CN105141483B - 基于can总线的多节点网络最小通信间隔测定方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于CAN总线的多节点网络最小通信间隔测定方法，首先由某节点向CAN总线上发送数据时，置位该节点中数字信号处理器I/0引脚电平极性，用示波器记录电平的变化时刻T1，由于CAN总线采用地址寻址的方式通信，与该节点地址相吻合的节点将接收数据被视为接收节点；其次，接收节点在接收数据后，取反节点中数字信号处理器I/0引脚电平极性，用示波器记录电平变化时刻T3，这两个节点之间相互通信时间T为：T＝T3‑T1，即为这两个节点的最小通信间隔。依照上述方法，计算出CAN总线网络中任意两点相互通信的时间，进而得到最大通信时间Tmax即为该网络的最小通信间隔。

Description

基于CAN总线的多节点网络最小通信间隔测定方法
技术领域
本发明涉及一种在多节点网络中，利用CAN总线传输报文所需通信时间的测量方法。
背景技术
CAN总线是一种多主方式的串行通信总线，它具有传输距离远、位传输速率高，可靠性高和实时性好等优点，通常采用双绞线作为物理传输介质。两条差分信号线分别称为“CAN_H”H和“CAN_L”，采用差分传输CAN总线具有较强的抗电磁干扰能力。CAN总线协议定义了CAN网络采用节点地址寻址的方式通信，以防止多个节点使用同一个标识符(ID)。CAN控制器支持四种不同的CAN协议类型：数据帧、远程帧、出错帧和超载帧。数据帧协议中包含两种消息格式：标准帧和扩展帧，包括仲裁段，控制段，数据段和CRC分隔符组成，二者的区别在于仲裁域和控制域的位数和对位域的识别不同，如图1为CAN标准帧格式示意图，仲裁域有11位标识符，图2为CAN扩展帧格式示意图，仲裁域有29位标识符。其中数段长度范围为0-64位，最大可以传输8个字节。
数据在CAN总线上所需要的传输时间不仅与节点间的距离有关，还与CAN总线的波特率有关。波特率是指每秒钟所能够传输的位数，也就是每一位传输需要多少时间。在CAN网络中各节点之间相互通信要求它们的速率必须一致，数据最高传输速率达1Mbit/s(最大传输距离<40米)。
CAN总线协议采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，数据传输时间短，最高传输速率可以达到1Mbps，并且，受干扰的概率低，重新发送的时间短传输时间短，这使CAN总线网络系统比一般的通信系统具有更好的实时性能。在数据通信过程中，如果出现碰撞，低优先级的节点会主动退出，而高优先级的节点可以不受影响继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间，保证了传输数据的实时性，但是这种静态优先级机制的一个缺点就是不能均等地为高优先级和低优先级节点分配宽带，在网络负载很大时，数据在网络中的碰撞几率也随之增加，较低优先级的帧发送的实时性就会受到影响，传输实时性将恶化，在极端情况下将不能发送信息。
国内外的一些学者在CAN总线实时性方面提出了一些理论上的研究和改进。德国Bosch公司针对周期性实时信息的特点提出了时分复用的TTCAN协议；葡萄牙学者LuisAlmeida等针对TTCAN协议的灵活性方面的缺乏提出了改进的FTTCAN协议。采用时分复用法将CAN总线上所有节点动作时间划分成多个连续的在时间域上正交的时隙，每个时隙分配给不同的CAN总线节点，各CAN总线节点只有在自己时隙内允许发送数据，通常各CAN总线节点都有一个统一的参考时间，各节点的动作都依据一个预定的时间调度表，当时刻到来时，对应的CAN节点做出相应的动作。采用时分复用方法数据传送的时延是确定的，有利于提高CAN总线的实时性。
国内的学者针对非周期性实时信息的特点提出了动态优先级晋升算法，动态优先级分配算法能够分离CAN总线的标示地址功能和优先级功能，动态的改变站点优先级，解决宽带分配不均问题，实现数据实时传输性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有CAN总线实时性的缺点，提出一种实现各节点在CAN总线上通信所需最小时间间隔的测量方法，保证网络中各节点能够准确有效的通信。
本发明在不改变CAN总线协议标准的前提下，测量发送的数据帧在CAN总线上的传输所需时间，进而推断出发送下一帧需要的时间间隔。本发明为CAN总线上传输数据选择合理的通信间隔提供了依据，避免了由于通信间隔选择的不合理而导致CAN总线上数据传输过程的丢帧现象，有利于提高CAN总线网络的实时性能。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
通过分别记录基于CAN总线的多节点网络其中一个节点发送数据与另一个节点接收数据的时刻值，将这两个节点的时刻值求差，得到这两个节点间通信所需时间，即为这两个节点的最小通信间隔。
所述基于CAN总线的多节点网络的某节点向CAN总线上发送数据时，由于CAN总线采用地址寻址的方式通信，与该节点地址相吻合的节点将接收数据被视为接收节点。
本发明测定方法步骤如下：
1、记录发送方节点的时刻
