[发明专利]一种基于时间碎片最小化的汽车FlexRay总线设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽车通信技术领域，尤其涉及一种基于时间碎片最小化的汽车FlexRay总线设计方法。

背景技术

随着汽车电子技术的不断发展和汽车系统的集成化，人们可以不需要传统的机械机构传递控制信号，而是通过电子手段来驾驶汽车，线控技术将成为汽车电子的新方向。FlexRay总线具有带宽高、可靠性高、实时性强、具备容错能力等特点，可以很好地满足线控技术的需求。为保证FlexRay总线正常通信，需要配置大约70多个参数。这些参数对网络带宽利用率、消息传输实时性等有着重大影响，配置过程复杂，迫切需要建立系统化方法来完成该工作。

为解决这一问题，Traian Pop等人对FlexRay总线静态段和动态段的消息传输进行时间分析，而李佳等对FlexRay网络中消息的通信实时性进行评估，以期能够预测消息在FlexRay总线上的通信时间；Inseok Park等从网络带宽资源利用最大化的角度，对FlexRay网络静态段的长度进行优化设计，以期通过对FlexRay网络静态段参数的优化配置提高网络的性能；Klaus Schmidt等先从提高带宽利用率的角度将信号进行封装成消息，然后对消息进行ID分配，以期通过对FlexRay静态段消息优化调度而获得最优的消息ID分配策略。上述研究工作虽然在FlexRay网络静态段的参数设计和消息的优化调度等方面取得了很多成效，但以提高带宽利用率为目的将消息拆分在多个帧发送时极可能出现一个完整信号被拆分到多个帧发送的情况，在消息ID分配时也很少考虑一个ID可以分配给多个消息的情况。因此，现有研究中提出的设计方法较为单一，缺乏对网络带宽利用率、消息传输实时性等因素的综合考虑，无法满足实际汽车FlexRay总线系统的设计需要。

针对上述不足，本发明提出基于时间碎片最小化的FlexRay总线设计方法，给出了消息超周期内网络时间碎片计算方法，建立了FlexRay参数优化配置模型建立及求解算法。本方法不仅能够确保所设计FlexRay网络中消息传输的实时性，而且能够提高网络的有效利用率，具有超出现有技术的诸多优点。

发明内容

本发明是为适应整车控制系统运行时可靠性和安全性的需求，提出一种基于时间碎片最小化的汽车FlexRay总线设计方法，其目的是从超周期时间碎片概念出发，研究FlexRay网络中用于消息ID分配和网络参数配置的优化模型及其求解算法，进而确保所设计Flexray网络系统具有高带宽利用率和良好时间性能。

本发明为实现以上目的，采用的技术方案为：

定义网络时间碎片概念，以消息时间参数为输入，利用FlexRay MAC和编解码机制，建立消息超周期内FlexRay静态段时间碎片计算方法；将节点内消息分组，同组消息使用相同帧ID，推导出该模式下消息最坏响应时间计算方法；在此基础上，以静态段时间碎片最小为目标，以消息最坏响应时间为约束，建立用于消息分组和FlexRay参数优化配置模型及其求解算法，进而可实现FlexRay消息ID分配、静态时隙长度及数目设计。具体内容如下：

步骤(1)、超周期内FlexRay静态段时间碎片计算方法。定义超周期SP为所有消息发送周期的最小公倍数，其量纲与FlexRay通信周期、消息发送周期一致；定义FlexRay静态段时间碎片为FlexRay协议附加载荷部分和静态时隙中未利用两部分之和;

设FlexRay通信周期长度为T_c，静态时隙的长度为T_sts，静态时隙的数目为N_sts，超周期长度SP数值等于所有消息发送周期的最小公倍数，超周期长度SP单位与消息发送周期单位一致；静态段时间长度T_ST计算公式如下：

设有N个节点，第n个节点即节点n上消息数量为f_n，其中1≤n≤N，表示第n个节点上的第i条消息，为消息数据位长度，为消息发送周期，为消息截止期，τ_bit为传输一比特数据所需时间，T_RT为实际数据传输时间。由关系得，