對(duì)TTCAN的分析
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（2） TTCAN在惡劣環(huán)境下誤幀太多
參考文獻(xiàn)[3]中， 用實(shí)驗(yàn)方法得到CAN在惡劣環(huán)境下的誤碼率為2.6× 10-7。據(jù)文章作者認(rèn)為，這是較為保守的估計(jì)，實(shí)際情況要好些。為了考察這個(gè)數(shù)據(jù)的有效性，我與該文作者進(jìn)行了溝通，得到更為詳細(xì)的資料，見參考文獻(xiàn)[4]。根據(jù)這些資料，可以認(rèn)為這個(gè)數(shù)據(jù)是一個(gè)與汽車現(xiàn)場接近的數(shù)據(jù)，不能算作保守。其主要理由有：
?、?實(shí)驗(yàn)的原始想法是只測(cè)來源于CAN電纜干擾的誤碼，所以把CAN發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)放在屏蔽箱內(nèi)，用二條電纜傳送信號(hào)，一條在箱內(nèi)，一條在箱外，通過比較從二條電纜收到的數(shù)據(jù)流，計(jì)算出誤碼率。但是將手機(jī)放在不帶屏蔽、不作雙絞的通信線上進(jìn)行另外的實(shí)驗(yàn)時(shí)，卻沒有任何出錯(cuò)，說明來自空間的干擾影響很小。而實(shí)際惡劣環(huán)境下現(xiàn)場被測(cè)試設(shè)備的電源與干擾源的電源并不獨(dú)立。與此對(duì)比，認(rèn)為出錯(cuò)是通過電源傳導(dǎo)的，這與原始設(shè)想不同。
?、?實(shí)驗(yàn)的惡劣環(huán)境是指電焊機(jī)工作時(shí)的干擾，并無具體的數(shù)量指標(biāo)，無法與汽車的電源傳導(dǎo)干擾相比較（ISO7637)。實(shí)際上可能不如汽車電源干擾大。
③ 在電源傳導(dǎo)干擾下，造成誤碼計(jì)數(shù)的情形較復(fù)雜。它與可能的故障位置、CAN收發(fā)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)有關(guān)。誤碼有多算也有少算的情形。
?、?電焊機(jī)是人工操作，通信實(shí)驗(yàn)中干擾源只在部分時(shí)間存在，計(jì)算誤碼率的通信總量多算了。
在此推定下，如假設(shè)TTCAN的總線利用率為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(nèi)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(cuò)自動(dòng)重發(fā)，因此會(huì)大量丟幀。而對(duì)CAN來說，只要在12.8 s內(nèi)重發(fā)成功，就不會(huì)丟幀。TTCAN要回避這個(gè)問題，就要求更完善的抗干擾措施，這意味著成本的提高。
（3） 由預(yù)留Error Frame幀引起的開銷大
TTCAN沒有禁止Error Frame，由于錯(cuò)誤可能出現(xiàn)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(yù)留Error Frame的時(shí)間，否則它會(huì)阻礙下一個(gè)Slot內(nèi)消息的發(fā)送，這是很大的開銷，使TTCAN遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)想的100%的總線利用率。假定最小的數(shù)據(jù)幀為1B數(shù)據(jù)，長為65位，而Error Frame為20位，那么這項(xiàng)開銷達(dá)到23.5%。
（4） Slot用途不同造成時(shí)間利用率低由
于TTCAN規(guī)定調(diào)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里可能安排了長短不一的消息，此時(shí)對(duì)短幀來說，留下的時(shí)間就浪費(fèi)了。
（5） 事件消息被阻塞的延遲可能性增大
在TTCAN中，由于調(diào)度結(jié)果造成幾個(gè)連續(xù)的Slot都是獨(dú)占窗，此時(shí)事件消息要等待的時(shí)間很長，必須有特別的設(shè)計(jì)加以處理。
（6） 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的時(shí)間同步要求較高
用軟件來實(shí)現(xiàn)時(shí)就得留出時(shí)間以容許主從節(jié)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(xiàn)，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無關(guān)的總線的地位，要與其他總線作全面的比較，TTCAN就沒有其他總線好了。
（7） 丟幀處理兩難
TTCAN在傳送出錯(cuò)的情況下，不對(duì)本幀進(jìn)行自動(dòng)重發(fā)。在應(yīng)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(fèi)帶寬；或者由應(yīng)用層在仲裁窗組織重發(fā)，但這相當(dāng)復(fù)雜。如用冗余的第2條總線，意味著成本的加倍。
（8） 仲裁窗的要求較難實(shí)現(xiàn)
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(xiàn)的。用軟件來實(shí)時(shí)處理來不及，又沒有現(xiàn)成的硬件。
另外，在對(duì)付CAN系統(tǒng)中Babbling idiot出錯(cuò)方面，TTCAN沒有改進(jìn)。
4 小結(jié)
工業(yè)應(yīng)用中可靠性是第一位的要求，出錯(cuò)自動(dòng)重發(fā)是CAN最有價(jià)值的部分；而TTCAN禁止出錯(cuò)重發(fā)，使它的抗干擾能力大打折扣，在應(yīng)用上造成困難。在許多時(shí)間觸發(fā)協(xié)議中糾錯(cuò)的方法都復(fù)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(cuò)，消息就能送達(dá)，但是其代價(jià)是成本比單通道增加1倍。TTCAN也能構(gòu)造2個(gè)通道，也會(huì)面臨同樣的代價(jià)問題；而且2個(gè)通道同時(shí)出錯(cuò)仍是有概率的，要重發(fā)又有時(shí)限等新的問題。因此在抗干擾方面，TTCAN沒有給出性價(jià)比合適的解決方案?，F(xiàn)在CAN每年都有數(shù)億的節(jié)點(diǎn)產(chǎn)量，這說明用戶對(duì)它的可靠性的認(rèn)同，而這種可靠性完全來源于CAN在數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)的出錯(cuò)自動(dòng)重發(fā)功能——干擾是客觀存在的，自動(dòng)糾錯(cuò)使用戶根本感覺不到有錯(cuò)。比較所有的現(xiàn)場總線，糾錯(cuò)的方法要比CAN復(fù)雜得多，應(yīng)用就不方便，性價(jià)比下降。盡管FlexRay的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很多，有星型、總線型等，但設(shè)想用于替代CAN的只用1個(gè)通道的用法，可能會(huì)面臨TTCAN同樣的干擾丟幀問題；解決出錯(cuò)重發(fā)的高層軟件并不成熟，也沒有標(biāo)準(zhǔn)化，因此目前不會(huì)構(gòu)成對(duì)CAN的威脅。
TTCAN與CAN的不兼容，使它在經(jīng)濟(jì)上不能充分利用CAN的資源，所以它也不是CAN的好的升級(jí)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(xiàn)
[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總線的局限[J]. 電子設(shè)計(jì)應(yīng)用,2006(11):32, 34.
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