CN102035707A - 一种车载can网络的通信实时性保障方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载CAN网络的通信实时性保障方法，首先基准周期内可以发送的最大消息数S，并判断是否大于需要发送的周期型消息个数S1与事件型消息预留个数S2的和，如果不大于，则优化电子控制单元发送周期消息的数量，直至满足大于条件，如果大于，则根据标志符ID将周期型消息分配到基准周期的时隙中，并为事件型消息做预留，生成消息调度表；最后选取一个电子控制单元作为CAN网络时序基准节点，以基准周期广播基准周期起始消息，各电子控制单元接收到基准周期起始消息后，依据消息调度表，发送周期性消息。本发明从时序上对现有CAN总线的使用进行保障，使各个电子控制单元发送的消息能实时地发送出去，这样，车载CAN网络的通信实时性就得到了保障。同时，由于是在现有CAN网络上实施，与现有CAN网络兼容、成本低廉。

Description

一种车载CAN网络的通信实时性保障方法

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，涉及一种车载CAN网络的通信实时性保障方法。

背景技术

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(Controller Area Network，CAN)。通过CAN总线，传感器、控制器和执行器等由串行数据线连接起来，形成通信网络。CAN协议支持分布式实时控制通信网络，在汽车发动机控制部件、传感器、车身控制部件等系统中被广泛应用。

CAN网络作为一种被广泛使用的车载网络，要求在服务期间具有较好的通信实时性，即使在高网络负载的情况下，也必须保证所有与安全相关的报文，即消息实时传输。然而，由于CAN总线技术未采用时间触发机制，缺少统一的网络时基(Time Bases)，难以达到网络通信行为的实时性。尤其在网络高负载情况下，由于总线争用冲突情况的发生，使得信息在传输过程中不可避免的存在时延。对于严格的实时系统来说，整个系统的时序分析必须做到保证所有的发送消息的最终时限(Deadline)都必须满足，即使出现总线争用冲突或者是总线处于高负载状态。

车载CAN网络，根据连接方式的不同，一般可分为单CAN总线网络和多CAN总线网络。这两种常见的车载CAN网络分别如图1和图2所示。

在同一CAN总线上，当几个消息在同一时间要求发送时会产生总线争用，即总线冲突。为解决总线争用冲突，CAN总线技术提供了无破坏仲裁机制以保证所有消息都能按它们的优先级标志符依次传送，只有最高优先级的消息获得总线使用权。而对于多CAN总线网络而言，不同的CAN总线上的数据发送不存在总线争用的问题。

在如图1所示的单CAN网络中，如果车身控制器与音响主机同时发生对总线使用权的请求，可能由于车身控制器消息的优先级高于影响主机消息的优先级而优先获得总线使用权，导致音响主机消息被延时。

在CAN总线技术中，消息的优先级与其标志符ID绑定，随着消息优先级的降低，其传输延时将逐步增加。因而CAN总线技术难以保障消息传递的时延上限，即满足所有发送报文的最终时限。

鉴于以上问题，Bosch公司提出了TT-CAN(Time Trigger CAN)用于解决CAN总线技术在应用中遇到的时限，即实时通信问题。但由于TT-CAN技术和CAN技术在使用总线时的不同需求，使得他们不能在一个网络系统中混和使用。汽车整车厂目前主要采用CAN总线技术构建车载通信网络，如果要过渡到TT-CAN，需要将所有使用CAN通信的电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)都改为使用TT-CAN通信，且除了需要高昂成本开销以外，还需要对新的电子控制单元做大量的测试和评估工作。

因而，TT-CAN是一种代价高昂的解决现有CAN通信时限，即实时通信问题方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种与现有CAN网络兼容的、成本低廉的车载CAN网络的通信实时性保障方法。

