王毅新[1]2004年在《基于CAN总线的静态调度算法及其实验系统的研究》文中研究指明CAN总线是一种广泛用于工业控制领域的现场总线。CAN总线中所有节点共享物理传输介质,各个节点只有在竞争得到网络访问权时才能发送消息,基于此必须对网络中的消息进行调度管理。本文主要研究基于CAN总线的静态调度算法并开发相应的实验系统。设计和完成了双总线结构的CAN总线实验系统,完成了CAN节点模块软硬件、上位机系统管理软件、CAN控制器SJA1000的嵌入式驱动程序以及CAN总线性能分析软件的开发,为调度算法的研究搭建了一个通用的实验平台。在详细分析CAN总线固定优先级静态调度(FPS)算法的基础上,设计了FPS算法性能分析软件。进而详细分析了时间触发机制的引入,给出了基于表的静态调度算法以及基于时间触发机制的固定优先级调度(TT-FPS)算法,设计了TT-FPS算法性能分析软件,实现了CAN总线分布式系统时钟同步。此外,还分别对FPS算法和TT-FPS算法的实施提出了调度器的设计思想。以纯电动汽车消息模型为背景,在实验系统上进行了FPS算法和TT-FPS算法的实施性研究,不仅验证了所开发的性能分析软件的实用性,而且证明了TT-FPS算法使总线负荷分布均匀,消息传输具有一定的确定性和可管理性,有效的避免了总线的拥塞。由于CAN总线静态调度算法的广泛应用性,本文的研究内容具有普遍的意义。
陈宇[2]2012年在《基于S12的CAN总线静态调度平台研究与应用》文中进行了进一步梳理CAN总线是一种非抢占式优先级仲裁传输的串行数据总线。CAN总线以其结构简单、性能高效、传输稳定等特点广泛应用于汽车电子、医疗器械、机械制造等众多领域。随着现代工业设计的不断提升,对于CAN总线上数据的实时性要求也不断提高,CAN总线的非破坏性仲裁模式势必要影响总线消息的实际传输时间,因此对CAN总线消息进行时序分析是必不可少的。CAN总线消息的可调度性将影响整个系统的实时性和稳定性,因此对CAN总线消息的可调度性进行分析也是势在必行的。文章概述性介绍了CAN总线的发展现状及CAN总线调度的研究现状。由于CAN总线是一种事件触发的现场总线,文章根据CAN总线协议的特点详细介绍了CAN总线的静态调度方式。根据课题来源的要求,本文提出了一套CAN总线静态调度平台的优化方案,并基于此方案开发相应的静态调度系统平台。作者以S12系列单片机为核心搭建CAN总线静态调度硬件环境,对系统平台分别进行静态调度理论模型分析,软件仿真分析和系统测试分析。在静态调度理论模型分析中,作者将两种常用的静态调度理论模型进行对比分析,寻找出Tindell调度理论模型的缺点,改进并引入Davis调度理论模型。作者以Davis调度理论模型为基础,改进常用的CAN总线静态调度算法。文章利用Stateflow仿真工具对改进算法进行软件仿真分析,以系统可调度性和总线占有率为评估标准充分验证改进算法的有效性。文章最后完成CAN总线静态调度平台的测试分析。作者利用Visual C++软件开发工具将改进的调度算法软件化并设计CAN总线静态调度软件平台。根据CAN总线的实际传输例子对静态调度平台进行测试,通过优化的静态调度软件平台对CAN总线系统中的节点进行调度分配,分析CAN总线节点的实时消息参数,实现整个CAN总线系统可调度。充分验证CAN总线静态调度平台的有效性与可靠性。本课题研究内容不仅为课题来源的研发项目提供了有效的技术支持,同样为实时通信系统理论研究提供了重要的参考价值。
李斌[3]2003年在《基于CAN总线网络控制系统调度算法的分析与研究》文中进行了进一步梳理通过网络闭环的反馈控制系统称为网络控制系统(Network Control System，简称NCS)，它是一种完全分布式与网络化的实时反馈控制系统。不同于一般的网络系统，其传输的消息具有数据量少，传输周期短和实时性高等特点。在网络控制系统中由于所有节点共享物理传输介质，各个节点必须竞争得到网络访问权才能发送数据，基于此，必须对网络中的通信进行调度管理。本文在对近年网络控制系统的调度算法进行综述分析的基础上，基于CAN总线对网络控制系统中的调度算法进行了相关研究。