如何計算CAN總線的負載率？

電子設計聯(lián)盟 · 發(fā)表于 2024-11-11 08:25:00

點擊上方藍色字體，關注我們
計算CAN總線負載率是汽車電子系統(tǒng)設計和調試的重要工作之一，可以幫助工程師判斷總線的帶寬利用率、避免總線擁堵以及識別是否有風險。

1
CAN總線負載率的定義
CAN總線負載率（CAN Bus Load）是指在給定時間窗口內，CAN總線被有效使用的百分比，即實際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量相對于總帶寬的占用比例。

負載率越高，意味著總線使用越密集，可能會導致延遲或數(shù)據(jù)丟失。
2
基本公式
負載率的基本公式可以用如下表達式來表示：

實際計算時，我們通常關注單位時間內的負載率，因此在時間窗口TTT內的負載率可以表示為：

3
計算步驟
為了解CAN總線的負載率，需要以下步驟：

（1）確定總線的波特率
波特率（Baud Rate）決定了CAN總線的最大傳輸速度，一般為500 kbps或1 Mbps。波特率定義了總線的總帶寬，例如1 Mbps的CAN總線在1秒內的帶寬是1,000,000位。

（2）確定消息的傳輸量
在CAN總線上，消息的大小和內容會影響負載率，具體包括：

報文總長度：包括標識符（ID）、數(shù)據(jù)段、校驗段、起始/結束標志位等。

有效數(shù)據(jù)長度（DLC）：CAN報文的數(shù)據(jù)段可包含0-8個字節(jié)，而CAN FD可擴展至64字節(jié)。通常情況下，CAN報文的總長度可以用比特數(shù)表示。

例如，對于一個標準幀（11位ID，8字節(jié)數(shù)據(jù)）和擴展幀（29位ID，8字節(jié)數(shù)據(jù)），我們可以按如下比特數(shù)計算：

標準幀長度：一般為~111比特。

擴展幀長度：一般為~135比特。

（3）計算每條消息的負載比特數(shù)
計算公式為：

在實際情況中還要考慮位填充規(guī)則（Bit Stuffing）：如果一個幀中連續(xù)出現(xiàn)了5個相同的比特（0或1），CAN協(xié)議會自動插入一個反向位以增強數(shù)據(jù)恢復能力，這會增加報文長度。

（4）計算總的比特流量
假設我們在單位時間TTT內收集了總共NNN個報文，每個報文的大小為Message Sizei，則總的比特流量為：

4
實際案例中的應用
假設在1秒內，CAN總線傳輸了1000個標準幀，每個幀為111比特，則總的比特流量為：

如果CAN總線的波特率是500 kbps，理論帶寬就是500,000比特，則負載率為：

5
高負載率的影響與優(yōu)化
通常認為負載率達到80%以上就屬于高負載狀態(tài)，這會增加報文延遲并可能引發(fā)數(shù)據(jù)丟失。

在設計系統(tǒng)時，推薦負載率保持在50%以下以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

優(yōu)化措施包括：

優(yōu)化報文設計：減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜哂唷?li>提高波特率：適合短距離的應用。

使用CAN FD：CAN FD增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)撵`活性和速度，可傳輸更長的數(shù)據(jù)段。