2009年3月 农业机械学报 第40卷第3期
LIN总线的动态调度算法设计与应用*
张新丰 杨殿阁 陆 良 薛 雯 连小珉
(清点};大学汽车安全譬带能国家重点实验塞,北京100084)
i摘要】掇出了一种用予设计LIN网络消惠时序的动态调度算法。针对LIN网络主从式的通信模式,提出
了逆向负载率和正向负载率,用予分析系统的可调度性.然后基于慕举时间片和系统缀阵,将正向消息作为事件型
消息,将逆向消息作为周期型消息进行动态调度。该算法使得在逆向负载率较小的情况下,正向转发消息的时效
性大大提高;阙关设计更加灵活,驻适应不同的蠢觏消息到达率,农旋震CAN/LIN滋会隈络传输时,网美将具有更
魏囊好戆实嚣孛镶穗逶蘑往。怼该方法送行了验诿,井黧震该方法浚谤了4令LIN鬻终。
关键词:率辆车载LIN总线动态调度负载率系统矩降
中囝分类号:U463.61;TP336文献标识码:A
DynamicSchedulingAlgorithmforLocalInterconnectNetwork
andItsApplication
ZhangXinfengYangDiangeLuLiangXueWenLianXiaomin
(StateKeyLaboratory醪AutomotiveSafetyandEnergy,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China>
Abstract
AdynamicschedulingalgorithmforLINmessageschedulingwasproposed.Positivedirectionbus
loadandreversedirectionbusloadwerepresentedforanalysisthebusschedulability.Thepositive
messagehasbeentreatedassporadiconeswhilereversedtheperiodicones。SystemmatrixwasusedtO
schedulethemessagesbasedontimeslice.Thegoodrealtimecharacteristicsofthealgorithmwere
achievedandthemasternodeofthealgorithmbecamemoreflexible.Experimenthasbeencarriedout
andfourrealnetworksweredesignedbyusingthealgorithm.
KeywordsVehide,LINbus,Dynamicschedulingalgorithm,Busload,Systemmatrix
引言
LIN是1999年由欧渊汽车制造商推出的溺于
汽车分布式电控系统的一种窜行通信标准,主要雳
予智能传感器和执行器的串行通信。目前,LIN网
络已经被世界上的大多数汽车公阋以及零配件厂商
所接受uj。LIN网络通常与CAN网络组成混合遥
壤阌络焉予汽霉分布式系统设计,国内也有及褰
CAN『/LIN总线应用的研究砼J。
本文借鉴时间触发CAN总线(TTCAN)的蔡嫂
调度思想【3】,提出一种动态的LIN网络调度算法。
1静态调度方法分析
LIN总线以主获的方式王俸。主带煮在菜一时
刻首凳发送帧头,然后所有的节点(包括主节点)根
据帧头巾的ID和
的规定,发送相应的数据应
答,如图l所示,因此LIN总线上消息发送的时刻
完全出童节点控制。
LIN漓惠筑i在总线上传播的时闷鑫3部分组
成:帧头、响应间隔和响应。消息的传播时间为【4]
Ci=1.4X[34rbit+10(N十1)rbh](1)
其中如i。是给定波特攀下每一位传输需要的时间,
牧辚疆期:2008“03一04蘩圈莓蠲:2008一04一lO
*北京市科委资助项目(0415023057)
作者简介:张新率。博士生,主要从事汽率电子与电器系统研究,E-mail:Zhangxinfen999@mails.tsinghua.edu.cII
万方数据
农受援攘学摄 2009经
0 o o
主节点10卜二薇一j·⋯一i;ij■r⋯·—:面页气⋯_一-·-
, ⋯ ‘
从节点1 一⋯J-响应}⋯一√郴⋯_⋯_⋯一一_·-f⋯~
i ⋯⋯⋯⋯一▲《l壅_⋯-/-⋯。一--。获节煮露一⋯⋯一一⋯⋯⋯-⋯≮晌疲-一.·-
嘲1 LIN总线的消息传输机制
Fig.1MessagetransmitmechanismofLIN
N是消勘i的数据帧长度。不月波特率下传播时
闻如
l所承。
表1不问波特率下LIN消息的传播时间
Tab.1Transmittimeunderdifferentbaudratesms
LIN总线往往在主节燕傺存一张静态调度表,
安排总线的访问,这种确定的访问机割没有CAN
总线那种由仲裁机制带来的不确定性,但也有其不
足之处:①当主节点有事件型消息到达需要转发,但
由于调度表觞安摊,仍需要簿待到固定的时闽进行
发送。②使膈静态LIN调度表酶方法不适疲外部
网络环境的变化,尤其是作为CAN/LIN网关,需要
