CN104683126A - 基于can总线的网络管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于CAN总线的网络管理方法，包括：配置网络配置信息，网络配置信息包括参与网络管理的所有节点的含有状态信号的报文的ID；主节点读取网络配置信息，该主节点存储目标节点的含有状态信号的报文的ID，并且主节点通过CAN总线发送网络配置报文，网络配置报文中包括参与网络管理的所有节点的含有状态信号的报文的ID；从节点接收网络配置报文，从中得到并存储目标节点的含有状态信号的报文的ID；参与网络管理的每一个节点基于其所存储的ID从非网络配置报文中获取信息，并结合自身的状态信息，来执行网络管理操作。本发明所公开的方法易于实现且成本较低，可有效提高网络管理系统的通用性。

Description

基于CAN总线的网络管理方法

技术领域

本发明涉及车辆控制系统，特别涉及车辆内部基于CAN总线的控制系统。

背景技术

传统汽车电子控制器（Electronic Control Unit）间采用点对点的通信方式，导致车内导线数量增多、布线困难并且各种设备间通信复杂度增大。多路传输的网络化控制是解决这一问题的有效方法。现在，控制局域网CAN（Controller Area Network）凭借极高的实时性和可靠性成为汽车内部网络的发展主流。

常见的汽车内部的CAN网络节点（即CAN网络中的ECU）包括发动机控制单元、车身控制单元、ABS控制单元、自动变速箱控制单元、倒车雷达控制单元、无钥匙启动系统控制单元、仪表和门控制器等等。网络管理系统主要用于协调CAN网络中不同节点间的同步休眠、同步唤醒、约束总线时间参数和约束总线相关诊断行为。

不同车辆的CAN网络节点一般不会完全相同，节点的差异包括节点数目的差异和节点本身的不同（例如，同一功能部件选择不同的器件）。即使同一平台上生产的不同车型间和同一车型的不同配置间的节点也会有差异。而由于变化的节点无法正常参与到原有的网络管理中，所以原有的网络管理系统不能适用于节点状态变化后的CAN网络。这导致针对每一种车型的每一种配置，生产厂家都要对网络管理系统中的控制程序进行修改，这会增加网络管理的工作量并且导致引入错误的几率大大增加。

目前，国外已开发出较成熟的网络管理系统，例如OSEK直接网络管理系统，但购买相应的软件和硬件的成本较高，而国内的ECU厂商的技术水平往往达不到生产OSEK标准的器件的要求。并且，对于国内的整车主机厂来说，绝大多数车型的CAN网络结构相对简单，为了OSEK的网络管理投入大量成本显得没必要。

发明内容

本发明公开了一种成本低并且易于实现的基于CAN总线的网络管理方法，使用该方法后能通过修改配置参数使相同的网络管理系统支持节点不同的CAN网络。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于CAN总线的网络管理方法，所述方法包括：配置网络配置信息，所述网络配置信息可以包括参与网络管理的所有节点的含有状态信号的报文的ID；主节点读取所述网络配置信息，该主节点可以存储目标节点的所述含有状态信号的报文的ID，并且所述主节点可以通过CAN总线发送网络配置报文，所述网络配置报文中可以包括所述参与网络管理的所有节点的含有状态信号的报文的ID；从节点可以接收所述网络配置报文，从中得到并存储目标节点的所述含有状态信号的报文的ID；参与网络管理的每一个节点可以基于其所存储的ID从非网络配置报文中获取信息，并结合自身的状态信息，来执行网络管理操作。对于每一个节点，将除其自身以外的其他所有参与网络管理的节点称为该节点的目标节点。

上述的状态信号可包括表示节点的休眠状态的信号。

上述的网络配置信息还可包括表示节点总数的信息。

其中网络配置报文和非网络配置报文都包括数据字段和ID字段，其均可采用CAN总线协议中规定的标准帧格式。

进一步地，其中参与网络管理的每一个节点可以基于其所存储的ID从非网络配置报文中获取信息包括：所述参与网络管理的每一个节点可以从所述CAN总线上接收所述非网络配置报文；所述参与网络管理的每一个节点可将接收到的所述非网络配置报文的ID字段的内容和所存储的ID做比对，当判断某个非网络配置报文中的所述ID字段与所存储的ID中的一者相同时，以预定的方式从该非网络配置报文中得到所述状态信号；所述参与网络管理的每一个节点得到其所存储的所有ID所对应的报文中的所述状态信号。

其中所述参与网络管理的所有节点的含有状态信号的报文的ID位于所述网络配置报文的所述数据字段中。

其中所述主节点可周期性地发送所述网络配置报文。

其中所述从节点可接收并判断连续若干帧所述网络配置报文，对于其中的每一个所述含有状态信号的报文的ID，当所述连续若干帧所述网络配置报文中的该ID值都相同时，所述从节点存储该ID。

