CAN网络层次化动态调度策略设计与实现

CAN总线是一种基于消息的事件触发通信服务,主要应用于汽车、机器人等实时通信系统.CAN总线上有多个节点互相独立工作,当多个节点访问总线时出现消息碰撞,由于CAN总线采用按位仲裁算法决定节点访问总线的优先级,导致低优先级节点访问失败,而高优先级节点继续传输消息,这种方式导致低优先级节点饥饿现象而丢失消息,因此CAN总线调度算法随之被提出.目前调度策略已从静态发展到动态,但是随着节点的增多,系统维护和调度难度增加,单条总线调度策略难以维持系统性能需要.因此本文考虑将系统中的节点挂载到多条CAN总线上构成CAN网络,针对CAN网络提出了一种层次化的动态调度算法,将节点优先级仲裁分为：单条总线本地优先级仲裁和系统全局优先级仲裁,确定系统优先级最高的节点,使其进行数据传输.利用MATLAB中的Stateflow工具,建立分层动态调度模型,依据CAN总线数据传输机制和仲裁机制,设计实现了节点模块、总线模块、函数模块等,在总线模块实现了两级调度.实验结果表明,本算法在增加了节点总数目的基础上,满足高优先级节点传输且避免了低优先级节点的饿死现象.     

CAN总线实时性研究及改进

随着CAN总线控制网络的复杂化,单段网络上的控制节点数目增多而且网络带宽利用率要求日益提高,这使得总线上属性优先级低的数据传输延时增加;提出了一种动态时分CAN的设计思想,理论上给出了不同属性数据帧传输的最大时延;解决CAN现场总线在网络带宽利用率高时,数据传输的实时性问题,尤其是保证了低优先级信息的实时性;而且,相对于TF—CAN具有更好的灵活性;实验结果证嘲;同属性的数据时延都得到了减少,尤其是属性优先级低的数据;验证了设计思想,证明了协议的可行性。     

基于CAN总线的凿岩机器人分布式控制系统设计

分析了凿岩机器人控制系统的构成,针对集中控制方式的缺点,提出了分布式控制系统的方案.分配了CAN总线智能节点及其功能,设计了适合于凿岩机器人实时性要求的CAN总线用户协议.提出了各智能节点的通信设计要求,以协调总线上的信息流,减小总线冲突仲裁所需时间.     

CAN控制系统的时延分析及混合算法

在车载控制器局域网络(CAN)总线的通信中,消息之间的碰撞及低优先级消息的等待时延过长严重影响了通信的稳定性和实时性。通过对CAN控制系统中的消息时延分析,确定排队等待时间是影响通信的关键因素,结合改进的共享时钟算法和动态ID序列算法,提出一种共享ID序列混合算法。将节点消息按ID序列发送,减少消息在同一时刻碰撞,消除消息的排队等待时延,从而提高网络的实时性和稳定性。仿真结果表明,该算法能够避免消息的碰撞,增强消息的确定性,有效改善网络性能。     

基于89C51和SJA1000的CAN通信方法研究

介绍了CAN总线基本原理及通信的基本结构.给出了一种由MCU、总线控制器和CAN控制器构成的通信系统.进行了通信节点的软硬件设计,并对CAN总线系统进行了网络负栽和实时性分析.     

基于89C51和SJA1000的CAN通信方法研究

介绍CAN总线基本原理和CAN总线通信的基本结构,给出了一种由MCU、总线控制器和CAN控制器构成的通信系统,进行了通信节点的软硬件设计,并对CAN总线系统进行了网络负载和实时性分析。分析结果表明,系统具有较好的可靠性和实时性,适用于中高速工业数据通信场合。     

基于CAN总线的数据臂通信设计

针对数据臂的多电机驱动、多传感器信息采集的特点,提出了一种基于CAN总线的数据臂通信方案.通过CAN总线将上位机与下位机各关节测控节点相连,实现系统的分布式测量与控制;在此基础上,制定了适合于模块化结构数据臂通信要求的CAN总线协议,以协调总线上的信息流,从而减小总线冲突仲裁所需时间.该系统的数据传输准确率高、实时性好、工作性能稳定、连线简单,能够满足数据臂对实时性、可靠性等性能的要求.     

