一种汽车控制系统安全调度方法与流程

本发明涉及工业控制系统的实时调度领域，特别是一种汽车控制系统安全调度方法。

背景技术：

随着经济的发展，人民生活水平的提高，汽车已经成为人们日常生活的重要交通工具。汽车尤其是私家车的保有量逐年上升，汽车在带给人们便利的同时，也带来了相应的困扰比如停车难问题，交通事故问题等。造成交通事故的原因除了驾驶员操作不当之外，还有汽车控制系统的故障，比如制动系统失灵、故障检测系统故障等。

现有的汽车控制系统调度方法，尽管也关注系统的安全问题，但由于没有及时果断的放弃诸如多媒体播放系统、空调系统等低关键层次任务，造成系统的响应时间过长，延误了其它高关键层次任务的执行，严重的话会造成一定的灾难。此外，现有的汽车控制系统的任务优先级分配不够合理，会造成系统资源的浪费。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种汽车控制系统安全调度方法，利用最佳优先级分配方法，有效地确保系统的安全性。

本发明采用如下技术方案：

一种汽车控制系统安全调度方法,其特征在于，包括如下步骤：

1)分析汽车控制系统的任务类型，将每个子系统作为控制系统的任务；

2)对任务进行分类，根据任务类型建立实时调度模型；

3)利用最佳优先级分配方法确定任务的优先级；

4)汽车控制系统模式转化时，主动放弃低关键层次任务，执行高关键层次任务，确保系统安全。

优选的，所述步骤1)中，所述子系统包括有制动系统、多媒体播放系统、胎压监测系统、导航系统、自动门窗系统、空调系统和故障检测系统。

优选的，每个子系统构成的控制系统的任务定性为偶发任务，所述制动系统、胎压监测系统与故障检测系统归为高关键层次偶发任务，所述多媒体播放系统、导航系统、自动门窗系统和空调系统归为低关键层次偶发任务。

优选的，步骤2)中，根据任务类型建立实时调度模型，具体为：

定义汽车控制系统的偶发任务τi，1≤i≤n,i为整数，n为偶发任务个数，通过三元组{ti,ξi,ci}表示；ti是偶发任务τi的最小释放间隔；ξi是偶发任务τi的关键层次，ξi＝{lo,hi}，偶发任务τi的关键层次为lo时，其为低关键层次偶发任务，偶发任务τi的关键层次为hi时，其为高关键层次偶发任务；ci为偶发任务τi的不同模式下的最坏情况下执行时间，ci(lo)和ci(hi)分别为偶发任务τi在低模式和高模式下的最坏情况下执行时间，若偶发任务τi为低关键层次偶发任务时，则ci(hi)＝ci(lo)，若偶发任务τi为高关键层次偶发任务时，则ci(hi)＞＝ci(lo)。

优选的，所述步骤3)具体包括如下：

3.1)设置优先级分配队列，刚开始队列包含n个偶发任务；

3.2)将偶发任务τi的优先级设置为最低优先级；然后计算其响应时间ri，当其响应时间ri≤di时，将其从优先级分配队列移除；当其响应时间ri＞di时，将重新选择偶发任务τj给其分配最低优先级，其中di是偶发任务τi的截止期限；

3.3)当最低优先级偶发任务τi确定时，从优先级分配队列选择其它任务，给其分配次低优先级；重复步骤3.2)，直到优先级分配队列为空，所有的任务都分配优先级；

3.4)高优先级偶发任务先执行，其执行完毕后，执行低优先级偶发任务。

优选的，偶发任务τi的响应时间ri由下式计算：

其中，hp(ti)是优先级大于或等于偶发任务τi的任务集合，tj是偶发任务τj的最小释放间隔；cj(ξi)是偶发任务τj的最坏情况下执行时间，j为整数且不等于i，其取值范围为1≤j≤n。

优选的，所述步骤4)具体包括如下：

汽车控制系统包含低模式和高模式；所述低模式是指高关键层次偶发任务τi的执行时间不超过ci(lo)，且在其截止期限内完成执行；系统处于低模式时，同时执行高关键层次偶发任务和低关键层次偶发任务；所述高模式是指高关键层次偶发任务τi的执行时间超过ci(lo)，但不超过ci(hi)，且在其截止期限内完成执行；汽车控制系统处于高模式时，主动放弃低关键层次偶发任务，执行高关键层次偶发任务；当高关键层次偶发任务执行完成时，切换到低模式。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的方法，能够合理地分配任务的优先级，确保任务及时正确执行，避免系统资源的浪费；

