汽車各電氣系統(tǒng)之間的通信方式，現(xiàn)在多采用CAN總線通信。各種功能的實現(xiàn)，不同系統(tǒng)之間如何交互并保持同步，可以有不同的定義方式。在設計一個系統(tǒng)功能的實現(xiàn)時，針對不同的總線信號發(fā)送類型，為實現(xiàn)同樣的功能需求，其軟件策略及同步問題如何規(guī)避等解決方案是不同的。
CAN信號有不同的發(fā)送類型，不同的發(fā)送類型有各自的特點。定義不同的發(fā)送類型后，軟件策略也會不同。本文重點討論由于CAN信號發(fā)送類型不同，帶來的不同控制策略設計的對比分析。CAN信號發(fā)送類型主要分為Cyclic周期型、OnChange事件型、OnWrite事件型、OnChangewithrepetition重復型以及CyclicandOnChange混合型等。其中應用最多的主要為前兩種方式。信號發(fā)送類型為Cyclic的信號，按照固定的周期循環(huán)往總線上發(fā)送數(shù)據。每兩個周期之間的數(shù)據更新，會在下一個周期發(fā)送時間點發(fā)送出去。如果一個周期之內數(shù)據更新了兩次或多次，只會發(fā)送最后更新的數(shù)據。這種發(fā)送類型適用于數(shù)據變化頻率較高，或需要實時同步的數(shù)據，發(fā)送方式如圖1所示，每一個參數(shù)輸入，均要等到固定的時間周期才能發(fā)送出去。
信號發(fā)送類型為OnChange的信號，是事件型發(fā)送的信號，只有信號數(shù)值發(fā)生變化時才會發(fā)送此信號。數(shù)值無變化時，總線上并沒有該信號。這種發(fā)送類型適用于信號變化頻率不高，并且不需要實時同步的數(shù)據。發(fā)送方式如圖2所示，只有輸入的參數(shù)值有變化時，才會發(fā)送報文，數(shù)據即使重復輸入，數(shù)值也沒有變化，不會發(fā)送報文。當然在報文最小間隔時間內如有多次數(shù)據變化，會被舍棄，直到可以發(fā)送報文后會發(fā)送最后一個數(shù)值。本文以汽車背光調節(jié)功能為例，來論述CAN信號發(fā)送類型與控制策略的關系。汽車的背光可分為幾部分：所有開關的背光燈，儀表板背光，儀表、多媒體系統(tǒng)及抬頭顯示系統(tǒng)的液晶屏亮度。調節(jié)汽車背光時，各個系統(tǒng)的亮度需同步變化。本文設定的人機交互方式為：用戶可以從儀表和多媒體系統(tǒng)兩處進行亮度設置，而兩者必須保持一致。在任一系統(tǒng)上進行設置的同時，其他所有相關系統(tǒng)均需同步調節(jié)，并且儀表和多媒體系統(tǒng)上的亮度數(shù)值的顯示也需一致。背光調節(jié)功能涉及的主要模塊如圖3所示，包含儀表、多媒體系統(tǒng)、車身控制器及抬頭顯示屏，這4個零部件之間通過CAN信號交互實現(xiàn)背光控制功能。其中整車所有開關的背光由BCM進行統(tǒng)一控制調節(jié)。背光調節(jié)的主控制單元為儀表，所有其他節(jié)點根據儀表的信號作為指令執(zhí)行。用戶可以在儀表和多媒體系統(tǒng)上手動設置背光亮度，兩者設置的亮度信號都通過CAN信號發(fā)送給彼此進行同步。同步的過程根據亮度信號的發(fā)送類型的不同，控制策略也不相同。定義儀表和多媒體系統(tǒng)發(fā)送的亮度信號均為Cyclic的周期信號，則以用戶在多媒體系統(tǒng)上設置亮度后的同步為例，流程如圖4所示，過程描述如下：（1）上一次同步后的結果，儀表和多媒體系統(tǒng)均周期發(fā)送背光值1，所有節(jié)點執(zhí)行背光值1。（2）此時用戶在多媒體系統(tǒng)上手動設置亮度，新的設置為背光值2。（3）多媒體系統(tǒng)發(fā)送新的背光值2，周期發(fā)送給儀表。（4）儀表與多媒體發(fā)送的新背光值同步，周期發(fā)送背光值2給總線上所有節(jié)點。圖 4 均為 Cyclic 周期型信號，在多媒體端設置如果用戶在儀表上設置亮度，流程圖如圖5所示，其同步過程如下：（1）上一次同步后的結果，儀表和多媒體系統(tǒng)均周期發(fā)送背光值1，所有節(jié)點執(zhí)行背光值1。（2）此時用戶在儀表上手動設置亮度，新的設置為背光值3。（3）儀表周期發(fā)送背光值3給總線上所有節(jié)點。（4）多媒體系統(tǒng)與儀表發(fā)送的新背光值同步，周期發(fā)送背光值3。