CAN总线通信实时性研究与实现

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摘要：在现场总线控制系统中，CAN总线由于其低成本、高可靠性、实施维护简单
等优点成为目前应用最为广泛的现场总线之一。然而，随着网络规模和控制系统
" Q+ Z8 g* k" s# u- r复杂性的增加，对通信实时性的要求越来越高，因此，研究CAN总线通信实时
性能，提高CAN总线通信实时性能具有重要的应用价值。
/ j; t- S/ K! R( V+ y" O& w* w$ W论文以CAN总线的实时性问题为研究对象。首先分析了CAN总线协议的特
3 p0 c4 O9 i7 u5 s点，指出在高网络负载时低优先级节点的通信实时性存在问题;接着借鉴国内外
4 _9 ~' k1 `1 N7 `6 I0 b. z学者在提高CAN总线实时性方面取得的研究成果，讨论了两种典型的提高CAN
* k' G$ o: ^0 C( z总线实时性的改进方法:时分复用方法和动态优先级分配方法，通过对它们各自
特点的分析比较，提出了一种新的结合时分复用和动态优先级分配方法的改进方
法，该改进方法针对时间触发的周期性实时信息和事件触发的非周期性实时信息
1 f) |0 C8 [2 z/ N" L* l的特点，能有效地提高CAN总线通信的实时性能:然后通过数学分析和软件仿
真比较了改进方法与其他几种典型方法的实时性能，验证了该改进方法的实时性
/ `( N8 o1 e% k能优于其他几种典型方法;最后建立系统实验平台，以五个CAN总线节点组成
& a- ^+ D+ E$ J: p. f6 ZCAN总线通信硬件实验系统，通过硬件实验验证了改进方法能有效地提高CAN
9 w4 B3 p, e4 R总线通信的实时性能。
. p4 W9 W0 T5 U4 {# h论文的研究成果表明，采用时分复用和动态优先级分配相结合的改进方法能
5 a4 |+ j  f7 |% @1 p( b* q. p够保证低优先级实时信息在高网络负载下的通信实时性。
% U) B7 A* A# ~% |4 d; \, ~& ]关键词:现场总线控制系统，CAN总线，通信实时性

现场总线是80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制
7 n1 a, t  G2 s4 G- A造自动化、楼宇自动化等领域的智能设备互连通信网络。从本质上说，现场总线
) I) j1 H2 f' Z1 n* a) G是一种数字通信链路，是连接智能现场终端设备和自动化系统的数字式、全分散、
双向传输、多分支结构的通信网络。它采用了开放式、新型全分布控制系统，要
2 \6 y- Y* @" I  x8 Q% \  H: q求其通信协议简单、容错能力强、安全性好、成本低，具有一定的时间确定性和
较高的实时性要求。
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CAN总线由于其低成本、高可靠性、实施维护简单等优点成为目前应用最为广泛的现场总线之一