本文選題：遺傳算法 + CAN總線��； 參考：《杭州電子科技大學》2017年碩士論文

【摘要】：CAN總線相比于傳統(tǒng)現(xiàn)場總線在可靠性、實時性和靈活性方面具有很大的優(yōu)勢,被廣泛應用于汽車工業(yè)、航空航天、船舶、工業(yè)控制、傳感器等領域。在CAN協(xié)議使用過程中發(fā)現(xiàn)其事件觸發(fā)機制的缺陷,會導致CAN總線在一些對于實時性、穩(wěn)定性要求特別高的系統(tǒng)中不能很好的工作。為了解決CAN協(xié)議缺陷,基于時間觸發(fā)的TTCAN協(xié)議被提出,并越來越受到人們的重視。TTCAN采用分割時間窗的方法保證了周期型消息的實時性,同時設立仲裁窗兼顧事件型消息的傳輸。同樣,TTCAN協(xié)議存在著系統(tǒng)矩陣優(yōu)化問題規(guī)模過大,不能應用于動態(tài)網(wǎng)絡等問題。本文立足于TTCAN協(xié)議和遺傳算法,對TTCAN系統(tǒng)矩陣和系統(tǒng)部署更新方式進行了改進,完成了算法設計和實驗驗證。具體內(nèi)容如下:1.提出了使用改進型遺傳算法優(yōu)化TTCAN系統(tǒng)矩陣。該算法能夠有效提高TTCAN的實時性、可靠性和帶寬利用率。針對提出的矩陣編碼和實數(shù)編碼相結(jié)合的創(chuàng)新性編碼方式,設計出生成系統(tǒng)矩陣算法,解決了隨機生成初始個體不合理的問題,同時相應的改變了交叉、突變步驟;2.提出了一種動態(tài)更新TTCAN系統(tǒng)矩陣機制。解決了傳統(tǒng)TTCAN系統(tǒng)矩陣采用靜態(tài)離線預先生成而導致其無法應用于動態(tài)網(wǎng)絡的缺陷。該機制在網(wǎng)絡發(fā)生改變時,能夠自動重新生成新的系統(tǒng)矩陣并部署到系統(tǒng)中;3.設計并實現(xiàn)實驗驗證平臺。使用該平臺對改進型遺傳算法優(yōu)化TTCAN系統(tǒng)矩陣算法和動態(tài)更新機制進行驗證。該平臺是包含多個節(jié)點的TTCAN網(wǎng)絡,由嵌入式開發(fā)平臺(上位機)和采用STM32F105作為MCU的節(jié)點共同組成。針對該實驗平臺設計了基于嵌入式Linux與STM32環(huán)境的CAN驅(qū)動和QT總控程序;4.基于TTCAN網(wǎng)絡系統(tǒng)實驗驗證平臺,開展了改進型遺傳算法的性能分析,實際測試了動態(tài)更新TTCAN系統(tǒng)矩陣的性能。并且對硬件系統(tǒng)進行了基本功能、實時性和錯誤率的測試。實驗表明,以汽車工業(yè)中的國際標準PSA消息集合為例,本文算法可以將TTCAN網(wǎng)絡的帶寬利用率提高4.3%,在仲裁窗范圍內(nèi)每秒鐘增加了73個隨機報文的發(fā)送機會,提高了網(wǎng)絡的可靠性。動態(tài)更新機制能夠在網(wǎng)絡節(jié)點發(fā)生增刪時保證帶寬利用率始終維持在高水平,可以滿足應用于動態(tài)網(wǎng)絡的需求。
[Abstract]:Compared with traditional fieldbus, CAN bus has great advantages in reliability, real-time and flexibility, and is widely used in automotive industry, aerospace, ship, industrial control, sensor and other fields. In the process of using CAN protocol, the defects of event triggering mechanism will be found, which will lead to the CAN bus not working well in some systems with high real-time and high stability requirements. In order to solve the defect of CAN protocol, the time-triggered TTCAN protocol is proposed, and more people pay attention to it. The method of partitioning time window ensures the real-time performance of periodic message. At the same time, an arbitration window is set up to take into account the transmission of event-type message. The TTCAN protocol also has some problems such as the system matrix optimization problem is too large and can not be applied to the dynamic network and so on. Based on the TTCAN protocol and genetic algorithm, this paper improves the TTCAN system matrix and system deployment update method, and completes the algorithm design and experimental verification. The details are as follows: 1. An improved genetic algorithm is proposed to optimize the TTCAN system matrix. This algorithm can effectively improve the real-time, reliability and bandwidth utilization of TTCAN. Aiming at the innovative coding method of combining matrix coding with real number coding, an algorithm of generating system matrix is designed, which solves the unreasonable problem of random generation of initial individuals, and changes the crossover and mutation steps accordingly. A dynamic updating TTCAN system matrix mechanism is proposed. It solves the problem that the traditional TTCAN system matrix can not be applied to the dynamic network because of its static off-line pre-generation. When the network changes, the mechanism can automatically regenerate the new system matrix and deploy it to the system. The experimental verification platform is designed and implemented. The platform is used to verify the matrix algorithm and dynamic updating mechanism of the improved genetic algorithm for optimizing TTCAN system. The platform is a multi-node TTCAN network, which is composed of embedded development platform (host computer) and STM32F105 as the node of MCU. The CAN driver and QT master control program based on embedded Linux and STM32 environment are designed for this experiment platform. Based on the experimental verification platform of TTCAN network system, the performance analysis of improved genetic algorithm is carried out, and the performance of dynamically updating TTCAN system matrix is tested. The basic function, real-time and error rate of the hardware system are tested. The experimental results show that, taking the international standard PSA message set in the automotive industry as an example, the bandwidth utilization of TTCAN network can be increased by 4.3%, and 73 random packets per second are added in the arbitration window. The reliability of the network is improved. The dynamic updating mechanism can ensure that the bandwidth utilization rate remains at a high level when the network node is added or deleted, and can meet the requirements of the dynamic network.
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP18;TP273

