CN102752084A - 一种多设备can通讯智能重发方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多设备CAN通讯智能重发方法，每一个CAN控制器中具有2个发送邮箱，邮箱1用于按正常逻辑要求发送报文，邮箱2用于发送因错误而重发的报文；网络中的CAN控制器以定时方式或者事件触发方式用邮箱1发送正常逻辑产生的报文到CAN总线上；若同一时刻，有多个CAN控制器发送报文到CAN总线上，报文标识符小的竞争到总线数据能完成发送，而报文标识符大的退出仲裁；未竞争到总线的CAN控制器将数据重新加载到本CAN控制器的邮箱2中，在总线空闲时又将该数据发送到CAN总线上。采用重发次数限定机制防止数据无限制重发。该多设备CAN通讯智能重发方法易于实施，且能保障控制系统的运行安全性能。

Description

一种多设备CAN通讯智能重发方法
技术领域
本发明涉及一种多设备CAN通讯智能重发方法。
背景技术
在实际应用中，CAN通信的数据基本上多是实时数据，多台CAN通信设备连接时，由于CAN通信机制采用的是生产者与消费者【消费者模式是通信模式，在这种模式下可以接收数据】模式，每个设备都可以作为生产者也可以作为消费者，所以互相通信时就会存在总线仲裁问题，CAN模块在发送数据的时候,也同时会对总线进行监听,当实际情况中有仲裁的情况发生时,系统将会自动触发CAN总线的仲裁机制，进行仲裁处理。
假设两个节点同时发送数据,A节点发送的前5个位是10000,B节点为10001,在前4个位发送完毕的时候,两个节点都会认为自己发送成功【因为前4位相同，所以不报错，即认为是发送成功】,但是当发送到第5个位的时候,B节点会失去仲裁,因为0的优先级高于1的优先级,B节点监听到总线上不是1,因此失去仲裁,等待重新发送数据。对于CAN通信，假设仲裁出错也会表示发送完成，而实际上数据并没有发送成功，导致当前总线竞争失败而且放弃当前发送状态，进而影响到通讯系统出错和失效。
目前在CAN通信中仲裁出错，采用的是错误硬件重发方法来解决仲裁错误问题，但是存在不安全因素，当发送不成功则会一直发送，直到发送成功为止。在CAN尝试发送数据过程中，没有更新邮箱（CAN通信用邮箱发送或者接收数据，发送的数据和接收的数据都放在邮箱里，一旦总线空闲就直接发送数据，不需要CPU的参与）中数据，往往导致数据过时而会误导消费者，容易产生误操作。
现有的硬件重发机制，如图1所示，由于没有考虑数据的实时更新，没有发送成功的数据一直在重发，一旦重发的失去实时性的数据发送成功，很容易导致信号逻辑混乱，严重时会造成设备故障性损伤和人员伤亡，因此，有必要对现有的重发机制进行改进。因此，有必要设计一种多设备CAN通讯智能重发方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多设备CAN通讯智能重发方法，该多设备CAN通讯智能重发方法易于实施，且能保障控制系统的运行安全性能。
发明的技术解决方案如下：
一种多设备CAN通讯智能重发方法，多个CAN控制器均连接在CAN总线上；多个CAN控制器采用标识符列表过滤机制实现报文过滤，即屏蔽与本CAN控制器无关的CAN控制器发来的报文标识符；每一个CAN控制器中具有2个发送邮箱，具有同等优先级，分别为邮箱1和邮箱2，邮箱1用于按正常逻辑要求发送报文，邮箱2用于发送因错误而重发的报文；
网络中的CAN控制器以定时方式或者事件触发方式用邮箱1发送正常逻辑产生的报文到CAN总线上；
若同一时刻，有多个CAN控制器发送报文到CAN总线上，（当网路中的CAN控制器都监测到总线空闲而且都要发送数据时就会产生总线竞争现象，）此时，每个网络中的CAN控制器就会启用总线仲裁，报文标识符(报文包含数据与报文标识符，报文标识符即对应CAN控制器的ID号)小的竞争到总线数据能完成发送，而报文标识符大的退出仲裁【丢弃邮箱中的数据同时使能状态寄存器中的对应仲裁出错位；在CAN控制器总线仲裁中，报文标识符越小优先级越高，报文标识符最小的CAN控制器竞争到总线，能够正常完成报文发送】；
