試論CAN總線通信在汽車電子測試平臺的實時性與可靠性

何春虎

摘 要： 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和人們對汽車人性化需求，各種現(xiàn)代化、智能化、信息化設(shè)備系統(tǒng)在汽車制造中得以廣泛的應用，為實現(xiàn)各功能系統(tǒng)的有效連接CAN總線應運而生，并迅速推廣。汽車電子測試平臺CAN總線的可靠性和實時性，關(guān)系到各個設(shè)備軟件的功能發(fā)揮，因此，要對其進行深入研究。本文分析研究了CAN總線應用過程存在的問題，并對問題的解決提出了可行性建議。

關(guān)鍵詞： 汽車電子測試平臺；CAN 總線；實時性；可靠性

汽車配置的電子檢測系統(tǒng)平臺為安全使用提供了參考信息，由于不同測試傳感器的獨立運行需要數(shù)據(jù)交流和分析處理，CAN 總線以其特有的實時性和可靠性等技術(shù)優(yōu)勢，在解決實時通信和數(shù)據(jù)傳輸問題上，發(fā)揮了積極的作用。

1.CAN 總線（控制局域網(wǎng)）的功能和技術(shù)特點

CAN 總線的主要功能是對各種電子設(shè)備系統(tǒng)的控制器進行鏈接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳輸和資源共享，滿足自動化，智能化數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)男枨?。?jié)省了大量的多系統(tǒng)連接的材料資源，增強安全穩(wěn)定性，促進汽車制造實現(xiàn)智能化、自動化、信息化。加強對該技術(shù)通信可靠性和實時性的研究，能夠創(chuàng)新發(fā)展應用方法，提高工藝質(zhì)量。

1.1CAN總線的組成結(jié)構(gòu)，簡化了汽車電子各個控制系統(tǒng)的線路連接，最大限度減少了線路雜亂引發(fā)的故障發(fā)生率，快捷、高效地滿足各個網(wǎng)絡節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸。

1.2信息資源的共享大大減少了總線間的電子傳感器元件數(shù)量，使系統(tǒng)效率明顯提升，多重校驗和短幀形式數(shù)據(jù)信息，增強了數(shù)據(jù)傳輸抗干擾性，有利于可靠性和實時性。

1.3利用仲裁機制實施數(shù)據(jù)并發(fā)，仲裁中高優(yōu)先級的節(jié)點勝出取得訪問權(quán)，低優(yōu)先級被淘汰，限制訪問權(quán)限。

2. CAN 總線（控制局域網(wǎng)絡）的實時性問題及其改進方法

2.1 具體的實時性問題

一般情況下，汽車裝備的電子測試裝置平臺處于網(wǎng)絡負載過大的過程，就會增加信息碰撞的概率，CAN 總線如果還按照原始 CAN 協(xié)議進行傳輸數(shù)據(jù)，由于信號由仲裁機制并發(fā)，有限的信道內(nèi)，勝出的高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)先發(fā)，低級的則取消訪問權(quán)限，造成信息碰撞退出總線，實時性受到干擾。

2.2 解決問題的改進方法

為了解決仲裁機制下數(shù)據(jù)并發(fā)，影響信息數(shù)據(jù)實時性的問題，因采用如下技術(shù)措施，進行很好的解決。一是利用總線預留的優(yōu)先級信息的報警節(jié)點，還按初始靜態(tài)優(yōu)先的調(diào)度制度，有降低優(yōu)先級的報警節(jié)點，總線上傳輸過程中，喪失節(jié)點使用權(quán)限，信息就會退出重新傳輸，時間一長，就會失效。因此，根據(jù)仲裁機制的技術(shù)特點，提出相應的優(yōu)先晉升辦法，分離CAN總線信息幀中的仲裁域為標示地址部分和優(yōu)先級部分，同時結(jié)合需求對不同協(xié)議幀不同的優(yōu)先級提升，增強總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。對于信息碰撞過程低優(yōu)先級數(shù)據(jù)信息的時延，要減少信息數(shù)據(jù)碰撞問題，最大限度地提升信道的利用率，采用時分多路復用技術(shù)措施，把信道傳輸?shù)臅r間當做分隔對象，使有限的信道在不同的時間分為不重疊的信道片段，及時分配到 CAN總線的不同節(jié)點，從而實現(xiàn)多路數(shù)據(jù)按照拉鏈原則在單一物理的信道順暢傳輸，各個信道都歸屬于不同的時間段，互不重疊，在物理通道的全部寬帶都可以使用。根據(jù)技術(shù)要求，信息傳輸都要調(diào)整定義為時間節(jié)點的數(shù)據(jù)周期。

3 .CAN 總線（控制局域網(wǎng)）的可靠性問題及其改進方法

3.1具體的可靠性問題

對于汽車而言，作為一種交通工具，無論客車、貨車還是私家車，在使用過程中，進行遠距離的作業(yè)，是顯然易見的。途中可能經(jīng)過高溫高壓或者特殊環(huán)境的區(qū)域，但是， CAN 總線（控制局域網(wǎng)）的可靠性受環(huán)境變化的影響，可靠性能降低，甚至有很大的負面影響。因此，需要采取積極應對的技術(shù)措施，對設(shè)備裝置進行技術(shù)改進，減少環(huán)境因素對可靠性的影響，提升設(shè)備性能的適應性。

3.2 解決問題的改進方法

為增強局域控制系統(tǒng)環(huán)境的適應性，確保系統(tǒng)可靠性效果，應采用硬件冗余的數(shù)學模型對通信系統(tǒng)的可靠性進行重構(gòu)，提高系統(tǒng)運行過程抗高溫、抗高壓和抗電磁干擾能力，提高通信的可靠性。這樣，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，冗余硬件就會及時替代失效部件正常工作，確保通信的正常。CAN 總線（局域網(wǎng)控制器）設(shè)備系統(tǒng)由多個部分構(gòu)成，一是總線；二是微控制器；三是CAN 控制器；四是CAN 收發(fā)器等，所有的系統(tǒng)硬件冗余就分為2類，即 總線設(shè)備系統(tǒng)冗余和部件設(shè)備系統(tǒng)冗余。根據(jù)總線設(shè)備系統(tǒng)不適應高溫、高壓、搞電磁干擾的環(huán)境，極易造成信息傳輸可靠性不好的問題，進行科學的系統(tǒng)設(shè)備的冗余設(shè)計，解決總線系統(tǒng)設(shè)備信息傳輸不可靠的問題。各個部件級的冗余設(shè)計，則要根據(jù)各個部件系統(tǒng)設(shè)備受環(huán)境影響造成信息傳輸可靠性不強的問題，具體應對微處理器的端口進行改進或相應的控制，按照主次順序和環(huán)境對系統(tǒng)的影響程度，分別采取相應的技術(shù)措施，增加設(shè)備系統(tǒng)的冗余，滿足CAN總線（局域控制網(wǎng)）的應用過程抗擊環(huán)境影響的能力，提高信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性、可靠性，滿足各種環(huán)境下的使用條件。

4.結(jié)束語

汽車電子測試平臺CAN總線通信實時性與可靠性，關(guān)系到汽車使用的質(zhì)量和安全，是汽車制造裝備過程重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，針對設(shè)備的弱點和缺陷，采用相應的技術(shù)措施，能夠解決問題，提高設(shè)備的技術(shù)性能和使用質(zhì)量。

參考文獻

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