在发送方发送数据后，置位数字信号处理器I/0引脚电平，用示波器记录电平的变化时刻T1；
2、记录接收方节点的时刻
在接收方接收数据后，取反数字信号处理器I/0引脚电平，用示波器记录电平变化时刻T3；
3、计算最小通信间隔
发送方节点和接收方节点之间相互通信时间T为：T＝T3-T1，即为这两个节点的最小通信间隔。依照上述方法，计算出CAN总线网络中任意两点相互通信的时间，进而得到最大通信时间Tmax，即为该网络的最小通信间隔。
附图说明
图1CAN标准帧格式；
图2CAN扩展帧格式；
图3CAN总线多节点网络通信示意图；
图4基于DSP的实验系统结构图；
图5最小通信间隔测定示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
下面以控制芯片DSP TMS320F2812为核心的两个节点单元对本发明进行具体说明。
如图3所示，基于CAN总线的多节点网络包括多个节点单元1,2···，N和CAN总线104。所述的CAN总线104由信号线CAN_H、CAN_L以及二者末端与120Ω电阻串联连接而成。各个节点单元1,2···，N共用CAN总线104。所述的各个节点单元1,2···，N中的数字信号处理器101，201,···，N01通过CAN收发器103，203,···，N03与CAN总线104并联连接。所述的数字信号处理器101，201,···，N01自带有eCAN模块102，202,···，N02，可分别与CAN总线104上的信号线CAN_H和CAN_L连接，构成基于CAN总线104的多节网络相互通信。为保证多个节点单元在统一CAN总线网络及时有效地通信，要求相互通信的节点之间选择合理的通信时间间隔，降低CAN总线负载占有率，为实现系统准确地、快速地通信提供依据。
如图4所示，两个节点单元采用CAN总线方式连接构成系统。采用3米长的导线将两块DSP TMS320F812板中自带CAN模块的CAN_H和CAN_L连接起来。在发送方节点上，示波器CH01通道连接DSP的I/O模块的X/F引脚；在接收方节点上，示波器CH02连接DSP的I/O模块的X/F引脚；DSP的其他模块与外接电路的连接不是本发明重点，图中未画出。
为实现上述目的，本发明的思路是：采用标准帧、发送8字节数据，即DLC＝8，波特率采用500Kbps。发送方节点单元中DSP通过邮箱将数据发送到CAN总线上，在发送时置位DSP上X/F引脚电平，用示波器记录电平的变化时刻T1；接收方节点单元中DSP通过邮箱接收CAN总线上的数据，接收到数据后取反X/F引脚电平，用示波器记录电平变化时刻T3。那么，发送方节点和接收方节点两个节点之间通信时间为T＝T3–T1，由此推算出两节点间通信的最小时间间隔为T，即为发送方节点和接收方节点之间通信时间。
对于发送方节点单元，DSP的eCAN模块配置邮箱17将数据发送到CAN总线上。在主程序中采用查询方式，周期性发送数据，在发送时置位DSP上X/F引脚电平，用示波器记录此时电平变化的时刻T1，这里的数据发送周期即为邮箱17发送下一次数据的时间间隔。
对于接收方节点单元，DSP的eCAN模块配置邮箱20作为接收邮箱。当CAN模块检测到有需要接收的数据时，产生中断信号向CPU申请中断，CPU响应中断服务程序完成数据的接收，同时取反DSP引脚X/F的电平，用示波器记录此时电平变化的时刻T3。
如图5所示，Tek示波器记录了部分数据发送和接收时X/F引脚电平变化。通道CH01表示数据发送时X/F引脚电平变化，通道CH02表示数据接收时X/F引脚电平变化。其中，T1表示第N次数据发送时刻，T3表示第N次数据接收时刻，T2表示第N+1次数据发送时刻，T4表示第N+1次数据接收时刻。T1与T2之间的时间差为发送节点周期性发送数据的周期，记为P；T表示T1和T3的时间间隔，为两节点间第N次通信时间，即两节点间最小通信间隔。为保证下一次数据能够准确传输，必须保证P>T，即T为数据周期性发送的最小时间，进而得出T为最小通信间隔。依照上述方法，计算出CAN总线网络中任意两点相互通信的时间，进而得到最大通信时间Tmax即为多节点网络的最小通信间隔。

Claims (1)

1.一种基于CAN总线的多节点网络最小通信间隔测定方法，其特征在于，所述的多节点网络最小通信间隔测定方法是通过分别记录其中一个节点发送数据与另一个节点接收数据的时刻值，将这两个节点的时刻值求差，得到该两个节点间通信时间，即为这两个节点的最小通信间隔；
所述的多节点网络最小通信间隔测定方法的步骤为：
(1)记录发送方节点的时刻
在发送方发送数据后，置位数字信号处理器I/0引脚电平，用示波器记录电平的变化时刻T1；
(2)记录接收方节点的时刻
在接收方接收数据后，取反数字信号处理器I/0引脚电平，用示波器记录电平变化时刻T3；
(3)计算最小通信间隔
发送方节点和接收方节点之间相互通信时间T为：T＝T3-T1，即为这两个节点的最小通信间隔；依照上述方法，计算出CAN总线网络中任意两点相互通信的时间，进而得到最大通信时间Tmax，即为该多节点网络的最小通信间隔。
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