基于混合触发CAN总线调度算法及其仿真研究

摘要

CAN总线以结构简单、可靠性高、抗干扰强、低成本、容错性好、传送数据帧短等优势而广泛应用于工业控制领域，但CAN总线协议采用非破坏性逐位仲裁规则分配总线使用权，使得网络利用率低、突发事件的实时处理能力不高。在网络带宽有限的情况下，为提高CAN总线的公平性、实时性和带宽利用率，合理调度各节点的报文，尽可能减少报文传输时延，满足总线上各类报文的传输需求，因此CAN总线的研究重点就是如何合理调度报文并使其有效传输。为此，本文提出了基于TTCAN的混合触发调度算法TMSA。
　　在详细介绍CAN总线技术主要特性、协议的分层结构、链路层的冲突仲裁机制、报文类型及其帧格式的基础上，讨论现有的CAN总线调度策略类型、适用场合及其存在问题，明确两种触发方式（基于事件触发和基于时间触发）的异同点和基于事件触发的动静态调度算法优缺点，分析RM调度算法与TTCAN协议的原理，阐述灰度理论以及 GM(1,1)预测模型的建立方法。进而提出混合触发调度策略构建的基本原则、TTCAN静态时间表建构的改进和混合触发调度算法的设计思想，建立非周期报文时间特性分析预测模型、矩阵周期与基本周期模型、同时间段非周期报文仲裁机制，描述TMSA混合调度的算法，从最坏响应时间、可调度性和总线利用率等三方面对TMSA混合调度算法进行分析。最后，采用MATLAB软件中的Stateflow与Simulink工具箱，构建CAN总线通信模型与调度算法模型，对RM调度算法、TTCAN调度算法和TMSA混合调度算法进行仿真。
　　仿真结果表明，TMSA混合调度算法提高了网络利用率，减少了非周期报文的延迟，提高了非周期报文实时性。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景

1.2 课题研究的概述

1.3 论文章节安排

第2章 CAN总线技术及灰色预测方法

2.1 CAN总线及其协议的分层结构

2.2 CAN总线的报文传输

2.3 CAN总线调度算法及其分类

2.4 灰色预测及其GM(1,1)模型

2.4 本章小结

第3章 混合触发调度算法及其性能分析

3.1混合触发调度算法的策略

3.2 TMSA混合触发调度模型与算法

3.3 TMSA混合调算法的性能分析

3.5 本章小结

第4章 CAN总线系统及其调度算法的仿真模型

4.1 Simulink与Stateflow工具箱

4.2 CAN总线建模分析

4.3 CAN总线通信的仿真模型

4.4 调度算法的仿真模型

4.5 本章小结

第5章 仿真实验结果分析

5.1 仿真实验结果

5.2 实验结果分析

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 研究工作总结

6.2 下一步工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文