[发明专利]一种应用于汽车网络的CAN-Ethernet网关时序分析策略

说明书

本发明涉及一种异构网络网关时序分析策略，特别是一种应用于汽车网络的CAN/Ethernet网关的多路复用策略。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。根据网关复用策略对CAN/Ethernet网关进行分析，这有助于实时系统建立CAN总线连入以太网骨干网络的汽车网络。

技术领域

本发明涉及一种异构网络网关时序分析策略，特别是一种应用于汽车网络的CAN/Ethernet网关的多路复用策略。

背景技术

控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)作为一种现场总线技术，由于其可靠性高、维护成本低等特点，广泛应用于汽车领域来实现汽车内部控制器、执行器和各检测设备间的数据通信。但随着线控以及多媒体等技术的发展，CAN总线技术已经无法满足带宽需求，因此以太网(Ethernet)凭借其实时性高、可扩展性强和通信数据量大在汽车应用中得到推广。

若将整个车载网络替换成以太网，需要完全替换原有传感器设备。由于低速总线(LIN，CAN)具有价格优势和传统兼容性,因此现在的技术主流是CAN总线、以太网总线等共存。CAN总线通信数据量小、可靠性高，而以太网通信数据量大、速度快，10M/100M的以太网目前已经非常成熟，所以将以太网作为信息传输的主干网，CAN总线接入以太网是工业控制网络的发展趋势。技术的关键是设计以太网和CAN总线间的网关装置，从而实现两个网络间的数据通信。

为了实现达到域间通信的目的，考虑两种方法，即一对一映射、多对一映射。虽然第一种方法可以直观地反映低延迟的特性，但具有极大的以太网协议开销，提高了负载。后一种方法具有很小的协议开销，但是，由于以太网帧仅在缓冲区满载时才会发送，所以具有较大的延迟。因此，必须寻找出介于两者之间的最佳解决方案。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种应用于汽车网络的CAN-Ethernet网关时序分析策略。本发明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，并给出其在实际汽车中的应用，这对于实时系统安全性能至关重要。

为了使分析问题易于处理，通过捕获最坏情况/最佳情况来抽象实际的事件函数：在半开时间窗[t,t+Δt)内，函数根据到达的事件数量确定回归的上下限。因此，只要是介于界限之内的都可被表示。假定一个时间序列由n个事件组成，利用最大/最小距离函数根据到达事件序列的首末时间间隔确定回归上下限。为了方便起见，利用和来构建事件流的最坏情况/最佳情况。一般情况下，由于它们的离散域，考虑δ函数更为方便。

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

本发明重点分析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。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。本发明就触发阶段的复用过程及解复用过程进行分析。

附图说明

图1为本发明的网关单向通信流示意图。

图2为本发明的系统拓扑结构图。