專利名稱：一種用于CAN-FlexRay網(wǎng)關(guān)的混合調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車CAN網(wǎng)絡(luò)與FlexRay網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)傳輸調(diào)度領(lǐng)域，具體為一種用 于CAN-FlexRay網(wǎng)關(guān)的混合調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)被越來越廣泛的應(yīng)用于汽車網(wǎng)絡(luò)。 但是，至今仍沒有一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)可以完全滿足未來汽車的有關(guān)成本和性能的所有要求。CAN 總線是當(dāng)前汽車網(wǎng)絡(luò)主流的協(xié)議，被廣泛應(yīng)用于汽車中所使用的電子控制系統(tǒng)中。FlexRay 總線是高速串行的汽車網(wǎng)絡(luò)，具有帶寬高、可靠性高、靈活、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)，可以很好地滿 足現(xiàn)代車載控制系統(tǒng)的強(qiáng)實(shí)時(shí)需求，可以運(yùn)用在汽車網(wǎng)絡(luò)中高可靠性和安全性部分。FlexRay高速總線作為新興的通信技術(shù)，其通訊的特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 (1)、帶寬方面=FlexRay帶寬不受協(xié)議機(jī)制的限制，每個(gè)信道的速度可達(dá)10Mbps，當(dāng)采
用雙通道冗余系統(tǒng)時(shí)，可達(dá)20Mbps的速率，遠(yuǎn)大于CAN總線的通信速率。(2)可靠性方面 FlexRay可采用單、雙通道兩種模式，并可實(shí)現(xiàn)混合配置。(3)、靈活性方面=FlexRay共有3 種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即總線型、星型和混合型。而每一種類型都有單通道和雙通道之分。在星 型結(jié)構(gòu)中，還存在聯(lián)級(jí)方式。物理層設(shè)備可選用電纜或光纜，同時(shí)其通訊數(shù)據(jù)包括靜態(tài)段和 動(dòng)態(tài)段兩種，F(xiàn)lexRay的幀ID是和時(shí)隙數(shù)對(duì)應(yīng)的，也表示了發(fā)送方地址。以上都是FlexRay 靈活的通訊機(jī)制的表現(xiàn)。(4)實(shí)時(shí)性方面=FlexRay靜態(tài)段嚴(yán)格采用基于時(shí)間觸發(fā)的總線訪 問方式，而動(dòng)態(tài)段可采用有限確定性的靈活時(shí)間觸發(fā)的總線訪問方式。FlexRay總線以大約 IOMbps的速率支持同步和異步數(shù)據(jù)傳輸，它確保數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸、容錯(cuò)和對(duì)信息的反應(yīng)時(shí)間， 并以雙通道模式提供冗余措施。可見FlexRay總線能滿足現(xiàn)代汽車網(wǎng)絡(luò)的性能需求，但是當(dāng)前，F(xiàn)lexRay總線成本 較高，在一定的時(shí)間里，F(xiàn)lexRay總線無法完全代替CAN總線。因此，對(duì)于汽車網(wǎng)絡(luò)，需要建 立CAN-FlexRay網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)CAN網(wǎng)絡(luò)與FlexRay網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通信，并同時(shí)能夠滿足系統(tǒng) 成本和網(wǎng)絡(luò)性能的雙重約束。CAN-FlexRay網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)CAN網(wǎng)絡(luò)和FlexRay網(wǎng)絡(luò)間的交互和共享，它連接的兩種不 同的協(xié)議，它們的有效載荷、數(shù)據(jù)率和對(duì)實(shí)時(shí)處理的需求都不一樣，網(wǎng)關(guān)必須能夠有效地處 理所有來自這些接口的進(jìn)出數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)汽車網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)時(shí)需要考慮許多的問題。CAN與FlexRay有著很大的區(qū)別，網(wǎng)關(guān)搭建的目的在于實(shí)現(xiàn)兩種不同總線間信息 的通信，CAN與FlexRay在幀的結(jié)構(gòu)與長(zhǎng)度有著明顯的不同，CAN節(jié)點(diǎn)以8位數(shù)據(jù)包傳輸信 息，而FlexRay節(jié)點(diǎn)最多可以傳輸2M個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。