對TTCAN的分析
加入技術(shù)交流群
（2） TTCAN在惡劣環(huán)境下誤幀太多
參考文獻[3]中， 用實(shí)驗方法得到CAN在惡劣環(huán)境下的誤碼率為2.6× 10-7。據文章作者認為，這是較為保守的估計，實(shí)際情況要好些。為了考察這個(gè)數據的有效性，我與該文作者進(jìn)行了溝通，得到更為詳細的資料，見(jiàn)參考文獻[4]。根據這些資料，可以認為這個(gè)數據是一個(gè)與汽車(chē)現場(chǎng)接近的數據，不能算作保守。其主要理由有：
?、?實(shí)驗的原始想法是只測來(lái)源于CAN電纜干擾的誤碼，所以把CAN發(fā)送和接收節點(diǎn)放在屏蔽箱內，用二條電纜傳送信號，一條在箱內，一條在箱外，通過(guò)比較從二條電纜收到的數據流，計算出誤碼率。但是將手機放在不帶屏蔽、不作雙絞的通信線(xiàn)上進(jìn)行另外的實(shí)驗時(shí)，卻沒(méi)有任何出錯，說(shuō)明來(lái)自空間的干擾影響很小。而實(shí)際惡劣環(huán)境下現場(chǎng)被測試設備的電源與干擾源的電源并不獨立。與此對比，認為出錯是通過(guò)電源傳導的，這與原始設想不同。
?、?實(shí)驗的惡劣環(huán)境是指電焊機工作時(shí)的干擾，并無(wú)具體的數量指標，無(wú)法與汽車(chē)的電源傳導干擾相比較（ISO7637)。實(shí)際上可能不如汽車(chē)電源干擾大。
?、?在電源傳導干擾下，造成誤碼計數的情形較復雜。它與可能的故障位置、CAN收發(fā)節點(diǎn)狀態(tài)有關(guān)。誤碼有多算也有少算的情形。
?、?電焊機是人工操作，通信實(shí)驗中干擾源只在部分時(shí)間存在，計算誤碼率的通信總量多算了。
在此推定下，如假設TTCAN的總線(xiàn)利用率為60%，通信速率為500 kbps，按照2.6×10-7的誤碼率，那么在1小時(shí)內會(huì )有280.8個(gè)誤碼(500k×3 600×60%×2.6×10-7=280.8)，約12.8秒1次。由于TTCAN禁止出錯自動(dòng)重發(fā)，因此會(huì )大量丟幀。而對CAN來(lái)說(shuō)，只要在12.8 s內重發(fā)成功，就不會(huì )丟幀。TTCAN要回避這個(gè)問(wèn)題，就要求更完善的抗干擾措施，這意味著(zhù)成本的提高。
（3） 由預留Error Frame幀引起的開(kāi)銷(xiāo)大
TTCAN沒(méi)有禁止Error Frame，由于錯誤可能出現在任何時(shí)間，就可能發(fā)生在幀的最后處，每一個(gè)Slot都要預留Error Frame的時(shí)間，否則它會(huì )阻礙下一個(gè)Slot內消息的發(fā)送，這是很大的開(kāi)銷(xiāo)，使TTCAN遠達不到設想的100%的總線(xiàn)利用率。假定最小的數據幀為1B數據，長(cháng)為65位，而Error Frame為20位，那么這項開(kāi)銷(xiāo)達到23.5%。
（4） Slot用途不同造成時(shí)間利用率低由
于TTCAN規定調度好的Cycle中的Slot劃分是一樣的，但可能的用途不同。不同的Cycle同一Slot里可能安排了長(cháng)短不一的消息，此時(shí)對短幀來(lái)說(shuō)，留下的時(shí)間就浪費了。
（5） 事件消息被阻塞的延遲可能性增大
在TTCAN中，由于調度結果造成幾個(gè)連續的Slot都是獨占窗，此時(shí)事件消息要等待的時(shí)間很長(cháng)，必須有特別的設計加以處理。
（6） 網(wǎng)絡(luò )內的時(shí)間同步要求較高
用軟件來(lái)實(shí)現時(shí)就得留出時(shí)間以容許主從節點(diǎn)間的同步誤差，這就又減少了帶寬。如用Level 2的硬件實(shí)現，就不可能馬上使成本低到與CAN一樣。實(shí)際上，置TTCAN于一種新的與CAN無(wú)關(guān)的總線(xiàn)的地位，要與其他總線(xiàn)作全面的比較，TTCAN就沒(méi)有其他總線(xiàn)好了。
（7） 丟幀處理兩難
