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车载CAN网络的网关设计方法研究

作　者: 孔令伟
导　师: 刘志远
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: CAN-CAN网关 路由延时 调度算法 OSEK/VDX SimEvents
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 195次
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内容摘要


随着车辆上电控单元数量不断增加,传统的单一CAN网络结构已经不能满足车辆实际应用需求,多网络结构逐渐成为车载网络的发展方向。车内多个电控单元节点组成面向不同应用环境且特性各异的CAN子网,并使用网关模块实现不同网络的互联,网关节点作为整车网络中信息交互的中心节点,对整体网络性能有着重要影响,成为多网络技术的核心。本论文立足实际工程需要,对车载CAN网络的网关设计方法进行了全面研究。首先,介绍网关的基本原理和系统结构,提出基于信号的车载CAN网关功能定义和整体设计方案,构建基于飞思卡尔CodeWarrior开发环境和16位微处理器MC9S12XDP512的硬件开发平台,利用协处理器XGATE完成对CAN信息的底层接收、发送操作,设计包含信息缓存、多任务优先级调度和存储-转发路由功能的软件体系,并提出网关设计的关键与难点问题:调度算法与优先级策略,网关延时与实时性设计,网络管理功能。在MATLAB集成环境中利用SimEvents离散事件动态仿真工具箱对网关设计中的任务调度算法和优先级配置问题进行分析,设计基于ID的优先级策略及轮询调度算法,对算法进行限时等待改进,提出时限预估调度算法,将仿真结果与定时调度进行比较,并对优先级抢占调度和实时调度进行研究,随后,完成网关模块的时滞特性分析和延时优化设计,实现基于优先级的多任务调度和包括ID查询及信号转存的路由操作,改善网关模块的实时性,同时,参考OSEK规范对网络管理功能进行设计和实现。最后,提出网关模块的性能评价指标,对网关模块的信号路由和资源消耗等行为进行具体分析,为网关模块的设计和测试提供参考,同时基于队列理论,利用SimEvents工具箱对CAN节点和CAN总线进行机理建模,最终构建完整的CAN网络仿真模型和多路CAN子网互联网关仿真模型,为CAN网络网关模块研究提供了全面可配置的软件模拟测试环境。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-13
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 研究综述  9-12
    1.2.1 发展历程  9-10
    1.2.2 研究现状  10-11
    1.2.3 研究目的和意义  11-12
  1.3 本文研究内容与组织结构  12-13
第2章 网关总体设计与关键问题分析  13-22
  2.1 网关基本原理与系统结构  13-15
    2.1.1 网关基本原理  13-14
    2.1.2 网关整体结构  14
    2.1.3 网关功能  14-15
  2.2 网关设计方案  15-19
    2.2.1 设计流程  15-16
    2.2.2 硬件体系设计  16-17
    2.2.3 软件结构设计  17-19
  2.3 网关设计的关键与难点问题  19-21
    2.3.1 调度算法与优先级策略  19-20
    2.3.2 延时分析及优化设计  20
    2.3.3 网络管理  20-21
  2.4 本章小结  21-22
第3章 调度算法的分析与设计  22-36
  3.1 优先级轮询调度算法  22-26
    3.1.1 ID优先级策略设计  22-23
    3.1.2 二级中断调度模型研究  23-25
    3.1.3 限时等待轮询调度设计  25-26
  3.2 时限预估调度算法  26-30
    3.2.1 时限预估调度设计  26-28
    3.2.2 优先级抢占调度设计  28-30
  3.3 实时调度优先级研究  30-35
    3.3.1 实时模型建立  30-31
    3.3.2 固定优先级调度设计  31-33
    3.3.3 速率单调调度分析  33-34
    3.3.4 动态优先级调度分析  34-35
  3.4 本章小结  35-36
第4章 网关延时优化与网络管理设计  36-49
  4.1 时滞特性分析  36-39
    4.1.1 端到端延时  36-37
    4.1.2 信息调度延时  37-38
    4.1.3 信号路由延时  38-39
  4.2 延时优化设计及测试  39-43
    4.2.1 多输入调度实现及测试  39-41
    4.2.2 路由延时优化设计及测试  41-43
  4.3 网络管理设计  43-48
    4.3.1 直接网络管理设计  43-46
    4.3.2 柔性间接网络监控设计  46-48
  4.4 本章小结  48-49
第5章 系统模拟与指标设计  49-62
  5.1 网络仿真  49-50
  5.2 网络模拟  50-57
    5.2.1 节点模型分析  50-51
    5.2.2 总线系统仿真  51-53
    5.2.3 信号传输测试  53-57
  5.3 网关模型设计及测试  57-60
  5.4 指标设计  60-61
  5.5 本章小结  61-62
结论  62-63
参考文献  63-67
攻读学位期间发表的学术论文  67-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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