時間觸發(fā)CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計

1、    時間觸發(fā)CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計    電子技術(shù)應(yīng)用2007年第2期    韓曉東, 吳臨政, 吳 波 時間:2008年01月04日     字 體: 大 中 小        關(guān)鍵詞:        摘 要：關(guān)鍵詞：道路車輛? 總線? TTCAN? 時間觸發(fā)?1 TTCAN簡

2、介2TTCAN（時間觸發(fā)現(xiàn)場總線）是為了適應(yīng)第一代電控駕駛系統(tǒng)的需要而開發(fā)的。通信網(wǎng)絡(luò)中純粹的時間觸發(fā)操作由系統(tǒng)中統(tǒng)一的同步時間決定。信息的傳遞依賴于一個預(yù)先定義好的時間進(jìn)度表。其主要特征是總線訪問受控于稱為“基本周期”的時間循環(huán)?；局芷诒环指畛纱_定數(shù)量的時間窗，類型包括：參考報文、獨占窗、仲裁窗和空閑窗?；局芷诘臉?gòu)成如圖1所示。?在一個基本周期內(nèi)，“獨占”、“仲裁”和“自由”三種時間窗的個數(shù)以及排放位置可以自由定義。其功能如下：? ?(1)參考報文：由時間主控單元發(fā)送，用于控制基本周期的計時，并標(biāo)志著一個基本周期的開始。一個基本周期僅包含一個參考報文。? (2)獨占窗：用于報文的傳送，要

3、求有足夠長的時間來保證傳送的完成。每個獨占窗為一個特定的CAN報文而保留，此時其他報文不會競爭總線。這是TTCAN最主要的特點，也是優(yōu)點。在排外窗中，如果一個報文發(fā)送失敗，則不允許重新發(fā)送，這與標(biāo)準(zhǔn)CAN協(xié)議不同。(3)仲裁窗：當(dāng)總線空閑時，仲裁窗對所有報文都開放，并根據(jù)報文優(yōu)先級進(jìn)行仲裁。因此可以專門設(shè)計給對實時性要求很高的節(jié)點，為事件觸發(fā)留出一定的數(shù)據(jù)傳輸時間。(4)空閑窗：是為將來系統(tǒng)的擴(kuò)展而保留的時間段。因此，將來可以向系統(tǒng)加入更多的節(jié)點。總體來看，TTCAN比目前的CAN有著時序準(zhǔn)確、帶寬利用率高、實時性好等明顯的優(yōu)點，對于道路車輛數(shù)控系統(tǒng)來說，可以提高其穩(wěn)定性、實時性和安全性。另外

4、，因采用TTCAN而節(jié)省下來的總線負(fù)載，可以留給將來更多節(jié)點的加入，使其成為一輛全數(shù)字化的新型車輛。2 TTCAN通信卡硬件設(shè)計3-4?為實現(xiàn)基于雙口RAM的TTCAN通信板卡的功能，其通信軟件應(yīng)該具有雙口RAM操作、TTCAN 通信及一些輔助功能。每項功能再細(xì)分，通信軟件主要功能框架如圖3所示。? TTCAN通信部分主要包括CAN報文收發(fā)、時間同步和定時、錯誤處理三大功能。其中，CAN報文的收發(fā)是將CAN總線傳來的報文有選擇地接收并存儲下來，并將已打包好的報文發(fā)送出去。而TTCAN的時間同步和定時發(fā)送操作則是此項設(shè)計的主要內(nèi)容，也是TTCAN通信卡的關(guān)鍵技術(shù)，它的優(yōu)劣直接影響到整個TTCAN

5、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性。3.1 TTCAN時序設(shè)計5-6?3.2 TTCAN通信軟件特性? 將上述的雙口RAM讀寫、延時、報文發(fā)送這三個主要操作與系統(tǒng)初始化、狀態(tài)顯示、容錯處理等附屬功能結(jié)合起來，就構(gòu)成了完整的TTCAN通信軟件系統(tǒng)。TTCAN通信軟件相對于原有CAN通信軟件具有優(yōu)良的特性：? (1)報文發(fā)送間隔更緊密，縮短了報文發(fā)送周期；? (2)對實時性要求高的報文可在一個基本周期內(nèi)發(fā)送3次，其平均周期約為4毫秒，能滿足實時性的要求；? (3)報文發(fā)送時序準(zhǔn)確，出錯概率低，減輕整車控制器的容錯運(yùn)算負(fù)擔(dān)；? (4)雙口RAM兩端的讀寫也由同一時序控制，可免去繁瑣的雙口RAM判忙機(jī)制。4 T

6、TCAN網(wǎng)絡(luò)多節(jié)點聯(lián)調(diào)測試實驗室內(nèi)構(gòu)建出由5個節(jié)點組成的TTCAN網(wǎng)絡(luò)，并制定出理想的報文發(fā)送時序，如圖6所示。TTCAN網(wǎng)絡(luò)多節(jié)點聯(lián)調(diào)測試的主要任務(wù)是檢驗各節(jié)點能否與整車控制器實現(xiàn)同步，并按照既定時序發(fā)送報文。?4.1 時序準(zhǔn)確性測試? 為了測試5節(jié)點TTCAN網(wǎng)絡(luò)的時序準(zhǔn)確性，測量CAN物理總線的差分電壓信號，記錄下波形圖，顯示了TTCAN基本周期中最重要的延時量。? (1)圖7顯示了連續(xù)的兩個基本周期。測量兩個基本周期開始時刻的時間間隔為13.04毫秒，符合既定時序13毫秒的要求。? (2)圖8是圖7中后4個節(jié)點發(fā)送報文部分的放大圖。? 可見相鄰兩幀報文之間的間隔都基本為0.5毫秒，而且

7、誤差都很小。各節(jié)點嚴(yán)格按照既定時序圖發(fā)送報文，說明已經(jīng)成功實現(xiàn)了TTCAN功能。4.2 測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計?利用NI公司的高性能CAN卡，對TTCAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行持續(xù)測量，記錄連續(xù)400個周期的數(shù)據(jù)，并將多組數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果如表1所示。? 由統(tǒng)計結(jié)果可見所有測量的關(guān)鍵時間量都基本等于理想值，且最大絕對誤差只有0.034毫秒，最大相對誤差也只有0.97%，不會影響時序的穩(wěn)定性，說明TTCAN節(jié)點的時間控制算法是成功的。? 在整個TTCAN板卡軟、硬件系統(tǒng)的開發(fā)過程中，都是圍繞著求快、求準(zhǔn)和保障穩(wěn)定的思想來設(shè)計的。硬件設(shè)計上采用更高的MCU及CAN控制器處理速度；對信號部分使用光耦隔離，減小了外界對板卡內(nèi)數(shù)字電路的干擾；在電路板布置上將數(shù)字電路與模擬電路分開，并且對兩部分電源進(jìn)行了電源隔離，避免了兩部分電路間的相互干擾。軟件設(shè)計上則以TTCAN協(xié)議為基礎(chǔ)，將TTCAN的報文收發(fā)與讀寫雙口RAM的操作有機(jī)結(jié)合起來，統(tǒng)一編制在一個有序而且緊密的時間