CAN总线动态调度算法改进研究

通过分析CAN总线的非破坏性优先权逐位仲裁的规则,得出若采用建立在确定性系统模型基础上的静态优先级,当总线带宽利用率很高时,低优先级信息帧发送时延会大大增加,甚至造成数据的丢失,同时采用静态优先级在系统运行过程中不能对调度分配进行修正.因此提出单队单拍(SQSA)和单队多拍(SQMA)的动态优先级晋升方法及数学模型,分析该模型的吞吐率,模型的最大延时及采用SQMA可能出现的问题及解决方法.通过仿真实验验证提出的改进动态优先级的方法在网络吞吐率、平均时延和网络利用率都有较好的性能.     

基于排队论的CAN总线语音通信系统建模分析

文章利用排队论的M/M/1模型,对基于CAN总线的语音通信系统进行了建模分析,得出了语音压缩速率与CAN总线单节点信息产生速率的对应关系,并使用Matlab进行了系统仿真,得出了语音数据传输平均时延、语音压缩速率、CAN总线传输速率的关系曲线,证明了理论推导的正确性,从而推导出语音压缩速率和CAN总线传输速率的关系表达式。     

CAN总线通信过程的Stateflow建模与仿真

控制器局域网（CAN）是一种广泛应用于实时通信系统中的现场总线,其建模和仿真是对CAN总线通信性能进行综合评估和优化设计的必要手段。针对CAN总线通信性能指标优化设计问题,文章采用Simulink／Stateflow仿真工具对CAN通信过程的建模方法进行了深入研究,给出了仿真模型并对仿真实例进行了研究分析,得到了信息到达时间间隔,通道忙闲率,高优先级发送引起的受阻率等网络特性对总线通信性能吞吐量和平均端到端延时的影响,从而有效地分析了CAN总线的实时通信性能,提出了优化通信性能指标设计时重要参数的选取方法。     

Proposal and evaluation of dynamic assignment of priorities in CAN

The paper deals with the scheduling of information flow in a CAN ISO IS-11898 communication system. It mainly features a bus access arbitration protocol based on a priority assigned to each message to be transmitted; if two or more messages are transmitted at the same time by different communication nodes, only the message with the highest priority continues to be transmitted, the other being stopped. In real-time applications, messages contain information which must be transmitted within strict time constraints; according to the CAN ISO IS-11898 bus arbitration protocol, respect of real-time constraints of time critical information depends on the priority assigned to the message conveying it. The aim of the paper is to propose a procedure for dynamic assignment of priorities to messages to be transmitted, in such a way the real-time requirements of the information conveyed are fulfillled. Although many other approaches can be found in literature, the proposal is original as It is based on standard full CAN communication stacks.     

基于CAN总线通信系统实验的设计

分析了CAN总线位仲裁方式的不足与局限性,设计并实现了基于C8051F单片机的CAN总线通信系统实验。通过改变参与总线竞争的各个节点的延时时间,实现了所有节点公平享用总线的目标,提高了系统的稳定性和实时性,具有广泛的应用前景。     

面向安全关键系统的CAN总线应用研究综述*

控制器局域网适合小型安全关键系统的现场总线控制要求,能够以最大1Mbps速率发送和接收实时短消息。分析了CAN总线的结构、特点、协议仲裁机制、接口设计方法、实时特性和错误处理机制。为了支持任务关键网络,比较了事件触发协议与时间触发协议的特性,讨论了时间触发CAN协议的研究进展。     

Schedulability analysis for Controller Area Network (CAN) with FIFO queues priority queues and gateways

Controller Area Network (CAN) is widely used in automotive applications. Existing schedulability analysis for CAN is based on the assumption that the highest priority message ready for transmission at each node on the network will be entered into arbitration on the bus. However, in practice, some CAN device drivers implement FIFO rather than priority-based queues invalidating this assumption. In this paper, we introduce response time analysis and optimal priority assignment policies for CAN messages in networks where some nodes use FIFO queues while other nodes use priority queues. We show, via a case study and experimental evaluation, the detrimental impact that FIFO queues have on the real-time performance of CAN. Further, we show that in gateway applications, if it is not possible to implement a priority queue, then it is preferable to use multiple FIFO queues each allocated a small number of messages with similar transmission deadlines.     

