專利名稱：車載電子總線靜態(tài)段通訊擴容方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車載電子總線的性能改進(jìn)，尤其是一種車載電子總線靜態(tài)段通訊擴容 方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)在高端的汽車中，車內(nèi)可能存在由若干總線相連的70多個電控單元，這些電 控單元之間的通訊消息也隨著應(yīng)用的發(fā)展越來越多。這對于車內(nèi)的高確定性，低延遲性和 高精確性提出了更多的需求。
FlexRay通訊協(xié)議，支持lOMbit/s的帶寬和多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它是FlexRay聯(lián)盟 (FlexRay Consortium)制定的適用于汽車高速網(wǎng)絡(luò)的新一代車載電腦(EOT)總線，具備高 傳輸速率、硬實時、安全性和靈活性的特點。FlexRay總線采用周期通信的方式，一個通信 周期(Communication Cycle)可以劃分為靜態(tài)段、動態(tài)段、特征窗(SW，Symbol Window)和 網(wǎng)絡(luò)空閑時間(NIT，Network Idle Time)四個部分。靜態(tài)段和動態(tài)段用來傳輸總線數(shù)據(jù)， 即FlexRay報文；特征窗用來發(fā)送喚醒特征符(WUS，Wake Up Symbol)和媒介訪問檢測特 征符(MTS，Media Access TestSymbol)；網(wǎng)絡(luò)空閑時間用來實現(xiàn)分布式的時鐘同步和節(jié)點 參數(shù)的初始化。FlexRay總線在一個通信周期采用了兩種接入時序靜態(tài)段采用時分多址 (TDMA, TimeDivision Multiple Access)的接入時序。靜態(tài)段將通信時間劃分為多個等 時長的靜態(tài)槽(Static Slot)，不同ID (身份標(biāo)識號碼)的靜態(tài)幀在相應(yīng)ID的靜態(tài)槽內(nèi)發(fā) 送，實現(xiàn)了報文發(fā)送的確定性。靜態(tài)幀能夠?qū)崿F(xiàn)嚴(yán)格的周期性發(fā)送，但是靜態(tài)幀的資源受 限——出于安全性的考慮，同一 ID的靜態(tài)槽只能分配給一個節(jié)點。所以，使用靜態(tài)幀發(fā)送 NMPDU(Network Management Protocol Data Unit，網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議數(shù)據(jù)單元)需要考慮網(wǎng)絡(luò) 的資源情況。FlexRay靜態(tài)幀嚴(yán)格按照報文周期發(fā)送，但是靜態(tài)幀會占用一個靜態(tài)槽。如果 所有NMPDU均占用一個靜態(tài)槽并且其發(fā)送周期遠(yuǎn)大于通信周期，則造成了帶寬的浪費。發(fā)明內(nèi)容
為了解決E⑶在FlexRay總線通訊中的帶寬問題，本發(fā)明提供一種車載電子總線 靜態(tài)段通訊擴容方法，能夠減小一個分布式應(yīng)用系統(tǒng)在通訊時所占用的FlexRay總線上靜 態(tài)槽的個數(shù)，從而減少其所占用的總線帶寬，使得固定帶寬的總線可以支持更大規(guī)模的通 訊需求，有利于未來的系統(tǒng)升級和擴展。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為
一種車載電子總線靜態(tài)段通訊擴容方法，包括以下步驟
步驟一構(gòu)建車載總線系統(tǒng)
對于通過現(xiàn)有拓?fù)淇偩€相連的多個傳感器、ECU和執(zhí)行器構(gòu)成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)系統(tǒng)，確 定ECU的任務(wù)和消息的屬性和發(fā)送接收關(guān)系、以及每個任務(wù)的最壞情況處理時間和每個信 號的大??；
步驟二 實現(xiàn)任務(wù)到E⑶的映射和分配
將僅發(fā)送信號的任務(wù)分配到傳感器上，將僅接收信號的任務(wù)分配到執(zhí)行器上，其 余的任務(wù)既要接收信號也要發(fā)送信號，將他們分配到各個ECU上；
步驟三完成每個靜態(tài)槽的歸屬，信號到靜態(tài)槽的映射，任務(wù)配置和消息配置的依 賴關(guān)系
將FlexRay總線特征與約束總結(jié)為三個方面，即任務(wù)與消息配置約束，F(xiàn)lexRay總 線配置約束與數(shù)據(jù)依賴關(guān)系約束，將所述約束規(guī)則通過約束規(guī)劃的函數(shù)轉(zhuǎn)化成可以求解的 公式，每個任務(wù)采用一個三元組<p，C，D>來表示，其中P是任務(wù)的周期，C是任務(wù)的最壞情 況處理時間，而D是其截止期，每個信號也用一個二元組<S，D>來表示，其中S是其位大小， D是其截止期，設(shè)任務(wù)和信號的周期為FlexRay通訊周期的2n(n = 0，1,2……)倍，應(yīng)用周 期H定義為所有任務(wù)周期的最小公倍數(shù)，用SigSenderi和SigReCeiveri來分別表示第i個 信號的發(fā)送和接收任務(wù)，對于一個給定的任務(wù)映射，可以得到所有需要在總線上發(fā)送的信 號集合，稱之為OutSignal，對于一個信號Signali,若其SigSenderi和SigReceiveri是不 同的ECU，則Signali屬于OutSignal信號集；而信號集^Signal則表示ECU內(nèi)部通訊的信 號，這些信號不需要在總線上進(jìn)行傳輸，SignalInEcui用于表示發(fā)送Signali的E⑶的ID， 具體的約束規(guī)劃包括