未竞争到总线的CAN控制器将数据重新加载到本CAN控制器的邮箱2中，在总线空闲时又将该数据发送到CAN总线上；若此时CAN总线上仍有多个CAN控制器同时发送数据，又将产生新的一轮总线竞争；若此时CAN总线没有其他CAN控制器同时发送数据，则当前的CAN控制器将数据成功发出；
采用重发次数限定机制防止数据无限制重发；
所述的重发次数限定机制为：每一个CAN控制器的重发计数值的初值为0，当前待发送的数据每重发一次，则重发计数值增加1，如果某CAN控制器将该当前待发送的数据成功发出，则重发计数值清零；当重发计数值达到了预先设定的阈值即重发次数N，则放弃当前待发送的数据，不再重发。
各CAN控制器每次发送一次正常逻辑产生的数据间隔为：
发送数据间隔时间T=重发次数N x(报文位数F/波特率B)。
N大于等于CAN控制器数量。【重发次数N根据现场CAN控制器的个数与每个CAN控制器的发送的报文标识符个数采用优化方式配置，如现场有10台CAN控制器，每个控制器发送3个报文标识符，由于每个控制器的报文标识符优先级相同，那么最坏的情况是每次10个控制器都竞争总线，则重发次数N大于等于10，以上条件以CAN控制器每次发送正常逻辑报文的时间间隔能够至少发送N个报文。】
有益效果：
本发明的多设备CAN通讯智能重发方法与现有技术相比，本发明的优点就在于：
1、通过时刻更新发送邮箱中数据内容与设备数据缓冲区同步，保证了数据的完整与实时，克服了硬件重发机制无法保障实时性的缺陷，能提高控制系统的运行安全性能。
2、当发送到一定次数后，如果发送依旧不成功将不再发送，进而释放总线，减少CAN总线负担,提高数据发送成功率，保证控制器不会由于不断重发错误超出预定数而进入离线状态，同时由于总线负担减少使得处于离线状态的控制器能够有足够的总线空余而从新加入总线竞争。
附图说明
图1为CAN硬件自动重发方法的流程图；
图2为多设备CAN通讯智能重发方法的流程图；
图3为网络拓扑图；
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
本实施例的多设备CAN通讯智能重发方法分为3个步骤：
步骤(1)初始化CAN通信为硬件过滤方式实现报文标识符的过滤，采用标示符列表模式屏蔽与当前设备无关的报文标识符（CAN-ID），在CAN协议里，报文的标识符(CAN-ID)不代表节点的地址，CAN是多主通信方式，因此，发送者以广播的形式把报文发送给所有的接收者。每个网络节点在接收报文时－根据报文标识符的值通过硬件过滤，决定软件是否需要该报文；如果需要，就拷贝到SRAM里；如果不需要，报文就被丢弃且无需软件的干预，每次交换8个字节的实时数据；通过设置CAN控制器的过滤标识符列表寄存器，本网络节点的要接收的报文标识符写入过滤标示符列表寄存器，这样硬件会自动过滤与列表不相符的标识符。
步骤(2)设置报文标识符（CAN-ID）的发送优先级，同时设置邮箱发送的优先级，CAN通信通过邮箱发送报文标识符。每个网络节点的报文标识符（CAN-ID）采用FIFO经典的包调度策略，先到先发送，实现采用排队循环方式，每个CAN-ID都用同等的优先级；
设置长度为64的一个发送数据的结构循环列表ptrCANDataStream（结构体包含标识符、标识符类型、数据等信息）；
一个读出数据发送位置参数Readpostion；
一个写入数据位置参数Writepostion；
网络节点初始化时ptrCANDataStream为空，Readpostion为0，Writepostion为0，当有要数据要发送时，当前的数据内容写入ptrCANDataStream，同时Writepostion加1（当Writepostion大于等于64时，Writepostion变为0），调度程序不断判断当前ptrCANDataStream列表的Readpostion参数与Writepostion参数，当Writepostion大于Readpostion时，发送Readpostion当前位置的数据同时Readpostion加1（当Writepostion大于等于64时，Writepostion变为0），直到Readpostion与Writepostion相等；假设当前有数据要发送，数据写入ptrCANDataStream后，Writepostion加1，Writepostion刚刚好等于Readpostion，那么放弃前面的写入数据，清空ptrCANDataStream，等待下次要发送的数据。
