汽车CAN网络中OSEK网络管理机制的研究与实现

摘要

随着越来越多的电子控制单元(ECU)被应用到汽车中来，汽车电子网络化成为了必然。为确保整车网络系统运行安全，OSEK网络管理(NM)被广泛应用到汽车网络中。本文从实时性出发，研究OSEK NM机制的改进与实现，旨在为建立高可靠的车载NM系统提供技术和方法支撑。
　　 本文主要工作有:首先介绍了车载网络管理的背景，分析了CAN网络管理相关技术的研究现状;其次，针对OSEK车载网络管理(NM)的实时性和可靠性问题，建立了描述逻辑环工作状态的有限状态机模型，定义了度量OSEK NM性能的评价参数，定量分析了逻辑环不稳定过程，给出了相应性能评价参数计算公式，在此基础上，指出了影响NM性能的因素，提出了一种支持第二逻辑后继的逻辑环建环方法(BRSS);再次，针对高端汽车CAN控制系统，利用高速并行处理及逻辑资源丰富的FPGA技术构建了精简的OSEK NM系统。将FPGA内部分为NM协议栈和CAN控制器两部分，以仿顺序硬件设计方法设计报文处理流程，通过读写标志区实现多个定时器的并行处理;描述了CAN协议内部复杂运行状态，并通过仿顺序状态机实现CAN位定时机制。最后，构建了CAN实物节点和CANoe虚拟节点，搭建成完整的半实物仿真平台，验证了FPGA设计方法的可行性和更改后的NM机制有效性。
　　 本论文的研究对于完善OSEK NM机制，加快其在汽车CAN网络中的应用，增强整车网络运行的安全性和可靠性，有着积极的理论和工程价值。

目录

声明

摘要

致谢

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 CAN网络的研究现状

1．2．2 OSEK／VDX标准的研究现状

1．2．3 FPGA的发展与应用现状

1．3 课题来源与论文内容

1．3．1 课题来源

1．3．2 论文内容

1．4 本章小结

第二章 网络标准与FPGA技术

2．1 CAN总线技术

2．1．1 总线概述

2．1．2 仲裁编码

2．1．3 错误处理

2．1．4 定时同步

2．2 OSEK网络管理(NM)

2．2．1 NM特点

2．2．2 NM概念

2．2．3 NM功能

2．3 FPGA技术

2．3．1 FPGA技术原理

2．3．2 FPGA技术特点

2．3．3 FPGA技术应用

2．4 本章小结

第三章 OSEK逻辑环机制分析及改进

3．1 逻辑环工作原理与状态

3．1．1 逻辑环原理

3．1．2 逻辑环状态

3．2 逻辑环动态过程分析

3．2．1 分析模型与假设

3．2．2 网络实时性分析

3．2．3 节点加入情况分析

3．2．4 节点退出情况分析

3．3 逻辑环动态过程改善

3．3．1 NMPDU设计

3．3．2 BRSS机制设计

3．3．3 改善分析

3．4 本章小结

第四章 基于FPGA的NM系统设计

4．1 整体设计

4．1．1 系统构成

4．1．2 驱动设计

4．2 CAN控制器设计

4．2．1 位定时转换

4．2．2 状态机设计

4．2．3 帧时序识别

4．3 NM模块设计

4．3．1 逻辑环建立

4．3．2 更改后继设计

4．3．3 判断跳过设计

4．3．4 定时器设计

4．4 本章小结

第五章 车载网络管理实验系统构建

5．1 软件介绍

5．1．1 ModelSim软件

5．1．2 CANoe软件

5．2 实验系统

5．2．1 整体设计

5．2．2 虚拟节点设计

5．2．3 实物节点设计

5．3 实验验证

5．3．1 NM实时性验证

5．3．2 FPGA设计验证

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 论文的工作总结

6．2 下一步工作

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间申请的专利

攻读硕士学位期间参与的科研工作