CN104393966A - 一种can总线通信方法 - Google Patents

Abstract

一种CAN总线通信方法，属于串行通讯领域，CAN2.0b通信协议中定义了标准帧，标准帧包括标识区和数据区，CAN总线中包括主节点和若干个从节点，将CAN2.0b通信协议中11bits标识区分成三部分，分别为帧信息区，节点信息区和动态翻转区，其中帧信息区占据标识区中的0至4位，共5bits，节点信息区占据标识区中的5至8位，共4bits，动态翻转区占据标识区中的9至10位，共2bits；本方法通信包括a、b、c、d、e五个步骤，通过这5个步骤后能够让主节点平等的接收各个从节点所发送的信息，避免一个从节点发送超长信息，堵塞整个节点通讯的问题。

Description

一种CAN总线通信方法

技术领域

本发明属于串行通讯领域，涉及工业控制中常用的控制器局域网(CAN)总线通信。

背景技术

CAN总线是一种有仲裁机制的差分信号传输的总线，因为存在仲裁机制，而且总线简单，所以经常被采用来做小数据量控制。作为总线传输，需要一个ID作为标识以确定报文的作用。标识上可以区分板卡、通信内容。CAN2.0b的MAC层上定义了两类通信帧，一种标准帧，一种超长帧。对于标准帧，有11位的ID可以标识。CAN发送数据的时候，其优先级取决于该帧的ID，ID越小，优先级越高。为了标识网络中不同的节点，CAN的ID需要带上节点的信息(我们称之为位置信息)，从而导致天生的不平等性。如果只以位置信息为CAN的ID,使得如果两个节点同时传输多帧的数据，位置信息导致的不平等性会使得其中一个节点连续传输完所有的帧才会轮到另外一个节点抢到总线。如此在现实应用中不是很好，不利于通信的均衡性。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种CAN总线通信方法，能够让主节点平等的接收各个从节点所发送的信息，避免一个从节点发送超长信息，堵塞整个节点通讯的问题。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：一种CAN总线通信方法，CAN2.0b通信协议中定义了标准帧，标准帧包括标识区和数据区，CAN总线中包括主节点和若干个从节点，将CAN2.0b通信协议中11bits标识区分成三部分，分别为帧信息区，节点信息区和动态翻转区，其中帧信息区占据标识区中的0至4位，共5bits，节点信息区占据标识区中的5至8位，共4bits，动态翻转区占据标识区中的9至10位，共2bits；本方法通信包括以下步骤：

步骤a)：从节点向主节点发送数据时，首先发送应答帧，应答帧中标识区里帧信息区的值是将要发送的数据帧的个数，应答帧中标识区里节点信息区存储是的是当前从节点的位置信息；

步骤b)：主节点接收到从节点的应答帧后，向从节点发送回应帧，回应帧标识区里帧信息区的值是从节点将要发送的数据帧的个数，标识区里节点信息区存储是的是此从节点的位置信息；

步骤c)：从节点接收到回应帧后，向主节点发送数据帧，数据帧中标识区里帧信息区的值是当前数据帧的序数，数据帧中标识区里节点信息区存储是的是当前从节点的位置信息；

步骤d)：主节点接收到从节点最后一个数据帧后发送确认帧，确认帧的标识区帧信息区的值是从节点发送的数据帧的个数，标识区里节点信息区存储的是此从节点的位置信息，确认帧的数据区存储有接收掩码，接收掩码显示在通讯过程中是否丢帧；

步骤e)：从节点接收到确认帧后，根据接收掩码判断是否丢帧，如果发现丢帧，则重新发送丢失的数据帧，主节点接收到从节点重新发送来的数据帧后再向从节点发送确认帧，直至从节点接收到的确认帧内接收掩码显示没有丢帧，如果从节点接收到接收掩码确认没有丢帧，则表明信息全部传输完成，结束本次通讯；

在从节点每次开始一次新的通讯时，从节点所发送的应答帧和数据帧中标识区里动态翻转区的值按照发送顺序依次进行01、10、11转换，主节点在同一时间段优先接收从节点发所发送的帧中动态翻转区值为01的帧，再接收动态翻转区值为10的帧，最后接收动态翻转区值为11的帧。

上述技术方案中，优选的，步骤a¹)：主节点向从节点发送数据时，首先发送应答帧，应答帧中标识区里帧信息区的值是将要发送的数据帧的个数，应答帧中标识区里节点信息区存储的是接收从节点的位置信息，信息区存储有发送应答码；

