什么是CAN總線負載率？怎么計算負載率？（附送負載率自動計算表格）
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?0、前言
近期小編發(fā)表了一些關于CAN總線的文章，（點擊查看文章匯總），有粉絲在后臺留言問：能否寫一些關于CAN總線負載率的文章？大家都知道，我們是很寵愛自己的粉絲的，特此奉上本篇文章。
1、什么是CAN總線的負載率？
一般業(yè)內對負載率的定義為：實際數據傳輸速率和理論上能達到的數據傳輸速率的比值。
可類比景區(qū)的負載率進行理解：每個景區(qū)都有一個負荷上限，比如10000人，如果此時景區(qū)內只有1000人，那么這時的景區(qū)負載率是10%。如下圖1和圖2分別展示了景區(qū)高負載率和低負載率的情況。
圖1：高負載率
圖2：低負載率
景區(qū)負載率是一個在空間上定義的概念，它說明了在空間上資源的被使用情況，而總線負載率則不然，其是在時間上定義的一個概念，說明了在時間上資源被使用的情況。
因為傳輸速率一般是按秒來計算，數據傳輸速率既為每秒鐘傳輸了多少個BIT，負載率也默認為在一秒的時間范圍內位資源的使用情況。理論上波特率為500K的總線上每秒鐘能夠傳輸500000個BIT，如果在某一秒中總線上只傳輸了100000個BIT，則總線負載率為20%。
2、CAN總線負載率最大支持多少？
在行業(yè)內一般要求負載率不大于30%。
如果按照空間上負載率的概念做簡單類比，CAN總線上一般要求負載率不大于30%似乎不能被理解，畢竟物盡其用這個觀念是被大家廣為接受的。要深入系統(tǒng)的理解為什么30%成為目前業(yè)內普遍遵守的負載率高壓線，就不得的不引入CAN理論中另外幾個重要的概念：ID仲裁、閑時發(fā)送和最大反應時間。
CAN總線本質上是一種串口通訊，靠在時間線上對每一位的電壓值進行調制來搭載不同的信號。因為各節(jié)點共用總線介質，對總線的使用權界定就至關重要。
先說結論：只有在總線空閑時，發(fā)送節(jié)點才能向總線上發(fā)送幀起始及后續(xù)幀ID，只有在幀ID贏得仲裁時，發(fā)送節(jié)點擁有總線控制權進而向總線發(fā)送報文剩余部分，在仲裁中失敗的節(jié)點讓出總線控制權等待下次總線空閑時繼續(xù)嘗試發(fā)送。
我們可以看到如果某一個節(jié)點需要發(fā)送一幀報文，它需要同時滿足兩個條件
1、總線是空閑的，即目前沒有任何節(jié)點在發(fā)送報文，在總線上表示為節(jié)點監(jiān)測到11個連續(xù)的隱性位；
2、所需發(fā)送的報文贏得ID仲裁，即報文優(yōu)先級較高。
一個報文在試圖發(fā)送時，必須滿足上述兩個條件才能完成發(fā)送。這里的問題就是：如果一個優(yōu)先級相對較低的節(jié)點向外發(fā)報文時，會因為不斷地在仲裁中失敗而導致發(fā)送延遲。如果延遲過大會引起通訊失敗。
負載率越高，代表需要發(fā)送的數據越多，相對來說低優(yōu)先級節(jié)點發(fā)生通訊延遲的概率越大。
實際上30%的數據也只是一個經驗數值，歷史很悠久的一個經驗數值。從本質上來看，限制負載率最終是要保證相對低優(yōu)先級節(jié)點的通訊實時性，如果能通過網絡及節(jié)點優(yōu)化等手段滿足每個節(jié)點的最大響應時間滿足要求，負載率只是一個無關緊要的參數。
3：負載率計算
想要了解負載率的計算，需先清楚CAN總線的幀格式。
圖3：CAN標準幀格式
圖4：CAN擴展幀格式
圖5：幀間隔假設
網絡負載率是 1s 內網絡總線傳輸數據所占帶寬的百分率。以上圖網絡矩陣表為例，假設總線速度為500Kbps，網絡中有多幀信號，把每個信號幀所占的負載率算出來，相加即得到總的網絡負載率。FBCM_1/FBCM_2這兩幀的所占的負載率算法如下：?????負載率1 = (1000ms / 20ms)? * 111 / 500000 = 0.0111 = 1.11%
負載率2 = (1000ms / 10ms)? * 111 / 500000 = 0.0222 = 2.22%
4：負載率自動計算工具
根據以上的負載率計算原理，可以輕松整理出如下的表格，輸入CAN總線的相關參數：波特率、ID個數、幀間隔、幀類型等，可以自動出總線負載率。請關注公眾號【玩轉單片機與嵌入式】，在后臺回復【CAN負載率】，將自動發(fā)送負載率計算的工具給您。當然：本文的重點是講解CAN總線負載率的原理及如何進行負載率計算；真實情況下不需要自動手動計算，可以使用CAN分析儀等工具可以輕松的讀取到CAN總線負載率。End