步骤(3)总线竞争策略的实现，通过邮箱1发送普通的报文标，邮箱2发送重发的报文。
设置一个参数设置一个参数结构体TxFrameFAULT（包含保存发送的报文标示符faultID，重发标志TxRsdFlag，重发次数记数数组count[128]，包含本网络节点的报文标示符数组TxFrame[128]）。
初始化时把本网络节点的发送报文标识符按照从小到大的顺序保存在TxFrame[128]；同时faultID、TxRsdFlag、count清零；
网络节点发送数据的同时保存当前发送的报文标识符信息到TxFrameFAULT.faultID，在当前发送报文的邮箱为空的情况下（注：CAN通信以邮箱发送报文，当邮箱为空时表示报文发送完成），在调度程序中扫描CAN控制器的状态寄存器的仲裁出错位和发送错误位，假设出错设置重发使能标志TxRsdFlag；下面分别对重发送数据的结构循环列表ptrCANDataStream与错误重发TxFrame标识符列表描述发送的过程，首先通过邮箱1从ptrCANDataStream得到发送数据报文，faultID保存当前发送的报文标识符,判断在邮箱1为空的情况下（注：CAN通信以邮箱发送报文，当邮箱为空时表示报文发送完成），在调度程序中扫描CAN控制器的状态寄存器邮箱1对应的仲裁出错位和发送错误位任何位为1表示邮箱1发送失败，然后设置TxRsdFlag为1表示有重发数据，在报文标示符数组TxFrame[N]中找到对应的faultID，设置对应重发次数记数数组count[N]为1，调度程序判断到TxRsdFlag为1，扫描整个count数组有大于0的就从对应的TxFrame得到发送的错误报文标识符，通过邮箱2发送同时保存报文标识符到faultID，这时会在调度程序中判断邮箱1出错的同时判断邮箱2的出错，当邮箱2出错时，扫描整个TxFrame，在相应的位置count对加1，表示当前报文标识符发送再次出错直到N次；任何时候当前报文标识符发送成功没有出错都复位对应报文标识符的重发机制（即对应的参数），假设N次的重发次数没有完成而邮箱1的相对应的报文标识符已经再次发送，也会复位当前对应的报文标识符的重发机制。
实施例1：
如图2所示，采用邮箱1发送正常逻辑要求发送的数据，而采用发送邮箱2作为发送错误重发邮箱。当邮箱1正常发送错误时，开始发送错误次数计数，设置超时发送定时器，当邮箱2发送成功后不再发送，清除重发计数。简单逻辑就是邮箱1正常发送，发送失败就放到邮箱2发送，邮箱2在指定次数指定时间间隔内发送。
通过以上实现方式解决了数据同步问题，由于采用每次重发前都更新邮箱中的数据，实现数据更新与控制数据一致。提高了总线使用效率与总线域度，在间隔时间与次数限定的情况下，重发帧不是重复与时刻去竞争，从而留给其他数据帧更多的总线空间。
控制器1、2、3组成CAN网络节点，每个控制器发送1个报文标识符CAN-ID,接收1个报文标识符CAN-ID，三个网络节点的通信规则如下：
报文标识符CAN-ID1大于报文标识符CAN-ID2，报文标识符CAN-ID2大于报文标识符CAN-ID3，所以报文标识符CAN-ID1优先级最高，报文标识符CAN-ID3优先级最低；
控制器1在过滤报文标识符列表寄存器中设置写入报文标识符CAN-ID3,则表示控制器1发送报文标识符CAN-ID1，接收报文标识符CAN-ID3，而过滤CAN-ID2；
控制器2在过滤报文标识符列表寄存器中设置写入报文标识符CAN-ID1,则表示控制器2发送报文标识符CAN-ID2，接收报文标识符CAN-ID1，而过滤CAN-ID2；
控制器3在过滤报文标识符列表寄存器中设置写入报文标识符CAN-ID2,则表示控制器3发送报文标识符CAN-ID3，接收报文标识符CAN-ID2，而过滤CAN-ID2。
