在安全自动化中的总线容错控制研究

发布时间：2020-05-05 04:44

【摘要】： 随着现代工业自动化程度的提高,安全自动化开始由强调设备安全性向着强调现场总线传输的安全性及可靠性的方向发展,而传统的现场总线在某些有实时性和可靠性要求的应用中,在使用上遇到不少的限制。 安全现场总线的概念要求报文发送的实时性,任何任务都要在截止时间内完成。而CAN总线作为典型的事件触发通信方式,当网络上多个节点向总线发送数据时,由于采用非破坏性的总线仲裁机制,高优先级的节点将赢得总线,而低优先级的或许永远都处于延后状态中。而且其无法防御Babbling Idiot问题,所以不适合用于安全现场总线中。 TTCAN协议基于传统CAN协议,通过时间触发机制传输报文,保证了总线传输实时性。但由于其不允许报文错误自动重发,导致TTCAN协议的可靠性降低,需要利用总线冗余的策略来提高系统可靠性,使其满足安全性要求。 本文首先分析了CAN实时性与可靠性的不足;其次分析了TTCAN协议的基本实现方法及其不足;探讨了TTCAN冗余系统的组建方法;并在此基础上设计出一套可用于工业系统中基于TTCAN协议的高安全性总线系统。 本课题利用AT89S51单片机及CC790A总线控制器设计基于TTCAN冗余双通道的总线系统。系统具有冗余的双通道传输总线,实现TTCAN协议级别1和级别2的全部功能,并且设计总线保护器以防止BabblingIdiot问题。在软件设计上,利用总线控制器特有触发信号来控制双总线的同步;总线保护器使得节点只在发送时间窗口将数据传入总线并使节点具有故障沉默特性;此外配合冗余的数据验证策略,减少节点实际错误数量,使得总线可靠性得到大幅提升。比起CAN总线,实时性、可靠性皆有大幅度的提升,可用于需要高安全性的系统中。
【图文】：

图 2-2 最坏情况下的位填充Figure.2-2 Worst-case Bit Stuffing CAN 总线上有 3 个节点分别需要传输一条周期报文，具为了体现在最坏情况下的报文传输情况，，我选择了 125K情况下的位填充，每条报文的最大可能长度为 125 位，所文 1ms。表 2-1 CAN 报文的具体时间信息数据长度 优先级 传输周期 有效时限 7 字节 1 2.5ms 2.5ms 7 字节 2 3.5ms 3.25ms 7 字节 3 3.5ms 3.25ms

长度为两条参考报文之间的时间之差，如图 3-2 所示。一个基本循环内，包间窗口可以大小不同，离线确定，它提供传输不同报文所需要的时间。在，不是所有的基本循环都必须是相同的。通过循环计数可以区分不同的基个计数器每经过一个基本循环就加 1，直到最大值后清 0 以重新计数。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP302.8

【引证文献】

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1 黎军华;TTCAN总线技术在汽车通信系统中的应用研究[D];东华理工大学;2012年

本文编号：2649564