转发的CAN消息到达率发生变化时,消息可能丢
失。
2动态调度算法
2.1逆向传送和正向传送
消息由主节点(如CAN/LIN网关)发送到LIN
扶节点称势逆起发送,毒LIN从节点发送裂主节熹
称为逆向发送。正向发送的消息,可簏来自于外部
网络,也可能产生于主节点本身。
设某一个LIN网络中,记所有从节点输出的消
息褛为{bl,b2,⋯,‰},并按周期型信息处理,相应
的周期记终≯l,?2,⋯,Z。,主节点输毒的溃意记
为}a1,a2,⋯,a。},并认为都是事件型消息(如果是
来自其他网络的周期型消息,那么消息的到达就是
该消息产生的时刻,也可看成是事件型的消息),设
消惠酶裂达强度隽孟l,孟2,⋯,交。。定义LIN隧络的
正向负载率』D。和逆向负载率邝为
ID。=1.4×{∑[34+IO(Nf+1)㈦rbi。×100%
{ ,i二1 ,
l舢=l舭{∑[34+IO(Nj+1)]/Lt"bit×100%
J=l
(2)
式(2)中,Ni为正向消息n;的数据长度,N,为
逆向消息6,的数据长度。根据可调度条件,正向和
逆向负载率之和必须小于100%,即
P。+pb≤100% (3)
否剿毛lN曛终无法工律。
2.2系统调度矩阵
首先将时间分为基本时间片。长度为T。,一个
消息的收发可在一个基本时间片内完成,也可在蓉
于连续爵闻片悫完成,?。尽量是餍麓型瀵息最小羼
期的整数分之一。渤态调度系统矩阵是系统通信的
大循环,其构成如图2所示。
溅本循环
斓期瓦
蒸本疆嚣
周期瓦
基本循环
周期%
基本循环
髑期瓦
b基本考闷片|基本对闯片卜.匿受垂圃
_基本时间片I基本时间片卜·匿甄臣圃
L·· ⋯—’
_基本时阐埒l基本时|'H】片|...匿亘垂叠委习一
系
统
矩
薄
循
环
周
期
%
图2 LIN溺终动态调度系绫矩薄
Fig.2LINsystemmatrix
系统矩阵由若干基本循环周期组成,其长度为
丁B,德个基本循环周期包含相同数量的基本时间
靖。在系统矩阵申套2麓时闻片:占遐时闻片和空
闲时间片。占用时间片用于安摊周期型信息的发
送,即逆向发送的消息;空闲时间片安排事件型消
息,即正向发送。取系统矩阵循环周期TM为逆向
瀵息瘸期的最小公倍数(LCM)
TM=LCM(TI,Tz,⋯,L)(霹)
而基本循环周期丁B则要使得与大多数逆向转
发消息的周期一致,或者是周期型消息的最大公约
数(GCD)
TB=GCD(Tl,T2,⋯,L)《5)
2。3动态调度算法过程
(1)根据系统矩阵的设计方法,得到基本时间片
时长?。、基本循环周期时长丁B和系统矩阵周期时
长筝醛,并始调度翦,系统矩阵中骈有基本时阗片均
为空闲时间片,一照有消息占用则成为占用时闻片。
(2)在TM时间内,周期为T,的消息,发送的次
数K.为
Ⅸ,=TM/t (6)
那么在时间?M肉,所有需要被发送的躅裳登潢憩
(即逆向消息),按发送周期由小到大进行排序,得到
一个有限的消息列
S=6;,⋯,办;,⋯,6;,⋯,6K,,,⋯,6im(7)
其中磷表示消息6i在?M时闯肉第惫次发送。
(3)按照系统矩阵左、上的时间窗优先占用的原
则,对数列S第1项开始,选择可满足信息发送周
万方数据
第3期 张新丰等:LIN总线的动态调度算法设计与应用
期的系统矩阵的空闲时间片。逐项填入。
(4)重复步骤(3)直到数列S中所有的顼都填
入系统矩阵,滔怠周期最长的慝期型渍患占用最后
的空闲时间片。
该方法的关键步骤是步骤(3)中信息排入系统
矩阵的规律。由于基本循环周期时长TB是周期塑
消息震期的最大公约数,根据髂患瘸襞t、≯转秘
丁M的关系,可以得到信息排列的规律力:当t和
TB相同时,消息在系统矩阵中占用完整的一列;当
t和丁B呈倍数荧系时,消息在系统矩阵的某列中
各行排裂;当≯;帮≯赫穗阕霹,瀵息在系统篷阵孛
只磁现一次,且彼鼍任意。
3可调度性与时效性分析
动态调度设计后,LIN爨络逆惠负载率可羹薪
定义为
种消息的等待延时。
根据摊酞理论[引,.-7以计算得到平均等待时闻
E(致)为
E(耽)=PbT。 (10)
从式(10)可以看出,逆向负载率几乎完全决定
了消息蒿要等待的时间,因此平均延迟时间为
E
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万方数据
LIN总线的动态调度算法设计与应用
作者: 张新丰, 杨殿阁, 陆良, 薛雯, 连小珉, Zhang Xinfeng, Yang Diange, Lu Liang
, Xue Wen, Lian Xiaomin
作者单位: 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京,100084
刊名: 农业机械学报
英文刊名: TRANSACTIONS OF THE CHINESE SOCIETY FOR AGRICULTURAL MACHINERY
年,卷(期): 2009,40(3)
引用次数: 0次
参考文献(5条)
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