CN103957136A - 一种小卫星can总线监视系统 - Google Patents

Abstract

一种小卫星CAN总线监视系统，包括安装于PXI机箱内部的零槽控制器和CAN总线数据采集卡。CAN总线数据采集卡通过CAN电缆实时采集卫星CAN总线上的数据，并通过PXI总线发送给零槽控制器。零槽控制器包括配置模块、接收模块、解析模块、显示模块、保存模块和查询模块。本发明监视系统实现了CAN总线监视器的模块化和板卡化，可与其他测试设备集成于一个PXI机箱中，组成一体化测试设备，具有较好的集成性和便携性。通过零槽控制器对CAN总线原始数据进行解析，将轮询控制序列、遥测包、间接指令、上行数据块和广播等信息分类显示和存储，便于卫星测试过程中CAN总线数据的查询和问题定位。

Description

一种小卫星CAN总线监视系统

技术领域

本发明涉及一种基于PXI总线的小卫星CAN总线数据处理系统。

背景技术

CAN总线是小卫星星务系统的重要组成部分，即星务系统通过基于CAN总线的现场网络来协调、控制星上设备的相互连接，完成包括信息流、动作流、能量流的动态作业。在卫星测试过程中，可通过监视CAN总线上的数据流信息，来分析并定位系统故障，查找隐患。

现有的CAN总线监视器，其历史数据是以原始帧为单位存储在一个文本文件中的，并没有对帧数据进行分类解包，在查询和排故过程中，只能从大量的数据中逐帧查找，查询速度慢，定位问题较困难。同时，现有的CAN总线监视器功能较单一，不能与其他设备集成，增加了测试设备的复杂性。

纵观各个行业的测试技术应用和发展，测试设备的小型化、一体化、智能化是测试发展的趋势。考虑小卫星自身体积小、研制周期短的特点，结合未来小卫星研制周期短、数量多的需求，要求小卫星测试系统具备体积小、集成度高、快速构建等特点，而现有的CAN总线监视器显然已经无法满足上述要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种新型的小卫星CAN总线监视系统，通过采用PXI总线技术和虚拟仪器技术，实现了CAN总线监视的模块化和板卡化，便于和其他测试设备进行集成，实现便携式的CAN总线测试设备。同时，通过零槽控制器对CAN总线的原始数据进行解析，获取轮询控制序列、遥测包、间接指令、上行数据块和广播信息并分类显示和存储，便于卫星测试过程中CAN总线数据的查询和问题定位。

本发明的技术解决方案是：一种小卫星CAN总线监视系统，包括安装于PXI机箱内部的零槽控制器和CAN总线数据采集卡，CAN总线数据采集卡通过CAN电缆实时采集卫星CAN总线上的数据，并通过PXI总线发送给零槽控制器，零槽控制器对传来的卫星CAN总线数据进行实时处理和显示；所述的零槽控制器包括配置模块、接收模块、解析模块、显示模块、保存模块和查询模块，其中：

配置模块：将不同型号卫星的CAN总线通信协议分别以配置文件的形式进行存储；所述的配置文件包括数据优先级、站地址和数据帧类型三类信息，其中数据优先级用于标识不同类型数据帧的优先级别，站地址表示数据帧的来源或目标发送地址，数据帧类型包括轮询控制序列、遥测包、间接指令、上行数据块和广播；

接收模块：监听CAN总线上发送过来的数据并接收，根据CAN总线通信协议中的标准CAN帧格式，将接收到的数据进行格式化处理后送至解析模块和显示模块；

解析模块：调用配置模块中的配置文件，从接收模块发来的标准CAN帧中识别出不同类型的数据帧，对于仅从单个数据帧即可获取完整数据信息的单帧数据，直接送至显示模块和保存模块；对于需要多个数据帧进行组合才能获取完整数据信息的多帧数据，首先对需要关联组合的数据帧进行数据组包，并将组包后的数据送至显示模块和保存模块；