首先针对网络控制系统分布式的特点，特别是类似于CAN总线的多主系统，由于没有单一的时钟提供同步机制，影响调度管理的同步。本文在“后期协商”同步算法的基础上，从减少网络同步开销，提高时钟同步的准确度与精确度的角度出发提出了“阶段分割”同步算法，该算法的采用使网络中同步消息的个数从n2+2n下降到3n，提高了带宽利用率。然后针对EDF(Earliest Deadline First)调度算法在CAN总线应用中存在的问题，研究相应的解决方案。在基本EDF调度算法的基础上提出了能够解决截止期编码的对数分区EDF调度算法。基于DM(Deadline Monotone)算法实现简单和EDF算法的灵活性强、资源利用率高等优点，提出了一种改进型EDF调度算法(简称EEDF)，有效地解决了DM调度算法资源利用率低与EDF调度算法额外开销大等缺点。最后，基于EEDF(Enhanced Earliest Deadline First)调度算法提出了一种适用于网络控制系统的反馈控制实时调度算法FC-EEDF(Feedback Control-Enhanced Earliest Deadline First)。该调度算法针对网络控制系统的特点利用基于消息截止期的性能指标作为调节量实现反馈控制。同时在对控制理论与实时调度分析的基础上建立了一种通用的反馈调度模型，为进一步的研究奠定了基础。
董寅康[4]2011年在《基于CAN总线的调度算法的研究》文中研究指明CAN（ControlAreaNetwork，控制局域网）总线是一种非常成熟的总线，由于其稳定性和极强的抗干扰能力，很多军用武器系统也采用CAN总线进行通信。本文的研究基于某大型复杂武器系统，CAN总线是该武器系统的主要通信总线。调度算法可以提高总线的负载能力和抗干扰能力。CAN总线调度算法分为静态调度算法、动态调度算法和混合调度算法。本文选定两个消息集合，对各种调度算法的特性进行了检验，并比较不同的调度算法的优缺点。混合调度算法综合了静态调度算法和动态调度算法的优势，但是其分析非常复杂。本文基于静态调度算法的分析，给出了TSM（ThreeSubsetMixed，叁子集混合调度）混合调度算法的响应时间分析，并对分析进行了验证。TSM混合调度算法提升了系统处理高优先级消息的性能，但同时降低了处理低优先级消息的性能。CAN总线上的错误会极大的降低总线通信性能。本文研究了在不同的错误速率对各种调度算法的影响，并比较不同调度算法抵抗错误的能力，同时研究了错误对总线通信的影响。非周期消息是总线上较常见的一种消息，通过用非周期消息之间的最小间隔作为周期，把非周期消息等效成为周期消息。本文研究了非周期消息对总线的影响，并研究了非周期消息时间间隔的分布对总线的影响。CANoe是模拟CAN总线的商业软件，通过设定系统相关参数对总线系统进行模拟，检测理论分析的正确性。使用CANoe搭建Alpha系统平台，对系统性能进行全面评估。
李明波[5]2006年在《基于CAN总线的实时通讯研究》文中研究表明CAN总线是目前最有前途的现场总线之一，它已经在多个领域得到了广泛的应用，然而随着工业控制自动化系统复杂性的增加，对信息实时性的要求越来越高，因此，研究CAN协议的实时性问题，采取合理的措施克服CAN协议中固定优先级机制的缺陷，提高CAN总线通讯系统的实时性具有重要的应用价值。 本文首先分析了CAN协议的特点，指出它应用于实时系统时所存在的问题，总结了国内外学者在CAN协议的改进方面所取得的研究成果，详细讨论了实时系统中的几种典型的静态调度算法和动态调度算法，通过对它们各自优缺点的分析比较，提出了一种新的混合调度算法，该算法以EDF调度算法为基础，借鉴了CDF调度算法的思想，能够有效地提高CAN总线通讯系统的灵活性与实时性；然后在Matlab的环境下建立了CAN通讯协议的仿真模型，并将各种调度算法应用于该模型建立了多个基于CAN总线的仿真系统，进行了仿真运行，验证了混合调度算法的可行性；最后以五个CAN节点组成了CAN总线通讯的硬件实验系统，编程实现了混合调度算法以及对实验结果的分析。 实验结果证明该混合调度方法能够有效地改进CAN总线通讯系统的实时性。CAN总线及调度算法仿真平台的建立为CAN总线系统性能的进一步研究提供了广阔的前景，并将对其实时性的研究起到推动作用。
