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CAN总线实时性和可靠性若干问题的研究

陈曦

  CAN总线以其成本低、性能好、灵活性高等优点在诸多领域得到了广泛的应用。工程上也将其用在如汽车、航空飞行器等与人性命攸关的场合,但是如何从理论研究和工程实践出发对CAN总线的实时性和可靠性进行定量评价,从而证明CAN总线可以应用于对实时性和可靠性都有严格要求的领域,这已然成为目前不少学者和工程技术人员的研究热点问题之一。 排队论主要研究系统平衡状态下包括均值在内的各种性能指标。依据CAN总线CSMA/CD协议,建立了具有优先级的非强占M/G/1排队论模型,给出了响应时间均值的计算方法,进而研究了响应时间均值和总线负载率之间的变化规律。上述研究结论为CAN总线通信系统的设计与优化提供了理论指导。 采用时间/事件混合触发的状态机实现方法,提出了基于混合触发状态机的最糟糕响应时间的计算方法;针对目前CAN总线最糟糕响应时间分析未考虑本地阻塞的情况,提出了基于硬件软件缓冲区的最糟糕响应时间计算方法;给出了相应的可调度判据并以电动汽车CAN总线通信系统为例进行了分析计算。 针对目前尚无直接测量CAN总线消息响应时间装置的情况,开发了CAN总线消息响应时间测试系统。该系统采用了三项关键技术,即基于GPS的时钟同步方法、锁相环电路设计和基于优先级信号量的互斥进程共享实时时钟的实现方法。通过实验说明该系统具有良好的精度,为基于实验数据的响应时间随机特性的研究奠定了基础。 对CAN总线消息响应时间的实验数据从时间序列角度进行了研究,结果表明不同的消息模型其响应时间的时间序列模型是不同的,有些符合ARMA模型,而有些则符合长记忆模型。上述内容为研究响应时间随时间的变化规律提供了新的思路和方法。 在证明了基于消息最糟糕响应时间的传输成功率不能用于CAN总线系统的可靠度计算的基础上,采用计算机仿真与神经网络相结合的方法来计算可靠度,解决了单纯利用仿真进行长时间可靠度计算时数据量大、耗时长的弊端;采用符合国际、国家标准的“电快速瞬变脉冲群”作为干扰信号,更加贴近可靠性分析的工程要求。……   
[关键词]:CAN总线;响应时间;排队论;时间序列分析;可靠性;响应时间测试系统
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:天津大学2010年