CN101014050A

CN101014050A - 一种应用于大量数据基于连接的can总线的通信协议

Info

Publication number: CN101014050A
Application number: CNA2007100671627A
Authority: CN
Inventors: 吴朝晖; 郁利吉; 李红; 周海娟; 高志刚; 赵民德
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: INSIGMA GROUP CO Ltd; Zhejiang University ZJU
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2007-08-08

Abstract

本发明涉及一种通信协议的建模系统，旨在提供一种基于模型的面向J1939网络的可视化的建模系统。该系统包括步骤如下：(1)可视化建模：提取J1939网络系统的共同特征和接口，以图形视图的表示方式对这些J1939网络系统核心特征进行建模；(2)离线仿真模拟：离线仿真模拟功能包括网络初始化地址分配、消息对象的发送以及控制器应用对消息的响应动作的模拟；(3)自动代码生成：自动代码生成用于生成配置文件和应用程序文件的代码，完成基于模型的面向J1939网络的建模系统的建模。采用本发明提供的建模系统，优点如下：模型具有通用性、模型具有完整性、模型具有离线仿真模拟功能且节省了模型的开发时间。

Description

一种应用于大量数据基于连接的CAN总线的通信协议

技术领域

本发明涉及计算机领域的嵌入式实时系统，更具体的说，是涉及一种应用于大量数据基于连接的CAN总线的的通信协议。

背景技术

实时系统是指如果逻辑和时序出现偏差会引起严重后果的系统，广泛应用于工厂生产过程控制、汽车业、办公自动化、计算机外设、通信设备、机器人、航空航天和民用消费等领域。实时系统中的通信系统是指是经过网络层、链路层、物理层等的电子控制单元之间的通信。对于应用在汽车领域的嵌入式实时系统，电子控制单元(ECU)之间的通信是非常必须和重要的，通信系统的速度和可靠性直接影响着汽车的性能和驾驶安全。

CAN(Controller Area Network)属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。较之目前其他分布式控制系统而言，基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性：

首先，CAN控制器工作于多主方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权竞争地向总线发送数据，CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。而利用RS-485只能构成主从式结构系统，通信方式也只能以主站轮询的方式进行，系统的实时性、可靠性较差；

其次，CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低系统开发难度，缩短了开发周期，这些是只仅仅有电气协议的RS-485所无法比拟的。另外，与其它现场总线比较而言，CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。这些也是目前CAN总线应用于众多领域，具有强劲的市场竞争力的重要原因。

CAN协议规定数据域大小为8个字节，因此CAN协议支持不大于8字节的数据传输，而对于大于8字节的数据，不能直接发送，存在了一定的弊端。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种应用于大量数据基于连接的CAN总线的通信协议。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的。

一种应用于大量数据基于连接的CAN总线的通信协议，所述的通信协议基于CAN总线通信协议，对于数据大于8字节的消息，通过把消息拆分成若干小的用序列号标志的单独数据包，然后传输到接收端，在接收端把接收到的若干小的数据包重新组装成一个消息而完成消息的传送。

作为一种改进，所述的单独数据包的序列号从1到255标志，序列号从1开始分配，并且连续地分配下去直到最后一个单独数据包，而单独数据包也应该从第一个单独数据包开始顺序发送。

作为一种改进，除最后一个单独数据包外，每个单独数据包必须包含一个序列号和7个字节数据；最后一个单独数据包包含如下内容：一个序列号，至少一个字节的数据，以及被标记的无用的数据。

作为一种改进，所述的通信协议包括一对一连接管理、广播连接管理和数据传输管理。

作为一种改进，所述的一对一连接管理包括：发送建立连接请求、接收建立连接请求、发送应答连接请求、接收应答连接请求、发送连接结束请求、接收连接结束请求、发送中止连接请求和接收中止连接请求。

作为一种改进，所述的一对一连接管理的实现过程如下：一对一连接管理包括连接的初始化和连接的结束，连接的初始化是从发送端发送建立连接请求消息开始；建立连接请求消息包含发送端要发送的消息的字节数、它将被拆分成的单独数据包的个数、响应一个应答连接请求消息最多可以发送的数据包个数以及该消息的标识符；接收端选择接受或者拒绝请求；若接受请求，接收端发送一个应答连接请求消息，应答连接请求消息包含接收端将要接受的数据包的个数以及它所期待的第一个数据包的序列号；当发送端接收到一个从接收端发送的相应的应答连接请求消息之后，就认为连接已经建立；对于接收端而言，当它成功的发送出应答连接请求消息之后，就认为连接已经建立；

