CN104836832A - 车辆的can信号传输安全与校验方法 - Google Patents

车辆的can信号传输安全与校验方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种车辆的CAN信号传输安全与校验方法，所述车辆的多个电子控制单元之间通过CAN网络传输报文，其中，所述报文包括心搏信号，所述心搏信号用于表示对应的电子控制单元是否正常工作，所述方法包括如下步骤：发送节点电子控制单元对所述心搏信号的数值更新，将携带有更新后心搏信号的报文发送给接收节点电子控制单元；所述接收节点电子控制单元接收到新的报文后，检测所述报文内的心搏信号的数值，并将所述心搏信号的数值与当前期望值进行比较；如果所述接收节点电子控制单元判断所述心搏信号的数值与所述当前期望值相同，则判断所述发送节点电子控制单元运行正常。本发明提高车辆内的电子控制单元的CAN信号传输过程中的安全可靠性。

Description

车辆的CAN信号传输安全与校验方法
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种车辆的CAN信号传输安全与校验方法。
背景技术
现有的车辆中的电子控制单元采用CAN总线进行通信，其中对车辆的CAN信号进行安全校验的方法包括：
(1)报文循环计数器：由车辆的电子控制单元的交互层生成的报文循环计数不断更新并由其发送到CAN总线。
但是该方法存在以下问题：报文循环计数器不能满足心搏信号的需求，它可以继续发送旧的信号值，而应用程序并没有更新旧的信号值。
(2)报文校验和：由车辆的电子控制单元的交互层对相应信号生成的简单校验和。
但是该方法存在以下问题：报文校验和不能增强所发送报文的错误检测能力，因为CAN控制器已经提供了更为有效的循环冗余校验，循环冗余校验能够更有效地检测发送错误。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种车辆的CAN信号传输安全与校验方法，该方法提高车辆内的电子控制单元的CAN信号传输过程中的安全可靠性。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种车辆的CAN信号传输安全与校验方法，所述车辆的多个电子控制单元之间通过CAN网络传输报文，其中，所述报文包括心搏信号，所述心搏信号用于表示对应的电子控制单元是否正常工作，所述方法包括如下步骤：发送节点电子控制单元对所述心搏信号的数值更新，将携带有更新后心搏信号的报文发送给接收节点电子控制单元；所述接收节点电子控制单元接收到新的报文后，检测所述报文内的心搏信号的数值，并将所述心搏信号的数值与当前期望值进行比较；以及如果所述接收节点电子控制单元判断所述心搏信号的数值与所述当前期望值相同，则判断所述发送节点电子控制单元运行正常。
根据本发明实施例的车辆的CAN信号传输安全与校验方法，在电子控制单元间传输的报文内设置心搏信号，心搏信号可以监控与其关联的信号组是否被电子控制单元应用层的应用程序不断更新并发送到CAN总线上，接收节点通过信号管理来监控报文(包括信号)是否正在被持续接收。如果是，则表示该电子控制单元的应用程序正常运行，从而提高车辆内的电子控制单元的CAN信号传输过程中的安全可靠性。
进一步，所述发送节点电子控制单元采用周期发送模式发送所述携带有心搏信号的报文。
进一步，所述发送节点电子控制单元对所述心搏信号的数值更新，包括如下步骤：所述发送节点电子控制单元在发送所述报文之前，对所述报文内的心搏信号的数值加1，判断所述心搏信号的数值是否等于2n-1，其中，n为所述心搏信号的长度；如果是，则所述发送节点电子控制单元将所述心搏信号的数值更新为0。
进一步，所述接收节点电子控制单元在判断所述心搏信号的数值与所述预设期望值不同时，则判断所述发送节点电子控制单元运行异常，并忽略所述携带有该心搏信号的报文的数据。
