论文部分内容阅读
随着汽车功能的不断增多,整个网络上需要交互的报文数量呈指数增长,采用传统的CAN总线进行车载网络通信时,受到带宽和通信速率的限制,因此大量报文的通信可能会造成整个网络的堵塞,严重时部分报文的丢失有可能会引起车辆安全问题。为了改善传统CAN网络面临的这些限制,采用CANFD总线缓解这些问题。当网络上采用多种总线通信时,网关的调度就至关重要,若对某些报文调度延时,就会导致这些报文因延时而出现丢弃的情况。因此研究CAN-CANFD网络网关的调度对汽车技术的发展具有重要意义。本文主要以CAN-CANFD网络中的网关作为研究对象,分析了该网络中网关调度的延时问题,针对已有的网关调度算法进行优化,提出优化后的调度算法,最后对CAN-CANFD网络及数据进行设计,在硬件在环仿真实验平台上进行仿真实验,并验证优化的调度方法的可行性。本文主要的内容如下:1.首先分析了CAN-CANFD网络网关目前存在的问题,重点针对传输问题进行了研究。在此基础上,对目前主流的网关传输调度算法进行分析,重点分析了目前主流调度算法的不足之处,提出本文的调度算法。2.其次针对WRR调度算法对低权重队列在轮询调度时,在轮询期的最后进行调度,而本文在应用该算法时,对低优先级长周期报文的调度就可能会产生延时的问题。因此针对这个问题对WRR算法进行改进,针对一个轮询期内的调度顺序进行平滑处理,通过仿真实验结果分析,平滑处理后的调度顺序能够改善低优先级长周期报文,因大量高优先级短周期报文的调度而产生的延时情况。进一步,为了防止在周期队列中高优先级报文被低优先级报文的抑制情况,且加快数据的处理,本文采用ID优先级排队的方式进行调度,并在数据存储方式上采用数据与链表相结合的方式对CAN报文进行存储。通过仿真实验结果表明,采用数据与链表相结合的方式存取数据能够有效的减小报文处理时间。3.然后设计了CAN-CANFD网络拓扑结构,并对每个网段中的ECU节点报文数据进行了设计,包括每个ECU需要发送的报文、报文ID、报文周期以及每个ECU节点的报文交互路由。4.最后为了验证提出的网关调度算法以及设计的CAN-CANFD网络的可行性,在CANoe仿真环境中搭建CAN-CANFD网络,结合基于嵌入式平台开发的网关,构成硬件在环仿真实验平台,对CAN网段到CANFD网段报文进行转发测试,以及对网关的性能进行测试。通过对算法的验证测试结果表明,优化后的调度算法能够有效的对CAN网段到CANFD网段的报文进行正常转发,证明了该方法以及该网络的可行性;通过对网络实时性和稳定性进行测试,结果表明,本文所采用的调度算法能够有效减小低优先级长周期报文的延时时间,当网络负载率越高,改善越明显,最大可达21.78%。