CN102055633A - 一种星载双can总线节点故障自恢复系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种星载双CAN总线节点故障自恢复系统，该系统首先采用硬件逻辑与操作对基于双CAN总线通信节点的两个CAN控制器的中断信号进行处理，输出的信号一方面传送给处理器用于数据的接收中断，另一方面利用该信号产生脉冲信号对故障监测硬件看门狗进行清狗，当看门狗在设定时间内没有收到清狗信号则产生硬件复位信号对两个CAN控制器进行复位，同时产生故障报警中断信号，通知处理器对两个CAN控制器进行初始化，完成CAN通信节点的故障恢复，解决了故障检测的可靠性和实时性问题，同时确保故障自动解除。

Description

一种星载双CAN总线节点故障自恢复系统

技术领域

本发明涉及一种星载双CAN总线节点故障自恢复系统，属于星载CAN总线技术领域。

背景技术

CAN(Controller Area Network)总线是一种串行通信的现场总线，具有可靠性高、实时性好、抗干扰能力强、通信方式灵活、组网简单等优点，因此国内外均已将其引入星上电子系统，甚至作为星上骨干网络来完成星上设备间的信息传递。

星上电子系统对CAN总线网络节点通信的可靠性要求很高，为了提高可靠性，通常每个通信节点都采用双CAN总线，CAN总线A和CAN总线B。但由于目前的星载CAN总线节点的电路模块大多由非宇航级器件实现，在轨情况下容易受到空间环境(尤其是空间粒子)的影响而出现逻辑异常，导致通信异常或中断。为消除节点故障对总线通信的影响，目前常用的故障检测及处理方法包括两方面措施：一方面是与CAN总线控制器连接的微处理器采用读取的方式定期查询CAN总线控制器的状态寄存器，当状态寄存器指示总线关闭或总线出错时，对总线控制器进行初始化；另一方面是与CAN总线控制器连接的微处理器采用定时器对两次总线响应(进入总线通讯中断服务程序)的时间间隔进行计时，超过规定时间后认为总线异常，对总线控制器进行初始化。上述方法存在以下问题：故障检测全部采用软件功能来实现，检测的可靠性和实时性相对较低；在某些故障情况下仅通过软件重新初始化总线A及总线B的CAN控制器不能使得两个控制器恢复正常收发功能。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种星载双CAN总线节点故障自恢复系统，该系统是一种软硬结合的星载双CAN总线故障系统，解决了故障检测的可靠性和实时性问题，同时确保故障自动解除。

本发明的技术解决方案是：

一种星载双CAN总线节点故障自恢复系统，包括第一CAN总线、第二CAN总线、第一CAN总线收发器、第二CAN总线收发器、第一CAN总线控制器、第二CAN总线控制器、中断处理单元、硬件看门狗和处理器；

第一CAN总线连接第一CAN总线收发器，第一CAN总线收发器连接第一CAN总线控制器，第一CAN总线控制器连接处理器；第二CAN总线连接第二CAN总线收发器，第二CAN总线收发器连接第二CAN总线控制器，第二CAN总线控制器连接处理器；第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器之间还连接有中断处理单元，中断处理单元连接硬件看门狗和处理器，硬件看门狗连接处理器、第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器；

第一CAN总线收发器接收来自第一CAN总线的信号并将该信号发送给第一CAN总线控制器，第一CAN总线控制器接收到信号之后产生第一中断信号并将第一中断信号发送给中断处理单元；第二CAN总线收发器接收来自第二CAN总线的信号并将该信号发送给第二CAN总线控制器，第二CAN总线控制器接收到信号之后产生第二中断信号并将第二中断信号发送给中断处理单元；中断处理单元将第一中断信号和第二中断信号进行逻辑与运算产生数据接收中断信号，并将数据接收中断信号送入处理器的第一中断端口中，同时，中断处理单元将所述数据接收中断信号经过脉冲生成逻辑单元的处理产生脉冲，送入硬件看门狗中；硬件看门狗根据接收到的所述脉冲生成故障中断信号，并将所述故障中断信号同时输入到第一CAN总线控制器中、第二CAN总线控制器中和处理器的第二中断端口中；

当第一CAN总线处于工作状态，第二CAN总线处于非工作状态时，

若第一CAN总线无故障，则第一CAN总线控制器输出的第一中断信号为低电平信号，第二CAN总线控制器输出的第二中断信号为高电平，经过中断处理单元的处理，输出的数据接收中断信号为低电平，硬件看门狗接收到低电平的数据接收中断信号，输出的故障中断信号为高电平，第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器接收到故障中断信号的高电平后不做处理；处理器的中断端口均为低电平有效，则当处理器接收到的数据接收中断信号为低电平，故障中断信号为高电平时，处理器正常工作，不对第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器进行处理；

