CAN總線如何保障低優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)不被餓死？

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7 J  n! O# W; _, R在仲裁過(guò)程中，所有節(jié)點(diǎn)同時(shí)監(jiān)視總線信號(hào)。

當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)在發(fā)送過(guò)程中檢測(cè)到總線上的信號(hào)與自己發(fā)送的不同（自身發(fā)送“1”卻檢測(cè)到“0”），它會(huì)立即退出仲裁，轉(zhuǎn)為監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)。

最終，優(yōu)先級(jí)最高的節(jié)點(diǎn)贏得仲裁，成功發(fā)送數(shù)據(jù)。

! B! r7 z: F7 B這種機(jī)制保障了總線的高效利用，但也帶來(lái)了低優(yōu)先級(jí)幀可能長(zhǎng)期無(wú)法發(fā)送的風(fēng)險(xiǎn)。
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" A$ Y/ n8 n) m- k在極端情況下，如果高優(yōu)先級(jí)幀的發(fā)送間隔小于或等于低優(yōu)先級(jí)幀的發(fā)送間隔，低優(yōu)先級(jí)幀會(huì)持續(xù)在仲裁中失敗。這種情況稱(chēng)為“總線饑餓”或“優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)”問(wèn)題。

8 g! N5 A2 S! K. H" Y& ?+ B1 S6 [5 C例如：高優(yōu)先級(jí)幀每5ms發(fā)送一次。低優(yōu)先級(jí)幀每10ms發(fā)送一次。

! I4 h+ H0 L' E4 D4 `, D& h如果兩個(gè)幀同時(shí)到達(dá)發(fā)送隊(duì)列，高優(yōu)先級(jí)幀將總是贏得仲裁，導(dǎo)致低優(yōu)先級(jí)幀可能永遠(yuǎn)無(wú)法發(fā)送。

CAN協(xié)議本身并未直接解決優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)問(wèn)題，因此需要通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用層協(xié)議來(lái)確保低優(yōu)先級(jí)幀的發(fā)送。
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但可以通過(guò)以下措施解決：
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時(shí)間觸發(fā)通信調(diào)度（TTC）
; \6 {$ J" Y: S時(shí)間觸發(fā)通信調(diào)度通過(guò)預(yù)定義的時(shí)間表，確保各個(gè)節(jié)點(diǎn)在特定的時(shí)間段內(nèi)發(fā)送幀。如下：

周期性幀調(diào)度：定義不同優(yōu)先級(jí)幀的發(fā)送周期，確保每幀都有機(jī)會(huì)發(fā)送。例如，可以在5ms內(nèi)分配若干時(shí)間窗口給高優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)幀。

發(fā)送時(shí)間偏移：在節(jié)點(diǎn)內(nèi)引入發(fā)送時(shí)間偏移，使得高優(yōu)先級(jí)幀和低優(yōu)先級(jí)幀發(fā)送時(shí)不會(huì)總是同時(shí)觸發(fā)仲裁。
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軟件死鎖檢測(cè)與重傳機(jī)制
6 @' W/ C4 X. }" M; a' c  L節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的軟件可以檢測(cè)低優(yōu)先級(jí)幀長(zhǎng)時(shí)間未成功發(fā)送的情況：如果檢測(cè)到幀長(zhǎng)期饑餓，可以通過(guò)人工增加重發(fā)頻率或強(qiáng)制暫停高優(yōu)先級(jí)幀的發(fā)送，給低優(yōu)先級(jí)幀留出發(fā)送機(jī)會(huì)。
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" Q2 I1 m# p9 h9 ]2 R  r# A動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)整
某些應(yīng)用層協(xié)議（如CANopen或J1939）允許動(dòng)態(tài)調(diào)整幀的優(yōu)先級(jí)。例如：在低優(yōu)先級(jí)幀因饑餓而長(zhǎng)期無(wú)法發(fā)送時(shí)，可以暫時(shí)調(diào)高其優(yōu)先級(jí)。一旦發(fā)送成功，恢復(fù)其正常優(yōu)先級(jí)。
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: i1 D0 q  ^2 `CAN FD的應(yīng)用
8 X( `8 r* ^: T  A+ ]& @4 e! c對(duì)于數(shù)據(jù)量較大的應(yīng)用，可以考慮CAN FD（Flexible Data-rate）：通過(guò)較大的數(shù)據(jù)負(fù)載能力減少幀數(shù)量，從而降低仲裁沖突概率。結(jié)合時(shí)間觸發(fā)模式進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)度。

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幀合并技術(shù)
( n; x$ g6 ~7 ~7 r* q2 y. L$ R. G在應(yīng)用層中，可以將多個(gè)低優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)幀合并為一個(gè)幀，減少仲裁失敗的次數(shù)。
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( C( ?: X0 H  D8 c8 p通過(guò)協(xié)議層和應(yīng)用層結(jié)合設(shè)計(jì)，低優(yōu)先級(jí)幀可以被可靠地發(fā)送出去，保證系統(tǒng)的整體性能和穩(wěn)定性。

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