【正文】 時(shí)延三部分組成，即：可以設(shè)置優(yōu)先級(jí)CAN協(xié)議數(shù)據(jù)包。針對(duì)時(shí)間觸發(fā)的周期性數(shù)據(jù)和事件觸發(fā)的非周期性數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，學(xué)者提出了時(shí)分復(fù)用的方法和動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)分配的方法來(lái)提高CAN總線的實(shí)時(shí)性。所以在高網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況下，高優(yōu)先級(jí)的協(xié)議幀的傳輸實(shí)時(shí)性沒(méi)有受到太大影響，低優(yōu)先級(jí)的協(xié)議幀的傳輸實(shí)時(shí)性惡化，其可能多次失去仲裁，使重新發(fā)送的次數(shù)增加，傳輸時(shí)延變大，在關(guān)閉節(jié)點(diǎn)退出總線這種極端情況下，其傳輸時(shí)延將變?yōu)闊o(wú)窮大．一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，CAN總線上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)幀大致可以分為兩類：周期性發(fā)送的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)幀和非周期性發(fā)送的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)幀。然而，隨著網(wǎng)絡(luò)載荷的增加，協(xié)議幀在網(wǎng)絡(luò)中的碰撞也隨之增加，如果仍然沿用CAN總線規(guī)定的協(xié)議，較低優(yōu)先級(jí)的協(xié)議幀發(fā)送的實(shí)時(shí)性就會(huì)受到影響。這使CAN總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)比一般的通信系統(tǒng)具有更好的實(shí)時(shí)性能。該協(xié)議規(guī)定了無(wú)損的仲裁方式，在仲裁過(guò)程中，具有較高優(yōu)先級(jí)的協(xié)議幀贏得仲裁，不受影響地發(fā)送數(shù)據(jù)：較低優(yōu)先級(jí)的協(xié)議幀退出發(fā)送等待。更高版本的系統(tǒng)，實(shí)時(shí)性要求，即使在總線上的高峰負(fù)荷，也能保證實(shí)時(shí)傳輸，所以如果若想使用現(xiàn)有的CAN總線通信標(biāo)準(zhǔn)，我們必須解決這個(gè)問(wèn)題?！比欢?，CAN總線，無(wú)損仲裁機(jī)制，以確保按照他們?cè)O(shè)置標(biāo)識(shí)符的優(yōu)先順序的所有數(shù)據(jù)包。CSMA／CA方式可以保證高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)不受任何干擾地完成數(shù)據(jù)發(fā)送，數(shù)據(jù)的時(shí)延有確定性，其無(wú)損的仲裁方式有效提高了帶寬效率，而且CAN總線采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短．所以，CAN總線網(wǎng)絡(luò)以其高可靠性和實(shí)時(shí)性廣泛用于現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，在汽車電子、工業(yè)控制中有著廣泛應(yīng)用。 CAN總線網(wǎng)絡(luò)采用載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)／避免碰撞(Carrier Sense MultipleAccess／CollisionAvoidance—CSMA／CA)的介質(zhì)訪問(wèn)控制方式。以太網(wǎng)絡(luò)和CAN總線網(wǎng)絡(luò)都采用爭(zhēng)用方式． 以太網(wǎng)采用載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)／碰撞檢測(cè)(Carrier Sense Multiple Access，Collision Detection—CSMA／CD)的介質(zhì)訪問(wèn)控制方式。通信協(xié)議中介質(zhì)訪問(wèn)控制方法主要提供了協(xié)議或算法，如何將通信頻帶的帶寬有效合理地分配給各用戶，它要保證在相同的優(yōu)先級(jí)下對(duì)各用戶公平合理地分配通信帶寬，并盡可能提高通信帶寬的使用效率。CAN的CSMA/CA通信機(jī)制流程如圖所示： CAN的CSMA/CD通信機(jī)制流程圖 CAN總線的實(shí)時(shí)性分析 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的可靠性和實(shí)時(shí)性都提出了一定的要求。