除了信息長(zhǎng)度的不同外，信息也有不 同的類型(硬實(shí)時(shí)性信息、軟實(shí)時(shí)性信息和非實(shí)時(shí)性信息)。由于FlexRay和CAN數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)度的不同，因此關(guān)鍵的問題就是每個(gè)FlexRay 信息中放多少個(gè)CAN信息以及延遲時(shí)間的問題，對(duì)于1 Mb/s的輸入CAN速率的系統(tǒng)數(shù)據(jù) 包進(jìn)入有l(wèi)OMb/s的FlexRay網(wǎng)絡(luò)，緩沖足夠的數(shù)據(jù)可能會(huì)導(dǎo)致CAN數(shù)據(jù)出現(xiàn)很大的延遲。 因此采用合適的數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換方法和數(shù)據(jù)調(diào)度方法對(duì)網(wǎng)關(guān)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，可以有效的提高系統(tǒng)的有效負(fù)載和降低數(shù)據(jù)在網(wǎng)關(guān)的延遲時(shí)間，同時(shí)可以保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳送實(shí)時(shí)性。采用合適的數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換方法和數(shù)據(jù)調(diào)度方法對(duì)網(wǎng)關(guān)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理成為 了網(wǎng)關(guān)的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于CAN-F1 exRay網(wǎng)關(guān)的混合調(diào)度方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì) CAN-FlexRay網(wǎng)關(guān)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)調(diào)度，降低數(shù)據(jù)在網(wǎng)關(guān)中的延時(shí)時(shí)間，保證數(shù)據(jù)傳送的實(shí)時(shí) 性要求。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為
一種用于CAN-FlexRay網(wǎng)關(guān)的混合調(diào)度方法，所述CAN-FlexRay網(wǎng)關(guān)中待發(fā)送的信 息分為非實(shí)時(shí)性隊(duì)列信息、軟實(shí)時(shí)性隊(duì)列信息、硬實(shí)時(shí)性隊(duì)列信息三種隊(duì)列信息，其特征在 于采用等差EDF調(diào)度算法和WRR調(diào)度算法混合對(duì)所述CAN-FlexRay網(wǎng)關(guān)中待發(fā)送的三種 隊(duì)列信息進(jìn)行優(yōu)先級(jí)設(shè)定，其中優(yōu)先級(jí)高的信息先通過所述CAN-FlexRay網(wǎng)關(guān)發(fā)送，優(yōu)先 級(jí)低的信息后通過所述CAN-FlexRay網(wǎng)關(guān)發(fā)送；
所述CAN-FlexRay網(wǎng)關(guān)中各隊(duì)列內(nèi)部采用等差EDF調(diào)度算法設(shè)定優(yōu)先級(jí)，所述等差EDF 調(diào)度算法，即時(shí)間軸進(jìn)行等差分配的EDF算法，根據(jù)隊(duì)內(nèi)信息距離截止期的時(shí)間長(zhǎng)短分配 信息的優(yōu)先級(jí)，距離截止期越近的信息優(yōu)先級(jí)設(shè)定越高；
所述CAN-FlexRay網(wǎng)關(guān)中三種隊(duì)列信息之間采用WRR調(diào)度算法設(shè)定優(yōu)先級(jí)，利用WRR 調(diào)度算法，計(jì)算非實(shí)時(shí)性隊(duì)列信息、軟實(shí)時(shí)性隊(duì)列信息、硬實(shí)時(shí)性隊(duì)列信息三種隊(duì)列信息分 別占總發(fā)送信息的比例，并分別設(shè)定各種隊(duì)列信息所述比例的上、下閾值；將各種隊(duì)列信息 的比例和其各自對(duì)應(yīng)的上、下閾值進(jìn)行比較，對(duì)于隊(duì)列信息的比例大于其上閾值情況的隊(duì) 列信息設(shè)定優(yōu)先級(jí)高，對(duì)于隊(duì)列信息的比例小于其下閾值情況的隊(duì)列信息設(shè)定優(yōu)先級(jí)低， 對(duì)于隊(duì)列信息的比例位于其上、下閾值之間情況的隊(duì)列信息設(shè)定優(yōu)先級(jí)中間；相同情況下 均按硬實(shí)時(shí)性隊(duì)列信息優(yōu)先級(jí)>軟實(shí)時(shí)性隊(duì)列信息優(yōu)先級(jí)>非實(shí)時(shí)性隊(duì)列信息設(shè)定優(yōu)先 級(jí)。