一种基于时间触发的CAN发送机制

纪宏岩

（北汽集团越野车研究院，北京 101300）

一种基于时间触发的CAN发送机制

纪宏岩

（北汽集团越野车研究院，北京 101300）

提出一种CAN总线发送机制，通过这种机制，网络上的所有节点能够获取统一的时钟，报文将基于时间触发的方式发送。此机制应用于现有CAN网络之后，能够有效避免总线竞争带来的报文延迟，提高CAN总线的传送实时性。

时间触发；事件触发；总线竞争；报文优先级

随着汽车上电子功能的增多，总线上节点数量也越来越多，总线负载率也随之增高。在负载率超过40%的基础上，如果不针对CAN网络进行任何优化，将会使很多节点发送的报文产生竞争，从而带来传送的延迟。本文提出一种改进方式，即选取网络中的某个节点，让其周期性地发送同步报文，其他节点收到这条报文之后，立刻进行时钟同步，通过这种方法，使网络上的所有节点获取公共时钟，再以公共时钟为基准，为每个节点分配自己的时间段，节点都只在属于自己的时间段内发送报文，不属于自己的时间段内不发送，这样每个节点在发送报文的时候都不会与其他节点产生竞争，需发送报文就立刻能够成功发送出去，不会产生延迟。这种发送方式不需要对硬件和网络拓扑做改动，适用于任何CAN总线网络，可以在不增加成本的基础上有效改善总线网络的实时性。

1 报文延迟的来源

CAN是一种基于事件触发的通信方式。所谓事件触发是指当任何一个节点有发送报文需求时，立刻就进行发送。但也可能其他的节点有发送需求，这时就会产生竞争，CAN国际标准ISO 11898规定了此时依靠报文的优先级来决定报文的发送顺序，这种机制保证了在产生竞争时，每条报文都能够被成功发送，但没法保证报文的实时性，优先级低的报文不能在需发送的时候立刻发送成功，会有等待而造成的延迟。基于事件触发的报文发送示意图如图1所示。

图1 基于事件触发的报文发送

从图1可以看到，节点A、B、C、D在不同的时刻分别向总线上发送ID为5、7、3、6的报文。B节点发送优先级较低，虽然发送时间很早，但是由于总线竞争的原因导致其最终发送到总线上的时刻最靠后。这就是基于“事件触发”发送方式的缺陷，各个节点之间没有公共时钟，报文的发送不能统一进行协调，很多时候会由于多个节点同时发送报文造成总线竞争而产生延迟。

2 基于时间触发的CAN

提出一种以时间触发的CAN报文发送机制，时间触发的关键是要让所有的节点都能获取一个公共的时钟，CAN总线采取广播的方式发送报文，任何一个节点发送的报文都可以被其它节点所接收，并且发送节点发送完成和接收节点接收成功是同一个时刻，因此利用CAN总线的这种特点来实现基于时间触发。

选取网络上的任何一个节点发送同步报文，发送同步报文的节点称为同步节点。为了保证同步报文能够精确地 按周期发送，同步报文的ID设置为0（优先级最高），同步报文的周期取所有周期报文的最大公约数。假设其他报文的周期分别为10 ms、20 ms、30 ms、50 ms，则同步报文的周期为300 ms。同步节点每间隔300 ms发送一次同步报文，其发送完该报文之后，立刻将自身计数器清0，其他节点收到同步报文之后也将自身计数器清0，这样就能够使网络上所有节点每隔300 ms实现一次时钟同步。基于时间触发的报文发送如图2所示。

图2 基于时间触发的报文发送

从图2可以看出，时间轴上每间隔300 ms为一个同步时刻，所有节点都以同步时刻为基准发送报文。由于发送时刻都不冲突，因此报文能够在第一时间内被发送成功，避免了总线竞争，也就大大降低了报文延迟的可能。

3 总结

阐述CAN总线时间触发方面的一些思路，并尝试在汽车网络设计过程中进行一些有意义的理论实践，所提出的方法和措施都在工作中经过验证，实用性较强，对于提高汽车网络设计的实时性具有重要的参考作用。

［1］ 颜碧云，魏叶华．基于CAN总线的共享时钟混合调度算法［J］．计算机工程与应用，2014（4）：69-72，156．

［2］ 冯晓东，果艳红．TTCAN动态调度算法实现与仿真［J］．电子测量与仪器学报，2008，22（2）：81-85．

［3］ 王庆祥，陈家琪．TTCAN网络的响应分析及系统矩阵的优化［J］．上海理工大学学报，2005，27（1）：32-36，42．

（编辑 心 翔）

A Time-trigger Method of CAN Transmission Mechanism

JI Hong-yan

（BAIC Off-road Vehicle Research Centre，Beijing 101300，China）

This article proposes a CAN transmission mechanism that all nodes on the network get a global clock，and message sending is triggered by time. This mechanism could effectively avoid delay caused by CAN competition，thus improve the real-time transmission.

time-trigger；event-trigger；CAN competition；message priority

U463.6

A

1003-8639（2017）10-0061-02

2017-01-05

纪宏岩，硕士，高级工程师，负责车载网络的设计和诊断系统的开发，具有10年总线开发经验。