为实现上述目的，本发明车载CAN网络的通信实时性保障方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)、生成消息调度表，将CAN总线上的周期消息分散到基准周期中：

a)、计算基准周期长度N，基准周期长度N为该总线上的所有周期型消息周期的最小公倍数；

根据基准周期长度N，计算CAN总线上每个基准周期可以发送的最大消息数S：

S＝N/dT-1

其中，dT为单个消息发送所需时耗，可取经实验测定的经验值；

b)、计算基准周期中，实际需要发送的周期型消息个数S1：

其中，T_Mi为第i个周期型消息Mi的发送周期，n为周期型消息的个数，

为取整运算；

c)、根据CAN网络实际情况，在基准周期中，为事件型消息预留个数S2，可取经实验测定的经验值；

d)、判定最大消息数S＞S1+S2是否成立；若成立，跳转到(e)步骤，若不成立，跳转到(f)步骤；

e)、将周期型消息根据标志符ID分配到基准周期的时隙中，并为事件型消息做预留，完成后跳转到(g)步骤；

f)、优化电子控制单元发送周期消息的数量，直至满足最大消息数S＞S1+S2，跳转到(e)步骤；

g)、根据(e)步骤的执行结果，生成消息调度表；

(2)、在连接到CAN总线的电子控制单元中，选取其中一个电子控制单元作为CAN网络时序基准节点，以基准周期向CAN网络中其它电子控制单元广播基准周期起始消息；

(3)、各电子控制单元接收到基准周期起始消息后，依据消息调度表，发送周期性消息。

本发明的发明目的是这样实现的：

首先计算总线上的所有周期消息的周期，计算最小公倍数，得到基准周期长度N；然后计算基准周期长度N的最大消息数可以发送的最大消息数S，并判断是否大于需要发送的周期型消息个数S1与事件型消息预留个数S2的和，如果不大于，则优化电子控制单元发送周期消息的数量，直至满足大于条件，如果大于，则根据标志符ID分配将周期型消息到基准周期的时隙中，并为事件型消息做预留，生成消息调度表；最后选取一个电子控制单元作为CAN网络时序基准节点，以基准周期向CAN网络中其它电子控制单元广播基准周期起始消息，各电子控制单元接收到基准周期起始消息后，依据消息调度表，发送周期性消息。

本发明从时序上对现有CAN总线的使用进行保障，避免对CAN总线的频繁争用，使各个电子控制单元发送的消息能实时地发送出去，这样，车载CAN网络的通信实时性就得到了保障。同时，由于是在现有CAN网络上实施，与现有CAN网络兼容的、成本低廉。

附图说明

图1是一种单CAN网络的示意图；

图2是一种多CAN网络的示意图。

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

对于多CAN总线网络，首先分别采用本发明步骤(1)中的方法，计算各CAN网络总线的基准周期长度N_j，然后计算各自总线上每个基准周期长度N_j可以发送的最大信息数S_j：

S_j＝N_j/dT_j-1

其中，dT_j为多CAN总线中第j条CAN总线的消息发送所需时耗，可取经实验测定的经验值；

计算各条CAN总线上每个基准周期长度N_j中，实际需要发送消息的个数S1_j：

其中，

为第j条CAN总线上第i周期型消息Mi_j的发送周期，n_j为第j条CAN总线上周期型消息的个数，

为取整运算；

根据多CAN总线网络实际情况，为各条CAN总线的每个基准周期预留事件型信息所需发送消息个数S2_j，可取经实验测定的经验值；

根据多CAN总线网络功能规划，统计在基准周期中，CAN总线j与多CAN总线网络中其它CAN总线交互所需发送消息的个数S3_j；判定最大信息数S_j＞S1_j+S2_j+S3_j是否成立，若成立，则生成消息调度表，并按本发明的方法执行；若不成立，则优化CAN总线网络消息的数量，直至满足最大信息数S_j＞S1_j+S2_j+S3_j，然后生成消息调度表，并按本发明的方法执行。

多CAN总线网络，如图2所示的包括两条CAN总线的网络，我们将其分解为B CAN网络(低速CAN网络)和C CAN网络(高速CAN网络)，然后，分别按上述方法执行，则B CAN网络总线以及C CAN网络均能从时序上进行保障，避免对各自CAN总线的频繁争用，使各个电子控制单元发送的消息能实时地发送出去。

