CAN總線網(wǎng)絡(luò)的實時性研究和改進(jìn)
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目前有很多文獻(xiàn)關(guān)于CAN協(xié)議的改進(jìn)，基本都是局限于周期型消息的處理，但是在實際工業(yè)現(xiàn)場有很多諸如報警、故障等突發(fā)型消息，這些都是事件型消息，都未能有效處理?；诖?，本文兼顧周期型和事件型消息，以CAN 2．0B擴(kuò)展幀格式為例，通過重新定義ID字段的含義來解決帶寬分配不均的問題。這種重新定義的幀并未改變擴(kuò)展幀的格式，所以能與其他CAN系統(tǒng)兼容，如圖3所示。擴(kuò)展格式幀的ID字段被重新定義為3個部分：類間優(yōu)先級域(1b)、類內(nèi)優(yōu)先級域(8b)、內(nèi)容標(biāo)示域(20b)。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/155170.htm
圖3中，類間優(yōu)先級域為1 b，在實際應(yīng)用中將0分給事件型消息，使其具有最高優(yōu)先級，將1分給周期型消息；類內(nèi)優(yōu)先級域為8 b，用于標(biāo)示同種類型消息的優(yōu)先級大小，數(shù)值越小，優(yōu)先級越高；內(nèi)容標(biāo)識符域為20 b，可以根據(jù)實際的需要對其進(jìn)行定義，在類間優(yōu)先級和類內(nèi)優(yōu)先級大小都一樣的情況少，也可進(jìn)一步起到輔助仲裁的作用。
2 動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度算法
CAN總線的特點(diǎn)之一就是多主發(fā)送，各個站點(diǎn)在任何時候都可以隨機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，如果在某一個時刻有2個或都2個以上的站點(diǎn)要發(fā)送數(shù)據(jù)，就要通過非破壞性仲裁機(jī)制進(jìn)行仲裁來競爭總線的使用權(quán)，標(biāo)識符數(shù)值小的站點(diǎn)即優(yōu)先級較高的站點(diǎn)可以獲得總線使用權(quán)，競爭失敗的站點(diǎn)則需等待下次重新競爭，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較大時，優(yōu)先級較低的站點(diǎn)很可能在多次競爭中失敗，從而數(shù)據(jù)不能及時發(fā)送，或有時發(fā)送產(chǎn)生沖突有時順利發(fā)送，造成發(fā)送延時的不確定性，這就是帶寬分配不均所造成的。為了解決隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)載增加所造成的帶寬分配不均，本文提出了動態(tài)優(yōu)先級算法。動態(tài)優(yōu)先級算法是一種隨著時間推移動態(tài)改變各個站點(diǎn)優(yōu)先級的算法，與原有的靜態(tài)分配優(yōu)先級算法相比，該算法可使每個站點(diǎn)均等地競爭總線的使用權(quán)，即能夠均等地分配帶寬，從而保證消息的實時傳輸。方法如下：初始情況下各個站點(diǎn)均有事先分配好的優(yōu)先級，在不發(fā)生沖突的情況下，按原有優(yōu)先級來完成數(shù)據(jù)的傳送。當(dāng)發(fā)生沖突之后，高優(yōu)先級站點(diǎn)可以順利完成數(shù)據(jù)發(fā)送，為了能讓競爭失敗的站點(diǎn)在下次競爭中成功的概率變大，可以將競爭失敗的站點(diǎn)提高一個優(yōu)先等級參加下次競爭，即使失敗了若干次，這時該站點(diǎn)的優(yōu)先級也很高了，競爭勝出的概率會很大。但是需要注意的是優(yōu)先級較低的站點(diǎn)在提高優(yōu)先級的情況下獲得總線使用權(quán)并順利完成數(shù)據(jù)發(fā)送之后，需要將優(yōu)先級降低為初始優(yōu)先級，以保證網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。
如果把CAN總線上要發(fā)送數(shù)據(jù)的站點(diǎn)看成一個隊列，某個節(jié)點(diǎn)j在隊列的位置可表示為：
Pj=P0-f(n)
式中：Pj為節(jié)點(diǎn)j某時刻在隊列中的位置，即節(jié)點(diǎn)在此時刻的優(yōu)先級；P0為節(jié)點(diǎn)j在隊列中的初始位置，即初始優(yōu)先級。圖3中類內(nèi)優(yōu)先級分配了8位，當(dāng)優(yōu)先級最低時，P0=28-1=255；f(n)為優(yōu)先級晉升項，為關(guān)于競爭失敗次數(shù)n的函數(shù)，可取正比例函數(shù)、指數(shù)函數(shù)等。在本文中取的為正比例函數(shù)，即f(n)=kn，k為系數(shù)項，決定著晉升優(yōu)先級的快慢程度，一般取為CAN系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的個數(shù)。由此可得：
Pj=28-1-kn=255-kn
采用該算法還可以避免當(dāng)節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級提高之后出現(xiàn)2個或2個以上優(yōu)先級相同的情況，例如，在某個網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)個數(shù)為5，即k=5，所以Pj=255-5n，則各站點(diǎn)初始及晉升之后優(yōu)先級如表1所示。
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