[发明专利]一种应用于汽车网络的CAN-Ethernet网关时序分析策略

权利要求书

1.一种应用于汽车网络的CAN-Ethernet网关时序分析策略，其特征在于：本发明将CAN总线与以太网总线间双向通信简化为单向通信，通过形式化的分析方法推导复杂复用策略的端到端时延上限，捕获跨多个总线、网关和交换机的复杂域间信号路径。并针对网关上不同多路复用策略对端到端延迟的影响，具体涉及缓冲、映射以及触发三个方面。主要对触发类型的多路复用过程及多路解复用过程进行分析。

2.根据权利要求1所述的一种应用于汽车网络的CAN-Ethernet网关时序分析策略，其特征在于：所述的CAN总线与以太网总线间双向通信简化为单向通信，入口网关从一个或多个CAN总线接收CAN帧，并将这些帧打包成一个或多个以太网帧，此过程被称为多路复用。出口网关接收以太网帧并解压缩所包含的CAN帧，以将其传输到目标CAN总线，此过程被称为多路解复用。TX任务具有最高的优先级，RX任务的优先级与其在TX任务下的RX任务的CAN标识符相关，标识符越大，优先级越低。除了RX和TX任务之外，将来自多个RX任务的事件流合并连接到单个TX任务。当多个CAN帧在打包过程中被复用到一个以太网帧时。当以太网打包成帧过程中，第一个CAN帧必须等待最后一个帧打包到以太网帧中，就会出现采样延迟。出口网关的任务图与入口网关的任务图基本上相反。它包含输入以太网帧的每个RX任务和输出CAN帧的每个TX任务。RX任务具有最高优先级，并且TX任务的优先级与其CAN标识符同样相关。为了从RX任务中分配出CAN帧，通常包含多个CAN帧，对于TX任务，需要数据流分支。出口网关没有采样延迟。

3.根据权利要求2所述的一种应用于汽车网络的CAN-Ethernet网关时序分析策略，其特征在于：所述的传输任务τ_i的执行分为以下几个步骤：启动，运行，结束/传播。启动后，任务处于待执行可调度状态。根据调度策略和资源类型的不同，该任务可能会被运行在同一资源上的其他任务打断。任务的每次调用都会给资源赋予执行时间阈值，分别由最差情况和最佳情况执行时间限定。以期望的预测值对系统进行初始化，这些预测值在分析过程中进行迭代更新，如果系统保持稳定，就会停止迭代，并找到一个系统固定点。然后，将路径上产生的最佳/最差情况响应时间相加。可得到端到端路径延迟

Path(i)是路径i上所有任务的集合。假定在的时间间隔内产生q个事件。这将导致系统资源显示最坏的情况，比如最坏的响应时间公式(1)的含q个事件中最后一个会在每个资源上遇到最差的情况，前的q-1个事件必须已经到达。

路径上的端到端延迟可以通过任务响应次数来计算。然而，因为输入事件不会立即触发输出事件，多路复用会导致非触发帧的额外延迟，这种延时成为采样延迟。因此，在多路复用情况中，将采样延迟的分析方法添加到非触发帧的端到端延迟中，由相应多路复用的两个输出事件之间的最大距离可得：

4.根据权利要求3所述的一种应用于汽车网络的CAN-Ethernet网关时序分析策略，其特征在于：所述的不同多路复用策略对端到端延迟的影响，具体涉及缓冲、映射以及触发三个方面。在入口网关处缓冲来收集传入的CAN帧。一旦满足某个条件，缓冲区的内容就会以以太网帧的形式发送(触发)。如果使用多个缓冲区，则通过映射函数决定哪个缓冲区转发CAN帧。

缓冲分别分析有损缓冲和无损缓冲两种情况。有损缓冲情况是每一个CAN帧指定到缓冲区的固定位置，数据更新覆盖缓冲区，或是更换部分缓冲区空间。而无损缓冲情况是缓冲区中的数据按顺序排队。

CAN帧可以静态或动态地映射到缓冲区。在静态映射中，将一个CAN标识符分配给对应缓冲区中，以便于带有该标识符的CAN帧都存储在同一个缓冲区。在动态映射中，分配不是预定义的，CAN帧不会静态映射到固定缓冲区，网关在工作时决定哪个缓冲区最适合传入的CAN帧。在本发明中只考虑静态映射。

以太网帧的触发方式可以分为时间触发及触发帧触发两种方式：

1.事件触发：在无损缓冲情况下，一旦队列缓冲区满载就会传输以太网帧。

2.触发帧触发：传入的CAN帧具有特定的标识符，可以立即触发。