deadline是算法被动应对消息延迟的一种手段，由于在手工设计方法中，无法对消息的延迟进行计算和有效的控制。因此设计算法时，为了避免延迟对控制效果的影响，则设置deadline。当超过deadline还没有收到消息的时，算法则进入错误处理程序，而不会执行控制代码。

deadline也是设计可靠代码的一种手段。

就如同集成电路、微处理器的诞生一样，数据总线技术的问世成为了汽车电子技术发展的一个重要里程碑。如今，随着CAN总线技术在汽车电子领域日益广泛的应用，其协议一致规范表述的重要性也逐渐凸现。根据ISO（国际标准化组织）定义的OSI模型，CAN协议定义了物理层及数据链路层规范，为不同的汽车厂商制定符合自身需要的应用层协议提供了便利。如果需要建立更加完善的系统，还需要在CAN的基础上选择合适的应用层协议。

    为了帮助业内工程师进一步了解汽车CAN网络应用层协议制定的重要性，以及掌握汽车CAN网络应用层协议设计技术，并解决其关键问题，在电子工程专辑旗下的汽车电子设计网站举行的《如何解决当前CAN网络应用层协议设计面临的关键问题？ 》专题讨论中，Mentor Graphics资深产品专员董因平博士应邀与工程师进行互动，与大家进一步探讨了汽车CAN网络应用层协议制定方面的话题。基于此次专题讨论，我们总结了汽车CAN网络应用层协议设计中经常出现的一些问题供读者参考。

    解析CAN协议应用层与应用程序

    董因平博士表示，应用层和应用程序是不一样的。应用层是指通讯功能的应用层。它并不定义和描述应用程序参数，它提供的只是通讯功能与应用程序的通讯接口。包括：定义通讯服务、传送过程数据、诊断信息及标定信息。设备监控和网络管理也一般定义为应用层的一部分，有的也将传输层的部分内容纳入应用层实现，比如超过8个字节的数据传输。

    应用程序就完全是指控制算法等应用代码。它定义控制算法相关的数据和参数。

    在目前ECU开发中，应用程序代码包含了应用层代码。其缺点在于以下三个方面：

    1. 应用程序发生变化，必须考查应用层是否还能满足要求。

    2. 通讯协议发生变化，整个应用程序及应用层代码都必须重新编译测试。这个问题是造成整车厂在协议开发中不能起主导作用的主要原因之一。所以有很多国内的整车厂有了新的协议，希望某些国外大型供应商实施新协议时会遇到极大的阻碍。一是不愿意做，二是重新开发的费用高昂。

    3. 严重阻碍了节点和设计的重用。由于应用程序和应用层融合在一起，难以实现即插即用的效果。

    解决方案就是接口标准化，即将应用层从应用程序中分割出路并标准化接口。 AUTOSAR的一个特性就是标准化接口，实现即插即用。Mentor Graphics的VTP也是一个典型的例子。

    CAN测试重要还是协议制定重要？

    董因平博士表示，测试和设计的重要性在不同设计思路中有不同的体现。目前应用层协议制定的方法可以分为两大类，一类是测试为重心的方法，一类是设计为重心的方法。

    第一种方法也称为投票法或试验法。这是一种工程设计方法，各个供应商对协议提出要求，整车厂集成要求，通过测试验证协议可行性，随后发布协议。测试的功能除了验证协议的实现外，还有一个重要的任务就是对协议设计进行测试，试图解决ID分配不合理、消息冲突问题等等。这种方法的重心就是测试，因此测试比较重要。

    第二种方法是系统级设计法。这是一种理论设计方法，它提出了完全不同的需求，供应商只需要提供相应的参数，根据一定的理论模型对网络通讯特性进行计算，如信号延迟、总线负载等。以此为基础，考虑设计需求，通过一定的调度算法，对每条消息的ID进行分配。方法的核心就是优化这些特性参数，保证整车网络通讯的实时性能。因此在这种设计方法中，设计是重点。

    董因平博士还指出，测试并不等同于验证。他说：验证表示的是我们有一个标准，测试被测对象是否符合。但是目前汽车电子的测试不能一概的称为验证，因为它还要测试协议设计是否正确，协议设计中是否有瑕疵。验证的输入是被测对象的特性，参照的是标准，输出的是两者是否符合。

    而现在的测试，输入的既有被测对象的特性，又有所谓的标准，输出的是协议是否需要修改、系统是否可行、设计是否符合需要。注意这里引出了一个难以让人理解的地方，我们要测试ECU是否符合标准，但是我们却又在根据测试结果在怀疑这个标准。因此除非有非常雄厚的技术和经验积累，否则你始终在这两者之间徘徊，浪费时间和金钱。中国目前就处于这种状态，但是我们却要依靠测试来推动技术的发展，难以想像。我们需要的是一条新的发展思路。