黄伟[6]2015年在《基于混合触发CAN总线调度算法及其仿真研究》文中提出CAN总线以结构简单、可靠性高、抗干扰强、低成本、容错性好、传送数据帧短等优势而广泛应用于工业控制领域,但CAN总线协议采用非破坏性逐位仲裁规则分配总线使用权,使得网络利用率低、突发事件的实时处理能力不高。在网络带宽有限的情况下,为提高CAN总线的公平性、实时性和带宽利用率,合理调度各节点的报文,尽可能减少报文传输时延,满足总线上各类报文的传输需求,因此CAN总线的研究重点就是如何合理调度报文并使其有效传输。为此,本文提出了基于TTCAN的混合触发调度算法TMSA。在详细介绍CAN总线技术主要特性、协议的分层结构、链路层的冲突仲裁机制、报文类型及其帧格式的基础上,讨论现有的CAN总线调度策略类型、适用场合及其存在问题,明确两种触发方式(基于事件触发和基于时间触发)的异同点和基于事件触发的动静态调度算法优缺点,分析RM调度算法与TTCAN协议的原理,阐述灰度理论以及GM(1,1)预测模型的建立方法。进而提出混合触发调度策略构建的基本原则、TTCAN静态时间表建构的改进和混合触发调度算法的设计思想,建立非周期报文时间特性分析预测模型、矩阵周期与基本周期模型、同时间段非周期报文仲裁机制,描述TMSA混合调度的算法,从最坏响应时间、可调度性和总线利用率等叁方面对TMSA混合调度算法进行分析。最后,采用MATLAB软件中的Stateflow与Simulink工具箱,构建CAN总线通信模型与调度算法模型,对RM调度算法、TTCAN调度算法和TMSA混合调度算法进行仿真。仿真结果表明,TMSA混合调度算法提高了网络利用率,减少了非周期报文的延迟,提高了非周期报文实时性。
周时莹[7]2009年在《CAN网络控制系统的智能调度研究》文中研究说明综合考虑控制性能和网络运行性能,对CAN网络控制系统进行智能调度,通过合理的分配网络资源来提高控制的有效性和传输的实时性,是解决CAN协议通过优先级仲裁竞争总线的机制所产生相关问题的有效手段。本文的主要研究内容包括:(1)针对传统CAN网络控制系统调度算法不能兼顾实时性和公平性的情况,提出了一种基于网络运行状态的动态调度策略,使用队列调度器来调度网络控制系统中的数据,用于确定网络中各节点发送数据的优先级、发送时刻和时间间隔。提出了融合DRR算法的DPQ机制和基于带宽占用比率的DRR改进算法,在对网络上的数据进行调度的时候,综合考虑到优先级、各级别队列的带宽占用比率、数据产生时间和最后截止期,在保证网络带宽资源公平分配的基础上,有效地减小了高优先级数据的传输延迟,提高了整个网络控制系统的实时性能。(2)为了优化CAN网络控制系统中网络带宽和系统控制性能的折中关系,设计了一种基于限制部分子控制系统的带宽占用比率的带宽优化管理器,在网络带宽资源受限的情况下,通过选择由控制性能和网络传输性能共同决定的综合性能较好的子控制系统,采用自回归模型确定不影响其待发数据帧实时传输的前提条件,通过降低该系统待发数据帧的优先级来限制其带宽占用量。这种带宽优化管理器能够根据当前网络运行状态,动态优化网络资源的分配和管理,以提高网络控制系统的控制性能和网络传输性能。(3)在开源仿真软件NS2的内核中加入CAN网络协议模块,能够针对CAN协议进行网络控制系统的建模,并能够进行网络传输的模拟试验。
路小敏[8]2015年在《基于CAN总线的煤矿广播系统的研究》文中研究指明我国煤矿安全形势虽已日趋好转,但由于矿井的特殊工作条件及性质致使井下事故仍屡有发生,严重威胁着工作人员的人身安全,因此建立完善的通信联络系统加强井上与井下的交流对提高煤矿的信息化建设与安全生产起着关键作用。煤矿广播系统作为重要的通信系统之一,其研究有着重要的意义。本文在分析公共广播系统特点的基础上,对现有煤矿广播系统的地址容量、时效性和传输距离存在的问题进行研究,根据多技术对比论证结果,提出了在IP广播的基础上建立以工业以太网为主干,CAN总线作为延伸的煤矿广播系统。该系统主要由上位机监控中心、中间层网关数据分站和井下广播终端组成。