2、本发明的方法主动放弃低关键层次任务，确保高关键层次任务能够及时正确执行，确保系统的安全性。

附图说明

图1为本发明方法的流程图示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

参见图1，一种汽车控制系统安全调度方法,,包括如下步骤：

1)分析汽车控制系统的任务类型，将每个子系统作为控制系统的任务。

汽车控制系统是在一个平台上包含多个子系统的控制系统。子系统包括有制动系统、多媒体播放系统、胎压监测系统、导航系统、自动门窗系统、空调系统、故障检测系统等。将每个子系统作为控制系统的任务，而这些任务由于其执行时间具有不确定性，可以将这些任务定性为偶发任务。

2)对任务进行分类，根据任务类型建立实时调度模型。

汽车控制系统的任务按照重要性可分为两类：高关键层次任务和低关键层次任务。高关键层次任务对汽车的安全性能尤其重要，这类任务没有按时完成，轻则对驾驶员造成人身损害，重则可能引发严重的交通事故。则可将制动系统、胎压监测系统与故障检测系统等任务归为高关键层次偶发任务。低关键层次任务对汽车的安全性能影响不大，就算没有按时完成，也不会造成严重的后果，可以将多媒体播放系统、导航系统、自动门窗系统、空调系统等任务归为低关键层次偶发任务。

本发明建立的实时调度模型如下：

汽车控制系统的偶发任务τi，1≤i≤n,i为整数，n为偶发任务个数，其通过三元组{ti,ξi,ci}表示。ti是偶发任务τi的最小释放间隔。ξi是偶发任务τi的关键层次，其可以表示为ξi＝{lo,hi}，偶发任务τi的关键层次为lo时，其为低关键层次任务，偶发任务τi的关键层次为hi时，其为高关键层次任务。

ci为偶发任务τi的不同模式下的最坏情况下执行时间，ci(lo)和ci(hi)分别为偶发任务τi在低模式和高模式下的最坏情况下执行时间。其中，低模式是指高关键层次偶发任务ti的执行时间不超过ci(lo)，且在其截止期限内完成执行；系统处于低模式时，同时执行高关键层次偶发任务和低关键层次偶发任务。高模式是指高关键层次偶发任务ti的执行时间超过ci(lo)，但不超过ci(hi)，且在其截止期限内完成执行；如果偶发任务τi为低关键层次任务时，其ci(hi)＝ci(lo)；如果偶发任务τi为高关键层次任务时，其ci(hi)＞＝ci(lo)。

3)利用最佳优先级分配方法确定任务的优先级。该步骤具体如下：

3.1)设置优先级分配队列，刚开始队列包含n个偶发任务；

3.2)将偶发任务τi的优先级设置为最低优先级；然后计算其响应时间ri，当其响应时间ri≤di时，将其从优先级分配队列移除；当其响应时间ri＞di时，将重新选择偶发任务τj给其分配最低优先级，其中di是偶发任务τi的截止期限。

该步骤中，偶发任务τi的响应时间ri由下式计算：

其中，hp(ti)是优先级大于或等于偶发任务τi的任务集合，tj是偶发任务τj的最小释放间隔；cj(ξi)是偶发任务τj的最坏情况下执行时间，j为整数且不等于i，其取值范围为1≤j≤n。

3.3)当最低优先级偶发任务τi确定时，从优先级分配队列选择其它任务，给其分配次低优先级；重复步骤3.2)，直到优先级分配队列为空，所有的任务都分配优先级。

3.4)高优先级偶发任务先执行，其执行完毕后，执行低优先级偶发任务。

4)汽车控制系统模式转化时，主动放弃低关键层次任务，执行高关键层次任务，确保系统安全。

汽车控制系统包含低模式和高模式；所述低模式是指高关键层次偶发任务τi的执行时间不超过ci(lo)，且在其截止期限内完成执行；系统处于低模式时，同时执行高关键层次偶发任务和低关键层次偶发任务；所述高模式是指高关键层次偶发任务τi的执行时间超过ci(lo)，但不超过ci(hi)，且在其截止期限内完成执行；汽车控制系统处于高模式时，主动放弃低关键层次偶发任务，执行高关键层次偶发任务；当高关键层次偶发任务执行完成时，切换到低模式。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。