在發(fā)生沖突時(shí)，采用非破壞性總線優(yōu)先仲裁技術(shù):當(dāng)兒個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息時(shí)，運(yùn)用逐位仲裁規(guī)則，借助幀中開(kāi)始部分的標(biāo)識(shí)符，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止發(fā)送數(shù)據(jù)，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響繼續(xù)發(fā)送信息，從而避免了總線沖突，使信息和時(shí)問(wèn)均無(wú)損失。采用多主線競(jìng)爭(zhēng)式結(jié)構(gòu):網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從。本章主要針對(duì)的是在理論上研究動(dòng)態(tài)優(yōu)先權(quán)（動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)晉升）算法對(duì)于CAN總線實(shí)時(shí)性能的影響情況。 幀間空間結(jié)構(gòu)圖第三章基于CAN總線的實(shí)時(shí)性分析和改進(jìn)本章的主要內(nèi)容是研究CAN總線的實(shí)時(shí)性能，通過(guò)統(tǒng)計(jì)針對(duì)CAN總線實(shí)時(shí)性信息周期的分析研究進(jìn)而提高CAN總線的實(shí)時(shí)性問(wèn)題的解決方法，并且提出新的改進(jìn)方法，最后通過(guò)數(shù)學(xué)分析并結(jié)合實(shí)驗(yàn)相互比較驗(yàn)證提出的改進(jìn)方法對(duì)于CAN總線的實(shí)時(shí)性能的提高。 遠(yuǎn)程幀結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程幀中除了仲裁場(chǎng)的RTR位與數(shù)據(jù)幀不同（為“隱性”位，即邏輯“1”）外，其他5個(gè)位場(chǎng)組成與都與數(shù)據(jù)幀相同，這里不再贅述。超載界定符：由8個(gè)隱性位組成，即“11111111”。超載標(biāo)志和超載界定符一起組成了超載幀。 錯(cuò)誤幀結(jié)超載標(biāo)志：由6個(gè)顯性位組成，即“000000”。由此可知，應(yīng)答場(chǎng)的應(yīng)答界定位必須為“隱性”位“1”。發(fā)送器中應(yīng)答場(chǎng)由兩個(gè)“隱性”位組成，即“11”。CRC界定符是一個(gè)“隱性”位，即邏輯“1”。（5） CRC場(chǎng)：CRC場(chǎng)包含了CRC序列和CRC的界定符。后2位為保留位，由兩個(gè)顯性位構(gòu)成，即“00”。（3） 控制場(chǎng)：控制場(chǎng)包含6個(gè)位。標(biāo)準(zhǔn)幀的格式為11個(gè)標(biāo)識(shí)符（ID0—ID10）；擴(kuò)展幀格式為29個(gè)標(biāo)識(shí)符（ID0—ID28）。 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)（1） 幀起始：由一個(gè)“顯性”位構(gòu)成，即邏輯“0”。數(shù)據(jù)幀可劃分為7個(gè)位場(chǎng)，從前到后依次是幀起始位、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)、幀結(jié)束位【13】，其幀結(jié)構(gòu)下圖所示。所以需要我們從理論和實(shí)踐中去解決這些存在的問(wèn)題。此外，CAN總線對(duì)于數(shù)據(jù)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)沒(méi)有限制權(quán)限，并且通信信道帶寬的分配也不能夠自主進(jìn)行。并優(yōu)于令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層中又定義了一種靜態(tài)優(yōu)先權(quán)。而且，CAN總線在物理層中數(shù)據(jù)信息傳送的距離有限，這種在傳輸距離上的限制是因?yàn)镃AN總線設(shè)計(jì)之初是為了解決汽車工業(yè)中的實(shí)時(shí)、可靠通信的問(wèn)題。按照優(yōu)先級(jí)的高低依次重發(fā)數(shù)據(jù)有效的避免了總線的沖突。4. CAN總線采用了非破壞性網(wǎng)絡(luò)仲裁技術(shù)。 (通信速率最大可以達(dá)到1 Mbps)，節(jié)點(diǎn)的數(shù)最多能夠達(dá)到110個(gè)。時(shí)間越短幀傳輸，干擾由概率越低。2. CAN總線的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)短幀。 CAN總線的主要特性如下:1. 在對(duì)等的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上。