CN104486187B - 一种动态同步的can通讯设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于帧队列的动态自同步CAN通讯设备和方法，系统包括若干个CPU，每个CPU都有独立的1个或多个帧ID，帧ID小的CAN帧具有比较高的优先级，帧ID大的CAN帧优先级较低。当多个CPU通过CAN通讯时，所有的CPU始终接收CAN总线上的数据，并在各自的内存中建立优先级从高到低的帧ID队列，并把自己的帧ID也排列在该队列中，当本帧ID前面的数据都接收到后，立即发送本帧ID信息，如果遇到没有发送成功，就立即将本帧ID后移一个帧间隔单元，在下一个单元时间启动发送。通过不断地监控CAN总线上的信息，动态调整帧队列，重新确定本帧数据发送的时间位置，实现自动同步的功能。

Description

一种动态同步的CAN通讯设备和方法

技术领域

本发明涉及CAN(控制器局域网)通讯方法，尤其涉及一种动态同步的CAN通讯设备和方法，通过动态同步的方式，实现准同步的通讯结果。

背景技术

目前，CAN通讯在车辆电控、工业现场等场合应用日益普遍，CAN通讯解决了多主通讯握手和仲裁等问题。

CAN通讯一般在车辆电控中广泛应用，CAN通讯的实时性对车辆的安全性非常重要，采用本方案对提高车辆的安全性有很好的作用，因此应用前景广泛。

当CAN通讯进行大量数据传输，通讯的频次较高时，由于各个CPU发送数据是随机的，有的是多帧连发，这样必然导致帧碰撞加剧，从而引起很多帧会丧失发送，通讯失败，造成通讯的实时性变差，如何解决多主通讯方式下，提高通讯的实时性的同时，减少帧冲突非常重要。

为了解决CAN总线的总线冲突问题，已经有大量的研究成果用于解决这个问题，例如采用网络总线负载均散就是一种比较有效的方法，但是，对于系统总线节点变化和容错性方面问题，这些方法很难克服。

随着微电子技术的突飞猛进，CPU的速度越来越快，内存越来越大，特别是中断处理能力越来越强大，通过软件实现避免总线冲突完全可以实现。

发明内容

本发明的目的是通过建立准同步原则，让各个独立的CPU按照一个统一的顺序发送，从而减少冲突发生的可能性，避免各个CPU无序发送的局面，避免帧的碰撞，大大提高通讯的有效数据流量和网络数据的实时性，从而解决CAN通讯效率低下和实时性不好的问题。

本发明涉及一种动态同步的CAN通讯设备及其方法，各个CPU之间没有主从关系，通讯顺序按照帧ID进行动态分配，最先发送的是最高优先级的帧，然后依次发送较低优先级的帧。每个参与通讯的CPU始终接收全部的CAN帧，并把接收到的帧按照帧ID的优先级进行排队，然后将本CPU的帧ID在这个队列的中自动定位，当轮到本帧ID发送时刻后，立即启动发送。

本发明的动态同步CAN通讯方法，参与通讯的CPU接收全部的CAN信息，并且根据接收到的CAN帧，在内存中动态建立一个帧发送队列，该队列按照接收帧ID的优先级从高到低排列，并且把本CPU要求发送的帧ID也定位在这个队列中，当到本帧ID时刻，就启动发送功能。

上电启动后，各个CPU都有一个缺省的帧队列，该队列是进行系统设计时已经规划好的队列，作为起始发送数据顺序队列。

各个帧发送的时间间隔都有固定的时间长度。

当有一个新的帧ID参与通讯时，会自动在各个CPU的帧队列中自动分配一个位置，下一个通讯周期会自动把总线让给该帧，同时避免数据冲突。

当一个高级的帧ID或低级的帧ID由于某种原因不发送数据时，各个CPU的帧发送队列会自动从队列中剔除该帧，从而最大限度提高通讯效率。

同一个CPU有不同的CAN帧ID，可以实现不同的通讯速率，满足高效的通讯要求。

本发明可有效减少CAN通讯的帧碰撞次数，提高CAN通讯的数据流量，提高CAN通讯的实时性，且不必变更现有CAN系统的硬件就可以实现，因此可以大量应用。

附图说明

图1为动态同步CAN通讯的工作原理图。图中上部是CAN总线的硬件说明和数据的流向，CAN总线的数据首先与各个节点的总线驱动器相连，驱动器把总线差分信号变为单端信号与CAN控制器相连，CPU通过查询或中断标志判断数据接收是否完成和发送是否完成，并读取或写入CAN数据帧。

图1中的下面的框内是CAN信息发送和接收软件，一般情况下，这部分软件在CAN接受中断中完成，也可以在查询软件中完成。本发明的核心内容就是在该部分的软件中实现的。

图2是动态帧ID实现的一种方法，在帧ID队列中增加帧ID的方法是：接收程序中接收到一个新的帧ID，就自动添加到队列中；删除帧ID的方法是：检测一定时间内目标帧ID没有到达就自动从队列中删除，删除帧ID的软件一般可以在最短服务程序中完成，也可以在查询程序中完成。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，并且以坦克车辆的CAN网络为例进行说明。

