第8章_CAN总线实时分析(1).pptVIP

8.1 CAN控制系统的实时性问题的提出 控制器局域网CAN采用基于“非破坏性位仲裁”的总线访问控制方式CSMA/CD，具备高性能、高可靠性和其他诸多优良特性，虽然采用CSMA/CD方式可提高整个网络信息的传输效率，但该协议仅仅保证总线网络中最高优先级报文信息的实时传送，而低优先级的报文在发生总线访问冲突时均有一定的延时。 8 CAN实时性分析 8.1 CAN控制系统的实时性问题的提出 8.4 CAN实时性分析 8.1 CAN控制系统的实时性问题的提出 8 CAN实时性分析 当需要构建的典型多级控制系统时，CAN能否满足工控系统对实时性能的苛刻要求，成为了首当其冲的问题。对于控制网络的实时性能分析，本节将主要从网络报文的延时问题和网络报文延时变化问题两个方面加以论述。 8.1 CAN控制系统的实时性问题的提出 8 CAN实时性分析 CAN网络中报文信息延时即：从待发送数据在总线节点A中间开始变化，直到其在另外一个节点B中得到确认，这期间的总的开销时间。 下面通过针对两个典型CAN节点间的数据通信，来分析CAN控制网络的实时性能。其结构图如下图： 8.2 CAN总线延时分析 根据CAN控制网络数据流的方向可以看出，CAN网络的报文信息延时由以下三部份组成。 1、帧延时: 由信息串行化导致的延时； 2、软件延时与CAN控制器延时: 软件延时是应用进程中，主CPU将数据从CAN控制器中读出/写入并作初步处理所耗费的时间, CAN控制器的延时主要是CAN控制器为实现接收/发送缓存器中的信息和串行化的信息的相互转化所开销的时间，另外还有收发器的延时. 3、媒体访问延时: 是不同优先级报文抢夺总线资源时的总线冲突延时。 8 CAN实时性分析 1、帧延时分析 帧延时即报文信息的传输延时，由帧长度和总线的传输速率决定。 综合帧长度、波特率和填充位的影响，针对扩展数据帧，得到其在最大传输速率条件下对应不同数据字节时的延时参数，具体如下表所示（波特率为1Mbit/s，延时单位为微秒） 表 扩展数据帧帧延时参数 8 CAN实时性分析 数据字节长度 0 1 2 3 4 5 6 7 8 扩展帧的帧延时 不含填充位 64 72 80 88 96 104 112 120 128 含最大填充位 74 84 94 103 113 122 132 142 151 8 CAN实时性分析 下表给出了标准帧和扩展帧之间的延时差。由于CAN控制网络的报文信息大部分是短帧信息，其传输的数据字节数较少，则识别符的差异导致的延时差异将达到30～40％，所以帧格式对延时信息的影响是巨大的。 表8 标准帧和扩展帧延时差别 数据字节长度 0 1 2 3 4 5 6 7 8 延时差别（％） 不含填充位 45.5 38.5 33.3 29.4 26.3 23.8 21.7 20 18.5 含最大填充位 46.2 38.7 33.3 29.6 26.4 24 21.8 20 18.5 2.软件及控制器延时分析(非帧延时) 软件和控制器导致的延时与具体应用、主控器、CAN控制器和接口芯片有关。 总延时包括从发送进程往CAN控制器的发送缓存器中写第一个数据开始，一直到接收进程中将接收缓存器中的有关数据全部读出的整个时间段。 8 CAN实时性分析 2.软件及控制器延时分析(非帧延时) 理论计算困难,通过测试确定。 时间的测量可通过主控器控制主板上的计数芯片来获取，精度为1微秒,测量过程考虑填充位的影响，测量样本容量是10000次，延时参数取均值。 8 CAN实时性分析 8 CAN实时性分析 表8.6 固定的报文在不同发送波特率条件下的延时 位速率bit/s 5K 20K 50K 100K 125K 250K 500K 1M 非帧延时（us） 1字节数据报文 200.3 55.3 46.9 37.7 34.4 33.5 32.7 32.1 4字节数据报文 200.5 57.4 53.4 57.9 57.0 53.1 52.9 52.3 8字节数据报文 201.0 105.2 87.3 87.0 80.3 80.2 79.5 79.2 从表8.6可以看到，对于发送同样的数据字节的报文，在发送位速率增加的情况下，其非帧延时数据的相对稳定性可以看出，发送速率对非帧延时的影响有限。 综合上述二表可以得知，CAN网络在中高速通信时，发送数据字节数是影响非帧延时的主要因素。 CAN控制网络用于过程控制中时，因为对实时性要求比较高，则其通信速率一般50Kbps，从而CAN网络的软件延时及控制器延时将在30