所述的一種用于CAN-FlexRay網(wǎng)關(guān)的混合調(diào)度方法，其特征在于采用等差EDF調(diào) 度算法設(shè)定隊(duì)內(nèi)信息的優(yōu)先級(jí)時(shí)，隊(duì)內(nèi)信息的優(yōu)先級(jí)是隨時(shí)間變化的，具體過程為隊(duì)內(nèi)信 息首先根據(jù)距離截止時(shí)間的長(zhǎng)短決定優(yōu)先級(jí)，當(dāng)優(yōu)先級(jí)高的隊(duì)內(nèi)信息發(fā)送時(shí)，發(fā)送所述優(yōu) 先級(jí)高的信息的時(shí)候是不允許被打斷的，不發(fā)送隊(duì)內(nèi)信息時(shí)，隊(duì)內(nèi)信息的優(yōu)先級(jí)仍然根據(jù) 距截止時(shí)間長(zhǎng)短來動(dòng)態(tài)調(diào)整。CAN到FlexRay信息發(fā)送時(shí)的調(diào)度處理，信息是具有不同優(yōu)先級(jí)的。信息可以分為 三種不同的隊(duì)列，即非實(shí)時(shí)性隊(duì)列、軟實(shí)時(shí)性隊(duì)列和硬實(shí)時(shí)性隊(duì)列。隊(duì)內(nèi)為每個(gè)隊(duì)列自身的 內(nèi)部，隊(duì)間為兩種隊(duì)列之間。非實(shí)時(shí)性信息對(duì)發(fā)送時(shí)間要求不是很高，硬實(shí)時(shí)性信息對(duì)時(shí)間 的要求最高，軟實(shí)時(shí)性信息次之。所以發(fā)送時(shí)應(yīng)該對(duì)要發(fā)送的信息進(jìn)行列隊(duì)，不同的隊(duì)列有 著不同的優(yōu)先級(jí)，使用不同的方法來處理隊(duì)內(nèi)和隊(duì)間信息發(fā)送。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)為(1)隊(duì)內(nèi)使用等差分段EDF調(diào)度算法后，可調(diào)度的條件更容易實(shí) 現(xiàn)，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可調(diào)度性得到加強(qiáng)，并且更充分的利用了帶寬。(2)隊(duì)間采用WRR調(diào)度 算法，其中加入了多閾值用以判斷發(fā)送信息中各信息所占比例，一方面保證了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不多時(shí)總線的有效利用，從而防止了非實(shí)時(shí)性信息過度冗余；另一方面保證了在實(shí)時(shí)性信息多的時(shí)候可以把更多的實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)發(fā)送，從而保證可靠性。(3)通過兩種方法分別在隊(duì)內(nèi)和隊(duì)間的混合使用，可以大大的提高系統(tǒng)的可調(diào)度性，使得系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性得以保證，同時(shí)充分利用帶寬。


圖1是本發(fā)明中CAN數(shù)據(jù)幀格式轉(zhuǎn)換成的FlexRay數(shù)據(jù)幀格式示意圖。圖2是本發(fā)明中信息調(diào)度示意圖。圖3是本發(fā)明中等差EDF調(diào)度算法的時(shí)間軸分配。圖4是本發(fā)明中權(quán)值、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)比例及閾值分配示意圖。圖5是本發(fā)明中多閾值的WRR調(diào)度算法詳細(xì)步驟流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示。幀格式的轉(zhuǎn)換，采用多信息幀打包的方法。為了提高發(fā)送的效率，選取CAN發(fā)送隊(duì)列里面的前K個(gè)信息幀合并存儲(chǔ)在FlexRay幀有效數(shù)據(jù)部分，打包成FlexRay 數(shù)據(jù)幀的形式發(fā)送。CAN的信息幀包括CAN數(shù)據(jù)幀的仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)信息，最多不超過13個(gè)字節(jié)，F(xiàn)lexRay的有效數(shù)據(jù)最多為2M個(gè)字節(jié)，所以K的取值在1_19之間。如圖2所示。對(duì)于信息調(diào)度，本發(fā)明采用了多隊(duì)列混合調(diào)度方法。在隊(duì)列內(nèi)部采用等差EDF調(diào)度算法，隊(duì)列之間采用多閾值的WRR調(diào)度算法。如圖3所示。在隊(duì)列內(nèi)選擇采用等差EDF調(diào)度算法。即時(shí)間段不是按照平均分配，而是按照等差數(shù)列分段，不記第零段，即第一段時(shí)常Ul為
Aaia，第二段U2為2d……地h段為，但是每段時(shí)間內(nèi)部都包含有相同數(shù)目的時(shí)