步骤b¹)：从节点接收到主节点的应答帧后，向从节点发送回应帧，回应帧标识区里帧信息区的值是主节点将要发送的数据帧的个数，标识区里节点信息区存储是的是此从节点的位置信息，信息区存储有接收应答码；

步骤c¹)：主节点接收到回应帧后，向从节点发送数据帧，数据帧中标识区里帧信息区的值是当前数据帧的序数，数据帧中标识区里节点信息区存储是的是接收从节点的位置信息；

步骤d¹)：从节点接收到主节点最后一个数据帧后发送确认帧，确认帧的标识区里帧信息区的值是主节点发送的数据帧的个数，标识区里节点信息区存储是的是此从节点的位置信息，确认帧的数据区存储有接收掩码，接收掩码显示在通讯过程中是否丢帧；

步骤e¹)：主节点接收到确认帧后，根据接收掩码确认是否丢帧，如果发现丢帧，则重新发送丢掉的数据帧，从节点接收到主节点重新发送来的数据帧后再向主节点发送确认帧，直至主节点接收到的确认帧内接收掩码显示没有丢帧，如果主节点接收到接收掩码确认没有丢帧，则表明信息全部传输完成，结束本次通讯；

在主节点向从节点通讯时，主节点所有帧的标识区里动态翻转区值都为00，从节点所有帧的标识区里动态翻转区值都为01。

上述技术方案中，优选的，步骤a中从节点发送应答帧后一段时间内没有接收到主节点的回应帧，则继续发送应答帧，直至接收到主节点的回应帧；

步骤b中主节点发送完回应帧后一段时间内没有接收到从节点的数据帧，则继续发送回应帧，直至接收到从节点的数据帧；

步骤d中从节点发送最后一个数据帧后一段时间内没有接收到主节点的确认帧，则继续发送最后一个数据帧，直至接收到主节点的确认帧；

步骤e中，如果从节点和主节点通讯中发生了丢帧现象，主节点向从节点发送确认帧后一段时间内没有接收到从节点的数据帧，则继续发送确认帧，直至接收到从节点的数据帧；

步骤e中，如果从节点和主节点通讯中发生了丢帧现象，从节点接收到主节点的确认帧后向主节点按序数发送丢失的数据帧，当最后一个丢失数据帧发送完后一段时间内没有接收到主节点的确认帧，则继续发送最后一个丢失的数据帧，直至接收到主节点的确认帧。

上述技术方案中，优选的，步骤d和步骤e中，接收掩码为4字节32位二进制码，二进制码从右到左每一位按照数据帧发送的顺序与数据帧一一对应，其中，如果主节点接受到数据帧，则二进制码相应位的值是1，如果没有接收到则值为0。

上述技术方案中，优选的，步骤a¹中主节点发送应答帧后一段时间内没有接收到从节点的回应帧，则继续发送应答帧，直至接收到从节点的回应帧；

步骤b¹中从节点发送完回应帧后一段时间内没有接收到主节点的数据帧，则继续发送回应帧，直至接收到主节点的数据帧；

步骤d¹中主节点发送最后一个数据帧后一段时间内没有接收到从节点的确认帧，则继续发送最后一个数据帧，直至接收到从节点的确认帧；

步骤e¹中，如果主节点和从节点通讯中发生了丢帧现象，从节点向主节点发送确认帧后一段时间内没有接收到主节点的数据帧，则继续发送回应帧，直至接收到主节点的数据帧；

步骤e¹中，如果主节点和从节点通讯中发生了丢帧现象，主节点接收到从节点的确认帧后向从节点按序数发送丢失的数据帧，当最后一个丢失数据帧发送完后一段时间内没有接收到从节点的确认帧，则继续发送最后一个丢失的数据帧，直至接收到从节点的确认帧。

上述技术方案中，优选的，步骤d¹和步骤e¹中，接收掩码为4字节32位二进制码，二进制码从右到左每一位按照数据帧发送的顺序与数据帧一一对应，其中，如果从节点接受到数据帧，则二进制码相应位的值是1，如果没有接收到则值为0。