进一步，所述接收节点电子控制单元在对所述心搏信号的数值与所述当前期望值作出判断之后，还包括如下步骤：将接收到的心搏信号的数值加1后与2n进行模运算，得到更新的期望值。
进一步，所述方法还包括如下步骤：所述发送节点电子控制单元根据所述更新后的心搏信号值的二进制值和受保护信号的二进制值计算校验和信号的值，其中，所述校验和信号用于表示所述车辆的CAN控制器是否出现发送错误数据的故障；将携带有所述校验和信号的报文发送给接收节点电子控制单元；所述接收节点电子控制单元计算校验和信号的期望值，将所述校验和信号的期望值与接收到的来自所述发送节点电子控制单元的校验和信号的值进行比较；以及如果所述接收节点电子控制单元判断接收到的校验和信号的值与所述校验和信号的期望值相同，则判断所述车辆的CAN控制器没有出现发送错误数据的故障。
进一步，所述发送节点电子控制单元根据所述更新后的心搏信号值的二进制值和受保护信号的二进制值计算校验和信号的值，包括如下步骤：将所述更新后的心搏信号值的二进制值和受保护信号的二进制值相加，得到n位的第一中间值；对所述n位的中间值与2n进行模运算，得到第二中间值；对所述第二中间值进行逐位取反，得到所述校验和信号的值。
进一步，所述发送节点电子控制单元采用周期发送模式发送所述携带有校验和信号的报文。
进一步，所述接收节点电子控制单元在判断接收到的校验和信号的值与所述校验和信号的期望值不同时，则判断所述车辆的CAN控制器出现发送错误数据的故障，忽略所述携带有该校验和信号的报文的数据。
由此，本发明进一步在报文内设置校验和信号用于给信号组提供额外的完整性和安全性，防止整车控制器、电池管理系统、电机控制器等电子控制单元出现会导致CAN控制器发送错误数据的故障。
进一步，所述发送节点电子控制单元为所述车辆的整车控制器，所述接收节点电子控制单元为所述车辆的电池管理系统或电机控制器。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的车辆的CAN信号传输安全与校验方法的示意图；
图2为根据本发明实施例的车辆的CAN信号传输安全与校验方法的流程图；
图3为根据本发明实施例的心搏信号发送流程图；
图4为根据本发明实施例的心搏信号接收侧初始化运行流程图；
图5为根据本发明实施例的心搏信号接收流程图；
图6为根据本发明实施例的校验和信号的处理流程图；
图7为根据本发明实施例的校验和信号发送侧计算校验和信号的值的流程图；以及
图8为根据本发明实施例的校验和信号接收流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考图1至图8对本发明实施例的车辆的CAN信号传输安全与校验方法进行描述。
如图1所示，车辆包括有多个电子控制单元，例如整车控制器、电池管理系统、电机控制器等。从图中可以看出，多个电子控制单元之间通过CAN网络传输报文。每个电子控制单元包括应用层、交互层和数据链路层，应用层和交互层之间进行信号组的传输和处理。其中，信号组包括两个或两个以上的简单信号，信号组写入交互层以及由交互层读取应同步进行，并且上述信号组应同时通过CAN总线发送和接收。
需要说明的是，一个信号组包含于一个报文内，报文包括心搏信号，心搏信号用于表示对应的电子控制单元是否正常工作。每个心搏信号覆盖对应的电子控制单元的一个信号组。具体地，心搏信号通过与其关联的信号组来监控电子控制单元的应用程序是否正常运行。需要区别的是，心搏信号是由对应的电子控制单元的应用层的应用程序进行处理，信号组是由对应的电子控制单元应用层和交互层处理的。心搏信号可以监控与其关联的信号组是否被电子控制单元应用层的应用程序不断更新并发送到CAN总线上，接收节点通过信号管理来监控报文(包括信号)是否正在被持续接收。如果是，则表示该电子控制单元的应用程序正常运行。
如图2所示，本发明实施例的车辆的CAN信号传输安全与校验方法，包括如下步骤：
步骤S201，发送节点电子控制单元对心搏信号的数值更新，将携带有更新后心搏信号的报文发送给接收节点电子控制单元。例如，发送节点电子控制单元为车辆的整车控制器，接收节点电子控制单元为车辆的电池管理系统或电机控制器。