采用工控PC机作为上位机人机交互界面开发的平台;以网关转换器来解决以太网和CAN的转换问题;选用S3C2440作为井下终端核心控制器,并详述了广播终端的硬件设计,包括其外围电路、CAN总线模块、音频接口电路等。在软件方面,完成了上位机监控站和网关节点的设计,并针对终端硬件平台,移植LINUX操作系统在ARM中,进行了CAN模块和音频模块的设计。同时针对煤矿广播系统中传输数据种类多、特性不一的特点,在分析其在CAN总线控制网络传输中存在死锁、关键性消息不能得到保证等弊端后,提出了一种混合调度算法以保证数据传输的实时性和可靠性。经验证,试验结果与理论分析一致。基于CAN总线的煤矿广播系统的研究,可以完成大范围扩音,较好的实现了各项设计目标,能够有效提高煤矿的信息交流与安全生产管理,具有良好的应用前景。
吴涛[9]2011年在《基于CAN总线的工业测控通信系统的研究》文中研究表明控制技术、网络通信技术和计算机技术的飞速发展,工业自动化向网络控制系统发展已成为必然的事实,网络控制系统因此成为计算机应用领域最具活力的一个分支。控制网络作为网络控制系统实现的基础,始终是一个研究热点,控制网络的变化决定网络控制方式的转变。目前,工业网络控制系统在经历了从集中式控制到集散型控制后,已进入到现场总线控制阶段。由于CAN总线具有结构简单、低成本、高可靠性、较高实时性、抗干扰能力强等突出的特点,而成为40多种现场总线中应用最为广泛的现场总线。但应用CAN总线作为工业测控系统的控制网络还存在两个方面的问题。一是静态优先级分配策略,使得网络资源的利用率低,容易造成迎面死锁,从而难以满足工业测控系统对精确性和实时性要求越来越高的需求。另一是CAN总线仅定义了物理层和数据链路层,这虽然使得CAN总线具有很强的开放性,但要进行高效率的通信还需要进一步定义应用层协议。正是基于这样一个背景,本文在研究改进CAN总线的优先级调度算法的基础上,针对工业测控系统的特点,开展CAN应用层协议设计研究。本文在分析CAN总线通信协议原理、现有动态优先级调度算法的优缺点与适应性的基础上,针对CAN总线固定优先级容易造成死锁和网络资源利用率低等问题,在不改变CAN帧结构的前提下,对其标识符进行了重新的定义,依据优先级动态晋级原理,提出了BEWP动态优先级调度算法(Binary Exponent Weight Promotion二进制指数权值晋升)。并对该调度算法进行了可调度性和延时分析。针对CAN总线本身没有应用层协议和工业测控系统的特点,本文为CAN总线设计了一个的应用层协议----CMCP(CAN Measurement and Control Protocol)。在保证系统的兼容性的前提下,使得CAN总线的应用更为灵活。并利用网络仿真工具OPNET对CAN总线的通信协议进行了建模与仿真,验证了协议的可行性。以CAN总线通信协议原理为基础,结合本文提出的BEWP动态优先级调度算法和设计的CMCP应用层协议,分别从硬件和软件两方面对工业测控通信系统进行了设计,为搭建工业测控通信系统奠定了基础。
王书举[10]2011年在《车辆控制系统局域网络（CAN）调度策略研究》文中研究表明随着电子控制技术、计算机网络技术、通信技术在汽车上广泛的应用,汽车正向着多功能方向发展,汽车的智能化、网络化趋势越来越明显。汽车是由多个子系统构成的一个复杂系统,其整体性能取决于各子系统基于车载网络的协同工作。控制器局域网(CAN)总线经过多年的发展,已经成为车载多层次网络互联结构中的骨干网络,因此深入研究车载CAN协议网络的关键理论及其应用对于汽车进一步网络化、智能化具有十分重要的意义。CAN总线系统是基于事件触发机制的多主系统,其最大带宽为1Mb/s,采用非破坏性逐位仲裁技术,CAN总线在实时性、可预测性、网络资源利用率等方面仍未能满足车辆控制系统的需求及发展需要。因此,在设计和开发车载CAN网络的过程中,开发满足车载网络控制系统特点及系统发展需求的先进控制策略已成为车载网络设计中面临的一个挑战性课题。本文针对车载CAN网络设计中车身CAN网络、动力传动CAN网络及整车CAN网络设计的不同阶段,对车载CAN网络控制系统设计过程中的关键调度理论展开了研究,具体研究内容和取得的成果如下：1.