a.任務(wù)和消息配置
在應(yīng)用周期H中，每個周期性任務(wù)都處理固定次數(shù)，表示任務(wù)i的第k個實例 的調(diào)用時間，fi,k則表示其結(jié)束時間，假設(shè)初始的任務(wù)釋放補償是0，因此可以通過以下 公示計算，其中forall函數(shù)用來列舉遍歷一個集合中的所有元素，Ntask表示任務(wù)task的個 數(shù)H
權(quán)利要求
1. 一種車載電子總線靜態(tài)段通訊擴容方法，其特征在于包括以下步驟 步驟一構(gòu)建車載總線系統(tǒng)對于通過現(xiàn)有拓?fù)淇偩€相連的多個傳感器、ECU和執(zhí)行器構(gòu)成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)系統(tǒng)，確定 ECU的任務(wù)和消息的屬性和發(fā)送接收關(guān)系、以及每個任務(wù)的最壞情況處理時間和每個信號 的大?。徊襟E二 實現(xiàn)任務(wù)到ECU的映射和分配將僅發(fā)送信號的任務(wù)分配到傳感器上，將僅接收信號的任務(wù)分配到執(zhí)行器上，其余的 任務(wù)既要接收信號也要發(fā)送信號，將他們分配到各個ECU上；步驟三完成每個靜態(tài)槽的歸屬，信號到靜態(tài)槽的映射，任務(wù)配置和消息配置的依賴關(guān)系將FlexRay總線特征與約束總結(jié)為三個方面，即任務(wù)與消息配置約束，F(xiàn)lexRay總線 配置約束與數(shù)據(jù)依賴關(guān)系約束，將所述約束規(guī)則通過約束規(guī)劃的函數(shù)轉(zhuǎn)化成可以求解的公 式，每個任務(wù)采用一個三元組〈P，C，D>來表示，其中P是任務(wù)的周期，C是任務(wù)的最壞情況 處理時間，而D是其截止期，每個信號也用一個二元組<S，D>來表示，其中S是其位大小，D 是其截止期，設(shè)任務(wù)和信號的周期為FlexRay通訊周期的2n(n = 0，l，2……)倍，應(yīng)用周期 H定義為所有任務(wù)周期的最小公倍數(shù)，用SigSenderi和SigReCeiveri來分別表示第i個信 號的發(fā)送和接收任務(wù)，對于一個給定的任務(wù)映射，可以得到所有需要在總線上發(fā)送的信號 集合，稱之為OutSignal，對于一個信號Signali,若其SigSenderi和SigReceiveri是不同 的ECU，則Signali屬于OutSignal信號集；而信號集InSignal則表示ECU內(nèi)部通訊的信 號，這些信號不需要在總線上進(jìn)行傳輸，SignalInEcui用于表示發(fā)送Signali的E⑶的ID， 具體的約束規(guī)劃包括 a.任務(wù)和消息配置在應(yīng)用周期H中，每個周期性任務(wù)都處理固定次數(shù)，表示任務(wù)i的第k個實例的調(diào) 用時間，fi,k則表示其結(jié)束時間，假設(shè)初始的任務(wù)釋放補償是0，因此可以通過以下公示 計算，其中forall函數(shù)用來列舉遍歷一個集合中的所有元素，Ntask表示任務(wù)task的個數(shù)foraU(iinNlask,kin—) aik={k-\)xPi (1)用I^k來表示 ,k和fi,k之間的時間間隔，這也是任務(wù)i在周期k中的響應(yīng)時間，Ri代 表任務(wù)i的最壞響應(yīng)時間，也就是ru能取到的最大值， fi.k = aijk+rijk (2)任務(wù)在實時系統(tǒng)中固定優(yōu)先級配置下的最壞響應(yīng)時間有以下公式，D/Orall(HnNtask) R1=C1+ X f XCj (3)在公式(3)中，hp(i)表示比任務(wù)i優(yōu)先級更高的任務(wù)集合； 每個靜態(tài)槽的開始和結(jié)束時間必定是靜態(tài)槽長度的整數(shù)倍，用Ssi, k來表示通訊周期k 的第i個靜態(tài)槽的開始時間，Hforall(i in Nslot,kin—)(斗)
全文摘要
本發(fā)明公開了一種車載電子總線靜態(tài)段通訊擴容方法，包括以下步驟步驟一確定ECU的任務(wù)和消息的屬性和發(fā)送接收關(guān)系；步驟二將僅發(fā)送信號的任務(wù)分配到傳感器上，將僅接收信號的任務(wù)分配到執(zhí)行器上，其余的任務(wù)既要接收信號也要發(fā)送信號，將它們分配到各個ECU上；步驟三完成每個靜態(tài)槽的歸屬，信號到靜態(tài)槽的映射，任務(wù)配置和消息配置的依賴關(guān)系；步驟四將傳感器、ECU和執(zhí)行器的任務(wù)、消息數(shù)據(jù)按照步驟三建立配置系統(tǒng)，求出所需的最小靜態(tài)槽個數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，使用本發(fā)明所述的方法減小了一個分布式應(yīng)用系統(tǒng)在通訊時所占用的FlexRay總線上靜態(tài)槽的個數(shù)，有利于未來的系統(tǒng)升級和擴展。
文檔編號H04L12/40GK102035706SQ20101056988
公開日2011年4月27日 申請日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者孫征, 李楠, 李紅, 楊國青, 顧宗華 申請人:浙江大學(xué)