傳輸?shù)膱?bào)文也不是根據(jù)報(bào)文發(fā)送/接收器的節(jié)點(diǎn)地址來(lái)識(shí)別的，其識(shí)別的方式是根據(jù)報(bào)文的內(nèi)容。博世公司相繼開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了多種在CAN中的錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制。這種基于非破壞性的仲裁機(jī)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)方案能夠保證優(yōu)先級(jí)較高的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延最短而且不用設(shè)置主控制器。博世公司的工程師們?cè)缭谑攀兰o(jì)八十年代就已經(jīng)開(kāi)始論證現(xiàn)場(chǎng)串行總線應(yīng)用于汽車系統(tǒng)的可能性。如今，幾乎每一輛汽車上都配備了CAN總線。 CAN總線的起源羅伯特 CAN總線具有較高的位速率和抗電磁干擾性的特性，信息在傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的錯(cuò)誤基本上都能被CAN總線偵測(cè)出來(lái)。這使實(shí)時(shí)控制變得非常容易并且CAN便可以提供高達(dá)1 Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。但是在實(shí)踐中，網(wǎng)絡(luò)的硬件特性限制了節(jié)點(diǎn)的數(shù)目。例如：儀器儀表設(shè)備，變速箱的控制器、發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、電子的主干系統(tǒng)中，都被嵌入CAN控制裝置。CAN總線協(xié)議最初的設(shè)計(jì)是為了提供汽車的微控制器—車輛電子控制單元ECU之間的相互通信的總線協(xié)議。主要功能包含有錯(cuò)誤檢測(cè)、控制成幀、故障界定、執(zhí)行仲裁以及錯(cuò)誤標(biāo)注。MAC子層的作用: CAN協(xié)議的核心是媒體接入控制子層，CAN協(xié)議將接收到的報(bào)文上交給LLC子層，并接收LLC子層傳下來(lái)的的報(bào)文以便發(fā)送。LLC子層的作用:確認(rèn)由媒體接入控制子層接收的報(bào)文中哪些已被接收，為數(shù)據(jù)傳送和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求提供服。根據(jù)ISO/OSI參考模型，CAN被分為以下幾個(gè)層次：物理層物理層的作用是進(jìn)行信號(hào)的發(fā)送，其中包含了同步和位編碼以及位定時(shí)等。CAN 。從類似與高速以太網(wǎng)的高速網(wǎng)絡(luò)一直到普通的寬帶接口，都能被CAN總線支持。CAN總線協(xié)議也是其中主要的研究部分，由于應(yīng)用層沒(méi)有同意的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，因此不同的建議被許多機(jī)構(gòu)相繼提出并解決，使得CAN總線協(xié)議擁有了較好的實(shí)時(shí)行和開(kāi)放性。在國(guó)外對(duì)于CAN總線的研究，一些公司和學(xué)者主要是在CAN總線結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)鏈路層上進(jìn)行一些理論分析和實(shí)驗(yàn)研究；在國(guó)內(nèi)，許多科研院所和高校也都對(duì)CAN總線的實(shí)時(shí)性問(wèn)題做了深入的研究，其中包括東北大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、大連理工、吉林大學(xué)、天津大學(xué)以及上海自動(dòng)化研究所等機(jī)關(guān)單位。CAN總線控制系統(tǒng)可以作為從站，用于機(jī)器人控制機(jī)床的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。所以，尋找一種能夠解決CAN總線的實(shí)時(shí)性問(wèn)題的優(yōu)化方法，對(duì)于進(jìn)一步的推廣和發(fā)展CAN總線技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用具有十分重要的意義。CAN總線雖然已經(jīng)比其他的現(xiàn)場(chǎng)總線有了很大的改進(jìn)，但是它仍然不能滿足人們對(duì)于實(shí)時(shí)、高效、安全、可靠的通信的要求。在現(xiàn)場(chǎng)總線中，由于CAN總線的特殊性使其逐漸的形成了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。這對(duì)我國(guó)的發(fā)展既是個(gè)嚴(yán)峻的困難的挑戰(zhàn)，也是一個(gè)絕佳的發(fā)展機(jī)會(huì)。