上述技术方案中，优选的，发送应答码为1字节8位二进制码，值为00000000；接收应答码为1字节8位二进制码，值为11111111。

在CAN总线通信中，主节点与从节点的通讯非常频繁，容易发生若干个从节点同时向主节点发送信息的情况，一般情况下主节点首先接收位置信息靠前的从节点的信息，比如从节点0和从节点1同时向主节点发送信息，主节点首先接收从节点0的信息，再接收从节点1的信息。这就造成了信息接收的不平等性。如果从节点0发送的信息较长同时优先级不高，从节点1发送的信息优先级较高，同时较短，理想状态下优先接收从节点1的信息。本方法就是一种主节点在同一时间段平等接收各个从节点信息的方法。本方法主要在帧的标识区内设置动态翻转区，动态翻转区的值分别为00、01、10、11，其中00只给从主节点所发送的帧，从节点与主节点通讯时，从节点所发送帧的动态翻转区依次按照01、10、11的顺序循环替换。主节点接收帧时，在一定时间内优先接收动态翻转区为01的帧，然后再接收动态翻转区为10的帧，最后接收动态翻转区为11的帧。如此一来，若干个从节点同时向主节点发送信息时，每个从节点的帧都会依次被主节点接收到，发送信息段短的从节点的信息被首先接收完毕。在主节点接收若干从节点的信息过程中，还有其他的从节点向主节点发送信息时，因为这个从节点所发送第一个帧的动态翻转区值为01，主节点会优先接收这个帧，让这个从节点的信息进入接收序列。在主节点向从节点发送信息时，从节点回复主节点的帧的动态翻转区都为01，这样保证了可以让从节点快速回复主节点。通过这种方法主节点就能在通讯量巨大的同时快速的接收到比较重要又短小的信息(比如报警，损坏等)，对整个系统做正确快速的反应。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够让主节点平等的接收各个从节点所发送的信息，避免一个从节点发送超长信息，堵塞整个节点通讯的问题。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

表1

参见表1，标识区共11位，从右往左看，其中帧信息区占据标识区中的0至4位，共5bits，节点信息区占据标识区中的5至8位，共4bits，动态翻转区占据标识区中的9至10位，共2bits。从节点0向主节点发送信息，信息长度为10个数据帧，首先从节点0向主节点发送应答帧，应答帧中标识区里帧信息区的值是01001(计算帧数量时，从00000开始计算，既01001的值转化为10进制为9，从0开始算，个数即为10)，应答帧中标识区里节点信息区的值是0000，则说明数据帧的个数为10个，节点是从节点0。主节点收到应答帧后回复回应帧，回应帧标识区里帧信息区的值01001，标识区里节点信息区存储是的0000，则说明信息由从节点0发出，信息长度是10帧。从节点0接收到回应帧后，发送数据帧，数据帧中标识区里帧信息区的值是当前数据帧的序数，数据帧中标识区里节点信息区存储是的是0000。主节点接收到从节点0最后一个数据帧(此数据帧中标识区里帧信息区的值是01001，表明是第10个数据帧)后发送确认帧，确认帧的标识区帧信息区的值是01001，标识区里节点信息区存储的是0000，确认帧的数据区存储有接收掩码，接收掩码是0000000 00000000000 00001111111111。接收掩码从右向左看有连续的10个1，则表明10个数据帧全部接收成功，从节点0接收到此接收掩码后，结束通讯。由表1所知标识区中的第9至10位是动态翻转区，从节点的动态翻转区从01、10、11依次循序翻转。由于在同一时间只有一个从节点0向主节点发送信息，则主节点顺序接收了从节点0的所有信息。

实施例2：

表2

参见表2，从节点0和从节点1同时向主节点发送信息，从节点0和从节点1所发送的帧动态翻转区都按01、10、11循环排序，主节点在接收从节点发送的信息时按一个时间段内首先接收动态翻转区值为01、再接收动态翻转区值为10、最后接收动态翻转区值为11的帧。由表2可得，主节点依次接收从节点0和从节点1所发送的帧，对每个从节点公平对待。

由表3可得，不会出现一个从节点屡次发送数据至主节点失败从而一直占据通讯频道让主节点无法接收其他从节点信息的问题。在这种数据通信方法中，一个从节点与主节点的通信出现问题，不会影响到其他从节点与主节点的通信。