    没有设计就根本谈不上测试，相反设计才决定了测试的体系。例如，整车网络的电气特性参数，比如ECU的终端电阻、电容，这些参数都是与特定的网络环境有关系的。可能因为线束走线不同就有所不同。设计人员知道影响这些参数的原因和可能出现的问题，而这些都可以成为建立测试方法的输入。

    董因平博士补充道，测试是比较重要，但是一定要比较的话，则更倾向于选择设计更重要。其实电子行业的发展可以成为参考，为什么EDA工具在电子设计中处于如此重要的地位？而且现在国际上的趋势是基于系统级的设计、建模等等。重点是系统级！董因平博士还强调，如果一味只重视测试的话，那么就是在走国外发展的老路，是背离系统级的设计思路，根本就没有考虑国际发展的趋势。

    应该从哪几个方面来构造协议？

    CAN协议的基本要素是ID、周期和信号与消息的映射关系。因此构造协议的主要任务是ID分配、定义消息周期、确定信号与消息的映射关系。这三个方面的设计都同等重要，设计要考虑的主要因素有数据传输的实时性要求（即所谓的时序）、数据的相对重要程度、与数据相关的应用控制算法对数据的时间要求。

    董因平博士指出，协议设计实质上是非常复杂的工作，对于国内来说，由于我们缺乏相应的经验，国外又对我们进行技术封锁，因此到目前为止这还是阻碍中国技术发展的主要障碍。

    国际上也存在一些现有的标准，如CANopen、SAE J1939.SAE J1939这是一个有汽车工程师协议牵头制定的应用与卡车电控网络的协议。不过它主要是应用与卡车的电控系统，不能直接照搬到轿车控制系统中。但是随着汽车电子的发展，汽车电子设计分工也越来越细，这部分工作也有厂商提供工具实现协议的计算机辅助设计。比如Mentor Graphics公司的VNA就是一款自动化的协议设计软件。

    实现通信协议的程序代码结构是什么样的？

    董因平博士说：首先CAN通信功能包括物理层、数据链路层和应用层。物理层、数据链路层已经由硬件实现，目前都已经标准化，有现成的部件（CAN控制器和收发器）选择。因此在单片机上加上CAN控制器、收发器，软件实现相应的驱动程序就基本实现了CAN的通讯功能。但是这对于汽车电子上的应用还是远远不够的，因为数据链路层有很多功能没有定义如具有逻辑关系的消息之间的功能实现、网络管理等等。

    因此通信协议的程序代码的结构应该是底层驱动+应用代码（通信功能的应用代码）。如果考虑目前汽车电子嵌入式软件的技术发展，未来的结构应该是底层驱动+应用代码+抽象层。汽车电子软件开放式体系标准AUTOSAR也基本是这样的思路。目前也有很多软件厂商提供现成的解决方案，ECU软件开发只需要在该解决方案提供的基于数据读写的接口之上实现控制算法。这样做的好处在于软件设计人员可以把专长用于集中设计控制算法、保证其可靠性。这样的产品如Mentor Graphics的嵌入式软件就是这样的应用例子。

工程法的核心思想是整车厂收集各个零部件对整车网络通讯的要求，然后集成而成的一种设计方法。在这种设计方法中，测试就显得尤为重要。因为测试还兼备了一种功能——协议正确性的测试和验证。因此采用这种方法进行网络设计，其性能更多地依靠测试的完备性和有效性，而且对于工程经验的依赖比较大。对于中国的整车厂而言，工程经验是非常欠缺的，因此采用以这种方法为核心的工具就比较艰难。

计算机辅助设计法的核心思想是根据一定的理论方法对整车网络的通讯进行设计，其设计过程完全是在软件环境下的虚拟设计，是一种计算机辅助设计技术。与工程法相比，这种方法的设计就显得更重要了。因为设计的方法的优劣直接决定了设计结果地质量。因此采用这种方法的关键是对通讯的建模方法，其性能更多依靠设计方法的成熟度和准确性。采用这种方法进行设计，往往需要成熟工具的辅助。这类工具对工程经验没有严格的要求，因此非常适合中国的整车厂进行网络设计

性能设计贯穿于功能设计和物理实现，之所以单独列出这个方向是为了提醒大家注意，设计更重要的一方面是如何保障性能。性能设计更多的是以实践经验为基础，中国最缺乏地就是这一方面，因此也最困难。

2007年6月18日, 我和销售拜访了一家整车厂.他们的设计力量让我感触很深. 他们的技术中心20几个人,大部分人做线束设计,有2人左右再做总线设计. 而且这两个人没有任何经验:(

但是整车厂却规划出他们的车要上总线, 说来这个决策的背景很好笑, 因为他们要模拟的车型有总线.理由就这么简单, 没有任何可行性分析, 成本分析等等.