若第一CAN总线有故障，则第一CAN总线控制器输出的第一中断信号为高电平信号，第二CAN总线控制器输出的第二中断信号为高电平，经过中断处理单元的处理，输出的数据接收中断信号为高电平，硬件看门狗接收到高电平的数据接收中断信号，输出的故障中断信号为低电平，第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器接收到故障中断信号的低电平后，第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器均硬件复位；当处理器接收到的数据接收中断信号为高电平，故障中断信号为低电平时，处理器发送信号给第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器，通过重新配置第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器中寄存器的值使得第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器软件复位；

当第一CAN总线处于非工作状态，第二CAN总线处于工作状态时，

若第二CAN总线无故障，则第二CAN总线控制器输出的第二中断信号为低电平信号，第一CAN总线控制器输出的第一中断信号为高电平，经过中断处理单元的处理，输出的数据接收中断信号为低电平，硬件看门狗接收到低电平的数据接收中断信号，输出的故障中断信号为高电平，第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器接收到故障中断信号的高电平后不做处理；处理器的中断端口均为低电平有效，则当处理器接收到的数据接收中断信号为低电平，故障中断信号为高电平时，处理器正常工作，不对第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器进行处理；

若第二CAN总线有故障，则第二CAN总线控制器输出的第二中断信号为高电平信号，第一CAN总线控制器输出的第一中断信号为高电平，经过中断处理单元的处理，输出的数据接收中断信号为高电平，硬件看门狗接收到高电平的数据接收中断信号，输出的故障中断信号为低电平，第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器接收到故障中断信号的低电平后，第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器均硬件复位；当处理器接收到的数据接收中断信号为高电平，故障中断信号为低电平时，处理器发送信号给第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器，通过重新配置第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器中寄存器的值使得第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器软件复位。

所述处理器配置第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器中的寄存器过程如下：

(1)通过配置CAN控制器的中断控制寄存器的值来清除CAN控制器中断；

(2)通过配置CAN控制器中的复位控制寄存器的值来使得CAN控制器进入复位状态；

(3)通过配置CAN控制器中相应的工作参数配置寄存器的值来设置CAN控制器的工作参数；

(4)通过配置CAN控制器中的接收中断寄存器的值使能CAN控制器接收中断；

(5)通过配置CAN控制器中的复位控制寄存器的值使得CAN控制器退出复位状态，进入正常状态。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)采用硬件逻辑电路结合硬件看门狗对星载双CAN总线节点总线控制器的数据接收中断信号进行监测，进而实现了节点通信故障的有效检测，监测可靠性高；当双总线通信节点的当前通信通道存在故障不能正常接收数据，进而不能产生数据接收中断时，硬件逻辑与操作单元便会保持高电平，从而不产生硬件看门狗的清狗信号，硬件看门狗在设定的时间内没有收到清狗信号便产生硬件复位信号对CAN控制器进行复位，可使得双CAN总线的两个CAN控制器可靠恢复到上电初始状态，本发明中使得CAN控制器复位是通过硬件方式实现，相比现有技术中的单纯软件复位方式，具有更高的可靠性，使得现有技术中的单纯使用软件方式有时无法复位的问题得到了解决，提高了卫星系统运行的可靠性。

(2)本发明中当检测到双CAN总线通信节点的CAN控制器出现故障时，硬件看门狗产生中断信号通知处理器，处理器接收到该中断信号后在中断服务程序中对两路CAN控制器进行初始化，包括清除CAN控制器中断，配置CAN控制器进入复位状态，设置CAN控制器的工作参数，使能CAN控制器接收中断，配置CAN控制器退出复位状态，进入正常状态等，实现CAN控制器的故障恢复，由于采用了中断方式来处理恢复过程，因此故障恢复实时性高，本发明通过软件复位和硬件复位两种方式双管齐下，给卫星中CAN总线故障自恢复上了双重保险。