图3为根据本发明实施例的心搏信号发送流程图。
发送节点电子控制单元对心搏信号的数值更新，包括如下步骤：
步骤S301，发送节点电子控制单元在发送该报文之前，对报文内的心搏信号的数值加1。其中，心搏信号的初始值应为0。
步骤S302，判断心搏信号的数值是否等于2n-1，其中，n为CAN网络所用心搏信号的长度，类型为无符号整型数。如果是，则执行步骤S303，否则结束动作。
步骤S303，发送节点电子控制单元将心搏信号的数值更新为0。
其中，心搏信号应位于其所覆盖的信号组所在的同一报文内。发送节点电子控制单元采用周期发送模式发送携带有心搏信号的报文。以发送节点电子控制单元为整车控制器进行说明，心搏信号位于其所覆盖的整车控制器内的应用层向交互层传输的信号组所在的同一报文内，由发送节点电子控制单元应用层的应用程序对心搏信号的数值执行步骤S301至步骤S303的更新动作。需要说明的是，更新心搏信号值的动作只能在数据更新后才开始。
步骤S202，接收节点电子控制单元接收到新的报文后，检测报文内的心搏信号的数值，并将心搏信号的数值与当前期望值进行比较。其中，心搏信号的当前期望值的设置是基于最后接收到报文的心搏信号值和报文累加来判定。
接收节点电子控制单元接收一个心搏信号已更新的报文，表示这个报文包含了应用程序处理的最新数据。
步骤S203，如果接收节点电子控制单元判断所述心搏信号的数值与当前期望值相同，则判断发送节点电子控制单元运行正常。
如果接收节点电子控制单元在判断心搏信号的数值与预设期望值不同时，则判断发送节点电子控制单元运行异常，并忽略携带有该心搏信号的报文的数据。
进一步，在接收节点电子控制单元在对所述心搏信号的数值与所述当前期望值作出判断(步骤S203)之后，还包括如下步骤：将接收到的心搏信号的数值加1后与2n进行模运算，得到更新的期望值。
图4为根据本发明实施例的心搏信号接收侧初始化运行流程图。
步骤S401，接收节点电子控制单元首次接收心搏信号。
步骤S402，接收节点电子控制单元判断当前期望值等于接收到的心搏信号的值。
步骤S403，接收节点电子控制单元判断计算新的期望值等于接收到的心搏信号的值加1后与2n进行模运算。
图5为根据本发明实施例的心搏信号接收流程图。
步骤S501，接收节点电子控制单元将错误标志置0，设置当前期望值。
步骤S502，接收节点电子控制单元接收到新的信号组。
步骤S503，接收节点电子控制单元判断当前期望值是否等于接收到的心搏信号的值，如果是，则执行步骤S504，否则执行步骤S505。
步骤S504，接收节点电子控制单元将错误标志置0，错误计数器减1操作。
具体地，如果当前期望值与接收到的心搏信号的值相同，则判断接收节点电子控制单元成功接收。心搏信号错误计数器的初始值为0。每发生一次成功，错误计数器减1。接收端应与最初接收的心搏信号值同步，之后开始正常的心搏信号处理，这样心搏信号所保护的数据才能被认为有效。
步骤S505，接收节点电子控制单元将错误标志置1，错误计数器加1操作。
具体地，如果当前期望值与接收到的心搏信号的值不相同，则判断接收节点电子控制单元检测到一个心搏错误。心搏信号错误计数器的初始值为0。每发生一次错误，错误计数器加1，
对心搏信号错误处理如下：大部分情况下，接收到的有心搏信号值错误的报文的数据应被忽略。也允许有其它程序特定行为，例如接受一个“安全”状态指令。
步骤S506，接收节点电子控制单元计算新期望值等于接收到的心搏信号的值加1后与2n进行模运算。心搏信号的当前期望值的设置是基于最后接收到报文的心搏信号值和报文累加来判定。由此得到的新期望值，用于在下次接收到心搏信号时，与下次接收到的心搏信号的值进行比较判定。
在本发明的实施例中，本发明实施例的车辆的CAN信号传输安全与校验方法，除了提供利用心搏信号判定电子控制单元的应用程序是否工作正常外，进一步提供校验和信号。每个校验和信号覆盖对应的电子控制单元的一个信号组。由于CAN控制器出现发送错误数据的故障，是由发送错误数据但仍生成一个有效的循环冗余校验的控制器发送缓存故障引起。例如，如果控制器故障发生在循环冗余校验计算之前。检验和信号可以用于表示CAN控制器是否出现发送错误数据的故障。具体地，如果接收端接收到含正确校验和的报文，则表示CAN控制器没有出现发送错误数据的故障。