上述方法中所述的网络配置报文可以是一帧或多帧。

本发明能提高网络管理系统的适用性，减少网络管理系统的调试成本并减少由于对网络管理方案进行修改而引入的错误。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施方式的一种基于CAN总线的网络管理方法的流程图；以及

图2示出了根据本发明的实施方式的基于CAN总线的网络执行同步休眠管理的流程图。

具体实施方式

根据本发明的一个方面，提供了一种基于CAN总线的网络管理方法，所述方法包括：配置网络配置信息，所述网络配置信息可以包括参与网络管理的所有节点的含有状态信号的报文的ID；主节点读取所述网络配置信息，该主节点可以存储目标节点的所述含有状态信号的报文的ID，并且所述主节点可以通过CAN总线发送网络配置报文，所述网络配置报文中可以包括所述参与网络管理的所有节点的含有状态信号的报文的ID；从节点可以接收所述网络配置报文，从中得到并存储目标节点的所述含有状态信号的报文的ID；参与网络管理的每一个节点可以基于其所存储的ID从非网络配置报文中获取信息，并结合自身的状态信息，来执行网络管理操作。对于每一个节点，可将除其自身以外的其他所有参与网络管理的节点称为该节点的目标节点。

图1示出了根据本发明的实施方式的一种基于CAN总线的网络管理方法的流程图。该方法适用于在应用阶段所有节点都参与网络管理的系统。

在步骤S11中，首先对网络进行配置，例如把参与网络管理的所有节点的含有状态信号的报文的ID写入配置文件。网络配置信息还可包括节点总数等信息。网络配置信息可根据需要进行约定和设置。该配置过程应该在整车下线前完成，该过程可由整车下线设备或者诊断设备完成。

在步骤S12中，可将参与网络管理的节点分为两类，一类称为主节点，主节点可读取网络配置信息并通过CAN总线发送（例如，周期性地发送）网络配置报文，将网络配置信息告知所有节点；另一类称为从节点，从节点不发送网络配置报文。这种主从节点的划分仅针对网络配置阶段，在网络应用阶段上述主节点和从节点同时参与网络管理，共同对整个网络进行控制。网络配置报文可符合CAN总线协议（例如ISO11898-1、ISO11898-2、ISO11898-5）中规定的标准帧格式（标准帧格式中包括数据字段和ID字段），该网络配置报文的数据字段中可包括关于网络配置的信息和/或关于配置报文本身的信息（例如本报文是配置报文的第几帧）等。对于每个节点来说，将除其自身以外的其他所有参与网络管理的节点称为该节点的目标节点。在S12中，主节点还可存储其所有目标节点的含有状态信号的报文的ID，也可存储节点总数等信息。

在步骤S13中，每个从节点都可接收网络配置报文，并从中得到所需的网络配置信息，例如其所有目标节点的含有状态信号的报文的ID、节点的总数等，并存储这些配置信息。至此，所有的参与网络管理的节点都得到了其目标节点的含有状态信号的报文的ID，网络配置完成。

在步骤S14中，参与网络管理的每个节点都可接收CAN总线上发送的报文。为了与上述网络配置报文相区别，本文中将网络应用阶段收发的报文称为非网络配置报文，该非网络配置报文也可采用符合CAN总线协议中规定的标准帧格式。S14中，每个节点将接收到的非网络配置报文的ID与各自所存储的ID做比较，来获取该非网络配置报文上包含的有效信息，并综合所存储的所有ID所对应的非网络配置报文中的状态信号和自身的状态来执行各种网络管理操作，例如网络同步休眠、网络同步唤醒、约束总线时间参数和约束总线相关诊断行为。

采用上述方式，在网络管理阶段，参与网络管理的每一个节点都通过ID来识别所需的信息，而不关注于目标节点本身。当网络中的节点状态有变化时，只需要在配置阶段对网络配置信息进行修改，则可使参与网络管理的所有节点更新各自的目标节点的含有状态信号的报文的ID，从而使发生变化的节点无障碍地纳入正常的网络管理（新增节点或状态发生变化的节点）和/或从正常的网络管理中剔除（减少节点）。

图2示出了根据本发明的实施方式的基于CAN总线的网络执行同步休眠管理的流程图，是上述方法的一种具体应用。

为了实现同步休眠，每个要进入休眠状态的节点都要判断网络中的参与同步休眠的所有的节点是否都处于READYTOSLEEP状态，只有当所有参与同步休眠的节点都处于READYTOSLEEP状态时，该节点才可进入休眠状态。为描述清晰，假设该基于CAN总线的网络中共有A、B、C、D、E、F六个节点执行同步休眠，其中在配置阶段节点A是主节点。

