对TTCAN的分析

本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/258056.htm

（2）TTCAN在恶劣环境下误帧太多

　　参考文献[3]中， 用实验方法得到CAN在恶劣环境下的误码率为2.6× 10-7。据文章作者认为，这是较为保守的估计，实际情况要好些。为了考察这个数据的有效性，我与该文作者进行了沟通，得到更为详细的资料，见参考文献[4]。根据这些资料，可以认为这个数据是一个与汽车现场接近的数据，不能算作保守。其主要理由有：

　　① 实验的原始想法是只测来源于CAN电缆干扰的误码，所以把CAN发送和接收节点放在屏蔽箱内，用二条电缆传送信号，一条在箱内，一条在箱外，通过比较从二条电缆收到的数据流，计算出误码率。但是将手机放在不带屏蔽、不作双绞的通信线上进行另外的实验时，却没有任何出错，说明来自空间的干扰影响很小。而实际恶劣环境下现场被测试设备的电源与干扰源的电源并不独立。与此对比，认为出错是通过电源传导的，这与原始设想不同。
　　② 实验的恶劣环境是指电焊机工作时的干扰，并无具体的数量指标，无法与汽车的电源传导干扰相比较（ISO7637)。实际上可能不如汽车电源干扰大。
　　③ 在电源传导干扰下，造成误码计数的情形较复杂。它与可能的故障位置、CAN收发节点状态有关。误码有多算也有少算的情形。
　　④ 电焊机是人工操作，通信实验中干扰源只在部分时间存在，计算误码率的通信总量多算了。

　　在此推定下，如假设TTCAN的总线利用率为60%，通信速率为500 kbps，按照2.6×10-7的误码率，那么在1小时内会有280.8个误码(500k×3 600×60%×2.6×10-7=280.8)，约12.8秒1次。由于TTCAN禁止出错自动重发，因此会大量丢帧。而对CAN来说，只要在12.8 s内重发成功，就不会丢帧。TTCAN要回避这个问题，就要求更完善的抗干扰措施，这意味着成本的提高。

（3） 由预留Error Frame帧引起的开销大

　　TTCAN没有禁止Error Frame，由于错误可能出现在任何时间，就可能发生在帧的最后处，每一个Slot都要预留Error Frame的时间，否则它会阻碍下一个Slot内消息的发送，这是很大的开销，使TTCAN远达不到设想的100%的总线利用率。假定最小的数据帧为1B数据，长为65位，而Error Frame为20位，那么这项开销达到23.5%。

（4） Slot用途不同造成时间利用率低由

　　于TTCAN规定调度好的Cycle中的Slot划分是一样的，但可能的用途不同。不同的Cycle同一Slot里可能安排了长短不一的消息，此时对短帧来说，留下的时间就浪费了。

（5） 事件消息被阻塞的延迟可能性增大

　　在TTCAN中，由于调度结果造成几个连续的Slot都是独占窗，此时事件消息要等待的时间很长，必须有特别的设计加以处理。

（6） 网络内的时间同步要求较高

　　用软件来实现时就得留出时间以容许主从节点间的同步误差，这就又减少了带宽。如用Level 2的硬件实现，就不可能马上使成本低到与CAN一样。实际上，置TTCAN于一种新的与CAN无关的总线的地位，要与其他总线作全面的比较，TTCAN就没有其他总线好了。

（7） 丢帧处理两难

　　TTCAN在传送出错的情况下，不对本帧进行自动重发。在应用上要有所考虑。或者用比实际需要更多的发送，丢掉就算了的策略，这也会浪费带宽；或者由应用层在仲裁窗组织重发，但这相当复杂。如用冗余的第2条总线，意味着成本的加倍。

（8） 仲裁窗的要求较难实现

　　在仲裁窗判断事件消息能否发完，然后控制事件消息的发送是不容易实现的。用软件来实时处理来不及，又没有现成的硬件。

　　另外，在对付CAN系统中Babbling idiot出错方面，TTCAN没有改进。

4 小结

　　工业应用中可靠性是第一位的要求，出错自动重发是CAN最有价值的部分；而TTCAN禁止出错重发，使它的抗干扰能力大打折扣，在应用上造成困难。在许多时间触发协议中纠错的方法都复杂得多，如TTP/C和FlexRay用2个通道传送同样的消息，只要不是2个通道同时出错，消息就能送达，但是其代价是成本比单通道增加1倍。TTCAN也能构造2个通道，也会面临同样的代价问题；而且2个通道同时出错仍是有概率的，要重发又有时限等新的问题。因此在抗干扰方面，TTCAN没有给出性价比合适的解决方案。现在CAN每年都有数亿的节点产量，这说明用户对它的可靠性的认同，而这种可靠性完全来源于CAN在数据链路层实现的出错自动重发功能——干扰是客观存在的，自动纠错使用户根本感觉不到有错。比较所有的现场总线，纠错的方法要比CAN复杂得多，应用就不方便，性价比下降。尽管FlexRay的拓扑结构很多，有星型、总线型等，但设想用于替代CAN的只用1个通道的用法，可能会面临TTCAN同样的干扰丢帧问题；解决出错重发的高层软件并不成熟，也没有标准化，因此目前不会构成对CAN的威胁。

　　TTCAN与CAN的不兼容，使它在经济上不能充分利用CAN的资源，所以它也不是CAN的好的升级方案。

作者： 重庆工业自动化仪表研究所 杨福宇


参考文献

[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 RealTime Networks sattelite held in conjunction with the 16th Euromicro Intl Conference on RealTime Systems, June 2004.
[4] Ferreira J. PhDjjcf_Charpter_4.pdf
[5] 杨福宇.CAN总线的局限[J]. 电子设计应用,2006(11):32, 34.

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