基于canopen协议的汽车控制网络研究

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1、硕士学位论文基于CANopen协议的汽车控制网络研究RESEARCHOFVEHICLECONTROLNETWORKBASEDONCANOPENPROTOCOL孟明明哈尔滨工业大学2014年6月万方数据国内图书分类号：TP302.8学校代码：10213国际图书分类号：681.39密级：公开工学硕士学位论文基于CANopen协议的汽车控制网络研究硕士研究生：孟明明导师：崔刚教授申请学位：工学硕士学科：计算机科学与技术所在单位：计算机科学与技术学院答辩日期：2014年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学万方数据ClassifiedIndex:TP302.8U

2、.D.C:681.39DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHOFVEHICLECONTROLNETWORKBASEDONCANOPENPROTOCOLCandidate：MengMingmingSupervisor：Prof.CuiGangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ComputerScienceandTechnologyAffiliation：SchoolofComputerScienceandTech

3、nologyDateofDefence：June,2014Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology万方数据哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要为了提高驾乘的舒适性以及车辆的可操控性和安全性，越来越多的电子控制单元(ElectronicControlUnit，ECU)被集成到汽车的控制系统中。由于这些ECU之间需要进行大量数据的高速通信，传统的点到点连接的线束集成方式早已被分布式控制网络所取代，面向汽车的CAN通信协议已经成为汽车网络的标准协议。但是CAN协议没有定义应用层，需要

4、用户自己定义CAN帧消息中所传输数据的意义以及实现网络管理功能，这就增加了开发的复杂性和成本。CANopen协议作为CAN总线应用层协议，以其独特的设计获得了广泛的认可和应用。尤其是在欧洲，CANopen协议被认为是在基于CAN的工业系统中占领导地位的标准，目前已经应用到医疗器械、运动控制和测量设备等行业。但是，在汽车控制系统中还没有应用CANopen协议，主要原因是CANopen协议的实时性和可靠性还需要完善，而且在汽车行业也缺少标准的应用规范。本文在分析CANopen协议以及汽车控制网络的拓扑结构基础上，实现一个基于CANopen协议的简单汽车

5、控制网络，并针对网络中每个设备实现了相关的设备子协议。此外，本文给出了对象字典的一种典型实现方式，并对基于散列表实现对象字典方式进行了分析。在此基础上，根据对象字典的特点，提出基于数组和链表结合的方式来实现对象字典。采用CANoe软件开发CANopen网络，可以在不需要相关硬件的支持下，仿真一个支持基本CANopen通信协议的网络。然后对所开发的网络系统进行一致性和性能测试，验证所仿真的网络是基本符合要求的。CANopen协议虽然能够提高网络配置的灵活性和不同设备间的互操作性，但是其通信对象是在CAN标准帧的基础上实现的，仍然遵从CAN总线仲裁机制

6、，即优先级与标识符相关。CANopen网络中，实时数据由过程数据对象(ProcessDataObject，PDO)传输。当网络负载较大时，低优先级的PDO会被阻塞，从而导致其传输具有较长的等待时间。为了解决这个问题，研究在CANopen协议中实现最早截止期优先(EarliestDeadlineFirst，EDF)调度算法，基于所传输报文对截止期的要求，动态改变通信对象的优先级，从而使对实时性要求高的报文能够优先获得发送。通过仿真实现EDF算法，验证了方案的可行性。关键词：CANopen；汽车控制网络；实时性；EDF-I-万方数据哈尔滨工业大学工学硕

7、士学位论文AbstractInordertoimprovetheridecomfort,handlingandsafetyofvehicles,moreandmoreelectroniccontrolunitisintegratedintothecontrolsystemofautomobile.BecauseoftheneedtotransmitalargenumberofdatabetweentheECUwithhighspeed,thetraditionalwayofpoint-to-pointconnectionhasbeenreplace

8、dwithdistributedcontrolnetwork.TheCANcommunicationprotocolfor