若接收端查看了请求发送消息，并且决定不建立连接，接收端就需要发送一个连接中止消息，这使得发送端不需要等待一个超时，就可以在第一时间放弃这个连接企图，去请求其他连接；

当接收端收到了全部期待的数据，它需要发送一个连接结束请求消息，来表明接收端已经成功接收到全部的应用数据，发送端收到连接结束请求消息后，即认为数据传输已经成功结束，本次连接过程结束。

作为一种改进，所述的广播连接管理包括发送广播请求和发送应用数据；网络中的其他节点收到广播请求之后，无需应答，发送端随即开始向接收端发送应用数据，数据发送完毕之后也无需发送连接结束请求，数据发送过程中，发生错误也无需发送连接中止请求。

作为一种改进，所述的数据传输管理包括发送应用数据和接收应用数据。

作为一种改进，所述的数据传输管理实现过程如下：发送端企图发送大于8字节的数据给接收端，首先需要发送一个建立连接请求，接收端在接收到建立连接请求之后，如果决定接收这个请求，则发送应答连接请求，当发送端接收到应答连接请求之后，表示该连接已经建立，发送端可以开始发送应用数据，接收端开始接收应用数据，当接收端收到全部的应用数据之后，发送连接结束请求，当发送端接收到连接结束请求之后，表示该连接已经结束，发送端和接收端准备进入下一个连接的过程；在整个连接过程之中，如果发生错误，发送端和接收端都可以发送中止连接请求，对方节点接收到中止连接请求之后，表示该连接已经被中止。

作为一种改进，所述的数据传输管理在一对一连接管理中，若接收端希望一个已经建立的连接立即停止发送数据，它需要发送一个应答连接请求消息，并且将允许发送的包个数设为0；若连接需要暂时停止发送数据几秒钟，接收端必须以0.5秒的周期重复这样的应答连接请求消息，避免使发送端认为连接已经中止，应答连接消息的其余的位被设为1。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明主要解决了对于长度大于8字节的大量数据传输的实现，对其数据传输过程中的数据的差分和打包以及连接管理作了详细的规定，克服了原有CAN通信协议的不足。利用本发明所述的数据传输方式，可以扩大CAN总线通讯协议的使用范围，数据传输亦更加方便灵活。

附图说明

图1是本发明的系统结构图。

图2是本发明发送建立连接请求的流程图。

图3是本发明接收建立连接请求的流程图。

图4是本发明发送应答连接请求的流程图。

图5是本发明接收应答连接请求的流程图。

图6是本发明发送连接结束请求的流程图。

图7是本发明接收连接结束请求的流程图。

图8是本发明发送中止连接请求的流程图。

图9是本发明接收中止连接请求的流程图。

图10是本发明发送广播请求的流程图。

图11是本发明接收广播请求的流程图。

图12是本发明的一个应用实例图。

具体实施方式

结合附图，下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。

一个大消息就是一个CAN的数据帧装不下的消息，数据大于8字节的消息无法装入一个单独的CAN的数据帧。因此它们必须被拆分成若干小的数据包，然后再分别传输这些数据包。在接收端，这些数据包必须被接收下来，然后再重新组装成一个完整的消息。

一种应用于大量数据基于连接的CAN总线的通信协议，所述的通信协议基于CAN总线通信协议，对于数据大于8字节的消息，通过把消息拆分成若干小的用序列号标志的单独数据包，然后传输到接收端，在接收端把接收到的若干小的数据包重新组装成一个消息而完成消息的传送，所述的通信协议包括一对一连接管理、广播连接管理和数据传输管理；所述的单独数据包的序列号从1到255标志，序列号从1开始分配，并且连续地分配下去直到最后一个单独数据包，而单独数据包也应该从第一个单独数据包开始顺序发送。除最后一个单独数据包外，每个单独数据包必须包含一个序列号和7个字节数据；最后一个单独数据包包含如下内容：一个序列号，至少一个字节的数据，以及其他无用的被标记为FF₁₆的数据。

(1)一对一连接管理：

一对一连接管理包括连接的初始化和连接的结束。一个连接的初始化是从发送端发送建立连接请求(Request to send，RTS)消息开始的，建立连接请求消息包含了消息的字节数，它将被拆分成的数据包的个数，对应一个应答连接请求消息CTS可以发送的数据包的个数，以及该消息的标识符。

收到一个请求发送消息的时候，接收端可以选择接受请求或者拒绝它。如果决定接受它，发送端可以发送一个应答连接请求消息(Clear to send，CTS)。应答连接请求消息包含了它将要接受的数据包的个数，以及它所期待的第一个数据包的序列号。接收端必须确定它有足够的资源来处理这些数据包。对一个刚刚开启的数据连接来说，它所期待的第一个数据包应该是“1”。如果决定拒绝它，接收端发送一个连接中止(Connection Abort)消息。连接请求被拒绝的原因有可能是资源不足，内存不足等等。

