专利名称：车载电子总线静态段通讯扩容方法
技术领域：
本发明涉及车载电子总线的性能改进，尤其是一种车载电子总线静态段通讯扩容 方法。
背景技术：
在现在高端的汽车中，车内可能存在由若干总线相连的70多个电控单元，这些电 控单元之间的通讯消息也随着应用的发展越来越多。这对于车内的高确定性，低延迟性和 高精确性提出了更多的需求。
FlexRay通讯协议，支持lOMbit/s的带宽和多种拓扑结构，它是FlexRay联盟 (FlexRay Consortium)制定的适用于汽车高速网络的新一代车载电脑(EOT)总线，具备高 传输速率、硬实时、安全性和灵活性的特点。FlexRay总线采用周期通信的方式，一个通信 周期(Communication Cycle)可以划分为静态段、动态段、特征窗(SW，Symbol Window)和 网络空闲时间(NIT，Network Idle Time)四个部分。静态段和动态段用来传输总线数据， 即FlexRay报文；特征窗用来发送唤醒特征符(WUS，Wake Up Symbol)和媒介访问检测特 征符(MTS，Media Access TestSymbol)；网络空闲时间用来实现分布式的时钟同步和节点 参数的初始化。FlexRay总线在一个通信周期采用了两种接入时序静态段采用时分多址 (TDMA, TimeDivision Multiple Access)的接入时序。静态段将通信时间划分为多个等 时长的静态槽(Static Slot)，不同ID (身份标识号码)的静态帧在相应ID的静态槽内发 送，实现了报文发送的确定性。静态帧能够实现严格的周期性发送，但是静态帧的资源受 限——出于安全性的考虑，同一 ID的静态槽只能分配给一个节点。所以，使用静态帧发送 NMPDU(Network Management Protocol Data Unit，网络管理协议数据单元)需要考虑网络 的资源情况。FlexRay静态帧严格按照报文周期发送，但是静态帧会占用一个静态槽。如果 所有NMPDU均占用一个静态槽并且其发送周期远大于通信周期，则造成了带宽的浪费。发明内容
为了解决E⑶在FlexRay总线通讯中的带宽问题，本发明提供一种车载电子总线 静态段通讯扩容方法，能够减小一个分布式应用系统在通讯时所占用的FlexRay总线上静 态槽的个数，从而减少其所占用的总线带宽，使得固定带宽的总线可以支持更大规模的通 讯需求，有利于未来的系统升级和扩展。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为
一种车载电子总线静态段通讯扩容方法，包括以下步骤
步骤一构建车载总线系统
对于通过现有拓扑总线相连的多个传感器、ECU和执行器构成的拓扑结构系统，确 定ECU的任务和消息的属性和发送接收关系、以及每个任务的最坏情况处理时间和每个信 号的大小；
步骤二 实现任务到E⑶的映射和分配
将仅发送信号的任务分配到传感器上，将仅接收信号的任务分配到执行器上，其 余的任务既要接收信号也要发送信号，将他们分配到各个ECU上；
步骤三完成每个静态槽的归属，信号到静态槽的映射，任务配置和消息配置的依 赖关系
将FlexRay总线特征与约束总结为三个方面，即任务与消息配置约束，FlexRay总 线配置约束与数据依赖关系约束，将所述约束规则通过约束规划的函数转化成可以求解的 公式，每个任务采用一个三元组<p，C，D>来表示，其中P是任务的周期，C是任务的最坏情 况处理时间，而D是其截止期，每个信号也用一个二元组<S，D>来表示，其中S是其位大小， D是其截止期，设任务和信号的周期为FlexRay通讯周期的2n(n = 0，1,2……)倍，应用周 期H定义为所有任务周期的最小公倍数，用SigSenderi和SigReCeiveri来分别表示第i个 信号的发送和接收任务，对于一个给定的任务映射，可以得到所有需要在总线上发送的信 号集合，称之为OutSignal，对于一个信号Signali,若其SigSenderi和SigReceiveri是不 同的ECU，则Signali属于OutSignal信号集；而信号集^Signal则表示ECU内部通讯的信 号，这些信号不需要在总线上进行传输，SignalInEcui用于表示发送Signali的E⑶的ID， 具体的约束规划包括
