FlexRay網(wǎng)絡(luò)動態(tài)段時間參數(shù)優(yōu)化

劉紅軍　黃斌　孫旭輝

摘要：為了提高FlexRay總線動態(tài)段的帶寬利用率和通信實時眭，建立了動態(tài)消息調(diào)度模型，并提出了動態(tài)消息平均響應(yīng)時間概念，基于對動態(tài)消息響應(yīng)時問的分析，推導(dǎo)出了其定量計算公式，并給出了動態(tài)消息優(yōu)先級和時隙ID分配原則；在此基礎(chǔ)上，建立了以動態(tài)段長度最小為目標(biāo)，以動態(tài)消息實時性為約束的FlexRay動態(tài)段參數(shù)配置優(yōu)化模型，并給出了求解該模型的ARDS算法。最后采用CANoe軟件進(jìn)行仿真實驗，驗證本文所提方法的正確性和有效性。

關(guān)鍵詞：FlexRay；參數(shù)配置；響應(yīng)時間；時隙ID分配

引言

FlexRay總線與傳統(tǒng)CAN，總線相比，在傳輸效率、可靠性和靈活性方面具有較大的優(yōu)勢，能夠滿足未來車內(nèi)ECU（Electronic Control Unit）網(wǎng)絡(luò)的通信要求，已經(jīng)開始在汽車動力系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)、x-by-wire系統(tǒng)中應(yīng)用。這也使得FlexRay網(wǎng)絡(luò)通信的安全性和實時性成為了整車系統(tǒng)安全的關(guān)鍵問題之一。

FlexRay網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置對汽車控制系統(tǒng)的可靠性和安全性有至關(guān)重要的作用。目前，關(guān)于FlexRay網(wǎng)絡(luò)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計主要集中在提高帶寬利用率方面。文獻(xiàn)[1-2]分別建立了FlexRay總線網(wǎng)絡(luò)時間參數(shù)的優(yōu)化模型和信號封裝的整數(shù)線性規(guī)劃模型，通過數(shù)值計算的方法確定靜態(tài)段網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，提高了帶寬利用率；文獻(xiàn)[3—6]對基于最壞響應(yīng)時問的FlexRay網(wǎng)絡(luò)動態(tài)段時間參數(shù)優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行了研究，得到動態(tài)段帶寬利用率與動態(tài)消息實時性綜合條件下的最優(yōu)結(jié)果；文獻(xiàn)[7]考慮時隙復(fù)用的情況，提出更具一般性的動態(tài)消息響應(yīng)時間分析方法。在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)[8]采用動態(tài)規(guī)劃的優(yōu)化調(diào)度算法，最大限度的降低動態(tài)消息最壞響應(yīng)時間；文獻(xiàn)[9]提出的分支界定法確定靜態(tài)時隙分配方案，降低系統(tǒng)端到端的通信延時最優(yōu)；文獻(xiàn)[10-11]提出了基于優(yōu)先級的RQ動態(tài)段調(diào)度算法，用于減少延時和提高網(wǎng)絡(luò)利用率。但上述文獻(xiàn)均基于最壞響應(yīng)時間對動態(tài)段時間參數(shù)進(jìn)行設(shè)計過于保守，并且大多是在已知參數(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行的，對參數(shù)本身的設(shè)計考慮較少。

在上述研究基礎(chǔ)上，本文定義了FlexRay消息調(diào)度模型，給出了FlexRay動態(tài)消息平均響應(yīng)時間計算方法；以動態(tài)段長度最小為目標(biāo)，以動態(tài)段消息實時性為約束，建立了FlexRay網(wǎng)絡(luò)動態(tài)段參數(shù)設(shè)計優(yōu)化模型，給出該模型的求解ARDS（AverageResponse nf Dynamic Segment AlgorithmlI算法。本文的組織結(jié)構(gòu)如下。第一節(jié)FlexRay協(xié)議簡要描述。第二節(jié)介紹了FlexRay網(wǎng)絡(luò)動態(tài)消息調(diào)度模型、動態(tài)幀平均響應(yīng)時間計算公式推導(dǎo)和時隙ID與優(yōu)先級分配原則。第三節(jié)建立了基于時間約束的FlexRay網(wǎng)絡(luò)動態(tài)段參數(shù)設(shè)計優(yōu)化模型并給出ARDS求解算法；第四節(jié)給出實驗結(jié)果的分析。結(jié)論放在第五節(jié)。

1.FlexRay協(xié)議

1.1FlexRay總線通信周期

FlexRay總線以通信周期循環(huán)的方式傳輸消息。一個通信周期包括靜態(tài)段（ss，StaticSegment）、動態(tài)段fDs，Dynamic Segment）、符號窗口（sw，Symbol Window）和網(wǎng)絡(luò)空閑時間（NIT，Network Idle Time）四個部分，如圖1所示：