TTCAN在傳送出錯的情況下，不對本幀進(jìn)行自動(dòng)重發(fā)。在應用上要有所考慮?；蛘哂帽葘?shí)際需要更多的發(fā)送，丟掉就算了的策略，這也會(huì )浪費帶寬；或者由應用層在仲裁窗組織重發(fā)，但這相當復雜。如用冗余的第2條總線(xiàn)，意味著(zhù)成本的加倍。
（8） 仲裁窗的要求較難實(shí)現
在仲裁窗判斷事件消息能否發(fā)完，然后控制事件消息的發(fā)送是不容易實(shí)現的。用軟件來(lái)實(shí)時(shí)處理來(lái)不及，又沒(méi)有現成的硬件。
另外，在對付CAN系統中Babbling idiot出錯方面，TTCAN沒(méi)有改進(jìn)。
4 小結
工業(yè)應用中可靠性是第一位的要求，出錯自動(dòng)重發(fā)是CAN最有價(jià)值的部分；而TTCAN禁止出錯重發(fā)，使它的抗干擾能力大打折扣，在應用上造成困難。在許多時(shí)間觸發(fā)協(xié)議中糾錯的方法都復雜得多，如TTP/C和FlexRay用2個(gè)通道傳送同樣的消息，只要不是2個(gè)通道同時(shí)出錯，消息就能送達，但是其代價(jià)是成本比單通道增加1倍。TTCAN也能構造2個(gè)通道，也會(huì )面臨同樣的代價(jià)問(wèn)題；而且2個(gè)通道同時(shí)出錯仍是有概率的，要重發(fā)又有時(shí)限等新的問(wèn)題。因此在抗干擾方面，TTCAN沒(méi)有給出性?xún)r(jià)比合適的解決方案?，F在CAN每年都有數億的節點(diǎn)產(chǎn)量，這說(shuō)明用戶(hù)對它的可靠性的認同，而這種可靠性完全來(lái)源于CAN在數據鏈路層實(shí)現的出錯自動(dòng)重發(fā)功能——干擾是客觀(guān)存在的，自動(dòng)糾錯使用戶(hù)根本感覺(jué)不到有錯。比較所有的現場(chǎng)總線(xiàn)，糾錯的方法要比CAN復雜得多，應用就不方便，性?xún)r(jià)比下降。盡管FlexRay的拓撲結構很多，有星型、總線(xiàn)型等，但設想用于替代CAN的只用1個(gè)通道的用法，可能會(huì )面臨TTCAN同樣的干擾丟幀問(wèn)題；解決出錯重發(fā)的高層軟件并不成熟，也沒(méi)有標準化，因此目前不會(huì )構成對CAN的威脅。
TTCAN與CAN的不兼容，使它在經(jīng)濟上不能充分利用CAN的資源，所以它也不是CAN的好的升級方案。
作者： 重慶工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所 楊福宇
參考文獻
[1] Tindell K W, Burns A. Guaranteeing message latencies on Controller Area Network (CAN)[C]. In Proceedings of 1st International CAN Conference, pp. 111, September 1994.
[2] Fuhler T,et al. Time Triggered Communication on CAN[C]. Robert Bosch GmbH, Proceedings 7th International CAN Conference, Amsterdam, Holland, 2000.
[3] Ferreira J,Oliveira A,Fonseca P，et al. An experiment to assess bit error rate in CAN[C]. RTN 2004 3rd Int. Workshop on RealTime Networks sattelite held in conjunction with the 16th Euromicro Intl Conference on RealTime Systems, June 2004.
[4] Ferreira J. PhDjjcf_Charpter_4.pdf
[5] 楊福宇. CAN總線(xiàn)的局限[J]. 電子設計應用,2006(11):32, 34.
電焊機相關(guān)文章:電焊機原理
評論