[发明专利]车载电子总线静态段通讯扩容方法

权利要求书

1.一种车载电子总线静态段通讯扩容方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：构建车载总线系统

对于通过现有拓扑总线相连的多个传感器、ECU和执行器构成的拓扑结构系统，确定ECU的任务和消息的属性和发送接收关系、以及每个任务的最坏情况处理时间和每个信号的大小；

步骤二：实现任务到ECU的映射和分配

将仅发送信号的任务分配到传感器上，将仅接收信号的任务分配到执行器上，其余的任务既要接收信号也要发送信号，将他们分配到各个ECU上；

步骤三：完成每个静态槽的归属，信号到静态槽的映射，任务配置和消息配置的依赖关系

将FlexRay总线特征与约束总结为三个方面，即任务与消息配置约束，FlexRay总线配置约束与数据依赖关系约束，将所述约束规则通过约束规划的函数转化成可以求解的公式，每个任务采用一个三元组<P，C，D>来表示，其中P是任务的周期，C是任务的最坏情况处理时间，而D是其截止期，每个信号也用一个二元组<S，D>来表示，其中S是其位大小，D是其截止期，设任务和信号的周期为FlexRay通讯周期的2ⁿ(n＝0，1，2……)倍，应用周期H定义为所有任务周期的最小公倍数，用SigSender_i和SigReceiver_i来分别表示第i个信号的发送和接收任务，对于一个给定的任务映射，可以得到所有需要在总线上发送的信号集合，称之为OutSignal，对于一个信号signal_i，若其SigSender_i和SigReceiver_i是不同的ECU，则signal_i属于OutSignal信号集；而信号集InSignal则表示ECU内部通讯的信号，这些信号不需要在总线上进行传输，SignalInEcu_i用于表示发送signal_i的ECU的ID，具体的约束规划包括：

a.任务和消息配置

在应用周期H中，每个周期性任务都处理固定次数，a_i，k表示任务i的第k个实例的调用时间，f_i，k则表示其结束时间，假设初始的任务释放补偿是0，因此a_i，k可以通过以下公示计算，其中forall函数用来列举遍历一个集合中的所有元素，N_task表示任务task的个数：

forall(iinNtask,kinHPi)ai,k=(k-1)×Pi---(1)]]>

用r_i，k来表示a_i，k和f_i，k之间的时间间隔，这也是任务i在周期k中的响应时间，R_i代表任务i的最坏响应时间，也就是r_i，k能取到的最大值，

f_i，k＝a_i，k+r_i，k    (2)

任务在实时系统中固定优先级配置下的最坏响应时间有以下公式，

在公式(3)中，hp(i)表示比任务i优先级更高的任务集合；

每个静态槽的开始和结束时间必定是静态槽长度的整数倍，用S^s_i，k来表示通讯周期k的第i个静态槽的开始时间，

forall(iinNslot,kinHCC)---(4)]]>

Si,ks=(i-1)×Lslot+(k-1)×CC]]>

对于信号i，SigLength_i，k表示时间的时间间隔，其长度等于L_slot，如果消息涉及的任务部署在同一个ECU上，传输不通过总线，就认为其通讯时间为0，否则就需要将消息打包并且通过一个静态槽进行传输，消息将在静态槽的开始时间进行传输，开始时间是静态槽长度的整数倍，其中，startOf函数表示某一段数值间隔的起始数值，mod操作符为求余函数，

forall(iin OutSignal,kinHCC)---(5)]]>

startOf(SigLengthi,k)modLslot==0]]>

b.FlexRay总线配置

EtoSMap_i，k代表静态槽k是否归属于ECU i，如果静态槽k归属于ECU i，则EtoSMap_i，k为1，否则为0，sum函数为求和函数，

forall(k in N_slot)，sum(i in N_ecu)EtoSMap_i，k≤1(6)

forall(k in N_ecu)，sum(i in N_slot)EtoSMap_k，i≥1(7)

在FlexRay总线的静态槽中传输的消息包含了从一个ECU发送到另一个ECU的信号，因此打包在这个消息中的信号的总的大小不能超过静态槽的大小，StoSMap_i，m，n代表了一个消息是否映射到了周期n的第m个静态槽里，如果存在映射关系则为1，否则为0，

forall(m in N_slot，n in N_cycle)

                                 (8)

sum(i in OutSignal)S_i×StoSMap_i，m，n≤B_slot

如果OutSignal信号集当中的信号i可以在周期n的静态槽m中进行传输，换言之StoSMap_i，m，n值为1，那么静态槽m必须是分配属于信号i的发送任务所在的ECU的，

forall(m inNslot,n inNcycle,i in OutSignal)StoSMapi,m,n≤EtoSMapSignalInEcui,m---(9)]]>

c.数据依赖关系

数据的传输分为两种，对于ECU之间的情况，信号会打包到消息中，通过总线进行传输，而对于ECU内部的，信号可以不通过总线传输，直接从发送者发给接收者，

endOf函数表示某一段数值间隔的终止数值，当一个任务i要发送消息m给同一个ECU上的另一个任务j，则有

forall(m in InSignal)]]>

endOf(taskSigSenderm)---(10)]]>

≤startOf(taskSigReceiverm)]]>

当ECU之间通讯，则有，

forall(m in OutSignal)]]>

endOf(taskSigSenderm)]]>

≤startOf(signalm);---(11)]]>

endOf(signalm)]]>

≤startOf(taskSigReceiverm)]]>

公式(10)和(11)用于限制周期相同或者不同的发送和接收任务，如果二者周期相同，在每个周期内用以上两个公式，否则，在一个完成的消息传输周期中应用公式；

d.最小化所占用的静态槽

目标函数中的minimize表示最小化约束函数，

minimize sum(i in N_ecu，j in N_slot)EtoSMap_i，j(12)

上述关系式中，BR(Bit Rate)，即比特率，有三种选择，2.5MBit/s，5MBit/s和10MBit/s；CC(Cycle Length)，即FlexRay周期的长度，这项参数可以配置为一些预订值，例如1000us，5000us，8000us等等；N_channel是FlexRay总线中物理信道的数量，在本发明中设置为1；N_slot是FlexRay静态段中静态槽的数量，其取值范围是2到1023；L_slot是每个静态槽的长度，其取值可以通过以下计算公式计算得到：L_slot＝CC/N_slot；B_slot是一个静态槽中的位大小，它的取值限定了一个静态槽中所能传输的消息的大小；

步骤四：求解

将传感器、ECU和执行器上的任务和总线上的消息数据按照步骤三建立配置系统，并且使用IBM ILOG OPL-CPLEX Analyst Studio Teaching Edition Trial6.3来对约束规划配置进行求解，求出所需的最小静态槽个数。