附图说明

图1为本发明一种星载双CAN总线节点故障自恢复系统的原理框图；

图2为本发明的硬件中断处理模块示意图；

图3为本发明的软件故障处理程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

为了确保通信的可靠性，现有的星载CAN总线网络普遍采用双CAN总线网络，即每个CAN总线通信节点具备两个通信通道，节点间通过两条线缆连接，形成两个独立的通信通道，当一个通信通道故障时，可以采用另一个通信通道通信，且任一时刻只有一个通信通道在进行通信。每个通信通道各包括一个CAN总线通信控制器和一个CAN总线收发器，同时每个通信节点还包括一个处理器。连接关系是通信节点的处理器和CAN总线控制器连接，CAN总线控制器和CAN收发器连接，CAN收发器连接CAN总线通信线缆。当一个通信通道故障时，可以采用另一个通信通道通信，且任一时刻只有一个通信通道在进行通信。其中，CAN总线收发器和CAN总线控制器都属于常规电路，有专用芯片实现其功能。在故障检测和恢复方面，现有的手段包括两方面措施：一方面是与CAN总线控制器连接的微处理器采用读取的方式定期查询CAN总线控制器的状态寄存器，当状态寄存器指示总线关闭或总线出错时，对总线控制器进行初始化；另一方面是与CAN总线控制器连接的微处理器采用定时器对两次总线响应(进入总线通讯中断服务程序)的时间间隔进行计时，超过规定时间后认为总线异常，对总线控制器进行初始化。现有技术方法存在以下问题：故障检测全部采用软件功能来实现，检测的可靠性和实时性相对较低；在某些故障情况下仅通过软件重新初始化总线A及总线B的CAN控制器不能使得两个控制器恢复正常收发功能。

如图1所示，本发明是一种星载双CAN总线节点故障自恢复系统，该系统的特点是采用了硬件看门狗对双CAN总线的故障进行了检测，并通过先硬件、后软件的处理方式对故障进行了自动恢复，相比现有技术纯软件复位更加有保证，可靠性更高。本发明的一种星载双CAN总线节点故障自恢复系统，包括第一CAN总线、第二CAN总线、第一CAN总线收发器、第二CAN总线收发器、第一CAN总线控制器、第二CAN总线控制器、中断处理单元、硬件看门狗和处理器，其中，第一CAN总线指代CAN总线A，第二CAN总线指代CAN总线B，第一CAN总线收发器指代CAN总线收发器A，第二CAN总线收发器指代CAN总线收发器B，第一CAN总线控制器指代CAN总线控制器A，第二CAN总线控制器指代CAN总线控制器B。

其中，处理器可选用51系列单片机、ARM、DSP等，CAN总线收发器可采用飞利浦公司的PCA82C250芯片，或其他功能相同的芯片，CAN控制器可采用飞利浦公司的SJA1000芯片，或其他功能相同的芯片，硬件看门狗可采用MAXIM公司的MAX6746芯片或其它功能相同的芯片，硬件看门狗通常有一个清狗信号输入引脚和一个狗咬信号(复位信号)输出引脚，同时可设定(制造时设定或电路中设定)狗咬时间，当硬件看门狗的清狗信号输入引脚在狗咬时间内收到清狗信号(通常为一个低电平脉冲)，则不产生狗咬信号，输出保持高电平，当在狗咬时间内没有收到清狗信号，则产生狗咬输出信号，通常为一个低电平脉冲。

第一CAN总线(CAN-A)连接第一CAN总线收发器(CAN总线收发器A)，第一CAN总线收发器连接第一CAN总线控制器(CAN总线控制器A)，第一CAN总线控制器连接处理器；第二CAN总线(CAN-B)连接第二CAN总线收发器(CAN总线收发器B)，第二CAN总线收发器连接第二CAN总线控制器，第二CAN总线控制器(CAN总线控制器B)连接处理器；第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器之间还连接有中断处理单元，中断处理单元连接硬件看门狗和处理器，硬件看门狗连接处理器、第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器；

第一CAN总线收发器接收来自第一CAN总线的信号并将该信号发送给第一CAN总线控制器，第一CAN总线控制器接收到信号之后产生第一中断信号并将第一中断信号发送给中断处理单元；第二CAN总线收发器接收来自第二CAN总线的信号并将该信号发送给第二CAN总线控制器，第二CAN总线控制器接收到信号之后产生第二中断信号并将第二中断信号发送给中断处理单元；中断处理单元将第一中断信号和第二中断信号进行逻辑与运算产生数据接收中断信号，并将数据接收中断信号送入处理器的第一中断端口(INT1引脚)中，同时，中断处理单元将所述数据接收中断信号经过脉冲生成逻辑单元的处理产生脉冲，送入硬件看门狗中，脉冲生成逻辑单元属于常规电路，可采用FPGA或数字门电路来实现；