【參考文獻】

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1 吳杰長;蘇攀;郝佳;;TTCAN總線應用于船舶機艙自動化系統(tǒng)的實時性建模仿真及優(yōu)化[J];中國造船;2015年01期

2 陳龍威;孫旭飛;;一種CAN總線終端電阻匹配系統(tǒng)的設計[J];電器與能效管理技術(shù);2015年04期

3 陶震宇;夏繼強;滿慶豐;;TTCAN非周期信息概率延時分析及改進[J];儀表技術(shù)與傳感器;2014年12期

4 李運生;竇金生;;TTCAN系統(tǒng)矩陣的優(yōu)化算法[J];自動化儀表;2012年06期

5 杜永貴;陳鑫;;矩陣編碼的遺傳算法[J];太原理工大學學報;2012年02期

6 劉鯖潔;陳桂明;劉小方;;基于矩陣編碼的遺傳算法研究[J];計算機工程;2011年13期

7 沈建華;;ARM處理器與嵌入式系統(tǒng)[J];單片機與嵌入式系統(tǒng)應用;2010年11期

8 袁振明;韓兵;;基于TTCAN協(xié)議的冗余現(xiàn)場總線系統(tǒng)[J];微計算機信息;2009年31期

9 王才善;魏文軍;范多旺;魏宗壽;;利用雙CAN總線進行數(shù)據(jù)采集的多任務程序設計[J];計算機時代;2009年03期

10 劉強;劉銀年;;基于時間觸發(fā)的TTCAN協(xié)議[J];自動化儀表;2008年01期

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2 黃偉;基于混合觸發(fā)CAN總線調(diào)度算法及其仿真研究[D];江西師范大學;2015年

3 邢洋;基于STM32的CAN總線分析儀的設計[D];青島大學;2013年

4 江君莉;基于群智能優(yōu)化算法混合策略的蟻群算法的研究與應用[D];江南大學;2013年

5 黎軍華;TTCAN總線技術(shù)在汽車通信系統(tǒng)中的應用研究[D];東華理工大學;2012年

6 劉嘯然;汽車CAN網(wǎng)絡的實時調(diào)度方法研究[D];合肥工業(yè)大學;2012年

7 崔珊珊;遺傳算法的一些改進及其應用[D];中國科學技術(shù)大學;2010年

8 汪松泉;遺傳算法在組合優(yōu)化中的應用研究[D];安徽大學;2010年

9 曹道友;基于改進遺傳算法的應用研究[D];安徽大學;2010年

10 成進;CAN總線實時性能研究和改進[D];蘇州大學;2010年

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本文編號：1970936