a.任务和消息配置
在应用周期H中，每个周期性任务都处理固定次数，表示任务i的第k个实例 的调用时间，fi,k则表示其结束时间，假设初始的任务释放补偿是0，因此可以通过以下 公示计算，其中forall函数用来列举遍历一个集合中的所有元素，Ntask表示任务task的个 数H
权利要求
1. 一种车载电子总线静态段通讯扩容方法，其特征在于包括以下步骤 步骤一构建车载总线系统对于通过现有拓扑总线相连的多个传感器、ECU和执行器构成的拓扑结构系统，确定 ECU的任务和消息的属性和发送接收关系、以及每个任务的最坏情况处理时间和每个信号 的大小；步骤二 实现任务到ECU的映射和分配将仅发送信号的任务分配到传感器上，将仅接收信号的任务分配到执行器上，其余的 任务既要接收信号也要发送信号，将他们分配到各个ECU上；步骤三完成每个静态槽的归属，信号到静态槽的映射，任务配置和消息配置的依赖关系将FlexRay总线特征与约束总结为三个方面，即任务与消息配置约束，FlexRay总线 配置约束与数据依赖关系约束，将所述约束规则通过约束规划的函数转化成可以求解的公 式，每个任务采用一个三元组〈P，C，D>来表示，其中P是任务的周期，C是任务的最坏情况 处理时间，而D是其截止期，每个信号也用一个二元组<S，D>来表示，其中S是其位大小，D 是其截止期，设任务和信号的周期为FlexRay通讯周期的2n(n = 0，l，2……)倍，应用周期 H定义为所有任务周期的最小公倍数，用SigSenderi和SigReCeiveri来分别表示第i个信 号的发送和接收任务，对于一个给定的任务映射，可以得到所有需要在总线上发送的信号 集合，称之为OutSignal，对于一个信号Signali,若其SigSenderi和SigReceiveri是不同 的ECU，则Signali属于OutSignal信号集；而信号集InSignal则表示ECU内部通讯的信 号，这些信号不需要在总线上进行传输，SignalInEcui用于表示发送Signali的E⑶的ID， 具体的约束规划包括 a.任务和消息配置在应用周期H中，每个周期性任务都处理固定次数，表示任务i的第k个实例的调 用时间，fi,k则表示其结束时间，假设初始的任务释放补偿是0，因此可以通过以下公示 计算，其中forall函数用来列举遍历一个集合中的所有元素，Ntask表示任务task的个数foraU(iinNlask,kin—) aik={k-\)xPi (1)用I^k来表示 ,k和fi,k之间的时间间隔，这也是任务i在周期k中的响应时间，Ri代 表任务i的最坏响应时间，也就是ru能取到的最大值， fi.k = aijk+rijk (2)任务在实时系统中固定优先级配置下的最坏响应时间有以下公式，D/Orall(HnNtask) R1=C1+ X f XCj (3)在公式(3)中，hp(i)表示比任务i优先级更高的任务集合； 每个静态槽的开始和结束时间必定是静态槽长度的整数倍，用Ssi, k来表示通讯周期k 的第i个静态槽的开始时间，Hforall(i in Nslot,kin—)(斗)
全文摘要
本发明公开了一种车载电子总线静态段通讯扩容方法，包括以下步骤步骤一确定ECU的任务和消息的属性和发送接收关系；步骤二将仅发送信号的任务分配到传感器上，将仅接收信号的任务分配到执行器上，其余的任务既要接收信号也要发送信号，将它们分配到各个ECU上；步骤三完成每个静态槽的归属，信号到静态槽的映射，任务配置和消息配置的依赖关系；步骤四将传感器、ECU和执行器的任务、消息数据按照步骤三建立配置系统，求出所需的最小静态槽个数。与现有技术相比，使用本发明所述的方法减小了一个分布式应用系统在通讯时所占用的FlexRay总线上静态槽的个数，有利于未来的系统升级和扩展。
文档编号H04L12/40GK102035706SQ20101056988
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者孙征, 李楠, 李红, 杨国青, 顾宗华 申请人:浙江大学