容错模式下TTCAN总线中系统矩阵的实行调度算法研究

摘要

传统CAN采用的是事件触发机制,在总线负荷率上限、实时性和处理多控制器总线冲突方面略显不足。而BOSCH公司推出的TTCAN协议采用时间触发机制与事件触发机制相结合的方式,基本解决了上述问题。TTCAN协议是CAN协议的一种扩展,它提高了总线利用率和消息的实时性,满足对安全性要求苛刻的实时系统以及总线日益增长的信息负载的需求。
　　 由于TTCAN是基于时间触发的,必然带来了消息的调度问题,本论文基于TTCAN总线研究应用系统的实时调度问题。首先,学习了TTCAN协议及其一些关键技术,为后面问题的提出以及优化做了准备；其次根据消息组构建系统矩阵,采用遗传算法对其优化,目的是为了最大限度的减少独占窗的时间,并且采用最大公约数算法(greatestcommondivisor,GCD)解决不满足TTCAN总线系统矩阵限制因素的消息组；第三,进行了系统矩阵容错的研究与设计,本文采用仲裁窗容错技术方案对系统矩阵进行容错设计,并且提出后面优先原则,较好的达到了容错的效果。最后以两个经典消息组SAE和PSA作为应用实例,结合了遗传算法和GCD算法,对TTCAN总线中系统矩阵的调度算法进行了验证。
　　 实验结果较好的验证了该算法在TTCAN协议在通信实时性和总线利用率方面的优势,并且有效的提高了在实际应用中的灵活性；而且,容错性的设计大大降低了消息传输失败率。验证结果为TTCAN协议应用在通信可靠性要求较高的硬实时通信环境中提供了重要的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 TTCAN协议的产生背景

1.1.1 CAN协议分析

1.1.2 TTCAN协议的应用研究与优势

1.2 实时调度理论在TTCAN总线中的必要性

1.3 论文研究的内容及意义

1.3.1 论文研究的内容

1.3.2 论文研究的意义

第2章 TTCAN总线协议及关键技术

2.1 TTCAN总线底层协议

2.1.1 CAN总线的拓扑结构

2.1.2 CAN总线的分层结构

2.1.3 CAN总线的报文格式

2.1.4 CAN总线的非破坏性“逐位仲裁”机制

2.2 TTCAN总线协议

2.2.1 TTCAN总线的时间触发机制

2.2.2 TTCAN总线的时间基准

2.2.3 TTCAN总线的主节点

2.3 本章小结

第3章 容错模式下TTCAN总线系统矩阵的调度分析

3.1 TTCAN总线的系统矩阵

3.1.1 TTCAN总线系统矩阵的结构

3.1.2 系统矩阵的基本周期

3.1.3 TTCAN总线系统矩阵的设计

3.1.4 TTCAN总线利用率

3.2 TTCAN总线系统矩阵的容错

3.2.1 系统容错的概述

3.2.2 TTCAN总线协议的容错机制

3.2.3 TTCAN总线系统矩阵的容错方法

3.3 TTCAN总线系统矩阵的调度问题

3.3.1 消息的分析

3.3.2 TTCAN总线系统矩阵的限制因素

3.3.3 TTCAN总线系统矩阵调度的可行性分析

3.3.4 系统矩阵的调度问题分析

3.4 本章小结

第4章 容错模式下TTCAN总线系统矩阵的调度算法研究

4.1 遗传算法简介

4.2 基于遗传算法的TTCAN总线系统矩阵的实时调度

4.2.1 时间触发消息的系统矩阵构造

4.2.2 时间触发消息的系统矩阵实时调度

4.2.3 事件触发消息系统矩阵的实时调度

4.3 TTCAN总线系统矩阵的容错理论及改进

4.3.1 Mailbox Method

4.3.2 Arbitration Window Method及其改进

4.4 本章小结

第5章 TTCAN总线系统矩阵的实时调度算法的验证

5.1 系统矩阵的实时调度算法验证

5.1.1 系统矩阵的构造实验

5.1.2 系统矩阵优化实验结果的分析

5.2 系统矩阵容错的设计验证

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

作者攻读硕士学位期间发表的论文