显示模块：实时显示接收模块格式化后的标准CAN帧、解析模块处理得到的轮询控制序列、遥测包、间接指令、上行数据块和广播；

保存模块：将接收模块接收到的原始CAN总线数据以帧为单位，按接收的时间顺序进行存储；将解析模块处理得到的遥测包、上行数据块和广播均以包为单位，按数据包时间顺序进行存储，所述的数据包时间为该包数据包括的第一帧数据出现的时间；将解析模块处理得到的轮询控制序列和间接指令以帧为单位，按接收的时间顺序进行存储；

查询模块：对保存模块中存储的数据，分成原始帧、轮询控制序列、遥测包、间接指令、上行数据块和广播六种类别进行查询。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明CAN总线监视系统基于PXI总线技术，用零槽控制器和CAN总线数据采集卡代替原来的计算机和CAN总线转接盒，将系统集中于一个PXI机箱中，通过PXI总线进行通信，实现了测试设备的模块化和板卡化，同时还可与其他测试设备集成在一起，节省了测试资源，使卫星测试设备具有了较好的集成性和便携性；

(2)本发明系统将CAN总线数据进行分类解析，解出轮询控制序列、遥测包、间接指令、上行数据块和广播信息，并分类进行显示和存储，便于卫星测试时对CAN总线数据进行监视和查询，在测试排故过程中，便于问题定位。

附图说明

图1为本发明监视系统的组成原理图；

图2为本发明监视系统的数据解析流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明CAN总线监视系统从硬件上主要包括PXI机箱、零槽控制器和CAN卡。

1)PXI机箱

本发明主要基于PXI总线技术，以PXI机箱作为平台，将各功能模块集成为一台一体化的卫星测试设备。PXI机箱采用NI PXI-1042型号，该机箱有1个零槽和8个卡槽，体积较小，便携性较好。

2)零槽控制器

零槽控制器是测试设备的控制核心，完成对各测试功能模块的控制、监视、参数配置、数据采集、数据广播等功能。本发明采用NI PXI-8108零槽控制器。

3)CAN总线数据采集卡

CAN卡通过高速CAN电缆与星上连接，采集CAN总线上的数据，通过PXI总线发给零槽控制器进行处理。本发明采用NI PXI-8513CAN总线数据采集卡，具有2端口的高速CAN接口，端口间隔离和CAN-PC间隔离。

为了实现控制功能，本发明CAN总线监视系统的零槽控制器主要包括六个模块，分别为：配置模块、接收模块、解析模块、显示模块、保存模块和查询模块。

1)配置模块

CAN总线标准数据帧由7个不同的位场组成，分别是：帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场、帧结束。

仲裁场和控制场主要包括数据帧的优先级、站地址、数据类型等信息，数据场为有效数据。

为了使总线测试系统具有通用性，可用于不同型号卫星的CAN总线测试，本发明设置了配置模块，将不同型号卫星的CAN总线通信协议以配置文件的形式导入。配置文件主要给出三类信息，分别为数据优先级、站地址和数据帧类型，分别配置如下：

(1)数据优先级PRI

根据实时性要求，不同数据包有不同的优先级，数值越小表示优先级越高。例如，如表1所示的设定方式。

表1优先级配置表

PRI(B)	描述
		PRI1	广播
PRI2	数据块
		PRI3	间接指令
PRI4	轮询
		…	…
PRIn	保留

(2)站地址ADD

表示数据帧的目的地或数据源。如采用表2的方式进行设置。

表2站地址配置表

ADD(B)	下位机
		ADD1	下位机1

ADD2	下位机2
		ADD3	下位机3
…	…
		ADDn	下位机n

(3)数据帧类型TYPE

数据帧的类型可以参照表3的方式进行配置。

表3数据类型配置表

TYPE(B)	描述
		TYPE1	数据块
TYPE2	间接指令
		TYPE3	轮询
TYPE4	广播
		…	…
TYPEn	保留

2)接收模块

CAN卡从CAN总线上接收来的原始数据，其数据格式和星务规定的标准CAN格式不一致，要根据《CAN总线通信协议》，将仲裁场和控制场的数据处理并表达为标准格式，便于后续的数据解析。