根据本发明的实施方式，要在上述CAN网络中实现同步休眠管理，首先在步骤S21中，可将网络配置信息写入配置文件，网络配置信息中可包括节点A、B、C、D、E、F的含有休眠状态信号的报文的ID和节点总数。为保证随后的网络配置报文的正确性，应该在整车下线前配置该网络配置信息。

在步骤S22中，节点A可读取配置文件，并通过CAN总线周期性地（例如每隔20ms）发送网络配置报文，该网络配置报文采用CAN总线协议规定的标准帧格式，一个标准帧为一帧报文。上述网络配置信息被包含在网络配置报文的数据字段中。该网络配置报文的数据字段中还可含有该配置报文的帧号，例如，如果配置信息需要由两个网络配置报文来发送，则两个网络配置报文的数据字段中可分别含有帧号“0”和帧号“1”（例如，主节点可在每个20ms内发送一次网络配置报文0和一次网络配置报文1），以利于从节点准确接收信息。同时，节点B、C、D、E、F的含有休眠状态信号的报文的ID和节点总数被存入节点A的存储器中。设最多可支持16个节点参与网络同步休眠管理，其中每个节点对应的含休眠状态信号的报文的ID为12比特，并且由于每个网络配置报文为一个CAN协议的标准帧，则每个帧的数据字段包括64比特的数据，该数据字段可被设计成如下格式：

表格1.网络配置报文0的数据字段格式

表格2.网络配置报文1的数据字段格式

其中，每个子帧的[bit0:bit3]用于存储参与网络管理的节点总数，本实施例中一共有6个节点参与同步休眠，则配置的数字可为“0x5”（基0计数）。[bit4:bit5]用于存储该网络配置报文的帧序号。由上述设计可知，支持最大的节点总数（16）需要4个帧，帧序号分别是0、1、2和3。本实施例中需要2个网络配置报文来配置6个节点所对应的报文ID，所以报文序号分别是0和1。[bit6:bit17]用于存储含第一个节点的休眠状态信号的报文的ID，[bit18:bit29]用于存储含第二个节点的休眠状态信号的报文的ID，其后依次类推。因为每个报文的数据字段含64个比特，在存储了前四个节点对应的ID后只剩下10个可用比特，因此第五个节点对应的ID的一部分（10个比特）由网络配置报文0的[bit54:bit63]来配置，另一部分（2个比特）由网络配置报文1的[bit6:bit7]来配置。报文1的数据字段配置格式与报文0的类似。如果需要3个或4个网络配置报文，报文3、4的配置规则也与此类似。当某帧网络配置报文的数据字段未被全部占满时，空闲的比特位可以根据约定都写“0”或“1”。

在步骤S23中，从节点B、C、D、E、F接收网络配置报文，从中得到并保存包括目标节点的含有休眠状态信号的报文的ID和节点总数的网络配置信息。例如，节点B中可存储节点A、C、D、E、F的含有休眠状态信号的报文的ID和节点总数。从节点可直接从网络配置报文的数据字段中获取所需的信息。为了防止因为传输中的误码导致从节点接收到错误的ID，从节点也可通过多次读取被周期性发送的网络配置报文来获取所需的信息。例如，从节点可比较连续的若干帧（例如5帧）网络配置报文中的某一ID值，如果在连续的若干帧中的该ID值都一致，才保存该ID值，否则不保存，直至得到连续的若干帧都相同的该ID。同样，从节点也可以通过判断连续若干帧网络配置报文中的信息是否一致的方式来获取除ID外的其他网络配置信息，以确保获取信息的正确性。

在步骤S24中，节点A、B、C、D、E、F都从CAN总线上接收非网络配置报文，并将所接收的报文的ID字段中的内容与存储在自身的存储器中的ID做比较，如果确定一致，则按照预定的方式（如状态信号位于该报文的哪个位置）从该非网络配置报文中读取状态信号。因为各节点可周期性地发送含有节点休眠状态信号的报文，因此节点C中所存储的每一个ID所对应的休眠状态信息被周期性地更新。定义节点休眠状态的报文也可以是一个CAN协议的标准帧，其数据字段可以被设计为如下格式：

