菲亞特利用時(shí)間分析軟件Symtavision使CAN總線(xiàn)負載

隨著(zhù)汽車(chē)電子系統中ECU數量的增加，需要通過(guò)CAN總線(xiàn)通信的數據量也急劇增加，根據以往的工程經(jīng)驗，總線(xiàn)負載率超過(guò)30%就會(huì )造成報文延時(shí)的概率增大，不同的總線(xiàn)負載率引起報文延時(shí)的概率有多大，能夠造成的延時(shí)是多少，這些問(wèn)題采用現有的分析手段和工具都很難回答。同時(shí)也引申出兩個(gè)問(wèn)題（文中的總線(xiàn)負載率都是指CAN總線(xiàn)）：

總線(xiàn)負載率是不是超過(guò)了30%就要使用FlexRay總線(xiàn)？
總線(xiàn)負載率在30%以下就不會(huì )發(fā)生報文響應時(shí)間超過(guò)Deadline？
菲亞特研發(fā)部門(mén)使用Symtavision的用戶(hù)案例可以回答上面兩個(gè)問(wèn)題。

總線(xiàn)負載率低于30%會(huì )造成報文延時(shí)

CAN總線(xiàn)負載率是在一段統計時(shí)間內對總線(xiàn)報文占用總線(xiàn)的評估參數，這是一個(gè)很宏觀(guān)參數。如下面的示例CAN總線(xiàn)：有3個(gè)ECU，分別按照不同的周期發(fā)送不同的CAN報文。

圖1：采用SymTA/S建模和分析CAN總線(xiàn)報文延時(shí)

在采用SymTA/S分析得到總線(xiàn)負載率是2.85%，這個(gè)負載率很小，但是詳細分析報文Msg_20ms因為總線(xiàn)仲裁的原因，報文最大響應時(shí)間為0.564ms（Deadline是0.5ms）; 當優(yōu)化CAN總線(xiàn)后，響應時(shí)間得到有效降低。這只是一個(gè)很簡(jiǎn)單的例子，說(shuō)明總線(xiàn)負載率低于30%也存在報文延時(shí)，工程中需要新的工具來(lái)評估總線(xiàn)的有效性和可擴展性，總線(xiàn)負載率是有一定局限性的。

重新認識總線(xiàn)負載率

CAN總線(xiàn)負載率只是一個(gè)宏觀(guān)的參數，已經(jīng)不能充分的評估總線(xiàn)的有效性和可擴展性。造成這樣的原因是一方面以前電子系統都比較簡(jiǎn)單和總線(xiàn)報文數量少，單純的限制總線(xiàn)負載率就可以滿(mǎn)足報文響應時(shí)間的要求，但當參與CAN總線(xiàn)通信的ECU數量或總線(xiàn)報文數量增多了以后，就不能保證較低的總線(xiàn)負載率滿(mǎn)足報文響應時(shí)間的要求。

另一方面從技術(shù)角度分析，以前沒(méi)有一個(gè)工具可以幫助工程師分析CAN負載率背后更為詳細的因素，無(wú)法具體分析每條報文的延時(shí)和該報文對總線(xiàn)的影響。但在工程應用中最終定義或者評估的是某條報文的Deadline，當CAN通信系統復雜了之后，單純的總線(xiàn)負載率已經(jīng)不能作為一個(gè)完整的技術(shù)指標來(lái)評估一個(gè)CAN總線(xiàn)系統，需要更詳細的分析關(guān)心的每條報文的最大響應時(shí)間（Worst Case Response Time）是否超過(guò)了Deadline。

CAN總線(xiàn)負載率可以到70% -Fiat研發(fā)工程師

菲亞特研發(fā)部門(mén)工程師很早就使用德國Symtavision公司的時(shí)間建模分析和驗證工具SymTA/S來(lái)幫助他們開(kāi)發(fā)和驗證CAN總線(xiàn)系統，在幾個(gè)車(chē)型中都采用了Symtavision公司的分析工具。工程師在開(kāi)發(fā)下一代車(chē)型的時(shí)候，在系統ECU數量增多但不采用FlexRay總線(xiàn)的前提下，將CAN總線(xiàn)的通信能力發(fā)揮到最大程度，當然這些手段的前提是確保設計的CAN總線(xiàn)是滿(mǎn)足對響應時(shí)間（Deadline）的要求。

首先菲亞特工程師將總線(xiàn)模型（DBC）文件導入到SymTA/s工具中，然后進(jìn)行分析發(fā)現某些報文的發(fā)送時(shí)間超過(guò)了預先定義的Deadline，然后對總線(xiàn)系統進(jìn)行了一些優(yōu)化，確定那些超過(guò)預定義Deadline的報文最大響應時(shí)間都滿(mǎn)足要求，同時(shí)分析發(fā)現CAN總線(xiàn)的負載率在70%。

結論

Symtavision公司的時(shí)間建模、分析和驗證工具可以讓研發(fā)人員在確定CAN總線(xiàn)是否可行的時(shí)候，不僅可以分析總線(xiàn)的負載率，更為重要的是可以分析和驗證每條報文的最大響應時(shí)間，使得對CAN總線(xiàn)的分析更加深入了一步。

作為宏觀(guān)參數的CAN總線(xiàn)的負載率并不重要，重要的是每條報文都要滿(mǎn)足時(shí)間約束條件。