本發(fā)明涉及一種面向CAN總線的非破壞式動態(tài)優(yōu)化調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

CAN是德國Bosch公司在1985年時為了解決汽車上眾多測試儀器與控制單元之間的數(shù)據(jù)傳輸而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信總線，已廣泛應(yīng)用于汽車、工業(yè)、樓宇自動化等分布式實時控制領(lǐng)域。CAN網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中靜態(tài)調(diào)度算法非常適合于確定性硬實時系統(tǒng)中的消息調(diào)度，但是靜態(tài)調(diào)度算法只適用于系統(tǒng)時間特性固定不變的系統(tǒng)，不能靈活適應(yīng)系統(tǒng)的變化，難以充分利用系統(tǒng)資源。

目前針對CAN總線的動態(tài)調(diào)度優(yōu)化已有研究，管長焦等發(fā)表的論文“柔性時間觸發(fā)CAN總線信息動態(tài)調(diào)度研究”、劉超等發(fā)表論文“基于等幅變頻晉升CAN總線動態(tài)調(diào)度算法的研究”、楊捷等發(fā)表論文“CAN總線中非周期信息的隨機動態(tài)優(yōu)先級調(diào)度”等等，但以上幾種調(diào)度策略在算法復(fù)雜度、網(wǎng)絡(luò)資源開銷等方面存在缺陷。本發(fā)明提出一種新的CAN總線的非破壞式動態(tài)優(yōu)化調(diào)度方法，解決靜態(tài)調(diào)度算法的通信效率和網(wǎng)絡(luò)利用率低的問題，保證消息的實時性和可靠性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明提供一種面向CAN總線的非破壞式動態(tài)優(yōu)化調(diào)度方法。CAN總線數(shù)據(jù)幀由7個不同的位場組成，其中仲裁場由標識符和RTR位構(gòu)成，仲裁場的標識符既用于總線優(yōu)先級，也用于標識不同節(jié)點的不同類型數(shù)據(jù)。CAN的優(yōu)先權(quán)編碼被放置在標志符內(nèi),RTR位用于區(qū)分是遠程幀還是數(shù)據(jù)幀。本發(fā)明動態(tài)優(yōu)化調(diào)度算法即對標識符進行動態(tài)編碼，實現(xiàn)優(yōu)先級的動態(tài)更新，提升通信效率和網(wǎng)絡(luò)利用率。

本發(fā)明一種面向CAN總線的非破壞式動態(tài)優(yōu)化調(diào)度方法，將仲裁場的標識符部分動態(tài)優(yōu)化，標識符由三段組成，即任務(wù)段、競爭段、輔助段，各段長度根據(jù)系統(tǒng)確定；任務(wù)段是區(qū)分傳輸緊急程度，優(yōu)先級別最高，競爭段是用來區(qū)分信號的截止期，截止期越短，級別越高，輔助段是消息出現(xiàn)的次序，消息出現(xiàn)的次序越早，優(yōu)先級越高；所述動態(tài)優(yōu)化調(diào)度方法特征在于，其包括如下步驟：

1)由消息優(yōu)先級制定標識符各段編碼，根據(jù)消息實時性要求高低，任務(wù)段確定數(shù)據(jù)傳輸實時性，實時性高的消息優(yōu)先級高；

2)節(jié)點單元發(fā)送任務(wù)段優(yōu)先級高的消息，相同任務(wù)段的信息，進一步比較競爭段，競爭段編碼采用函數(shù)f(m)＝2^l-m，其中參數(shù)l,m分別是競爭段位數(shù)、截止期編碼；

3)節(jié)點單元發(fā)送競爭段優(yōu)先級高的消息，對于相同競爭段的消息，進一步比較輔助段，輔助段是消息出現(xiàn)的次序，消息出現(xiàn)的次序越早，優(yōu)先級越高，按照信息出現(xiàn)的先后次序依次編號；

