间间隔开，使网络总线负载均散化，避免这若干个不同的ID标识的周期消息频繁争用总线情况的发生，保障通讯的可靠性。
附图说明
图1是基于独立网关的CAN-LIN车载网络拓扑图；
图2是无起始周期偏移量的车身控制器消息发送时序图；
图3是带周期偏移量的车身控制器消息发送时序图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例1
图2是无起始周期偏移量的BCM消息发送时序图。
在汽车电子控制技术领域，一个电子控制单元(ECU)通常需要对若干消息进行管理，会在总线上发送若干个不同ID标识的消息。
如图2所示，电子控制单元(ECU)为车身控制器(BCM)，其管理四个不同ID标识的周期消息：BCM_1，BCM_2，BCM_3，BCM_4，其对应的消息ID标识分别为：2e9h，310h，4aeh，500h，其对应的发送周期分别为：20ms，20ms，50ms，100ms。
在图2中，不难看出在20ms的时刻，周期消息BCM_1和周期消息BCM_2会发生总线争用，根据CAN总线的仲裁方法，由于周期消息BCM_1的ID标识2e9h要小于周期消息BCM_2的ID标识310h，因而周期消息BCM_1会首先获得总线的使用权，而周期消息BCM_2会被延迟；同理，在100ms的时刻，会发生周期消息BCM_1，周期消息BCM_2，周期消息BCM_3，周期消息BCM_4的总线争用。进一步分析，不难发现，汽车电子控制系统在第20ms的周期倍数时刻，节点总是会出现争用通讯端口的现象，而在100ms倍数时间点上，通讯端口竞争最为明显，不仅增加了汽车电子控制系统负荷，也造成了通讯延时，更为严重情况下，有可能会发生消息丢失。
为了解决总线争用问题，在本发明中引入起始周期偏移量(Offset)的方法。在该方法中，我们为这些被发送的消息设置不同的周期的偏移量，避免不同的周期消息争用总线，达到均散化网络负载的目的。
具体的方法是，在所有周期消息中选取ID标识最小的消息作为起始基点，当有可能发生冲突时，其余周期消息均依据ID标识的大小，从小至大排序，依次将其发送时间偏移Δt，即起始周期偏移量，该偏移量取为CAN总线两消息发送最小间隔要求时间MDT。
在本实施例中，之所以选中选取ID标识最小的消息作为起始基点，原因在于，当发生消息对总线的争用时，CAN总线的仲裁机制会将总线使用权分给ID标识最小的消息。
图3是带周期偏移量的车身控制器消息发送时序图。
在本实施中，还以图2所示的BCM为例，根据提出的方法，对BCM每一个周期发送的消息，进行起始启动周期的偏移(Offset)设置。首先，根据周期消息BCM_1、BCM_2、BCM_3和BCM_4的ID标识进行排序，可得排序结果为：BCM_1、BCM_2、BCM_3、BCM_4。因此可选BCM_1为起始基点，其周期偏移为0ms，而根据本实施例所提方法，BCM_2、BCM_3、BCM_4的周期偏移量分别为：Δt、2Δt、3Δt。如果我们取CAN总线两消息发送最小间隔时间MDT为5ms，则可得BCM_2、BCM_3、BCM_4的周期偏移分别为：5ms、10ms和15ms。
从图3的时序分析看到，BCM在使用总线时，不同消息同时竞争总线的几率大大减少，消息在使用总线上得到均散化，进而在局部时间内降低了汽车电子控制系统的负载水平。
仅对单个ECU所管理的周期消息进行了均散化的处理，但对于整个汽车电子控制系统而言，还包含有其它的ECU。假设ECU1和ECU2管理同样的周期消息，那么当ECU1和ECU2进行同样的均散化处理时，ECU1的消息就可能会与ECU2的消息发生总线争用。
在本实施例中，对于CAN总线汽车电子控制系统，引入网络管理技术进行全网络时间同步。
在本实施例中，把通信网络作为一个整体来进行考虑时，为通信网络设置一个同步时钟，接入到通信网络的ECU使用该时钟作为参照，然后，可以使用本发明中的方法进行操作。
同步时钟的具体设置方法如下：
a、在通信网络中选取一个ECU作为时钟基准节点，例如我们可选取BCM；
b、时钟基准节点周期性的发送网络时间消息，时钟基准消息ID根据实际情况拟定，例如我们将BCM发送的消息BCM_1作为时钟基准消息，其ID标识为29eh，周期为20ms；
c、通信网络其它节点，即电子控制单元收到时钟基准消息后，以接收到该消息的时刻作为周期偏移量的起始点，使用本发明的方法，对其管理的周期消息进行均散化处理。
该方法的优点在于，可利用网络中已有的周期消息作为时钟基准消息，在不新增任何网络负载的情况下，为网络中的其它节点提供了时钟基准。
基于该时钟基准，网络中的ECU节点再通过本发明的方法，就可以达到将整个网络的周期消息进行均散化的操作，减少网络中周期消息由于争用总线而造成的冲突。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (3)
1.一种汽车电子控制器通信网络总线负载的均散化方法，其特征在于：总线上每个电子控制单元，对周期发送的多个不同ID标识的消息，设置不同的起始周期偏移量，并进行精确维护。
2.根据权利要求所述的汽车电子控制器通信网络总线负载的均散化方法，其特征在于，所述的设置不同的起始周期偏移量为：
在所有周期消息中选取ID标识最小的消息作为起始基点，其余周期消息均依据ID标识的大小，从小至大排序，依次将其发送时间偏移Δt，该时间偏移Δt为起始周期偏移量，取值为总线两消息发送最小间隔要求时间MDT。
3.根据权利要求所述的汽车电子控制器通信网络总线负载的均散化方法，其特征在于，所述的均散方法还包括以下步骤：
a、在通信网络中选取一个电子控制单元作为时钟基准节点；
b、时钟基准节点周期性的发送网络时间消息，时钟基准消息ID根据实际情况拟定；
c、通信网络其它电子控制单元收到时钟基准消息后，以接收到该消息的时刻作为周期偏移量的起始点，然后，对其管理的的多个不同ID标识的周期消息设置不同的起始周期偏移量，并进行精确维护。
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