CAN總線如何保障低優(yōu)先級數(shù)據(jù)不被餓死？

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在仲裁過程中，所有節(jié)點同時監(jiān)視總線信號。
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當一個節(jié)點在發(fā)送過程中檢測到總線上的信號與自己發(fā)送的不同（自身發(fā)送“1”卻檢測到“0”），它會立即退出仲裁，轉(zhuǎn)為監(jiān)聽狀態(tài)。
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1 W* K/ Q8 x9 {- {1 Q0 m最終，優(yōu)先級最高的節(jié)點贏得仲裁，成功發(fā)送數(shù)據(jù)。
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這種機制保障了總線的高效利用，但也帶來了低優(yōu)先級幀可能長期無法發(fā)送的風(fēng)險。

* D1 ?4 k# ~! w& \+ E在極端情況下，如果高優(yōu)先級幀的發(fā)送間隔小于或等于低優(yōu)先級幀的發(fā)送間隔，低優(yōu)先級幀會持續(xù)在仲裁中失敗。這種情況稱為“總線饑餓”或“優(yōu)先級反轉(zhuǎn)”問題。
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) p( D( X9 G5 W. K+ \3 N2 F例如：高優(yōu)先級幀每5ms發(fā)送一次。低優(yōu)先級幀每10ms發(fā)送一次。

* \  ?" s8 T* h( G如果兩個幀同時到達發(fā)送隊列，高優(yōu)先級幀將總是贏得仲裁，導(dǎo)致低優(yōu)先級幀可能永遠無法發(fā)送。

9 y  X. }4 D( D6 e3 B7 CCAN協(xié)議本身并未直接解決優(yōu)先級反轉(zhuǎn)問題，因此需要通過系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用層協(xié)議來確保低優(yōu)先級幀的發(fā)送。
+ N. B9 U9 ?% Q( i7 j: h! b; d
% z( x# c8 _( q4 r( `但可以通過以下措施解決：
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時間觸發(fā)通信調(diào)度（TTC）
2 s0 k8 c! P5 g( P3 D! G( s時間觸發(fā)通信調(diào)度通過預(yù)定義的時間表，確保各個節(jié)點在特定的時間段內(nèi)發(fā)送幀。如下：
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周期性幀調(diào)度：定義不同優(yōu)先級幀的發(fā)送周期，確保每幀都有機會發(fā)送。例如，可以在5ms內(nèi)分配若干時間窗口給高優(yōu)先級和低優(yōu)先級幀。

發(fā)送時間偏移：在節(jié)點內(nèi)引入發(fā)送時間偏移，使得高優(yōu)先級幀和低優(yōu)先級幀發(fā)送時不會總是同時觸發(fā)仲裁。
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- F% Y- L$ Q1 ?# t+ W軟件死鎖檢測與重傳機制
節(jié)點內(nèi)部的軟件可以檢測低優(yōu)先級幀長時間未成功發(fā)送的情況：如果檢測到幀長期饑餓，可以通過人工增加重發(fā)頻率或強制暫停高優(yōu)先級幀的發(fā)送，給低優(yōu)先級幀留出發(fā)送機會。
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: w3 y2 s7 n1 q# P4 B動態(tài)優(yōu)先級調(diào)整
- [9 ^- y7 E# I5 U+ o& H- b某些應(yīng)用層協(xié)議（如CANopen或J1939）允許動態(tài)調(diào)整幀的優(yōu)先級。例如：在低優(yōu)先級幀因饑餓而長期無法發(fā)送時，可以暫時調(diào)高其優(yōu)先級。一旦發(fā)送成功，恢復(fù)其正常優(yōu)先級。
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" _  o5 B$ Y" H7 t  L6 }CAN FD的應(yīng)用
% r# [3 t$ T/ @- [6 i對于數(shù)據(jù)量較大的應(yīng)用，可以考慮CAN FD（Flexible Data-rate）：通過較大的數(shù)據(jù)負載能力減少幀數(shù)量，從而降低仲裁沖突概率。結(jié)合時間觸發(fā)模式進一步優(yōu)化調(diào)度。
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幀合并技術(shù)
- K% o. A9 {! Q9 Z8 A# G; Q3 r在應(yīng)用層中，可以將多個低優(yōu)先級數(shù)據(jù)幀合并為一個幀，減少仲裁失敗的次數(shù)。

通過協(xié)議層和應(yīng)用層結(jié)合設(shè)計，低優(yōu)先級幀可以被可靠地發(fā)送出去，保證系統(tǒng)的整體性能和穩(wěn)定性。
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