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CAN总线通信与应用实验的研究

作　者: 王华卫
导　师: 佟为明
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: CAN总线可调度性分析方法优先级分配算法通信和应用实验
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

网络化分布式控制是现代工业自动化领域的发展趋势，一些重要场合对控制网络的实时性要求越来越高。CAN总线作为一种具有独特技术优势并具有广泛应用前景的现场总线，对其实时性的分析和设计尤为重要。本文主要研究CAN总线的可调度性分析方法和优先级分配算法，开发一种CAN总线通信与应用实验系统，设计具体实验项目用于揭示以上方法/算法的原理。在分析CAN总线技术协议的基础上，研究CAN总线的可调度性分析问题。建立CAN总线的可调度性模型，分析经典的可调度性分析方法，研究其适用范围。研究基于忙周期概念的可调度性分析方法，以弥补经典可调度性分析方法不足。针对CAN总线的优先级分配问题，研究两类优先级分配算法。第一类是最优的优先级分配算法，包括DM优先级分配算法和任意截止期的优先级分配算法。第二类是鲁棒性优先级分配算法，包括容许最大错误数的优先级分配算法、容许最长延迟的优先级分配算法和截止期限失败概率最小的优先级分配算法。设计CAN总线通信和应用实验的总体方案，制定实验目标，规划具体的实验项目，用于揭示经典可调度性分析方法、DM优先级分配算法、鲁棒性优先级分配算法的原理，并给出相关实验项目的具体实现方法。开发一种CAN总线通信与应用实验系统，为所规划实验项目的实现提供硬件平台，并给出该系统主要硬件电路及核心软件程序的设计过程。所开发的CAN总线通信与应用实验系统可以帮助用户深入理解CAN总线实时性分析及设计方法。本课题的研究工作对CAN总线理论研究范围拓展及CAN总线在我国的应用推广具有一定的促进意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-13
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
    1.2.1 CAN 总线国外研究现状  10-11
    1.2.2 CAN 总线国内研究现状  11-12
    1.2.3 CAN 总线实验研究现状  12
  1.3 课题的主要研究内容  12-13
第2章 CAN 总线技术协议及其可调度性分析方法  13-25
  2.1 引言  13
  2.2 CAN 总线协议分析  13-16
    2.2.1 CAN 总线的协议层  13
    2.2.2 CAN 总线的物理层  13-14
    2.2.3 CAN 总线的数据链路层  14-16
    2.2.4 CAN 总线的可选应用层  16
  2.3 CAN 总线可调度性分析方法  16-24
    2.3.1 CAN 总线调度模型  16-17
    2.3.2 经典的 CAN 总线 WCRT 分析  17-21
    2.3.3 任意截止期限的 WCRT 分析  21-23
    2.3.4 CAN 总线的故障模型  23-24
  2.4 本章小结  24-25
第3章 CAN 总线优先级分配算法  25-35
  3.1 引言  25
  3.2 D-JMPO 算法  25-27
    3.2.1 算法的最优性  25-27
    3.2.2 D-JMPO 算法适用于 CAN 总线的条件  27
  3.3 任意截止期限下的最优算法  27-28
  3.4 鲁棒性优先级分配算法  28-34
    3.4.1 可容许的错误数最大化  30-32
    3.4.2 可容许的延时最大化  32
    3.4.3 截止期失败的概率最小化  32-34
  3.5 本章小结  34-35
第4章 CAN 总线通信与应用实验规划  35-46
  4.1 引言  35
  4.2 CAN 总线实验规划  35-36
    4.2.1 CAN 总线实验目标  35-36
    4.2.2 CAN 总线实验项目规划  36
  4.3 CAN 总线关键实验项目设计  36-43
    4.3.1 CAN 总线位错误产生与检测实验  36-37
    4.3.2 实际响应时间和最坏响应时间的比较实验  37-38
    4.3.3 最坏响应时间的检测实验  38
    4.3.4 验证经典可调度性分析方法适用条件的实验  38-39
    4.3.5 DM 优先级分配算法对 CAN 总线适用条件的验证实验  39-40
    4.3.6 能容许最多错误的鲁棒性优先级分配算法实验  40-41
    4.3.7 能容许最大延时的鲁棒性优先级分配算法实验  41
    4.3.8 截止期限失败概率最小化的鲁棒性优先级分配算法实验  41-42
    4.3.9 综合性设计实验  42-43
  4.4 CAN 总线通信与应用实验系统总体设计  43-45
    4.4.1 系统总体硬件结构  43-44
    4.4.2 系统总体软件架构  44-45
  4.5 本章小结  45-46
第5章 CAN 总线通信与应用实验的实现及验证  46-64
  5.1 引言  46
  5.2 CAN 总线实验系统硬件设计  46-51
    5.2.1 通信接口电路  46
    5.2.2 人机交互电路  46-47
    5.2.3 应用实验模拟电路  47-51
  5.3 CAN 总线实验系统软件设计  51-57
    5.3.1 CAN 总线基本通信程序  51-52
    5.3.2 报文参数配置程序  52-53
    5.3.3 报文实际响应时间检测程序  53-55
    5.3.4 位错误产生程序  55-57
  5.4 实验验证  57-63
    5.4.1 DM 优先级算法适用于 CAN 总线条件的实验验证  57-60
    5.4.2 鲁棒性优先级分配算法可容许最大错误数的实验验证  60-62
    5.4.3 综合设计实验验证  62-63
  5.5 本章小结  63-64
结论  64-65
参考文献  65-69
致谢  69

CAN总线通信与应用实验的研究

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