間片，設(shè)q是一個(gè)變量，Ik假定1/ q必定是""個(gè)整數(shù)，每個(gè)片斷包含1/ q個(gè)最基本的時(shí)
間單元，另第一個(gè)基本時(shí)間單元為
權(quán)利要求
1.一種用于CAN-FlexRay網(wǎng)關(guān)的混合調(diào)度方法，所述CAN-FlexRay網(wǎng)關(guān)中待發(fā)送的信 息分為非實(shí)時(shí)性隊(duì)列信息、軟實(shí)時(shí)性隊(duì)列信息、硬實(shí)時(shí)性隊(duì)列信息三種隊(duì)列信息，其特征在 于采用等差EDF調(diào)度算法和WRR調(diào)度算法混合對(duì)所述CAN-FlexRay網(wǎng)關(guān)中待發(fā)送的三種 隊(duì)列信息進(jìn)行優(yōu)先級(jí)設(shè)定，其中優(yōu)先級(jí)高的信息先通過所述CAN-FlexRay網(wǎng)關(guān)發(fā)送，優(yōu)先 級(jí)低的信息后通過所述CAN-FlexRay網(wǎng)關(guān)發(fā)送；所述CAN-FlexRay網(wǎng)關(guān)中各隊(duì)列內(nèi)部采用等差EDF調(diào)度算法設(shè)定優(yōu)先級(jí)，所述等差EDF 調(diào)度算法，即時(shí)間軸進(jìn)行等差分配的EDF算法，根據(jù)隊(duì)內(nèi)信息距離截止期的時(shí)間長(zhǎng)短分配 信息的優(yōu)先級(jí)，距離截止期越近的信息優(yōu)先級(jí)設(shè)定越高；所述CAN-FlexRay網(wǎng)關(guān)中三種隊(duì)列信息之間采用WRR調(diào)度算法設(shè)定優(yōu)先級(jí)，利用WRR 調(diào)度算法，計(jì)算非實(shí)時(shí)性隊(duì)列信息、軟實(shí)時(shí)性隊(duì)列信息、硬實(shí)時(shí)性隊(duì)列信息三種隊(duì)列信息分 別占總發(fā)送信息的比例，并分別設(shè)定各種隊(duì)列信息所述比例的上、下閾值；將各種隊(duì)列信息 的比例和其各自對(duì)應(yīng)的上、下閾值進(jìn)行比較，對(duì)于隊(duì)列信息的比例大于其上閾值情況的隊(duì) 列信息設(shè)定優(yōu)先級(jí)高，對(duì)于隊(duì)列信息的比例小于其下閾值情況的隊(duì)列信息設(shè)定優(yōu)先級(jí)低， 對(duì)于隊(duì)列信息的比例位于其上、下閾值之間情況的隊(duì)列信息設(shè)定優(yōu)先級(jí)中間；相同情況下 均按硬實(shí)時(shí)性隊(duì)列信息優(yōu)先級(jí)>軟實(shí)時(shí)性隊(duì)列信息優(yōu)先級(jí)>非實(shí)時(shí)性隊(duì)列信息設(shè)定優(yōu)先 級(jí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于CAN-FlexRay網(wǎng)關(guān)的混合調(diào)度方法，其特征在于 采用等差EDF調(diào)度算法設(shè)定隊(duì)內(nèi)信息的優(yōu)先級(jí)時(shí)，隊(duì)內(nèi)信息的優(yōu)先級(jí)是隨時(shí)間變化的，具 體過程為隊(duì)內(nèi)信息首先根據(jù)距離截止時(shí)間的長(zhǎng)短決定優(yōu)先級(jí)，當(dāng)優(yōu)先級(jí)高的隊(duì)內(nèi)信息發(fā)送 時(shí)，發(fā)送所述優(yōu)先級(jí)高的信息的時(shí)候是不允許被打斷的，不發(fā)送隊(duì)內(nèi)信息時(shí)，隊(duì)內(nèi)信息的優(yōu) 先級(jí)仍然根據(jù)距截止時(shí)間長(zhǎng)短來動(dòng)態(tài)調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于CAN-FlexRay網(wǎng)關(guān)的混合調(diào)度方法，以等差EDF調(diào)度算法和多閾值的WRR調(diào)度算法為基礎(chǔ)，通過將兩種方法同時(shí)應(yīng)用到CAN-FlexRay網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)中來實(shí)現(xiàn)對(duì)緩沖區(qū)里數(shù)據(jù)的管理。等差EDF調(diào)度算法用于隊(duì)內(nèi)數(shù)據(jù)的調(diào)度，多閾值的WRR調(diào)度算法用于隊(duì)間數(shù)據(jù)的調(diào)度。通過將兩種調(diào)度算法混合使用可以有效地提高系統(tǒng)的可調(diào)度性以及實(shí)時(shí)性，保證帶寬的有效利用。
文檔編號(hào)H04L12/56GK102148762SQ20111010719
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者張利, 張建軍, 張本宏, 張純鵬, 楊錦, 王子涵, 王躍飛, 胡京津, 韓江洪 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)