基于无线冗余的时间触发架构车载总线研究

摘要

近年来,汽车各控制单元之间已经从点对点通信转变为基于总线的网络式通信。总线的引入简化了设备的连接,减少了导线的需求量,增加了系统的集成度,降低了结构的复杂度,提高了系统的效率。但总线结构要求信息分时传输,这就带来了延迟、仲裁、调度等问题。传统的车载总线基于事件触发,灵活性较高,但时间确定性和可靠性得不到保证。时间触发机制虽能提供确定的网络行为,并具有一定的容错能力,但灵活性差。如何兼具两种机制的优点,成为车载总线面临的新课题。
　　本文首先对时间触发架构进行了理论研究,其次在时间触发架构的调度算法上,提出一种基于无线冗余的通信架构,即用一条无线信道代替用于冗余的总线信道,形成每个通信节点拥有一条总线信道和一条无线冗余信道的通信模型。无线信道在没有随机事件信息时,与总线信道传输相同的状态信息,实现状态信息的冗余传输。当有随机事件信息时,则立即响应,传输随机事件信息。总线信道只传状态信息,不会被事件调度打断。状态信息按信息描述表调度,事件信息按优先级高低存入事件队列进行调度。这种方法大大提高了总线的稳定性和灵活性,降低了信息传输的抖动。最后,根据无线冗余通信架构的功能及设计要求,选用LPC2119控制芯片对通信控制器软、硬件进行了设计,并对线控转向系统进行了实时性,可靠性等应用测试。
　　实验结果表明,无线冗余时间触发架构拥有实时性好(实时响应在10-5s数量级)、可靠性高(达到了Level4标准,见附录C)、容错机制全面等特点。从测试结果上看,该架构可满足车载网络中要求最苛刻的控制网的要求。

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第一章 绪 论

1.1 汽车电子的发展

1.2 车载总线及时间触发架构

1.3 课题来源及意义

1.4 课题主要研究内容

1.5 本章小结

第二章 时间触发架构（ TTA）理论研究

2.1 稀疏时基理论

2.2 时间触发方式

2.3 一致性

2.4 实时性

2.5 节点组成及拓扑结构

2.6 本章小结

第三章 车载无线冗余模型的柔性调度算法

3.1嵌入式实时系统的调度算法

3.2 时间触发的柔性调度算法

3.3 无线冗余模型及其柔性时间触发调度

3.4本章小结

第四章 车载总线通信节点软硬件设计

4.1 通信控制器硬件设计

4.2 通信控制器软件设计

4.3本章小结

第五章 车载总线系统实验测试及性能评估

5.1 实时性评估

5.2 可靠性评估

5.3线控转向系统测试

5.4 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

附录