从而增强车辆的电子控制单元接收报文的错误检测能力，给信号提供额外的完整性和安全性。
如图6所示，本发明实施例的车辆的CAN信号传输安全与校验方法，还包括如下步骤：
步骤S601，发送节点电子控制单元根据更新后的心搏信号值的二进制值和受保护信号的二进制值计算校验和信号的值，其中，校验和信号用于表示车辆的CAN控制器是否出现发送错误数据的故障。校验和信号应位于其所覆盖的信号组所在的同一报文内。校验和信号由发送节点电子控制单元应用层的应用程序进行处理，信号组同上由应用层和交互层处理。
在本发明的实施例中，发送节点电子控制单元采用周期发送模式发送携带有校验和信号的报文。
图7为根据本发明实施例的校验和信号发送侧计算校验和信号的值的流程图。
具体地，发送节点电子控制单元根据更新后的心搏信号值的二进制值和受保护信号的二进制值计算校验和信号的值，包括如下步骤：
步骤S701，将更新后的心搏信号值的二进制值和受保护信号的二进制值相加，得到n位的第一中间值。即，信号A+信号B+···+心搏信号值，得到第一中间值。
需要说明的是，CAN网络所用的校验和信号长度是n位，所有受保护信号的长度小于或等于n位。
步骤S702，对n位的中间值与2n进行模运算，得到第二中间值。
步骤S703，对第二中间值进行逐位取反，得到校验和信号的值。
忽略步骤S701至步骤S703执行过程中所有生成的进位。
步骤S602，携带有校验和信号的报文发送给接收节点电子控制单元。
步骤S603，接收节点电子控制单元计算校验和信号的期望值，将校验和信号的期望值与接收到的来自发送节点电子控制单元的校验和信号的值进行比较。
在本步骤中，接收节点电子控制单元采用和步骤S701至步骤S703相同的算法计算校验和信号的期望值。
步骤S604，如果接收节点电子控制单元判断接收到的校验和信号的值与校验和信号的期望值相同，则判断车辆的CAN控制器没有出现发送错误数据的故障。
接收节点电子控制单元在判断接收到的校验和信号的值与校验和信号的期望值不同时，则判断车辆的CAN控制器出现发送错误数据的故障，忽略携带有该校验和信号的报文的数据。
图8为根据本发明实施例的校验和信号接收流程图。
步骤S801，接收节点电子控制单元将错误标志置0。
步骤S802，接收节点电子控制单元接收到新的信号组和校验和信号。
步骤S803，接收节点电子控制单元计算校验和信号的值。
步骤S804，接收节点电子控制单元判断计算得到校验和信号的期望值是否等于接收到的校验和的值，如果是，则执行步骤S805，否则执行步骤S806。
步骤S805，接收节点电子控制单元将错误标志置0，错误计数器减1操作。
具体地，如果计算得到校验和信号的期望值与接收到的校验和的值相同，则判断CAN控制器没有出现发送错误数据的故障。校验和信号错误计数器的初始值为0。每发生一次成功，错误计数器减1。
步骤S806，接收节点电子控制单元将错误标志置1，错误计数器加1操作。
具体地，如果计算得到校验和信号的期望值与接收到的校验和的值不同，则判断CAN控制器出现发送错误数据的故障。校验和信号错误计数器的初始值为0。每发生一次错误，错误计数器加1，
对校验和信号错误处理如下：大部分情况下，接收到的有校验和信号值错误的报文的数据应被忽略。也允许有其它程序特定行为，例如接受一个“安全”状态指令。
根据本发明实施例的车辆的CAN信号传输安全与校验方法，在电子控制单元间传输的报文内设置心搏信号，心搏信号可以监控与其关联的信号组是否被电子控制单元应用层的应用程序不断更新并发送到CAN总线上，接收节点通过信号管理来监控报文(包括信号)是否正在被持续接收。如果是，则表示该电子控制单元的应用程序正常运行。此外，本发明进一步在报文内设置校验和信号用于给信号组提供额外的完整性和安全性，防止整车控制器、电池管理系统、电机控制器等电子控制单元出现会导致CAN控制器发送错误数据的故障，从而提高车辆内的电子控制单元的CAN信号传输过程中的安全可靠性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (10)