实施例3：

表3

参见表3，从节点0向主节点发送应答帧时，主节点没有收到，超时后从节点0重新发送应答帧，主节点收到应答帧向从节点0发送回应帧，从节点0没有收到，则从节点0继续发送应答帧，主节点接收到应答帧后回复回应帧，从节点0收到，则从节点继续发送数据帧。从节点0送完第10个数据帧后，主节点没有回复确认帧，超时后从节点0继续发送第10个数据帧，知道主节点回复确认帧，从节点0收到确认帧后解析接收掩码00000000000000000000001111111100，从右到左读取，发现第一位和第二位为0，则表明第一数据帧和第二数据帧主节点没有接收到，从节点0重新向主节点发送第一数据帧和第二数据帧，主节点收到后再发送确认帧给从节点0，从节点没有收到上一时刻主节点发送的确认帧，超时后则继续发送第二数据帧，主节点收到后，再次发送确认帧，从节点0收到后，解析接收掩码00000000000000000000001111111111，此时从右到左共有10位连续的1，则表明全部主节点收到全部数据帧，从节点0结束通讯。

实施例4：

表4

参见表4，从节点0和从节点1同时向主节点发送信息，在从节点0和从节点1与主节点通信的时候，从节点2也向主节点发送信息，因为从节点2发送的首个帧的动态翻转区为01，此时会被主节点优先接收到，然后主节点与节点2也开始进行通信，此时主节点与三个从节点同时通信。又因为从节点2的数据帧只有3帧，会比从节点0和从节点1提前完成与主节点的通信。

实施例5：

表5

参见表5主节点向从节点通信时，主节点向从节点0发送的应答帧带有数据区，数据长度1字节，值为00000000。从节点0接收到应答帧后回复的回应帧也带数据区，数据长度1字节，值为11111111。因为主节点的主动发送信息与被动接收信息时的标识区一样，为了区分主节点发送与接收的情况，当主节点发送信息给从节点时，主节点发送的应答帧数据区内有值，从节点恢复的应答帧数据区也有值，由此判断此时通信是由主节点发送信息向从节点。为了优先得到从节点的回复信息，在此情况下从节点所有向主节点发送的帧的动态翻转区的值固定为01，可以让主节点优先接收。而其他的通信特征与从节点向主节点发送信息时一致。

Claims (7)

1.一种CAN总线通信方法，CAN2.0b通信协议中定义了标准帧，标准帧包括标识区和数据区，CAN总线中包括主节点和若干个从节点，其特征在于，将CAN2.0b通信协议中11bits标识区分成三部分，分别为帧信息区，节点信息区和动态翻转区，其中帧信息区占据标识区中的0至4位，共5bits，节点信息区占据标识区中的5至8位，共4bits，动态翻转区占据标识区中的9至10位，共2bits；本方法通信包括以下步骤：

步骤a)：从节点向主节点发送数据时，首先发送应答帧，应答帧中标识区里帧信息区的值是将要发送的数据帧的个数，应答帧中标识区里节点信息区存储是的是当前从节点的位置信息；

步骤b)：主节点接收到从节点的应答帧后，向从节点发送回应帧，回应帧标识区里帧信息区的值是从节点将要发送的数据帧的个数，标识区里节点信息区存储是的是此从节点的位置信息；

步骤c)：从节点接收到回应帧后，向主节点发送数据帧，数据帧中标识区里帧信息区的值是当前数据帧的序数，数据帧中标识区里节点信息区存储是的是当前从节点的位置信息；

步骤d)：主节点接收到从节点最后一个数据帧后发送确认帧，确认帧的标识区帧信息区的值是从节点发送的数据帧的个数，标识区里节点信息区存储的是此从节点的位置信息，确认帧的数据区存储有接收掩码，接收掩码显示在通讯过程中是否丢帧；

步骤e)：从节点接收到确认帧后，根据接收掩码判断是否丢帧，如果发现丢帧，则重新发送丢失的数据帧，主节点接收到从节点重新发送来的数据帧后再向从节点发送确认帧，直至从节点接收到的确认帧内接收掩码显示没有丢帧，如果从节点接收到接收掩码确认没有丢帧，则表明信息全部传输完成，结束本次通讯；

在从节点每次开始一次新的通讯时，从节点所发送的应答帧和数据帧中标识区里动态翻转区的值按照发送顺序依次进行01、10、11转换，主节点在同一时间段优先接收从节点发所发送的帧中动态翻转区值为01的帧，再接收动态翻转区值为10的帧，最后接收动态翻转区值为11的帧。

2.根据权利要求1所述的一种CAN总线通信方法，其特征为本方法通信还包括以下几个步骤：

步骤a¹)：主节点向从节点发送数据时，首先发送应答帧，应答帧中标识区里帧信息区的值是将要发送的数据帧的个数，应答帧中标识区里节点信息区存储的是接收从节点的位置信息，信息区存储有发送应答码；