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1、什么是CAN總線的負載率？
一般業(yè)內對負載率的定義為：實際數據傳輸速率和理論上能達到的數據傳輸速率的比值。
可類比景區(qū)的負載率進行理解：每個景區(qū)都有一個負荷上限，比如10000人，如果此時景區(qū)內只有1000人，那么這時的景區(qū)負載率是10%。如下圖1和圖2分別展示了景區(qū)高負載率和低負載率的情況。
圖1：高負載率
圖2：低負載率
景區(qū)負載率是一個在空間上定義的概念，它說明了在空間上資源的被使用情況，而總線負載率則不然，其是在時間上定義的一個概念，說明了在時間上資源被使用的情況。
因為傳輸速率一般是按秒來計算，數據傳輸速率既為每秒鐘傳輸了多少個BIT，負載率也默認為在一秒的時間范圍內位資源的使用情況。理論上波特率為500K的總線上每秒鐘能夠傳輸500000個BIT，如果在某一秒中總線上只傳輸了100000個BIT，則總線負載率為20%。
2、CAN總線負載率最大支持多少？
在行業(yè)內一般要求負載率不大于30%。
如果按照空間上負載率的概念做簡單類比，CAN總線上一般要求負載率不大于30%似乎不能被理解，畢竟物盡其用這個觀念是被大家廣為接受的。要深入系統(tǒng)的理解為什么30%成為目前業(yè)內普遍遵守的負載率高壓線，就不得的不引入CAN理論中另外幾個重要的概念：ID仲裁、閑時發(fā)送和最大反應時間。
CAN總線本質上是一種串口通訊，靠在時間線上對每一位的電壓值進行調制來搭載不同的信號。因為各節(jié)點共用總線介質，對總線的使用權界定就至關重要。
先說結論：只有在總線空閑時，發(fā)送節(jié)點才能向總線上發(fā)送幀起始及后續(xù)幀ID，只有在幀ID贏得仲裁時，發(fā)送節(jié)點擁有總線控制權進而向總線發(fā)送報文剩余部分，在仲裁中失敗的節(jié)點讓出總線控制權等待下次總線空閑時繼續(xù)嘗試發(fā)送。
我們可以看到如果某一個節(jié)點需要發(fā)送一幀報文，它需要同時滿足兩個條件
1、總線是空閑的，即目前沒有任何節(jié)點在發(fā)送報文，在總線上表示為節(jié)點監(jiān)測到11個連續(xù)的隱性位；
2、所需發(fā)送的報文贏得ID仲裁，即報文優(yōu)先級較高。
一個報文在試圖發(fā)送時，必須滿足上述兩個條件才能完成發(fā)送。這里的問題就是：如果一個優(yōu)先級相對較低的節(jié)點向外發(fā)報文時，會因為不斷地在仲裁中失敗而導致發(fā)送延遲。如果延遲過大會引起通訊失敗。
負載率越高，代表需要發(fā)送的數據越多，相對來說低優(yōu)先級節(jié)點發(fā)生通訊延遲的概率越大。
實際上30%的數據也只是一個經驗數值，歷史很悠久的一個經驗數值。從本質上來看，限制負載率最終是要保證相對低優(yōu)先級節(jié)點的通訊實時性，如果能通過網絡及節(jié)點優(yōu)化等手段滿足每個節(jié)點的最大響應時間滿足要求，負載率只是一個無關緊要的參數。
3：負載率計算
想要了解負載率的計算，需先清楚CAN總線的幀格式。
圖3：CAN標準幀格式
圖4：CAN擴展幀格式
圖5：幀間隔假設
- Ui：各個信息幀占用總線百分比
- L：為報文的總長度
- C：為報文的總線占用時間? ? ??
- N：為填充的位數
- t：為毛速率 ( 亦稱波特率 )下的位時間
- L = N ? 8d g 13
- C = ?L * t
- Ui = C / T
網絡負載率是 1s 內網絡總線傳輸數據所占帶寬的百分率。以上圖網絡矩陣表為例，假設總線速度為500Kbps，網絡中有多幀信號，把每個信號幀所占的負載率算出來，相加即得到總的網絡負載率。FBCM_1/FBCM_2這兩幀的所占的負載率算法如下：?????負載率1 = (1000ms / 20ms)? * 111 / 500000 = 0.0111 = 1.11%
負載率2 = (1000ms / 10ms)? * 111 / 500000 = 0.0222 = 2.22%
4：負載率自動計算工具
根據以上的負載率計算原理，可以輕松整理出如下的表格，輸入CAN總線的相關參數：波特率、ID個數、幀間隔、幀類型等，可以自動出總線負載率。請關注公眾號【玩轉單片機與嵌入式】，在后臺回復【CAN負載率】，將自動發(fā)送負載率計算的工具給您。當然：本文的重點是講解CAN總線負載率的原理及如何進行負載率計算；真實情況下不需要自動手動計算，可以使用CAN分析儀等工具可以輕松的讀取到CAN總線負載率。End
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