基于CAN总线的实验楼宇火灾预警系统设计

本文主要设计一种基于CAN总线的实验楼宇火灾预警系统设计,采用单片机技术和现场总线技术实现该系统的设计.并且详细介绍了该系统的总体设计和基于CAN总线的智能节点的硬件、软件的设计.经实际应用,实现了对火情预警的实时性和可靠性.     

Stochastic and deterministic performance evaluation of automotive CAN communication

The performance of communication systems can be evaluated using various distinct techniques and paradigms, e.g. queuing theory, simulation or worst case analysis. Mean values for performance measures like transmission delay, queue length or system utilization are valuable information for network dimensioning. However, in many cases, quantile-based approaches or deterministic upper bounds are indispensable, especially for systems that need real-time guarantees. A typical application area are safety-critical functions in automotive environments, where hard real-time transmission deadlines have to be met to assure safe operation of the vehicle. In this paper, we investigate a contemporary automotive in-car communication system, the Controller Area Network (CAN). A simulation study of the system yields stochastic quantile-related use case performance measures for non-time-critical communication. It is complemented by a deterministic evaluation using Network Calculus, which allows to determine worst case transmission times and provides closed and easily applicable formulas for delay bounds of messages on all priority levels. Comprising the outcomes from this dual evaluation approach supports the design, dimensioning and parameterization of the overall CAN bus system with respect to both hard real-time demands and performance characteristics in typical use case scenarios.     

带时间触发的CAN网络设计

为解决CAN总线系统中事件触发报文发送时,固定优先级仲裁机制所引起的发送时间不确定,低优先级报文可能被延误的问题,根据时间触发CAN的基本原理和结构特征,结合通用CAN控制器SJA1000,举例介绍如何组建一个TTCAN实验系统的基本步骤和算法。该设计可以确保实时和安全性要求较高的自控系统的正常运行。     

基于CAN总线的电气火灾远程监控系统

为了解决传统电气火灾监控系统在远距离数据通信时误码率高、总线上可连接的终端节点数量少、传输速率低等问题,设计了一种基于CAN总线及STM32F103单片机的电气火灾远程监控系统。给出了系统的整体框架及其组成,重点阐述了火灾终端监控设备的硬件及软件设计思路,制订了火灾监控设备与上位机的通信协议。系统实现了消防联动设备的工作状态、被监控设备的供电电压、电流,被保护用电设备的剩余电流值,以及用电设备工作的环境温度的实时监测,并通过CAN总线将监测状态实时传输到远端计算机。在实现火灾监控的基础功能上,增加了通过现场总线与现场其它监控设备通信的主机功能。测试结果表明,系统在远距离数据通信时传输速率提高、增加监控节点的情况下,系统间的数据通信误码率非常低。     

基于CAN总线的网络通信信道的建模与研究

随着汽车网络的快速发展对数据速率的要求越来越高,针对传统车载CAN通信系统,由于其信道带宽的限制不能满足快速数据传输速率的要求,为了解决其带宽的限制,提高数据传输速率,提出了采用通频带设计系统,通过使用传输矩阵和端口网络级联的方式,在总线型结构模式下对CAN通信系统通频带进行建模研究,同时对该系统在最差情况下最大总线线路长度和节点数进行分析与研究,最终实验验证了模型的正确性,从而为实际信道响应的测量节省了大量的时间,不仅能实现对CAN通信性能进行评估,而且能实现优化CAN总线网络的设计.