对于发送端而言，当它接收到一个从接收端发送的相应的应答连接请求消息(CTS)之后，就认为连接已经建立了；对于接收端而言，当它成功的发送出应答连接请求消息(CTS)之后，就认为连接已经建立了。这些定义用来决定何时必须发送一个连接中止消息来关闭一个连接。

如果一个接收端查看了RTS(Request To Send，请求发送)消息，并且决定不建立一个连接，他就需要发送一个连接中止消息。这使得发送端不需要等待超时，在第一时间放弃这个连接企图，去请求其他的连接。

当接收端收到了全部期待的数据，它需要发送一个EndofMsgACK(连接结束请求)，来表明接收端已经成功接收到全部的应用数据，发送端收到EndofMsgACK消息后，即认为数据传输已经成功结束，本次连接过程结束。

在通常情况下，数据传送都会按照附图12的数据流模式来进行。发送端发送TP.CM_RTS消息表明有一个23个字节的消息被拆装成4个数据包将被发送。在传送中数据包成员的PGN值统一标识为65259。

接收端通过TP.CM_CTS消息回复，表示它已经准备好处理从编号1开始的两个数据包。发送端通过网络用TP.DT消息发送前两个数据包。然后，接收端发出一条TP.CM_CTS消息，表示它想保持连接但不能马上再接收任何数据包。在最长延迟500毫秒后，它必须再发一条TP.CM_CTS消息来保持连接。在这个实施例中，接收端再发送了一条TP.CM_CTS消息，表示它可以接收从编号3开始的两个数据包。

一旦3号和4号数据包被传送完毕，接收端发送了一条EndofMsgACK消息，表示所有的数据包都接收到了，现在关闭连接。需要注意，4号数据包包含2字节的有效数据，分别是第22个字节和第23个字节，数据包的余下无效数据字节都被设为255(FF₁₆)进行传送，所以消息的长度是8个字节。

至此完成一个完整的一对一的数据传输过程。

(2)数据传输管理：

数据传输从连接发送端接受到应答连接请求开始。每一个数据包的CAN标示符包含了数据传输的参数组号。数据域的第一个字节是该包的序列号。

当发送端企图发送大于8字节的数据给接收端，首先需要发送一个建立连接请求，接收端在接收到建立连接请求之后，如果决定接收这个请求，则发送应答连接请求，当发送端接收到应答连接请求之后，表示该连接已经建立，发送端可以开始发送应用数据，接收端开始接收应用数据，当接收端收到全部的应用数据之后，发送连接结束请求，当发送端接收到连接结束请求之后，表示该连接已经结束，发送端和接收端准备进入下一个连接的过程；在整个连接过程之中，如果发生错误，发送端和接收端都可以发送中止连接请求，对方节点接收到中止连接请求之后，表示该连接已经被中止。

在一对一连接管理中，接收端来负责节点之间的流量控制。如果它希望一个已经建立的连接立即停止发送数据，它需要发送一个应答连接请求消息CTS，并且将允许发送的包个数设为0。如果连接需要暂时停止发送数据几秒钟，接收端必须以0.5秒的周期重复这样的应答连接请求消息，以免使发送端认为连接已经中止。应答连接消息的其余的位被设为1(表示这些位是无关位)。

在一对一的连接管理中，某一个节点的故障可能导致连接的关闭。例如，在仍然期待更多的数据包的情况下，等待的时间超过T1；当允许发送消息(CTS)发送以后经过了T2时间还没有接收到数据包(发送端故障)；当最后一个数据包发送之后经过T3时间之后还没有收到允许发送或者确认连接消息(接收端故障)等等。

本具体实施例中，如附图12所示，几个重要的时间间隔的典型值可以被设为：

Tr＝200ms；Th＝500ms；T1＝750ms；T2＝1250ms；T3＝1250ms；T4＝1050ms；

(3)广播连接管理：

如果一个发送端企图发送大于8字节的数据到网络上的每一个地址，首先需要发送一个广播请求。广播请求消息包含要发送数据的字节长度、需要分几次发送以及发送数据的参数组号等信息。网络中的其他节点收到广播请求之后，无需应答，发送端随即开始向接收端发送应用数据，数据发送完毕之后也无需发送连接结束请求。数据发送过程中，发生错误也无需发送连接中止请求。