接收模块的主要功能是接收CAN总线上发来的数据，并转换成标准CAN格式。接收模块在运行时处于监听状态，当监听到网络上有数据发送过来时自动接收数据，并根据CAN总线协议中CAN帧的格式，将收到数据进行分析处理，表达为星务规定的标准CAN格式并显示，同时将数据发送给解析模块和保存模块。

3)解析模块

CAN总线上的数据主要包括轮询控制序列及应答、间接指令及应答、上行数据块及应答和广播等几类。

解析模块的主要功能是将CAN总线上的原始数据，根据《CAN总线通信协议》解析并组包，形成轮询控制序列、遥测包、间接指令、上行数据块和广播等形式。

如图2所示，解析的主要流程主要分以下几个步骤：

(1)首先将优先级和站地址组合，作为第一个标志信息，可识别出各种广播和一些特殊信息，其余则为间接指令及应答、上行数据块及应答、轮询控制序列及应答等信息。

(2)根据数据类型，可区分间接指令及应答、上行数据块及应答、轮询控制序列及应答等。

(3)对于上行数据块和遥测数据等，若为多帧数据，即需要多个数据帧进行组合才能获取完整数据信息的数据帧，则根据有效数据长度和帧序号等信息进行组包。

(4)将解析分类后的数据，根据站地址分别找到对应的下位机。

(5)将处理后的数据发给显示模块和保存模块

4)显示模块

显示模块接收从接收模块和解析模块发来的数据，并显示出来。

显示模块的具体功能如下：

(1)实时显示CAN总线上的原始遥测帧；

(2)实时显示轮询控制序列和遥测包；

(3)实时显示上行数据块和间接指令；

(4)实时显示广播信息。

5)保存模块

在卫星测试过程中，经常需要查询CAN总线数据，从而定位问题，分析原因。

本发明监视系统在实现CAN总线数据监视的同时，将CAN总线上的数据分类进行存储，并通过数据查询单元对历史数据进行分类查询。

保存模块主要功能是将接收到的CAN原始帧和解析后的各种数据进行分类保存，主要分以下两步：

(1)格式化数据

将接收模块和解析模块输出的数据分类按以下格式进行格式化。为了提高查询效率，将原始帧和解析后的数据按以下几种方式进行存储：

a)原始帧

如表4所示，以帧为单位，按时间顺序进行存储，每条存储数据包括时间、标识符(包括仲裁场和控制场)和数据内容。

表4原始帧存储格式

时间	仲裁场，控制场	数据场
			时间1	标识符1	数据1
…	…	…
			时间n	标识符n	数据n

b)轮询控制序列

如表5所示，轮询控制序列以帧为单位，按时间顺序进行存储，以站地址区分轮询的下位机，每条存储数据包括时间、站地址和轮询控制序列内容。

表5轮询控制序列存储格式

时间	对应下位机站地址	轮询控制序列
			时间1	站地址1	序列1
…	…	…
			时间n	站地址n	序列n

c)遥测包

如表6所示，遥测数据以包为单位，按时间顺序进行存储，以该包数据出现的第一帧的时间为遥测包时间，以对应的下位机站地址、包标识或时间作为查询时的特征标志，每条存储数据包括时间、站地址、包标识和遥测数据。

表6遥测包存储格式

第一帧时间	对应下位机站地址	包标识	包数据
				时间1	站地址1	包标识1	遥测包1
…	…	…	…
				时间n	站地址n	包标识n	遥测包n

d)间接指令

如表7所示，以帧为单位，按时间顺序进行存储，以站地址区分间接指令对应的下位机，每条存储数据包括时间、站地址和指令码字。

表7间接指令存储格式

时间	对应下位机站地址	间接指令码字
			时间1	站地址1	码字1
…	…	…
			时间n	站地址n	码字n

e)上行数据块

如表8所示，以包为单位，按时间顺序进行存储，以该数据块出现的第一帧的时间为数据块时间，以站地址或时间作为查询时的特征标志，每条存储数据包括时间、站地址、数据块长度和数据内容。