4)返回步驟1)，直到節(jié)點單元消息處理完成。

優(yōu)選的，上述動態(tài)優(yōu)化調(diào)度方法中步驟2)的截止期編碼包括如下步驟：

a、取所有消息絕對截止期J₁,J₂,J₃,…,J_p的最大值J_max；

b、將[0,J_max]的范圍劃為k個等長的區(qū)間，即[0,J_max/k]，(J_max/k,2J_max/k]，(2J_max/k,3J_max/k]，…，((k-1)·J_max/k,J_max]；

c、取上述k個等長的區(qū)間的中點，得到新的k個的區(qū)間，即[0,J_max/(2k)]，(J_max/(2k),3J_max/(2k)]，(3J_max/(2k),5J_max/(2k)]，…，((2k-3)·J_max/(2k),J_max]；

d、將得到新的k個的區(qū)間進行編碼，分別對應(yīng)[1,2,3,…,k]的編碼；

e、將消息絕對截止期對應(yīng)在新的區(qū)間上的編碼，作為競爭段編碼函數(shù)中的截止期編碼。

采用上述優(yōu)化調(diào)度方法，標識符由三段組成，即任務(wù)段、競爭段、輔助段，各段長度根據(jù)實際系統(tǒng)確定，而且標識符長度使用長度也可以靈活確定，為系統(tǒng)的擴展帶來方便。三段的編碼方式，既能處理緊急任務(wù)，也能防止信息的“死鎖”。整個動態(tài)優(yōu)化是基于消息的絕對截止期，截止期越小，優(yōu)先級越高，截止期取兩次中心點作為分界點的方法有利于減少編碼誤差，提高競爭段編碼準確性。本發(fā)明所提出的動態(tài)優(yōu)化算法簡便，易實現(xiàn)，同時增加系統(tǒng)了的靈活性，使系統(tǒng)更加的可靠。

附圖說明

圖1為本發(fā)明面向CAN總線的非破壞式動態(tài)優(yōu)化調(diào)度方法實施例的流程圖。

圖2為本發(fā)明節(jié)點單元的優(yōu)先級編碼圖。

圖3為本發(fā)明實施例節(jié)點單元的優(yōu)先級編碼圖。

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地實施。

如圖1所示，本發(fā)明面向CAN總線的非破壞式動態(tài)優(yōu)化調(diào)度方法，通過任務(wù)段、競爭段、輔助段的方式對CAN總線仲裁場的標識符編碼，任務(wù)段、競爭段、輔助段的位數(shù)可以根據(jù)具體系統(tǒng)確定。在發(fā)送消息時，通過三段來比較優(yōu)先級，任務(wù)段優(yōu)先級>競爭段優(yōu)先級>輔助段優(yōu)先級，對于任務(wù)段優(yōu)先級相同的消息，比較競爭段優(yōu)先級，對于競爭段優(yōu)先級相同的消息，比較輔助段優(yōu)先級。圖2為本發(fā)明節(jié)點單元的優(yōu)先級編碼圖，本發(fā)明的實施步驟為：

1)由消息優(yōu)先級制定標識符各段編碼，根據(jù)消息實時性要求高低，任務(wù)段確定數(shù)據(jù)傳輸實時性，實時性高的消息優(yōu)先級高；

2)節(jié)點單元發(fā)送任務(wù)段優(yōu)先級高的消息，相同任務(wù)段的信息，進一步比較競爭段，競爭段編碼采用函數(shù)f(m)＝2^l-m，其中參數(shù)l,m分別是競爭段位數(shù)、截止期編碼；

3)節(jié)點單元發(fā)送競爭段優(yōu)先級高的消息，對于相同競爭段的消息，進一步比較輔助段，輔助段是消息出現(xiàn)的次序，消息出現(xiàn)的次序越早，優(yōu)先級越高，按照信息出現(xiàn)的先后次序依次編號；