广播多包数据的数据包的到达时间应该在50～200ms之间。而对于发送到某一个特定地址的多包消息，发送端会在数据包之间维持一个最大200ms的延时(如果CTS允许一次发多于一个包的话)。接收端必须明白所有来自同一个消息的数据包都有同样的标识符。

对于多包消息，每个数据包被顺序地接收到后，会按照序列号的顺序重新组装起来，组成一个完整的字节序列，传递给应用层。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1、一种应用于大量数据基于连接的CAN总线的通信协议，其特征在于，所述的通信协议基于CAN总线通信协议，对于数据大于8字节的消息，通过把消息拆分成若干小的用序列号标志的单独数据包，然后传输到接收端，在接收端把接收到的若干小的数据包重新组装成一个消息而完成消息的传送。

2、根据权利要求1所述的一种应用于大量数据基于连接的CAN总线的通信协议，其特征在于，所述的单独数据包的序列号从1到255标志，序列号从1开始分配，并且连续地分配下去直到最后一个单独数据包，而单独数据包也应该从第一个单独数据包开始顺序发送。

3、根据权利要求2所述的一种应用于大量数据基于连接的CAN总线的通信协议，其特征在于，除最后一个单独数据包外，每个单独数据包必须包含一个序列号和7个字节数据；最后一个单独数据包包含如下内容：一个序列号，至少一个字节的数据，以及被标记的无用的数据。

4、根据权利要求1所述的一种应用于大量数据基于连接的CAN总线的通信协议，其特征在于，所述的通信协议包括一对一连接管理、广播连接管理和数据传输管理。

5、根据权利要求4所述的一种应用于大量数据基于连接的CAN总线的通信协议，其特征在于，所述的一对一连接管理包括：发送建立连接请求、接收建立连接请求、发送应答连接请求、接收应答连接请求、发送连接结束请求、接收连接结束请求、发送中止连接请求和接收中止连接请求。

6、根据权利要求5所述的一种应用于大量数据基于连接的CAN总线的通信协议，其特征在于，所述的一对一连接管理的实现过程如下：一对一连接管理包括连接的初始化和连接的结束，连接的初始化是从发送端发送建立连接请求消息开始；建立连接请求消息包含发送端要发送的消息的字节数、它将被拆分成的单独数据包的个数、响应一个应答连接请求消息最多可以发送的数据包个数以及该消息的标识符；接收端选择接受或者拒绝请求；若接受请求，接收端发送一个应答连接请求消息，应答连接请求消息包含接收端将要接受的数据包的个数以及它所期待的第一个数据包的序列号；当发送端接收到一个从接收端发送的相应的应答连接请求消息之后，就认为连接已经建立；对于接收端而言，当它成功的发送出应答连接请求消息之后，就认为连接已经建立；

7、根据权利要求4所述的一种应用于大量数据基于连接的CAN总线的通信协议，其特征在于，所述的广播连接管理包括发送广播请求和发送应用数据；网络中的其他节点收到广播请求之后，无需应答，发送端随即开始向接收端发送应用数据，数据发送完毕之后也无需发送连接结束请求，数据发送过程中，发生错误也无需发送连接中止请求。

8、根据权利要求4所述的一种应用于大量数据基于连接的CAN总线的通信协议，其特征在于，所述的数据传输管理包括发送应用数据和接收应用数据。

9、根据权利要求8所述的一种应用于大量数据基于连接的CAN总线的通信协议，其特征在于，所述的数据传输管理实现过程如下：发送端企图发送大于8字节的数据给接收端，首先需要发送一个建立连接请求，接收端在接收到建立连接请求之后，如果决定接收这个请求，则发送应答连接请求，当发送端接收到应答连接请求之后，表示该连接已经建立，发送端可以开始发送应用数据，接收端开始接收应用数据，当接收端收到全部的应用数据之后，发送连接结束请求，当发送端接收到连接结束请求之后，表示该连接已经结束，发送端和接收端准备进入下一个连接的过程；在整个连接过程之中，如果发生错误，发送端和接收端都可以发送中止连接请求，对方节点接收到中止连接请求之后，表示该连接已经被中止。

10、根据权利要求8所述的一种应用于大量数据基于连接的CAN总线的通信协议，其特征在于，所述的数据传输管理在一对一连接管理中，若接收端希望一个已经建立的连接立即停止发送数据，它需要发送一个应答连接请求消息，并且将允许发送的包个数设为0；若连接需要暂时停止发送数据几秒钟，接收端必须以0.5秒的周期重复这样的应答连接请求消息，避免使发送端认为连接已经中止，应答连接消息的其余的位被设为1。