表8上行数据块存储格式

第一帧时间	对应下位机站地址	数据块长度	数据块码字
				时间1	站地址1	长度1	码字1
…	…	…	…
				时间n	站地址n	长度n	码字n

f)广播

如表9所示，以包为单位，按时间顺序进行存储，以该广播数据出现的第一帧的时间为广播时间，站地址或包标识作为查询时的特征标志，每条存储数据包括时间、站地址、包标识和数据内容。

表9广播信息存储格式

第一帧时间	对应下位机站地址	包标识	广播数据
				时间1	站地址1	包标识1	数据1
…	…	…	…
				时间n	站地址n	包标识n	数据n

(2)发往实时数据库

将格式化好的数据发给实时数据库进行存储。

6)查询模块

查询模块主要用于对历史数据进行查阅，可对六类数据进行查询，包括原始帧、轮询控制序列、遥测包、间接指令、上行数据块和广播。

在卫星测试过程中，可能会出现两种情况，一种是在某一时刻或某段时间，整星的某项参数出现异常，需要查询这段时间内的某些参数或指令，另一种情况是某下位机的某项参数出现异常，需要查询该下位机的相关参数和指令。根据这两种需求，查询模块设计了三种查询方式，分别为时间方式、下位机方式和关联方式。

(1)以时间方式查询

选择要查询的起始时间和结束时间，同时选择要查询的数据类型，包括原始帧、轮询控制序列、遥测包、上注数据、间接指令和广播，也可选择全部类型或某几种类型。

(2)以下位机方式查询

选择要查询的下位机，可选择全部信息，也可选择该下位机的某种类型的数据，同时可用起始时间和结束时间来缩小查询范围。

(3)以关联方式查询

在总线数据查询过程中，有时也需要将不同类型的数据关联起来，从而帮助测试人员发现问题。如可将遥测参数和间接指令或上行数据块以时间方式关联起来进行查询。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种小卫星CAN总线监视系统，其特征在于：包括安装于PXI机箱内部的零槽控制器和CAN总线数据采集卡，CAN总线数据采集卡通过CAN电缆实时采集卫星CAN总线上的数据，并通过PXI总线发送给零槽控制器，零槽控制器对传来的卫星CAN总线数据进行实时处理和显示；所述的零槽控制器包括配置模块、接收模块、解析模块、显示模块、保存模块和查询模块，其中：

配置模块：将不同型号卫星的CAN总线通信协议分别以配置文件的形式进行存储；所述的配置文件包括数据优先级、站地址和数据帧类型三类信息，其中数据优先级用于标识不同类型数据帧的优先级别，站地址表示数据帧的来源或目标发送地址，数据帧类型包括轮询控制序列、遥测包、间接指令、上行数据块和广播；

接收模块：监听CAN总线上发送过来的数据并接收，根据CAN总线通信协议中的标准CAN帧格式，将接收到的数据进行格式化处理后送至解析模块和显示模块；

解析模块：调用配置模块中的配置文件，从接收模块发来的标准CAN帧中识别出不同类型的数据帧，对于仅从单个数据帧即可获取完整数据信息的单帧数据，直接送至显示模块和保存模块；对于需要多个数据帧进行组合才能获取完整数据信息的多帧数据，首先对需要关联组合的数据帧进行数据组包，并将组包后的数据送至显示模块和保存模块；

显示模块：实时显示接收模块格式化后的标准CAN帧、解析模块处理得到的轮询控制序列、遥测包、间接指令、上行数据块和广播；

保存模块：将接收模块接收到的原始CAN总线数据以帧为单位，按接收的时间顺序进行存储；将解析模块处理得到的遥测包、上行数据块和广播均以包为单位，按数据包时间顺序进行存储，所述的数据包时间为该包数据包括的第一帧数据出现的时间；将解析模块处理得到的轮询控制序列和间接指令以帧为单位，按接收的时间顺序进行存储；

查询模块：对保存模块中存储的数据，分成原始帧、轮询控制序列、遥测包、间接指令、上行数据块和广播六种类别进行查询。