硬件看门狗狗咬时间的选取要求大于两次总线数据通信时间间隔，即硬件看门狗在超过两次总线通信时间间隔的时间没有收到清狗信号则产生狗咬信号，输出低电平脉冲，硬件看门狗所配置的狗咬低电平脉冲的宽度一方面需要满足CAN控制器复位低电平脉冲持续时间需求，另一方面还要满足处理器中断响应的脉宽需求，即，需要选取硬件看门狗芯片的狗咬信号电平持续时间参数满足此处的时间匹配需求。

硬件看门狗根据接收到的所述脉冲生成故障中断信号，并将所述故障中断信号同时输入到第一CAN总线控制器中、第二CAN总线控制器中和处理器的第二中断端口(INT2引脚)中；对于第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器来说，上述输入的故障中断信号也就是各自的复位信号，即复位信号A和复位信号B。

当第一CAN总线处于工作状态，第二CAN总线处于非工作状态时，

若第一CAN总线无故障，则第一CAN总线控制器输出的第一中断信号为低电平信号，第二CAN总线控制器输出的第二中断信号为高电平，经过中断处理单元的处理，输出的数据接收中断信号为低电平，硬件看门狗接收到低电平的数据接收中断信号，输出的故障中断信号为高电平，第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器接收到故障中断信号的高电平后不做处理；处理器的中断端口均为低电平有效，则当处理器接收到的数据接收中断信号为低电平，故障中断信号为高电平时，处理器正常工作，不对第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器进行处理；

若第一CAN总线有故障，则第一CAN总线控制器输出的第一中断信号为高电平信号，第二CAN总线控制器输出的第二中断信号为高电平，经过中断处理单元的处理，输出的数据接收中断信号为高电平，硬件看门狗接收到高电平的数据接收中断信号，输出的故障中断信号为低电平，第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器接收到故障中断信号的低电平后，第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器均硬件复位；当处理器接收到的数据接收中断信号为高电平，故障中断信号为低电平时，处理器发送信号给第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器，通过重新配置第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器中寄存器的值使得第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器软件复位；

当第一CAN总线处于非工作状态，第二CAN总线处于工作状态时，

若第二CAN总线无故障，则第二CAN总线控制器输出的第二中断信号为低电平信号，第一CAN总线控制器输出的第一中断信号为高电平，经过中断处理单元的处理，输出的数据接收中断信号为低电平，硬件看门狗接收到低电平的数据接收中断信号，输出的故障中断信号为高电平，第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器接收到故障中断信号的高电平后不做处理；处理器的中断端口均为低电平有效，则当处理器接收到的数据接收中断信号为低电平，故障中断信号为高电平时，处理器正常工作，不对第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器进行处理；

若第二CAN总线有故障，则第二CAN总线控制器输出的第二中断信号为高电平信号，第一CAN总线控制器输出的第一中断信号为高电平，经过中断处理单元的处理，输出的数据接收中断信号为高电平，硬件看门狗接收到高电平的数据接收中断信号，输出的故障中断信号为低电平，第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器接收到故障中断信号的低电平后，第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器均硬件复位；当处理器接收到的数据接收中断信号为高电平，故障中断信号为低电平时，处理器发送信号给第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器，通过重新配置第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器中寄存器的值使得第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器软件复位。

处理器配置第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器中的寄存器过程如下：

(1)通过配置CAN控制器的中断控制寄存器的值来清除CAN控制器中断，对于CAN控制器SJA1000，实现方式是读取寄存器IR；；

(2)通过配置CAN控制器中的复位控制寄存器的值来使得CAN控制器进入复位状态，对于CAN控制器SJA1000，实现方式是写寄存器CR的CR.0位为“1”；

(3)通过配置CAN控制器中相应的工作参数配置寄存器的值来设置CAN控制器的工作参数，对于CAN控制器SJA1000，设置接收码的实现方式是写寄存器ACR为设计值，设置屏蔽码的实现方式是写寄存器AMR为设计值，设置波特率的实现方式是写寄存器BTR0和BTR1为设计值，其它参数设置采用类似实现方式；

(4)通过配置CAN控制器中的接收中断寄存器的值使能CAN控制器接收中断，对于CAN控制器SJA1000，实现方式是写寄存器CR的CR.1位为“1”；

(5)通过配置CAN控制器中的复位控制寄存器的值使得CAN控制器退出复位状态，进入正常状态，对于CAN控制器SJA1000，实现方式是写寄存器CR的CR0位为“0”。

对于其它CAN控制器，可采用类似的初始化流程和寄存器设置方式。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (2)

1.一种星载双CAN总线节点故障自恢复系统，其特征在于：包括第一CAN总线、第二CAN总线、第一CAN总线收发器、第二CAN总线收发器、第一CAN总线控制器、第二CAN总线控制器、中断处理单元、硬件看门狗和处理器；