1.一种车辆的CAN信号传输安全与校验方法，其特征在于，所述车辆的多个电子控制单元之间通过CAN网络传输报文，其中，所述报文包括心搏信号，所述心搏信号用于表示对应的电子控制单元是否正常工作，所述方法包括如下步骤：
发送节点电子控制单元对所述心搏信号的数值更新，将携带有更新后心搏信号的报文发送给接收节点电子控制单元；
所述接收节点电子控制单元接收到新的报文后，检测所述报文内的心搏信号的数值，并将所述心搏信号的数值与当前期望值进行比较；以及
如果所述接收节点电子控制单元判断所述心搏信号的数值与所述当前期望值相同，则判断所述发送节点电子控制单元运行正常。
2.如权利要求1所述的车辆的CAN信号传输安全与校验方法，其特征在于，所述发送节点电子控制单元采用周期发送模式发送所述携带有心搏信号的报文。
3.如权利要求1所述的车辆的CAN信号传输安全与校验方法，其特征在于，所述发送节点电子控制单元对所述心搏信号的数值更新，包括如下步骤：
所述发送节点电子控制单元在发送所述报文之前，对所述报文内的心搏信号的数值加1，判断所述心搏信号的数值是否等于2n-1，其中，n为所述心搏信号的长度；
如果是，则所述发送节点电子控制单元将所述心搏信号的数值更新为0。
4.如权利要求1所述的车辆的CAN信号传输安全与校验方法，其特征在于，所述接收节点电子控制单元在判断所述心搏信号的数值与所述预设期望值不同时，则判断所述发送节点电子控制单元运行异常，并忽略所述携带有该心搏信号的报文的数据。
5.如权利要求4所述的车辆的CAN信号传输安全与校验方法，其特征在于，所述接收节点电子控制单元在对所述心搏信号的数值与所述当前期望值作出判断之后，还包括如下步骤：
将接收到的心搏信号的数值加1后与2n进行模运算，得到更新的期望值。
6.如权利要求1所述的车辆的CAN信号传输安全与校验方法，其特征在于，还包括如下步骤：所述发送节点电子控制单元根据所述更新后的心搏信号值的二进制值和受保护信号的二进制值计算校验和信号的值，其中，所述校验和信号用于表示所述车辆的CAN控制器是否出现发送错误数据的故障；
将携带有所述校验和信号的报文发送给接收节点电子控制单元；
所述接收节点电子控制单元计算校验和信号的期望值，将所述校验和信号的期望值与接收到的来自所述发送节点电子控制单元的校验和信号的值进行比较；以及
如果所述接收节点电子控制单元判断接收到的校验和信号的值与所述校验和信号的期望值相同，则判断所述车辆的CAN控制器没有出现发送错误数据的故障。
7.如权利要求6所述的车辆的CAN信号传输安全与校验方法，其特征在于，所述发送节点电子控制单元根据所述更新后的心搏信号值的二进制值和受保护信号的二进制值计算校验和信号的值，包括如下步骤：
将所述更新后的心搏信号值的二进制值和受保护信号的二进制值相加，得到n位的第一中间值；
对所述n位的中间值与2n进行模运算，得到第二中间值；
对所述第二中间值进行逐位取反，得到所述校验和信号的值。
8.如权利要求6所述的车辆的CAN信号传输安全与校验方法，其特征在于，所述发送节点电子控制单元采用周期发送模式发送所述携带有校验和信号的报文。
9.如权利要求6所述的车辆的CAN信号传输安全与校验方法，其特征在于，所述接收节点电子控制单元在判断接收到的校验和信号的值与所述校验和信号的期望值不同时，则判断所述车辆的CAN控制器出现发送错误数据的故障，忽略所述携带有该校验和信号的报文的数据。
10.如权利要求1-9任一项所述的车辆的CAN信号传输安全与校验方法，其特征在于，所述发送节点电子控制单元为所述车辆的整车控制器，所述接收节点电子控制单元为所述车辆的电池管理系统或电机控制器。
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