CAN网络通信及实时性研究【精品论文】.pdf

  本文关键词：CAN网络通信及实时性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

网友wz_198621近日为您收集整理了关于CAN网络通信及实时性研究【精品论文】的文档，希望对您的工作和学习有所帮助。以下是文档介绍：国际标准化的串行通信协议,是国际上应用最广泛的现场总线之一【3】。最初是因为在汽车产业中,各种类型的电子控制系统交互使用,各种通信数据(来源：[])类型以及安全性、可靠性的要求都存在差异,不利于搭建的统一协调的系统。为了改变存在的不足,统一总线类型,实现在多个LAN间进行数据的高速通信,减少介质接线数量的要求,1986年德国电气商***公司开发出了面向汽车的CAN通信协议。此后,CAN通过IS01 1898及IS011519进行了标准化,现在在欧洲已是汽车网络的标准协议【4】。1.2.1 CAN总线发展及特点CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于CAN总线在不同领域的采用和推广,对CAN总线的标准化越来越迫切。PHILIPSSEMICONDUCTORS公司于1991年进行了标准化,发布了CAN技术规范(VERsl0N2.O)。ISO并于1993年发行了CAN的国际标准IS011898圈。目前,CAN总线得到了Motorola、Intel、Philips、Siemens、NEC等大公司的支持,经过发展已经出现了很多应用层协议,已广泛应用在离散控制领域网。CAN总线采取的是多主竞争方式,通信媒介非常多样。通信速率可达IM(来源：[])BPS。主要具有以下特点:l、CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能,可完成对通信数据的成帧处理,包括位填充、数据块编码、优先级判别、循环冗余检验等项工作。2、CAN协议实行对通信数据块进行编码,数据块的标识码由11位或29位组成,采用这种按数据块编码的方式后,不同的节点可同时接收到相同的数据,非常适用于分布式控制系统。在CAN协议数据段中最多可传输8个字节数据,完6兰州大学硕士学位论文全能够满足通常工业领域的要求。网络中的各节点都可根据总线访问优先权高低,采用逐位仲裁的方式进行总线仲裁竞争,从而获取总线占用并发送数据,提高了系统的实时性和灵活性。CAN协议采用了CRC检验来确保数据的完整性,并提供了相应的错误处理功能,保证了数据通信的可靠性。3、CAN总线采用了多主竞争式总线结构。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息,而不用区分主次,因此可在各节点之间实现平等自由的通信。目前,CAN总线技术比较成熟,控制的芯片已经商品化,性价比高,现今主流的(来源：[])微控制器都内嵌了CAN模块,从而大大降低系统开发难度,缩短了开发周期,特别适用于分布式系统的数据通讯。4、CAN总线通过CAN收发器接口芯片的输出端CANH和CANL与物理总线相连。这就保证不会出现在系统出错、多节点传输时,导致总线短路的现象。而且CAN节点在处于错误严重状态时,可以进行自动关闭,这也确保了总线中其余节点不受影响。1.2.2 CAN总线的技术局限性CAN总线的技术局限性主要在三个层次中。首先是数据链路层。在数据链路层的MAC子层中,运用一种静态的优先权格式,CAN总线采用了csMMCD方式进行总线仲裁[71。但是当通信量趋于网络额定带宽时,会产生较大的数据延迟,则CAN总线的实时性将大幅下降。另外,CAN总线无法实现带宽合理分配,对传输站点无法进行时间约束,当某节点出错后重新发送时,将长时间的占用系统带宽,从而影响其余站点的信息传输【8】。这些问题影响了CAN总线在实时控制总线领域的优势。其次,在CAN总线的物理层中,因为CAN总线最初是为了解决汽车中各种控制器之间的数据通信(来源：[])而设计的,因此它的总线传送距离比较短,不适合长距离传输。最后,CAN总线没有一个统一的应用层标准。目前都普遍认可的有CA[.N和7兰州大学硕士学位论文osEK【loi。CAL可以被认为是不依赖于应用的应用层。/Net标准则具有应用层和网络管理的功能性。工业应用中主要代表开放式分布系统的标准有CANopen[11】[12】和SDStl31。1.2.3 CAN总线研究动态在理论和实验研究方面,国外的一些学者主要针对CAN总线数据链路层做了实时性方面的一些理论上的研究和改进。葡萄牙学者L.Almeida等针对"IT-CAN的灵活性方面的欠缺提出了FTT-CAN协议【14】; Kaiser等对CAN协议的综合集成做了大量工作。在国内,一些高等学校、科研单位也对CAN总线进行了一些研究工作,其中浙江大学科研人员史久根等对CAN的实时性评价体系,西安电子科技大学信息与控制工程研究所对CAN总线的系统集成技术等方面做了大量研究。还有清华大学、山东大学、吉林大学、国防科技大学等科研人员对CAN总线网络方面开(来源：[])展了富有成效的研究,并取得了一定成果。广州周立功单片机公司也始终致力于CAN总线的产品开发和技术推广。这些研究工作无疑将大大推动CAN总线在工业等方面的应用。国外许多机构以及大的电子处理器公司都在积极的关注和研究,并投入资金开发CAN控制器。荷兰Philips公司开发的CAN控制芯片性能一直在不断提高,美国的Motorola公司、Microchip公司以及日本的Fujitsu公司也在积极研究CAN总线,并开发了大量高性能的CAN器件。著名的CAN组织C认(CAN in Automaton)--直在负责研究CAN规范,推进其新协议的标准化,并不断完善CAN协议,从规范上提高实时性和可靠性。1.3论文的主要研究内容本文是在分析CAN总线协议基础上,研究CAN网络通信实现方法,对比现有提高CAN网络实时性的方法,设计新的优先级提升算法,对CAN网络兰州大学硕士学位论文进行仿真,突破了CAN网络主要依靠实际硬件及专业分析仪器进行仿真研究的局限,拓展了研究CAN网络性能的途径。论文主要内容如下:l、在分析CAN2.0协议基础上,利用Microchip公司开发的dsPIC33FJ256GP710器件中ECAN模块与DMA控制器结合使用来实现CAN通信,为组建实际的CAN网络提供了一种新的方式。2、分析了CAN网络时延模型,对比了现有提高CAN总线实时性能算法的特点,针对高负载情况下实时性要求,设计了一种动态优先级提升算法,并利用软件进行实现。3、针对目前CAN总线仿真研究主要依靠硬件模拟及专业设备分析的局限性,网络仿真软件,采用三层建模机制,设计了CAN网络仿真环境,实现了一种利用软件对CAN网络进行仿真的尝试,拓展了CAN网络性能研究的方法。9

<12

  本文关键词：CAN网络通信及实时性研究，由笔耕文化传播整理发布。