一種基于時間觸發的CAN發送機制

紀宏巖

（北汽集團越野車研究院，北京 101300）

一種基于時間觸發的CAN發送機制

紀宏巖

（北汽集團越野車研究院，北京 101300）

提出一種CAN總線發送機制，通過這種機制，網絡上的所有節點能夠獲取統一的時鐘，報文將基于時間觸發的方式發送。此機制應用于現有CAN網絡之后，能夠有效避免總線競爭帶來的報文延遲，提高CAN總線的傳送實時性。

時間觸發；事件觸發；總線競爭；報文優先級

隨著汽車上電子功能的增多，總線上節點數量也越來越多，總線負載率也隨之增高。在負載率超過40%的基礎上，如果不針對CAN網絡進行任何優化，將會使很多節點發送的報文產生競爭，從而帶來傳送的延遲。本文提出一種改進方式，即選取網絡中的某個節點，讓其周期性地發送同步報文，其他節點收到這條報文之后，立刻進行時鐘同步，通過這種方法，使網絡上的所有節點獲取公共時鐘，再以公共時鐘為基準，為每個節點分配自己的時間段，節點都只在屬于自己的時間段內發送報文，不屬于自己的時間段內不發送，這樣每個節點在發送報文的時候都不會與其他節點產生競爭，需發送報文就立刻能夠成功發送出去，不會產生延遲。這種發送方式不需要對硬件和網絡拓撲做改動，適用于任何CAN總線網絡，可以在不增加成本的基礎上有效改善總線網絡的實時性。

1 報文延遲的來源

CAN是一種基于事件觸發的通信方式。所謂事件觸發是指當任何一個節點有發送報文需求時，立刻就進行發送。但也可能其他的節點有發送需求，這時就會產生競爭，CAN國際標準ISO 11898規定了此時依靠報文的優先級來決定報文的發送順序，這種機制保證了在產生競爭時，每條報文都能夠被成功發送，但沒法保證報文的實時性，優先級低的報文不能在需發送的時候立刻發送成功，會有等待而造成的延遲?；谑录|發的報文發送示意圖如圖1所示。

圖1 基于事件觸發的報文發送

從圖1可以看到，節點A、B、C、D在不同的時刻分別向總線上發送ID為5、7、3、6的報文。B節點發送優先級較低，雖然發送時間很早，但是由于總線競爭的原因導致其最終發送到總線上的時刻最靠后。這就是基于“事件觸發”發送方式的缺陷，各個節點之間沒有公共時鐘，報文的發送不能統一進行協調，很多時候會由于多個節點同時發送報文造成總線競爭而產生延遲。

2 基于時間觸發的CAN

提出一種以時間觸發的CAN報文發送機制，時間觸發的關鍵是要讓所有的節點都能獲取一個公共的時鐘，CAN總線采取廣播的方式發送報文，任何一個節點發送的報文都可以被其它節點所接收，并且發送節點發送完成和接收節點接收成功是同一個時刻，因此利用CAN總線的這種特點來實現基于時間觸發。

選取網絡上的任何一個節點發送同步報文，發送同步報文的節點稱為同步節點。為了保證同步報文能夠精確地 按周期發送，同步報文的ID設置為0（優先級最高），同步報文的周期取所有周期報文的最大公約數。假設其他報文的周期分別為10 ms、20 ms、30 ms、50 ms，則同步報文的周期為300 ms。同步節點每間隔300 ms發送一次同步報文，其發送完該報文之后，立刻將自身計數器清0，其他節點收到同步報文之后也將自身計數器清0，這樣就能夠使網絡上所有節點每隔300 ms實現一次時鐘同步?；跁r間觸發的報文發送如圖2所示。

圖2 基于時間觸發的報文發送

從圖2可以看出，時間軸上每間隔300 ms為一個同步時刻，所有節點都以同步時刻為基準發送報文。由于發送時刻都不沖突，因此報文能夠在第一時間內被發送成功，避免了總線競爭，也就大大降低了報文延遲的可能。

3 總結

闡述CAN總線時間觸發方面的一些思路，并嘗試在汽車網絡設計過程中進行一些有意義的理論實踐，所提出的方法和措施都在工作中經過驗證，實用性較強，對于提高汽車網絡設計的實時性具有重要的參考作用。

［1］ 顏碧云，魏葉華．基于CAN總線的共享時鐘混合調度算法［J］．計算機工程與應用，2014（4）：69-72，156．

［2］ 馮曉東，果艷紅．TTCAN動態調度算法實現與仿真［J］．電子測量與儀器學報，2008，22（2）：81-85．

［3］ 王慶祥，陳家琪．TTCAN網絡的響應分析及系統矩陣的優化［J］．上海理工大學學報，2005，27（1）：32-36，42．

（編輯 心 翔）

A Time-trigger Method of CAN Transmission Mechanism

JI Hong-yan

（BAIC Off-road Vehicle Research Centre，Beijing 101300，China）

This article proposes a CAN transmission mechanism that all nodes on the network get a global clock，and message sending is triggered by time. This mechanism could effectively avoid delay caused by CAN competition，thus improve the real-time transmission.

time-trigger；event-trigger；CAN competition；message priority

U463.6

A

1003-8639（2017）10-0061-02

2017-01-05

紀宏巖，碩士，高級工程師，負責車載網絡的設計和診斷系統的開發，具有10年總線開發經驗。