总结我拜访的整车厂, 急功近利十分明显. 技术人才没有, 设计经验更没有. 总线设计乃至汽车电子设计能力令人堪忧

CAN是多主站结构，采用单点对多点的广播通讯。由于每个节点在任何时刻都可以通过总线进行通讯，但是由于总线通道只有一个，不允许两个或以上的节点同时利用总线进行信息传输。为了保证总线利用的单一性(单一节点利用总线)，在多个节点试图访问总线时，CAN总线采用了按位仲裁决策使用总线的节点。

CAN网络设计的复杂性的根源就是多主站和信道资源有限。其影响随着节点数量增加而增加，因此组建两节点的网络最简单。但是当数量增加，复杂性增加。

设计复杂性是指往总线上每增加一个功能(功能可能等同于节点，也可能不等同)，其它功能对它或它对其它功能的影响是不确定的和复杂的。比如通讯正常、可靠的系统，增加一个功能表示增加信号、消息数量。因此增加的消息可能对现有消息传输的实时性产生影响，而且这种影响是不确定的。系统集成阶段的偶然性故障往往与它有关。在实验室测试良好的ECU集成到整车网络时，ECU会突然失效，往往也是这些原因引起的。

举个典型的例子，车窗玻璃升降的按钮。在实验室设计实现时，没有出现按下按钮玻璃却不动的现象。但是集成到整车上时，可能会出现按下按钮，但是玻璃不动的现象。您可能需要按住按钮不动，然后才能看到玻璃的升降。产生这种现象的根本原因是按钮按下的信息没有及时传输到控制器中，因此控制器没有执行升降的动作。但是这种现象又是无规律和随机的。

因此在设计总线通讯的时候，这种不确定的影响如何避免、如何测试就成为设计中的难点之一。 

但是汽车电子网络设计却是中国整车厂深深的痛。

首先缺乏经验。整车厂缺乏整车开发经验积累，零部件供应商缺乏电控单元开发经验。CAN协议是公开的，但是怎么做是不公开的。这就是我们所谓的缺乏"Know-How"，这是花钱买不到的。举个例子，SAE J1939可以花钱买到。但是怎么做的呢，能买到吗？我们买到的是结果，但是却永远买不到"Know-How". 这也是我们汽车工业发展的痛苦流程，招商引资20年，但是我们还是不会造车。有的公司忽然向媒体宣布他们研制成功。。。车型，但是顶多就是别人的车引进之后，改吧改吧(非核心)凑合上市。

其次两难窘境。整车厂要培养自己的供应链，但是国内的供应商又经验缺乏。想让他们做吧，又怀疑其技术力量，最后只好放弃。零部件供应商雄心是有的，有的甚至也很有实力，但是难以进入整车厂的供应链。进入不了供应链，意味着没有资金来源，发展缺乏动力。这也是为什么国内供应商举步维艰的主要原因之一。

最后国外企业的夹攻。国内整车厂要自主研发，没有关系。国外整车厂视你为异己，处处为难你，国内整车厂根本就进不了他们的圈子，更无从说起和人家一起交流、同步发展了。国外的零部件供应商根本就不睬你，就是不给你好的产品。提供的都是过时、停产的产品。把中国市场就当成了废品收购站。你有好的设计，没有关系，它们可以帮你做。但是费用高昂的吓人。

但是我们该怎么办？沿着国外发展的路子一步一步自己摸索，还是另辟侥径？

创新、创造才是硬道理。我接触过很多的外国人，感觉根本没有中国人聪明。但是为什么人家就是能做到，那是因为他们说到做到，就这么简单啊

双赢造就成功，造就财富。一方成功，另一方失败只是财富从一个口袋转移到另一个口袋，财富总量并没有增加。成功一方看似增加了财富，但是在将来它必将转移到别人的口袋里。只有双赢才能使口袋里的财富逐渐增加。

双赢也是朋友相互信任的纽带，否则这样的朋友不会长久。

双赢是合作的基础，不然合作终将失败

     CAN无论它是什么样的通讯系统，都离不开通讯的本质。发送数据方把数据成功发送到接收方。CAN发送数据方只有一个节点，而接收方可以是多个节点。通讯的本质就是将数据表示成计算机可以表示的形式，然后通过数据通道发送到接收方。

     完成一个成功的通讯，需要发送和接收方之间进行同步。CAN也不例外, 因此CAN技术核心包括数据表示(表示成双方都能理解的形式，比如帧格式、数据编码等等)、传输(数据如何通过物理介质进行传输，比如0表示显性、1表示隐性；传输介质的特性、物理信号与数据的变换方法；冲突消解等)、同步（位定时、晶振的容差等等）。