4)返回步驟1)，直到節(jié)點單元消息處理完成。

上述動態(tài)優(yōu)化調(diào)度方法中步驟2)的截止期編碼包括如下步驟：

a、取所有消息絕對截止期J₁,J₂,J₃,…,J_p的最大值J_max；

b、將[0,J_max]的范圍劃為k個等長的區(qū)間，即[0,J_max/k]，(J_max/k,2J_max/k]，(2J_max/k,3J_max/k]，…，((k-1)·J_max/k,J_max]；

c、取上述k個等長的區(qū)間的中點，得到新的k個的區(qū)間，即[0,J_max/(2k)]，(J_max/(2k),3J_max/(2k)]，(3J_max/(2k),5J_max/(2k)]，…，((2k-3)·J_max/(2k),J_max]；

d、將得到新的k個的區(qū)間進行編碼，分別對應(yīng)[1,2,3,…,k]的編碼；

e、將消息絕對截止期對應(yīng)在新的區(qū)間上的編碼，作為競爭段編碼函數(shù)中的截止期編碼。

為了進一步理解上述優(yōu)先級的優(yōu)化調(diào)度方法，下面根據(jù)一具體實施例做進一步的描述。如圖3所示，假設(shè)消息節(jié)點的仲裁場的標識符的任務(wù)段、競爭段、輔助段位數(shù)分別為2位、5位、4位，即對應(yīng)圖2中A₁A₀、B₄B₃B₂B₁B₀、C₃C₂C₁C₀。任務(wù)段的2位可表示00、01、10、11，分別對應(yīng)任務(wù)段四級逐次遞增優(yōu)先級，對于需緊急的消息優(yōu)先級置高。假定某消息的優(yōu)先級次高，其任務(wù)段即為10。

對于任務(wù)段相同的優(yōu)先級，比較競爭段。取競爭段位數(shù)l＝5，消息的截止期0.4ms，截止期編碼包括如下：

a、取所有消息絕對截止期的最大值J_max＝5ms；

b、將[0,5]的范圍劃為k＝10個等長的區(qū)間，即[0,0.5]，(0.5,1]，(1,1.5]，…，(4.5,5]；

c、取上述k＝10個等長的區(qū)間的中點，得到新的10個的區(qū)間，即[0,0.25]，(0.25,0.75]，(0.75,1.25]，…，(4.75,5]；

d、截止期0.4ms的消息對應(yīng)在(0.25,0.75]將范圍內(nèi)，即第2個區(qū)間；

e、競爭段編碼采用函數(shù)f(m)＝2^l-m＝2⁵-2＝30，對應(yīng)編碼11110。編碼越大，對應(yīng)的競爭段優(yōu)先級越高。

如果任務(wù)段、競爭段相同的消息，將比較輔助段，輔助段是消息出現(xiàn)的次序，消息出現(xiàn)的次序越早，優(yōu)先級越高，按照信息出現(xiàn)的先后次序依次編號，即0000、0001、0010、…輔助段的編號越小，優(yōu)先級越高，直到節(jié)點單元任消息處理完成。假設(shè)消息出現(xiàn)次序為2，則輔助段編碼為0001，由上述任務(wù)段、競爭段、輔助段組合得到該消息的標識符為10111100001。如果該消息第一次未發(fā)送，在第二次編碼時，只需要將截止期重新編碼即可，以此類推。在輔助段出現(xiàn)溢出時，給出警告提示，并將所有消息做整體移動，將最小的出現(xiàn)次序編號變?yōu)?000，其它的消息也整體前移，保證不丟失消息。

綜上所述，采用上述優(yōu)先級動態(tài)調(diào)度優(yōu)化方法可使各節(jié)點單元根據(jù)不同的優(yōu)先級處理消息，這樣可避免出現(xiàn)總線系統(tǒng)出現(xiàn)死循環(huán)，保證總線系統(tǒng)的通訊資源得到充分利用，同時考慮了節(jié)點消息的數(shù)據(jù)傳輸緊急程度，以及依據(jù)絕對截止期動態(tài)提升優(yōu)先級，增加了系統(tǒng)的靈活性，合理分配占用總線時間，提升了系統(tǒng)的實時性能，使系統(tǒng)更加的可靠。本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。