第一CAN总线连接第一CAN总线收发器，第一CAN总线收发器连接第一CAN总线控制器，第一CAN总线控制器连接处理器；第二CAN总线连接第二CAN总线收发器，第二CAN总线收发器连接第二CAN总线控制器，第二CAN总线控制器连接处理器；第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器之间还连接有中断处理单元，中断处理单元连接硬件看门狗和处理器，硬件看门狗连接处理器、第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器；

第一CAN总线收发器接收来自第一CAN总线的信号并将该信号发送给第一CAN总线控制器，第一CAN总线控制器接收到信号之后产生第一中断信号并将第一中断信号发送给中断处理单元；第二CAN总线收发器接收来自第二CAN总线的信号并将该信号发送给第二CAN总线控制器，第二CAN总线控制器接收到信号之后产生第二中断信号并将第二中断信号发送给中断处理单元；中断处理单元将第一中断信号和第二中断信号进行逻辑与运算产生数据接收中断信号，并将数据接收中断信号送入处理器的第一中断端口中，同时，中断处理单元将所述数据接收中断信号经过脉冲生成逻辑单元的处理产生脉冲，送入硬件看门狗中；硬件看门狗根据接收到的所述脉冲生成故障中断信号，并将所述故障中断信号同时输入到第一CAN总线控制器中、第二CAN总线控制器中和处理器的第二中断端口中；

当第一CAN总线处于工作状态，第二CAN总线处于非工作状态时，

若第一CAN总线无故障，则第一CAN总线控制器输出的第一中断信号为低电平信号，第二CAN总线控制器输出的第二中断信号为高电平，经过中断处理单元的处理，输出的数据接收中断信号为低电平，硬件看门狗接收到低电平的数据接收中断信号，输出的故障中断信号为高电平，第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器接收到故障中断信号的高电平后不做处理；处理器的中断端口均为低电平有效，则当处理器接收到的数据接收中断信号为低电平，故障中断信号为高电平时，处理器正常工作，不对第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器进行处理；

若第一CAN总线有故障，则第一CAN总线控制器输出的第一中断信号为高电平信号，第二CAN总线控制器输出的第二中断信号为高电平，经过中断处理单元的处理，输出的数据接收中断信号为高电平，硬件看门狗接收到高电平的数据接收中断信号，输出的故障中断信号为低电平，第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器接收到故障中断信号的低电平后，第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器均硬件复位；当处理器接收到的数据接收中断信号为高电平，故障中断信号为低电平时，处理器发送信号给第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器，通过重新配置第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器中寄存器的值使得第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器软件复位；

当第一CAN总线处于非工作状态，第二CAN总线处于工作状态时，

若第二CAN总线无故障，则第二CAN总线控制器输出的第二中断信号为低电平信号，第一CAN总线控制器输出的第一中断信号为高电平，经过中断处理单元的处理，输出的数据接收中断信号为低电平，硬件看门狗接收到低电平的数据接收中断信号，输出的故障中断信号为高电平，第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器接收到故障中断信号的高电平后不做处理；处理器的中断端口均为低电平有效，则当处理器接收到的数据接收中断信号为低电平，故障中断信号为高电平时，处理器正常工作，不对第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器进行处理；

若第二CAN总线有故障，则第二CAN总线控制器输出的第二中断信号为高电平信号，第一CAN总线控制器输出的第一中断信号为高电平，经过中断处理单元的处理，输出的数据接收中断信号为高电平，硬件看门狗接收到高电平的数据接收中断信号，输出的故障中断信号为低电平，第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器接收到故障中断信号的低电平后，第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器均硬件复位；当处理器接收到的数据接收中断信号为高电平，故障中断信号为低电平时，处理器发送信号给第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器，通过重新配置第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器中寄存器的值使得第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器软件复位。

2.根据权利要求1所述的星载双CAN总线节点故障自恢复系统，其特征在于：所述处理器配置第一CAN总线控制器和第二CAN总线控制器中的寄存器过程如下：

(1)通过配置CAN控制器的中断控制寄存器的值来清除CAN控制器中断；

(2)通过配置CAN控制器中的复位控制寄存器的值来使得CAN控制器进入复位状态；

(3)通过配置CAN控制器中相应的工作参数配置寄存器的值来设置CAN控制器的工作参数；

(4)通过配置CAN控制器中的接收中断寄存器的值使能CAN控制器接收中断；

(5)通过配置CAN控制器中的复位控制寄存器的值使得CAN控制器退出复位状态，进入正常状态。

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