针对汽车车身网络节点日渐增多而低速CAN带宽资源有限的问题,引入用于减少网络传输数据的数据缩减技术,针对车身网络信息数据变化特点提出了数据缩减变化优先DRCF调度算法,介绍了DRCF算法的数据压缩、解压缩及调度原理,将DRCF算法应用于汽车车身控制系统设计,通过仿真和理论分析验证了该算法可以显着降低车身CAN总线负载,改善信息的实时性,提高车身CAN总线的扩展灵活性和网络数据传输的效率。2.针对在动力传动高速CAN网络中出现负载集中时低优先级信息响应差及网络利用率低等问题,在动力传动CAN网络设计中引入了最早截止期优先(EDF)动态调度算法,针对在CAN总线中应用EDF调度时难以用有限的CAN帧标识符位实现信息截止期编码以及CAN协议无法实现各节点同时更新其信息截止期所需要的严格时间同步等问题,提出了基于事件触发的EDF调度算法,介绍了事件触发EDF调度算法原理及截止期编码方法,该算法可以有效的改善低优先级信息的实时性能,提高网络资源的利用率。3.针对动力传动CAN网络对控制信息传输确定性的要求,为了减少动力传动网络中消息传输的抖动及更有效地利用网络带宽资源,研究了时间触发控制器局域网(TTCAN)协议,建立了TTCAN双相基本周期结构中随机信息传输的时间响应数学模型,以实现随机信息传输实时性的离线分析。基于所建数学模型采用Visual C#设计了可视化辅助分析工具,最后将其应用到汽车动力传动TTCAN,总线实时性分析。4.针对CAN总线不能有效处理时间触发的周期信息和事件触发信息共网实时性通信问题,考虑网络设计、调度的灵活性,将FTTCAN (Flexible time triggered CAN)引入汽车动力控制系统,与车身控制系统低速CAN互联组建整车网络,提出了一种FTTCAN同步相调度中主节点的周期信息调度表的构建方法,通过分析车载网络系统性能,验证了该方案的可行性和优越性。5.针对TTCAN双相基本周期结构中随机信息通信的实时性需求,在前人研究的基础上,提出了基于信息周期相关的系统矩阵优化方法CPL,用于减少TTCAN调度中同步相带宽的分配,该算法在保证TTCAN时间触发信息性能的前提下,提高了系统中事件触发信息的实时响应性能。6.针对电动汽车控制系统CAN总线在调度周期性信号时的不确定性和低优先级随机信号易死锁等问题,提出了基于TTCAN协议的混合调度策略,采用CPL算法来调度周期性信息,而对于随机性信息的调度则采用改进的EDF算法,即EDF调度优先级规划算法,通过对电动汽车控制系统进行网络性能分析,验证了该混合调度算法良好的调度性能。7.为了研究汽车电子系统的设计与开发策略,针对车内控制网络与车外网络联系问题,设计了基于CAN总线的由GPS、GPRS及行驶记录仪组成的可实现车载控制网络的信息采集、远程数据传输等功能的车载信息CAN实验系统,重点研究了系统设计、仿真与集成测试等方面内容。
参考文献：
[1]. 基于CAN总线的静态调度算法及其实验系统的研究[D]. 王毅新. 天津大学. 2004
[2]. 基于S12的CAN总线静态调度平台研究与应用[D]. 陈宇. 武汉理工大学. 2012
[3]. 基于CAN总线网络控制系统调度算法的分析与研究[D]. 李斌. 天津大学. 2003
[4]. 基于CAN总线的调度算法的研究[D]. 董寅康. 清华大学. 2011
[5]. 基于CAN总线的实时通讯研究[D]. 李明波. 北京化工大学. 2006
[6]. 基于混合触发CAN总线调度算法及其仿真研究[D]. 黄伟. 江西师范大学. 2015
[7]. CAN网络控制系统的智能调度研究[D]. 周时莹. 吉林大学. 2009
[8]. 基于CAN总线的煤矿广播系统的研究[D]. 路小敏. 西安科技大学. 2015
[9]. 基于CAN总线的工业测控通信系统的研究[D]. 吴涛. 江西师范大学. 2011
[10]. 车辆控制系统局域网络（CAN）调度策略研究[D]. 王书举. 东北大学. 2011
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