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如何计算CAN总线的负载率?

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发表于 2024-11-11 08:25:00 | 显示全部楼层 |阅读模式

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! c3 z6 M/ T7 P/ R% i) C4 z点击上方蓝色字体,关注我们
" \. p- I3 ]8 L6 b8 ?# s1 L( t计算CAN总线负载率是汽车电子系统设计和调试的重要工作之一,可以帮助工程师判断总线的带宽利用率、避免总线拥堵以及识别是否有风险。  d  Q- w* T/ }" v
4 v2 d& g5 m0 T3 D4 r( \

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2 M/ j$ |) @% I/ {' }) M5 g, {' K- \! q) [; Q* o
1" q9 J6 {8 w9 b6 ^( I' }
CAN总线负载率的定义5 o0 e) e& j$ s3 G. g& [3 R5 R: p
CAN总线负载率(CAN Bus Load)是指在给定时间窗口内,CAN总线被有效使用的百分比,即实际传输的数据量相对于总带宽的占用比例。
0 O# K7 z# r/ V! _
8 }$ S& w$ U* P6 b" N" W负载率越高,意味着总线使用越密集,可能会导致延迟或数据丢失。' N, L( ^: w: n
2' D& A" ]/ ~. \9 I7 A& L
基本公式9 H& ?7 p( }; u& Y% R, }8 f
负载率的基本公式可以用如下表达式来表示:9 m& C0 S/ D2 k+ m/ ?- Y

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9 e. E% k9 K$ x/ d7 i; _实际计算时,我们通常关注单位时间内的负载率,因此在时间窗口TTT内的负载率可以表示为:& ?/ C* g1 B3 x

5 }$ G4 G. l* e% X4 b' t

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! ~% {+ h; F2 B5 E3 e5 y
6 k& h6 E; h" `1 W. ~3
; L2 M3 M* [* @$ {& F$ V计算步骤
% i) Z  \* f5 }0 k! a3 p8 j* q7 h% r为了解CAN总线的负载率,需要以下步骤:
2 T8 |: c$ P; }" J! G1 y; F& W( X( @
(1)确定总线的波特率
& q2 J+ m" y  _* O波特率(Baud Rate)决定了CAN总线的最大传输速度,一般为500 kbps或1 Mbps。波特率定义了总线的总带宽,例如1 Mbps的CAN总线在1秒内的带宽是1,000,000位。
# z+ N3 G+ P4 g1 ^+ P, \% A$ s# C7 }1 |2 U$ Z
(2)确定消息的传输量1 ?7 b$ r9 m( E, ~
在CAN总线上,消息的大小和内容会影响负载率,具体包括:
- ?2 a! [1 D9 ~% s7 [
  • 报文总长度:包括标识符(ID)、数据段、校验段、起始/结束标志位等。
  • 有效数据长度(DLC):CAN报文的数据段可包含0-8个字节,而CAN FD可扩展至64字节。通常情况下,CAN报文的总长度可以用比特数表示。2 f0 [# G- M; q
    3 @9 z- D1 @. n" ]' X2 O9 E$ H9 a0 i
    例如,对于一个标准帧(11位ID,8字节数据)和扩展帧(29位ID,8字节数据),我们可以按如下比特数计算:9 O+ o, B5 n. T0 y2 `4 t# }  Q
  • 标准帧长度:一般为~111比特。
  • 扩展帧长度:一般为~135比特。" h* W; g$ B$ y2 l
    2 o; k; L" |2 B) M4 T! |! N2 \
    (3)计算每条消息的负载比特数  d& i3 ^3 t/ K3 s
    计算公式为:
    ( _4 }5 d* p' P# ~+ j

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    % U3 M# j/ j3 P2 W! o在实际情况中还要考虑位填充规则(Bit Stuffing):如果一个帧中连续出现了5个相同的比特(0或1),CAN协议会自动插入一个反向位以增强数据恢复能力,这会增加报文长度。1 A' ~8 z% T/ I. X, z0 _

    4 P7 f$ V3 t0 e' J# R0 y7 [' I(4)计算总的比特流量! U! i/ _0 u0 |. [& m$ T* \
    假设我们在单位时间TTT内收集了总共NNN个报文,每个报文的大小为Message Sizei,则总的比特流量为:4 Y. _: |1 D: ^5 l1 |

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    $ g5 v7 h( n( L$ ?; x

    " c6 I* W6 z( {: j* R4! P6 J6 |/ j, r, _4 {7 I3 g- s3 m
    实际案例中的应用
    ( s, s% V& q8 {9 r5 [假设在1秒内,CAN总线传输了1000个标准帧,每个帧为111比特,则总的比特流量为:3 g, B4 m9 c5 d( M0 M

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    & Y5 a" _1 V5 L5 ~如果CAN总线的波特率是500 kbps,理论带宽就是500,000比特,则负载率为:6 v4 F. G# Q, B4 G+ Z

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    ) s& m7 \2 S: j2 o1 m* n9 E
    % N, C/ z. X' v. [5! W$ y7 s1 T- Q: ]7 h8 S$ k1 q
    高负载率的影响与优化& g1 H% W% [1 {# {0 {9 x
    通常认为负载率达到80%以上就属于高负载状态,这会增加报文延迟并可能引发数据丢失。( M) G+ j- S2 c/ Q9 J
    5 u  ]. e7 A# t) _( P5 j# C
    在设计系统时,推荐负载率保持在50%以下以保证数据传输的稳定性。
    $ G! s% F- m3 x  d% h$ b- U8 ]" I) e! E( F2 l- |+ v7 p7 c+ K
    优化措施包括:% A$ T/ k9 I. w4 k: c
  • 优化报文设计:减少数据传输的冗余。
  • 提高波特率:适合短距离的应用。
  • 使用CAN FD:CAN FD增加了数据传输的灵活性和速度,可传输更长的数据段。" D+ M$ ^' ?& Z5 I- y* m) p! y
    6 }" ^1 o7 F2 ], d

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    $ N% ]; j& _4 d0 }6 v点击阅读原文,更精彩~
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