图1下面框中的程序是实现本发明的帧ID工作原理。图2说明的是帧ID增加和删除的方法。

CPU在完成对系统CAN的初始化后，就用查询方式或接收中断方式进入图1所示的方框软件中。只要CAN总线上有CAN数据传输，CPU就会接收该帧的帧ID并存储在一个数组中(称该数组为帧ID队列)。按照帧ID的数据大小对帧队列进行排序，数据小的排列在前，数据大的排列在后，并且把本身需要发送的CAN帧的帧ID也按照大小顺序插入在这个队列中，现成一个完整的帧队列；然后判断在这个队列中，本帧ID以前的帧是否已经全部接收完成，如果接收完成，就发送本帧CAN数据；如果本帧ID以前的帧没有全部接收，就等待一定时间，超过该时间仍然没有收到有效的帧ID数据，就把该帧的帧ID自动从队列中剔除，如果接收到其它的帧ID，就把该帧ID添加到帧ID队列中，其原理如图2所示。

图2中相邻两帧的时间间隔Tth的含义是：正常通讯时，完成一个最大帧数据传输所需要的时间间隔。Tth的最小值＝帧数据位数*位时间，例如，CAN通讯的波特率是250kbps，最大的数据帧是8个字节，采用CAN2.0B模式，Tth＝(32+64)*4＝384us，其中32是帧ID需要的位数，64是8个字节需要的位数，4是为位时间。实际应用时，考虑到CPU的相应时间、发送和接收延迟等影响，该值可以适当增大，如设定为500us。Tth用于判断是否删除某个帧ID的时间长度，当某个帧ID在其应该到大的时间段没有发出数据帧，并且时间超过Tth时间长度，就认为该节点不存在。

对于一个已经删除的帧ID，可以随时再自动插入到帧队列中，这个帧ID队列重新排列。

采用帧ID队列方式实现CAN多主通讯，每个CAN节点都明确知道网络中有哪些节点在通讯，并且各自的优先级有明确规定，各自CPU的帧ID都可以找到自己发送数据的时刻，只要全部的节点都严格按照这个方式通讯，就不会发生帧碰撞，大大减少帧冲突，提高CAN通讯的数据量。本发明在车辆电控系统中，对提高CAN通讯效率的实时性非常有效。

在实际的CAN网络中，一般都是约定了各个节点的帧ID、帧数据、帧频率等参数，采用本发明后，不影响原来的通讯方式，但可以防止帧碰撞的发生。

本发明可以动态增加节点，也没有主从CPU要求。

本发明一个缺点是就是要求CPU接收全部的CAN信息，增加了CPU的负担。但是，随着微电子技术的发展，大多数情况下，对于最高速度只有1MHz的CAN通讯，CPU的速度可以满足要求。特别是在车辆实时网络领域，目前的CPU处理能力完全可以胜任这个要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种动态同步的CAN通讯系统，其特征在于，该系统包括多个CPU，同一个CAN网络中的各个CPU之间没有主从关系，通讯顺序按照帧ID优先级进行动态排序，最先发送的是最高优先级的帧，然后依次发送较低优先级的帧，每个参与通讯的CPU始终接收全部的CAN帧，并把接收到的帧按照帧ID的优先级从高到低进行排队，然后将本CPU的帧ID在这个队列中按照从小到大自动定位，当轮到本帧ID发送时刻后，立即启动发送。

2.一种动态同步的CAN通讯方法，其特征在于，同一个CAN网络中的各个CPU接收全部的CAN帧，并且根据接收到的CAN帧，在内存中动态建立一个帧发送队列，该队列按照接收帧ID的优先级从高到低排列，并且把本CPU要求发送的帧ID也按照从小到大的顺序嵌入到这个队列中，当轮到本帧ID发送时刻，就立即启动发送功能。

3.如权利要求2所述的CAN通讯方法，其特征在于，上电启动后，各个CPU都有一个缺省的帧队列，该队列是进行系统设计时已经规划好的队列，作为起始发送数据顺序队列。

4.如权利要求2所述的CAN通讯方法，其特征在于，每个帧发送都是按照帧ID的优先级从高到低的顺序发送。

5.如权利要求2所述的CAN通讯方法，其特征在于，当有一个新的帧ID参与通讯时，会自动在各个CPU的帧队列中自动按照优先级从高到低的顺序插入，下次通讯周期会自动把总线让给该帧，从而避免数据冲突。

6.如权利要求2所述的CAN通讯方法，其特征在于，当一个高级的帧ID或低级的帧ID由于某种原因没有发送数据时，各个CPU的帧发送队列会自动从队列中剔除该帧。