步骤b¹)：从节点接收到主节点的应答帧后，向从节点发送回应帧，回应帧标识区里帧信息区的值是主节点将要发送的数据帧的个数，标识区里节点信息区存储是的是此从节点的位置信息，信息区存储有接收应答码；

步骤c¹)：主节点接收到回应帧后，向从节点发送数据帧，数据帧中标识区里帧信息区的值是当前数据帧的序数，数据帧中标识区里节点信息区存储是的是接收从节点的位置信息；

步骤d¹)：从节点接收到主节点最后一个数据帧后发送确认帧，确认帧的标识区里帧信息区的值是主节点发送的数据帧的个数，标识区里节点信息区存储是的是此从节点的位置信息，确认帧的数据区存储有接收掩码，接收掩码显示在通讯过程中是否丢帧；

步骤e¹)：主节点接收到确认帧后，根据接收掩码确认是否丢帧，如果发现丢帧，则重新发送丢掉的数据帧，从节点接收到主节点重新发送来的数据帧后再向主节点发送确认帧，直至主节点接收到的确认帧内接收掩码显示没有丢帧，如果主节点接收到接收掩码确认没有丢帧，则表明信息全部传输完成，结束本次通讯；

在主节点向从节点通讯时，主节点所有帧的标识区里动态翻转区值都为00，从节点所有帧的标识区里动态翻转区值都为01。

3.根据权利要求1所述的一种CAN总线通信方法，其特征为，

步骤a中从节点发送应答帧后一段时间内没有接收到主节点的回应帧，则继续发送应答帧，直至接收到主节点的回应帧；

步骤b中主节点发送完回应帧后一段时间内没有接收到从节点的数据帧，则继续发送回应帧，直至接收到从节点的数据帧；

步骤d中从节点发送最后一个数据帧后一段时间内没有接收到主节点的确认帧，则继续发送最后一个数据帧，直至接收到主节点的确认帧；

步骤e中，如果从节点和主节点通讯中发生了丢帧现象，主节点向从节点发送确认帧后一段时间内没有接收到从节点的数据帧，则继续发送确认帧，直至接收到从节点的数据帧；

步骤e中，如果从节点和主节点通讯中发生了丢帧现象，从节点接收到主节点的确认帧后向主节点按序数发送丢失的数据帧，当最后一个丢失数据帧发送完后一段时间内没有接收到主节点的确认帧，则继续发送最后一个丢失的数据帧，直至接收到主节点的确认帧。

4.根据权利要求1所述的一种CAN总线通信方法，其特征为，步骤d和步骤e中，接收掩码为4字节32位二进制码，二进制码从右到左每一位按照数据帧发送的顺序与数据帧一一对应，其中，如果主节点接受到数据帧，则二进制码相应位的值是1，如果没有接收到则值为0。

5.根据权利要求2所述的一种CAN总线通信方法，其特征为，

步骤a¹中主节点发送应答帧后一段时间内没有接收到从节点的回应帧，则继续发送应答帧，直至接收到从节点的回应帧；

步骤b¹中从节点发送完回应帧后一段时间内没有接收到主节点的数据帧，则继续发送回应帧，直至接收到主节点的数据帧；

步骤d¹中主节点发送最后一个数据帧后一段时间内没有接收到从节点的确认帧，则继续发送最后一个数据帧，直至接收到从节点的确认帧；

步骤e¹中，如果主节点和从节点通讯中发生了丢帧现象，从节点向主节点发送确认帧后一段时间内没有接收到主节点的数据帧，则继续发送回应帧，直至接收到主节点的数据帧；

步骤e¹中，如果主节点和从节点通讯中发生了丢帧现象，主节点接收到从节点的确认帧后向从节点按序数发送丢失的数据帧，当最后一个丢失数据帧发送完后一段时间内没有接收到从节点的确认帧，则继续发送最后一个丢失的数据帧，直至接收到从节点的确认帧。

6.根据权利要求2所述的一种CAN总线通信方法，其特征为，步骤d¹和步骤e¹中，接收掩码为4字节32位二进制码，二进制码从右到左每一位按照数据帧发送的顺序与数据帧一一对应，其中，如果从节点接受到数据帧，则二进制码相应位的值是1，如果没有接收到则值为0。

7.根据权利要求2所述的一种CAN总线通信方法，其特征为，发送应答码为1字节8位二进制码，值为00000000；接收应答码为1字节8位二进制码，值为11111111。