基于CAN总线在车辆通讯协议中的研究和应用

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CAN(Controller Area Network),即控制器局域网,它属于工业现场总线的一种,通常称为CAN bus,即CAN总线,应用十分广泛,是国际上应用范围最为广泛的开放式现场总线之一。CAN在上世纪80年代由德国的Bosch公司最先研发并提出,之后应用于汽车工业之中。现代汽车电子控制装置之间的通讯由于车中电子设备ECU不断增加变得越来越复杂。为了减少不断增加的车内信号线,进而研发出了这样一种串行的CAN总线。CAN总线的数据通信最为突出的性能就是它的可靠性、实时性以及灵活性,它的网络利用率也优于其它现场总线。因此它在汽车领域上的应用最为广泛,世界上许多著名的汽车制造厂商,如奔驰、现代、捷豹、大众等都已经开始采用CAN总线来实现汽车内部控制和各种电子设备之间的数据通信。随着汽车工业的不断发展,汽车控制系统对于网络实时性的要求也在日趋精确。仅仅利用CAN总线自带的非破坏性仲裁的调度方法已经难以满足现实情况中对于实时性的要求。将优秀网络调度算法结合应用于CAN总线之中,可以有效加强CAN网络中的消息及时且精准地传输,确保消息可以在规定的截止期内准确到达目标节点,可以有效避免安全隐患的发生。我们可以通过对CAN网络进行相关调度算法的研究,并分析它的实时性,不仅可以在理论上对CAN网络信息延迟降低有一定的帮助,同时也有实际应用价值。本文首先对CAN总线进行了介绍,包括它的发展研究现状以及技术规范等。接着对CAN网络中消息的时间特性进行了分析,研究网络在最差情况下消息延迟的量化公式,并对一些优秀的调度算法进行研究,其中重点研究了较为通用的静态调度DM算法和动态调度EDF算法。结合两种算法的优点,将消息按时间特性分为硬实时信息、软实时信息和非实时信息,采用分层结构,提出一种结合消息价值密度的改进EDF算法与DM算法结合的混合调度算法。其中硬实时消息采用改进的EDF算法进行调度,并且被分配到更高的优先级;软实时和非实时消息由DM算法进行调度,被分配以低优先级。基于以上的一系列研究,最终利用CANoe仿真平台建立CAN网络模型,并分别对三种调度算法进行仿真,仿真结果表明提出的混合调度算法可以有效提高系统的实时性,降低消息传输的延时。
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