实例

为进一步理解本发明，现在以一具体CAN总线网络为例进行阐述。

在本实例中，在CAN总线网络中，只有一条CAN总线，在该总线上挂载了四个电子控制单元ECU1、ECU2、ECU3、ECU4，对应需要发送的消息和周期如表1所示，单个消息发送所需时耗dT＝1ms。

表1

根据本发明所述方法，操作如下：

(1)、计算周期消息周期的最小公倍数，根据表1提供数据，可得基准周期长度N＝120ms；

(2)、生成消息调度表：

a)计算在基准周期内可发送的最大消息数S：

S＝N/dT-1＝120ms/1ms-1＝119；

b)计算在基准周期中，实际所需发送的消息个数S1：

c)根据统计，需要预留的事件型消息个数S2＝5；

d)判定最大消息数S＞S1+S2，即119＞60成立；

e)因此，可得满足实时性要求的消息调度表如表2所示。

0-9ms

M1

M2

M3

M4

M5

M6

M7

10-19ms

M1

M3

M6

20-29ms

M1

M2

M3

M4

M6

30-39ms

M1

M3

M5

M6

40-49ms

M1

M2

M3

M4

M6

M7

50-59ms

M1

M3

M6

60-69ms

M1

M2

M3

M4

M5

M6

70-79ms

M1

M3

M6

80-89ms

M1

M2

M3

M4

M6

M7

90-99ms

M1

M3

M5

M6

100-109ms

M1

M2

M3

M4

M6

110-119ms

M1

M3

M6

120-129ms

M1

M2

M3

M4

M5

M6

M7

表2

在表2中，消息调度表的每个方框代表1ms，四个电子控制单元ECU1、ECU2、ECU3、ECU4接收到基准周期起始消息后，从0ms开始计时，依据消息调度表，发送周期性消息，这样避免对CAN总线的频繁争用，使各个电子控制单元发送的消息能实时地发送出去。

本发明的方法经过实际的CAN网络消息调度经多次测试，均取得了较好的效果，具有很好的实用性。

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 (2)

1.一种车载CAN网络的通信实时性保障方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、生成消息调度表，将CAN总线上的周期消息分散到基准周期中

a)、计算基准周期长度N，基准周期长度N为该总线上的所有周期型消息周期的最小公倍数；

根据基准周期长度N，计算CAN总线上每个基准周期可以发送的最大消息数S：

S＝N/dT-1

其中，dT为单个消息发送所需时耗；

b)、计算基准周期中，实际需要发送的周期型消息个数S1：

其中，T_Mi为第i个周期型消息Mi的发送周期，n为周期型消息的个数，

为取整运算；

c)、根据CAN网络实际情况，在基准周期中，为事件型消息预留个数S2；

d)、判定最大消息数S＞S1+S2是否成立；若成立，跳转到(e)步骤，若不成立，跳转到(f)步骤；

e)、将周期型消息根据标志符ID分配到基准周期的时隙中，并为事件型消息做预留，完成后跳转到(g)步骤；

f)、优化电子控制单元发送周期消息的数量，直至满足最大消息数S＞S1+S2，跳转到(e)步骤；

g)、根据(e)步骤的执行结果，生成消息调度表；

(2)、在连接到CAN总线的电子控制单元中，选取其中一个电子控制单元作为CAN网络时序基准节点，以基准周期向CAN网络中其它电子控制单元广播基准周期起始消息；

(3)、各电子控制单元接收到基准周期起始消息后，依据消息调度表，发送周期性消息。

2.根据权利要求所述的车载CAN网络的通信实时性保障方法，其特征在于，所述的CAN总线如果与其它CAN总线有消息交互，并且需要发送消息的个数S3，则步骤(1)判定的是：最大消息数S＞S1+S2+S3是否成立；若成立，跳转到(e)步骤，若不成立，跳转到(f)步骤。

Images