基于時間觸發(fā)的導(dǎo)航系統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、由于串行通信有結(jié)構(gòu)簡單,傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點,傳統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)采用串行接口進(jìn)行通信,但是隨著導(dǎo)航設(shè)備技術(shù)的進(jìn)步,傳輸數(shù)據(jù)的快速性和多樣性等都有較大的提高,串行通信方式將無法滿足現(xiàn)代導(dǎo)航系統(tǒng)的需要。近些年,CAN總線技術(shù)在層次設(shè)計、抗干擾能力、錯誤檢測機(jī)制以及可靠性和實時性等方面有很突出的優(yōu)勢,在現(xiàn)代船舶工業(yè)系統(tǒng)中已經(jīng)開始普及使用。但是CAN總線本身也存在很多固有的缺陷,例如CAN總線采用位仲裁機(jī)制的自主搶占式模式,當(dāng)信息量和數(shù)據(jù)密度大并且接近C

2、AN總線額定帶寬時,將導(dǎo)致低優(yōu)先級的信息產(chǎn)生很大的數(shù)據(jù)延遲,甚至出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失等現(xiàn)象。對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部分節(jié)點的傳輸時刻的正確性和精確性有嚴(yán)格要求的導(dǎo)航系統(tǒng),通常的CAN總線已經(jīng)無法滿足其實時性。
　　針對上述CAN總線存在的缺陷,本文采用在CAN總線的會話層添加時間觸發(fā)機(jī)制的時間觸發(fā)CAN協(xié)議來提高網(wǎng)絡(luò)的實時性,該協(xié)議的底層技術(shù)與CAN總線完全一致。時間觸發(fā)CAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各節(jié)點的通信都是基于一個全局時間,全部同步于離線設(shè)計的時間調(diào)度表,根據(jù)

3、調(diào)度表的安排,在各自既定的時間窗口內(nèi)定時的完成相應(yīng)的操作,從而可避免信息量大時產(chǎn)生數(shù)據(jù)延遲,保證各信息能夠在最大傳輸期限內(nèi)順利的完成操作,系統(tǒng)的實時性得以保證。
　　首先本文對時間觸發(fā)CAN總線的底層技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)的相關(guān)規(guī)范進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。通過分析時間觸發(fā)CAN協(xié)議內(nèi)部的時間觸發(fā)機(jī)制、時間同步機(jī)制以及時間調(diào)度表的構(gòu)建等,結(jié)合船舶導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)備信息的特點,設(shè)計了一維裝箱算法、粒子群優(yōu)化算法和動態(tài)優(yōu)先級提升算法,與時間觸發(fā)CAN協(xié)議相

4、結(jié)合提高船舶導(dǎo)航系統(tǒng)實時性能。然后通過總結(jié)時間觸發(fā)導(dǎo)航系統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)可靠性和冗余技術(shù)的特點,選用靜態(tài)硬件冗余技術(shù)實現(xiàn)對整個網(wǎng)絡(luò)的冗余備份;對時間觸發(fā)CAN網(wǎng)絡(luò)時間觸發(fā)機(jī)制中重要的時間主節(jié)點進(jìn)行冗余備份設(shè)計以及故障切換設(shè)計;對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改變時的系統(tǒng)矩陣進(jìn)行設(shè)計,完成導(dǎo)航系統(tǒng)可靠性能的提高。
　　最后,搭建時間觸發(fā)導(dǎo)航系統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)的測試環(huán)境,對時間觸發(fā)導(dǎo)航系統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)的實時性和可靠性進(jìn)行測試分析,結(jié)果分析顯示,本設(shè)計提高了時間觸發(fā)導(dǎo)