圖 5 均為 Cyclic 周期型信號，在儀表端設置儀表和多媒體系統(tǒng)均發(fā)送周期信號，其優(yōu)點是同步性好，兩者可以實時同步，當發(fā)現(xiàn)另一方的需求與自己不同時，與對方同步即可。但這種方式也有缺點，就是兩者均為周期信號，周期相同，假設兩者軟件處理時間相同，則會有陷入死循環(huán)的可能。比如，在多媒體系統(tǒng)上進行手動設置后，在多媒體系統(tǒng)發(fā)出新的數(shù)值給儀表后，儀表在尚未收到新數(shù)值時已經將舊數(shù)值發(fā)給多媒體系統(tǒng)，則多媒體系統(tǒng)會誤以為這個舊數(shù)值是儀表的新需求，會導致兩者不停地向對方同步，無法達成穩(wěn)定狀態(tài)。為解決上述問題，在以下三種情況下需增加800ms延時屏蔽來自對方的信號，以確保本地需求不會被干擾：①有人在本地進行設置時，屏蔽對方舊信號800ms；②當白天模式與夜間模式互相轉化時，儀表需屏蔽多媒體系統(tǒng)的背光信號800ms；③初始化過程中，儀表需屏蔽多媒體系統(tǒng)的背光信號800ms，避免被初始值干擾。2.一個Cyclic周期型信號，一個OnChange事件型信號
將儀表的背光信號定義為Cyclic方式發(fā)送，將多媒體系統(tǒng)定義為OnChange方式發(fā)送。當用戶在多媒體系統(tǒng)上進行設置時，流程如圖6所示，同步過程描述如下：（1）上一次同步后的結果，儀表周期發(fā)送背光值1，所有節(jié)點執(zhí)行背光值1。（2）此時用戶在多媒體系統(tǒng)上手動設置亮度，新的設置為背光值4。（3）多媒體系統(tǒng)發(fā)送一次新的背光值4給儀表。此時屏蔽儀表的舊的背光信號800ms。（4）儀表與多媒體發(fā)送的新背光值同步，周期發(fā)送背光值4給總線上所有節(jié)點。如果用戶在儀表上設置亮度，流程如圖7所示，其同步過程如下：（1）上一次同步后的結果為儀表周期發(fā)送背光值1，所有節(jié)點執(zhí)行背光值1。（2）此時用戶在儀表上手動設置亮度，新的設置為背光值5。（3）儀表周期發(fā)送背光值5給總線上所有節(jié)點。因為儀表作為背光調節(jié)的主功能模塊，將儀表的背光信號定義為Cyclic方式發(fā)送，可以保證較好的同步實時性。將多媒體系統(tǒng)定義為OnChange方式發(fā)送，這樣可以規(guī)避兩者均為周期信號可能陷入死循環(huán)的問題。但是由于儀表是周期信號，為避免多媒體系統(tǒng)的設置被儀表的信號覆蓋丟失，因此在多媒體系統(tǒng)上進行本地設置時，仍需要屏蔽儀表的周期信號800ms，但屏蔽的情況相對要簡單。第三種方法：儀表和多媒體系統(tǒng)的背光信號均采用OnChange發(fā)送類型，即只有有背光值的設置變化時，才發(fā)送CAN總線信號。當用戶在多媒體系統(tǒng)上進行設置時，流程如圖8所示，同步過程描述如下：（2）此時用戶在多媒體系統(tǒng)上手動設置亮度，新的設置為背光值6。（3）多媒體系統(tǒng)發(fā)送一次新的背光值6給儀表。（4）儀表與多媒體發(fā)送的新背光值同步，再發(fā)送一次背光值6給總線上所有節(jié)點。（6）所有節(jié)點除多媒體系統(tǒng)均需反饋一次背光信號，儀表檢查同步結果是否正確。如果用戶在儀表上設置亮度，流程如圖9所示，其同步過程如下：（2）此時用戶在儀表上手動設置亮度，新的設置為背光值7。（3）儀表發(fā)送一次背光值7給總線上所有節(jié)點。（5）所有節(jié)點反饋一次背光信號，然后儀表檢查同步結果是否正確。這種方式的優(yōu)點是不會陷入死循環(huán)，每個本地設置的變化只發(fā)送一次背光信號即可。但這種方式也有缺點，兩者均為OnChange信號，同步性沒有周期信號的好，每次同步后都需要各個節(jié)點反饋一次同步結果，避免有報文丟失等情況造成背光不一致。而且如果更換儀表或多媒體系統(tǒng)，由于本地均無設置變化，因此沒有背光信號在總線上進行同步，很容易導致新裝到車上的儀表或多媒體系統(tǒng)與整車背光不一致。根據上述控制策略的分析，最終選擇了第二種方法進行設計，即儀表的背光信號定義Cyclic方式發(fā)送，多媒體系統(tǒng)的背光信號定義為OnChange方式發(fā)送。這種方式既能保證背光同步的實時性，更可靠，又能保證儀表和多媒體系統(tǒng)的背光信號不會陷入死循環(huán)，實現(xiàn)起來也更簡單。此不同信號發(fā)送類型與不同控制策略的對應分析，也可以推廣到類型功能需求的設計中，更合理地定義信號發(fā)送類型，也可以優(yōu)化、簡化出更合理的控制策略。