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在交通管理、智能控制、汽車電子、樓盤自動(dòng)化等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。近年來(lái)，隨著通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等為代表的信息技術(shù)的快速發(fā)展使得現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)得到了眾多廠家的關(guān)注和支持，使現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用范圍空前廣泛。隨著Internet技術(shù)的日益成熟以及不斷提高的信息共享技術(shù)，測(cè)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)之間相互的逐漸地融合，更加方便的實(shí)現(xiàn)了CAN總線與Internet相互之間的通信。根據(jù)國(guó)內(nèi)外資料報(bào)道，目前CAN總線在地鐵通信網(wǎng)絡(luò)、基于ARM的嵌入式數(shù)控、風(fēng)力發(fā)電、智能照明等系統(tǒng)中的應(yīng)用已成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。如對(duì)獨(dú)立的CAN控制器SJA1000、通用CAN收發(fā)器PCA82C250、標(biāo)準(zhǔn)LIN收發(fā)器TJA1020等等的研究、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。（2） 對(duì)CAN總線芯片的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。目前，很多科研界對(duì)于提高CAN總線的可靠性與實(shí)時(shí)性都進(jìn)行了研究，提出了一系列提高實(shí)時(shí)性與可靠性的算法。此后，CAN規(guī)范又不斷被修訂與改善，以減少現(xiàn)有CAN規(guī)范中存在的錯(cuò)誤以及不完整性。所以，為了解決現(xiàn)代汽車中龐大的電子控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換問(wèn)題、減小通信復(fù)雜度以及減少線束的數(shù)量，1986年CAN總線誕生了。 realtime. IV CAN總線的發(fā)展及現(xiàn)狀CAN總線是在上世紀(jì)八十年代為了解決汽車的各個(gè)控制裝置之間實(shí)時(shí)性的通信問(wèn)題而由德國(guó)的Bosch公司提出來(lái)的。 industrial control network。關(guān)鍵詞: 現(xiàn)場(chǎng)總線；工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)；CAN總線；實(shí)時(shí)性Realtime simulation of CANbased industrial control network nodesAbstract:With the rapid development of science and technology, industrial control systems have also made progress by leaps and bounds, industrial control system information faster transfer of information between the real time is an urgent need to achieve. for example: single host information between field devices and the transmission of realtime, PC39。第三步，完成了對(duì)于CAN總線實(shí)時(shí)性方針平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。第二步，再結(jié)合CAN總線的主要協(xié)議，提出了優(yōu)先級(jí)晉升機(jī)制對(duì)于CAN總線的實(shí)時(shí)性的實(shí)現(xiàn)具有較為重要的作用。本論文是以研究CAN總線在通信過(guò)程中的實(shí)時(shí)性問(wèn)題作為主要的研究對(duì)象，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)CAN總線的實(shí)時(shí)性問(wèn)題進(jìn)行細(xì)致研究與改進(jìn)。南華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)論文題目基于CAN的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)性仿真研究指導(dǎo)教師汪琳霞職稱副教授學(xué)生姓名劉強(qiáng)學(xué)號(hào)20104360130專業(yè)網(wǎng)絡(luò)工程班級(jí)本10網(wǎng)絡(luò)01