一种基于时间碎片最小化的汽车FlexRay总线设计方法

摘要

本发明公开了一种基于时间碎片最小化的汽车FlexRay总线设计方法，定义了网络时间碎片概念，以消息时间参数为输入，利用FlexRay MAC和编解码机制，建立消息超周期内FlexRay静态段时间碎片计算方法；将节点内消息分组，同组消息使用相同帧ID，推导出该模式下消息最坏响应时间计算方法；在此基础上，以静态段时间碎片最小为目标，以消息最坏响应时间为约束，建立用于消息分组和FlexRay参数优化配置模型及其求解算法。本发明不仅可以确保所设计系统具有良好的实时性和带宽利用率，而且能够有效降低FlexRay系统设计难度和开发时间。

主权项

1.一种基于时间碎片最小化的汽车FlexRay总线设计方法，其特征在于：定义网络时间碎片概念，以消息时间参数为输入，利用FlexRay媒体访问控制和编解码机制，建立消息超周期内FlexRay静态段时间碎片计算方法；将节点内消息分组，同组消息使用相同帧ID，推导出该模式下消息最坏响应时间计算方法；在此基础上，以静态段时间碎片最小为目标，以消息最坏响应时间为约束，建立用于消息分组和FlexRay参数优化配置模型及其求解算法，进而可实现FlexRay消息ID分配、静态时隙长度和静态时隙数目设计；具体内容如下：步骤（1）、超周期内FlexRay静态段时间碎片计算方法；定义超周期SP为所有消息发送周期的最小公倍数，其量纲与FlexRay通信周期、消息发送周期一致；定义FlexRay静态段时间碎片为FlexRay协议附加载荷部分和静态时隙中未利用两部分之和；设FlexRay通信周期长度为T_c，静态时隙长度为T_sts，静态时隙数目为N_sts，τ_bit为传输一个比特数据所需时间，超周期SP数值等于所有消息发送周期的最小公倍数，其量纲与FlexRay通信周期、消息发送周期一致；设通道上有N个节点，第n个节点即节点n上消息数量为f_n，其中1≤n≤N，表示第n个节点上的第i条消息，为消息数据位长度，为消息发送周期，为消息截止期，则超周期时间碎片T_SP可由下公式计算：步骤（2）、共用帧ID模式下消息最坏响应时间计算；定义共用帧ID模式下消息最坏响应时间为消息恰好错过其静态时隙，且消息集合中所有高优先级消息同时出现情况下的消息响应时间，上述所述消息集合为与所要发送消息具有相同帧ID的所有消息集合；设为帧ID与的ID相同但优先级高于的消息集合，则最坏响应时间可由下公式计算：其中，为该集合中的任一消息，即步骤（3）、用于消息分组和FlexRay参数优化配置模型；设为节点n中第v个帧ID，二进制决策变量以超周期内时间碎片T_SP最小化为目标，以消息最坏响应时间小于消息截止期为约束条件，建立用于消息分组和FlexRay参数优化配置模型如下满足约束：$\left(1\right)---z_{\mathrm{vi}}^n\le r_v^n$$\left(2\right)---N_{\mathrm{sts}}=\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}\underset{v=1}{\overset{f_n}{\Sigma }}{r}_v^n$（3）T_sts＝T(u)u＝1,2,6 127步骤（4）、优化模型的求解算法；求解上述优化配置模型，可获得静态段时隙长度u、FlexRay消息ID、静态时隙数目N_sts；上述模型中超周期时间碎片T_SP与静态时隙数目N_sts成正比，可通过寻找最小N_sts求解该模型；具体求解算法如下：1）静态段时隙长度2）设任一节点n内部消息分组数为k，其中1≤n≤N，1≤k≤f_n，分组数为k时消息组合方式有p种，每种消息组合方式记为6，3）求解任一节点n最佳分组方式和分组数①分组数为k时集合内组合方式用表示，其中1≤d≤p，对系统初始化：k＝1,d＝1；②选取消息组合方式运用上述步骤（2）中计算方法，分别计算种消息组合方式内所有消息的最坏响应时间③将②式选取的消息组合方式内各消息最坏响应时间分别与该消息截止期比较：a．所有消息最坏响应时间均不大于其截止期时，运算终止并输出对应组合方式即$G_n^o=G_k^d,L\left(G_n^o\right)=k;$b．若存在消息最坏响应时间大于其截止期有以下三种情况：i．若d＜p,令d＝d+1，执行上述步骤②操作；ii．若d≥p且k＜f_n,令d＝1,k＝k+1,执行上述步骤②操作；iii．若k≥f_n，输出无解并反馈大于其截止期的消息算法终止并退出；4）若步骤3）有解，运用上述步骤（3）中方法为组合方式中同一组消息分配相同ID；5）对网络中所有节点重复上述步骤2）、3）、4），输出静态段时隙长度u、各节点各消息ID和静态时隙数目