如何计算CAN总线的负载率？

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! z! q' n& Y7 H& ]& ^+ O0 x# y点击上方蓝色字体，关注我们
, W; \$ ]& Q5 Y9 m+ S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。

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( p. V& k! c/ A, w0 t9 X5 z4 E1
# o* ]& z5 R7 FCAN总线负载率的定义
, y7 W) U" G9 n& e- }. Y9 @5 nCAN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 n2 Q" B/ O# |( x3 L/ Y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。
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: ~/ _% e6 s6 X: w, G基本公式
负载率的基本公式可以用如下表达式来表示：

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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：
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/ Q2 N. }  e8 @( X+ s计算步骤
* c' x) A1 H% U/ L( U! P为了解CAN总线的负载率，需要以下步骤：

1 G: O3 @! k: @' ^) e（1）确定总线的波特率
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。

（2）确定消息的传输量
在CAN总线上，消息的大小和内容会影响负载率，具体包括：

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。
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1 ^4 C/ w( p4 c/ h" Z% Y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：

标准帧长度：一般为~111比特。

扩展帧长度：一般为~135比特。
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+ d6 q) F4 \( P; L（3）计算每条消息的负载比特数
# O, F3 p9 l# X3 i6 C7 L) b0 z计算公式为：

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! B% J1 Z  ?+ v" j: `" y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。

（4）计算总的比特流量
, a# V0 B; I" n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：
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( {, z: r2 }% S+ X实际案例中的应用
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：
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) B/ l; Z" n9 l* R" z+ `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：
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: ^7 X' z, j, }9 d8 S( o高负载率的影响与优化
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。

# h5 O  x: V- C7 K9 g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。

优化措施包括：

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。
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