网络拓扑图如图3所示，控制器1定时1000毫秒发送报文标识符CAN-ID1在数据总线上，由于采用了报文标识符过滤方式，仅仅控制器2收到报文标识符CAN-ID1，而控制器3收不到报文标识符CAN-ID1,其他的控制器发送与接收都是同样的原理。这是理想环境下没有错误的一个发送与接收，但是现场环境的复杂程度在实验的环境下是无法模拟的，由于控制器之间都是采用1000毫秒定时发送，就会存在控制器之间定时器同时到达的发送数据的状态，例如控制器1、控制器2和控制器3分别同时发送报文标识符CAN-ID1、报文标识符CAN-ID2和报文标识符CAN-ID3,就会存在总线竞争仲裁现象，由于三个网络节点的数据都同时出现在邮箱中，就会同时监测到CAN总线空闲，三个网路节点按照报文标识符的位从高到低出现在数据总线上，同时CAN控制器也会接收当前总线的位，当本网络节点发送的位于采集到的位不符合时，本网络节点仲裁出错（注:CAN控制器在发送位数据的同时也会采集当前总线上的数据，发送0表示显性位，1表示隐性位，任何一个网络节点发送了显性位总线呈现出显性），这时CAN控制器硬件会实现整个仲裁过程，报文标识符CAN-ID1的标识符数比较小，所以能够竞争到总线，而报文标识符CAN-ID2、报文标识符CAN-ID3就会出现仲裁出错，导致数据发送不成功，网络节点2的重发标志使能，报文标识符CAN-ID2的重发次数记数加1，同理网络节点3的重发标志使能，报文标识符CAN-ID3的重发次数记数加1，由于重发机制都使能，在下一次节点调度程序执行时，网络节点2的报文标识符CAN-ID2、网络节点3的报文标识符CAN-ID3同时通过邮箱2发送，再次发生竞争总线现象，重复以上的仲裁过程，由于报文标识符CAN-ID2的标识符小，所以竞争到总线，此时网络节点2对应报文标识符CAN-ID2的复位重发标志和重发次数记数（即对应报文标识符CAN-ID2的重发机制复位），而报文标识符CAN-ID3的标识符较大而再次出错，网络节点3的重发标志使能，报文标识符CAN-ID3的重发次数记数加1变成2，在下一次网络节点3的调度程序执行时，，由于报文标识符CAN-ID1与报文标识符CAN-ID2都已经发送，所以报文标识符CAN-ID3能竞争到总线，正常情况下，报文标识符CAN-ID3正常发送成功，此时网络节点3对应报文标识符CAN-ID3的复位重发标志和重发次数记数（即对应报文标识符CAN-ID3的重发机制复位），这样就完成了一个重发过程，保证了通信总线在空闲的情况下立刻发送上次未发送完成的数据。上面是一个比较小的网络同时也出现了最坏的情况，当设备多时也是采用类似的重发机制。

Claims (3)

1.一种多设备CAN通讯智能重发方法，其特征在于，多个CAN控制器均连接在CAN总线上；多个CAN控制器采用标识符列表过滤机制实现报文过滤，即屏蔽与本CAN控制器无关的CAN控制器发来的报文标识符；每一个CAN控制器中具有2个发送邮箱，具有同等优先级，分别为邮箱1和邮箱2，邮箱1用于按正常逻辑要求发送报文，邮箱2用于发送因错误而重发的报文；
网络中的CAN控制器以定时方式或者事件触发方式用邮箱1发送正常逻辑产生的报文到CAN总线上；
若同一时刻，有多个CAN控制器发送报文到CAN总线上，此时，每个网络中的CAN控制器就会启用总线仲裁，报文标识符小的竞争到总线数据能完成发送，而报文标识符大的退出仲裁；
未竞争到总线的CAN控制器将数据重新加载到本CAN控制器的邮箱2中，在总线空闲时又将该数据发送到CAN总线上；若此时CAN总线上仍有多个CAN控制器同时发送数据，又将产生新的一轮总线竞争；若此时CAN总线没有其他CAN控制器同时发送数据，则当前的CAN控制器将数据成功发出；
采用重发次数限定机制防止数据无限制重发；
所述的重发次数限定机制为：每一个CAN控制器的重发计数值的初值为0，当前待发送的数据每重发一次，则重发计数值增加1，如果某CAN控制器将该当前待发送的数据成功发出，则重发计数值清零；当重发计数值达到了预先设定的阈值即重发次数N，则放弃当前待发送的数据，不再重发。
2.根据权利要求1所述的多设备CAN通讯智能重发方法，其特征在于，各CAN控制器每次发送一次正常逻辑产生的数据间隔为：
发送数据间隔时间T=重发次数N x(报文位数F/波特率B)。
3.根据权利要求1或2所述的多设备CAN通讯智能重发方法，其特征在于，N大于等于CAN控制器数量。
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