表格3.定义节点休眠状态的报文的数据字段格式

例如，节点C收到一个非网络配置报文后，将该非网络配置报文的ID与所存储的ID进行比较，如果发现该非网络配置报文的ID字段和所存储的ID中的一者相同，则读取该报文的数据字段的[bit0:bit1]作为节点休眠状态信号，如果该值为0x0，则说明该ID对应的目标节点还未正常发送休眠状态信号（例如刚上电时）；如果该值为0x1，则表明该目标节点处在“awake”；如果该值为0x2，则表明该目标节点正处于“READYTOSLEEP”状态；系统正常运行时，该值不可能为0x3，如果节点C发现接收到的节点休眠状态信号值为0x3，则表明系统可能有故障，节点C可将该故障上报。节点休眠状态信号的缺省值可设为“0x1”。

在步骤S25中，在某个时刻，每个节点都确认参与网络管理的所有节点的休眠状态都是READYTOSLEEP，则所有节点同时进入休眠状态。例如，节点C判断发现所存储的每一个ID（分别是节点A、B、D、E、F的含有休眠状态信号的报文的ID）对应的休眠状态都是READYTOSLEEP，并且节点C自身也处于READYTOSLEEP的状态，则节点C可进入休眠。此时的节点A、B、D、E、F也可根据同样的机制判断出网络中所有的节点都处于READYTOSLEEP状态，因此节点C进入休眠状态的同时，节点A、B、D、E、F也进入休眠，从而实现了同步休眠。S24和S25是网络管理系统执行网络同步休眠的过程。

当网络中的节点发生变化时，比如在基于CAN的网络中剔除节点A，则仅需在步骤S21中修改配置信息，例如修改节点总数信息（例如，将节点总数从“5”改为“4”，基0计数）并删除其中的节点A的休眠状态信号的ID。同理，如果在节点A、B、C、D、E、F之外新增节点G和H，则可修改节点总数信息（例如，将节点总数改为“7”）并增加节点G和H的休眠状态信号的ID。而不需要对网络管理系统中的控制程序做改动。

对于其他网络管理操作（例如网络同步唤醒、约束总线时间参数和约束总线相关诊断行为）的处理和上述对于网络同步休眠的处理类似。在整车下线前，由整车下线设备或者诊断设备对主节点进行针对该车型的网络配置，主节点通过网络配置报文的形式将这些信息通知给参与网络管理的所有节点。各种网络管理操作可根据网络配置报文中的ID等配置信息对随后接收到的报文进行分析和处理，而不关注于具体的节点的变化，从而大大提高了相同网络管理系统对于不同车型的适用性。

尽管出于解释说明的目的已经公开了本发明的实施方式，但是应理解为本发明不限于此，并且本领域技术人员应理解各种不偏离本发明的范围和主旨的修改、增加和替代是可能的。相应地，任何和所有修改、变化或等效安排应考虑进本发明的范围，并且本发明的详细范围将通过随附的权利要求书公开。

Claims (10)

1.一种基于CAN总线的网络管理方法，所述方法包括：

配置网络配置信息，所述网络配置信息包括参与网络管理的所有节点的含有状态信号的报文的ID；

主节点读取所述网络配置信息，该主节点存储目标节点的所述含有状态信号的报文的ID，并且所述主节点通过CAN总线发送网络配置报文，所述网络配置报文中包括所述参与网络管理的所有节点的含有状态信号的报文的ID；

从节点接收所述网络配置报文，从中得到并存储目标节点的所述含有状态信号的报文的ID；

参与网络管理的每一个节点基于其所存储的ID从非网络配置报文中获取信息，并结合自身的状态信息，来执行网络管理操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述状态信号包括表示节点的休眠状态的信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述网络配置信息还包括表示节点总数的信息。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述网络配置报文和所述非网络配置报文都包括数据字段和ID字段。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述网络配置报文和所述非网络配置报文采用CAN总线协议中规定的标准帧格式。

6.根据权利要求4所述的方法，其中参与网络管理的每一个节点基于其所存储的ID从非网络配置报文中获取信息包括：

所述参与网络管理的每一个节点从所述CAN总线上接收所述非网络配置报文；

所述参与网络管理的每一个节点将接收到的所述非网络配置报文的ID字段的内容和所存储的ID做比对，当判断某个非网络配置报文中的所述ID字段与所存储的ID中的一者相同时，以预定的方式从该非网络配置报文中得到所述状态信号；

所述参与网络管理的每一个节点得到其所存储的所有ID所对应的报文中的所述状态信号。

7.根据权利要求4所述的方法，其中所述参与网络管理的所有节点的含有状态信号的报文的ID位于所述网络配置报文的所述数据字段中。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述主节点周期性地发送所述网络配置报文。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述从节点接收并判断连续若干帧所述网络配置报文，对于其中的每一个所述含有状态信号的报文的ID，当所述连续若干帧所述网络配置报文中的该ID值都相同时，所述从节点存储该ID。

10.根据权利要求1或8所述的方法，其中所述的网络配置报文是一帧或多帧。