CN105629902A - 一种can总线精确定时和流水线测试的通讯系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于通讯系统技术领域，具体涉及一种可实现与伺服驱动器之间的高可靠性、高精度、流水线式和热插拔式通讯CAN总线精确定时和流水线式测试的通讯系统及方法；包括作动器A、作动器B、作动器C、驱动器A、驱动器B、驱动器C、地面控制电源模块A、带有CAN总线通讯接口卡、CAN总线定时通讯系统、地面功率电源模块B和CAN总线，地面功率电源模块B分别与作动器A、作动器B、作动器C相连，地面控制电源模块A分别与驱动器A、驱动器B、驱动器C相连，CAN总线分别与驱动器A、驱动器B、驱动器C相连，作动器A与驱动器C相连，作动器B与驱动器B相连，作动器C与驱动器A相连。

Description

一种CAN总线精确定时和流水线测试的通讯系统及方法

技术领域

本发明属于通讯系统技术领域，具体涉及一种CAN总线精确定时和流水线式测试的通讯系统及方法

背景技术

伺服驱动器是驱动伺服机构作动器工作的功率设备，主要用于接收前端设备——控制器发出的CAN总线指令，通过实时将CAN指令信号转化为大功率驱动信号，来驱动后端设备——作动器运动。并实时回传CAN总线数据给控制器，来完成指令传输和信息反馈。是伺服机构高精度、高速运行的核心部件之一。

伺服驱动器收发的CAN总线指令信号，指令定时精度达到了毫秒级，数据传输精度达到了微秒级，如何对其进行高精度测试成为伺服驱动器调试和出厂测试的一个关键问题；另一方面，待测试的伺服驱动器数量庞大、单次测试数量不固定。如何实现流水线式(待测试的驱动器数量任意)、热插拔式(可随时挂载或者去除流水线上的驱动器，而不影响整条流水线的正常运行)的测试也是其关键问题之一。

目前国内外CAN总线的应用主要为主从式的。即：作为主节点的设备向总线上发送数据，作为从节点的设备被动的接收主节点数据，进而做出响应和回传响应结果。主节点数据发送控制的时间精度要求并不高，只需在规定的时间内完成通讯功能即可。主要应用领域为汽车电子、医疗器械等。还没有类似的CAN总线精确定时通讯的方案，特别是在流水线式测试和热插拔式测试方面，还处于空白状态。

本发明提出一种CAN总线精确定时和流水线式测试的通讯方案和实现方法。解决了利用CAN总线实现伺服驱动器高精确、大批量和流水线式测试的问题。实质上包含了定时时钟、通信协议、错误重发机制、节点数据解析方法和电缆接口配置等方面的设计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供可实现与伺服驱动器之间的高可靠性、高精度、流水线式和热插拔式通讯的CAN总线精确定时和流水线式测试的通讯系统及方法

本发明所采用的技术方案是：

一种CAN总线精确定时和流水线式测试的通讯系统，包括作动器A、作动器B、作动器C、驱动器A、驱动器B、驱动器C、地面控制电源模块A、带有CAN总线通讯接口卡、CAN总线定时通讯系统、地面功率电源模块B和CAN总线，其中，地面功率电源模块B分别与作动器A、作动器B、作动器C相连，地面控制电源模块A分别与驱动器A、驱动器B、驱动器C相连，CAN总线分别与驱动器A、驱动器B、驱动器C相连，作动器A与驱动器C相连，作动器B与驱动器B相连，作动器C与驱动器A相连，带有CAN总线通讯接口卡设于CAN总线定时通讯系统上，带有CAN总线通讯接口卡与CAN总线相连。

作动器A与驱动器C、作动器B与驱动器B、作动器C与驱动器A为不同从节点，通过代表不同节点的电缆接口进行自我区分，各个从节点所需的控制电源和功率电源，都实现了模块化设计，可以由各自的电源模块独立供给，节点的挂载或者去除，不影响整个系统的电气特性。

所述总线通讯接口卡的始终定时精度达10微秒。

一种CAN总线精确定时和流水线式测试的通讯方法，

包括以下步骤：

步骤一，系统作为主节点，通过带有硬件时钟，时钟定时精度达到10微秒的CAN总线通讯接口卡，定时向CAN主总线上作为从节点的各驱动器发送指令信息；CAN总线节点数据区分配表见表1；

表1CAN总线节点数据区分配表

步骤二，主节点发送帧的数据区包含有各个从节点的指令信息；挂载在CAN主总线上的驱动器，作为从节点，通过电缆接口，自动判别自身的节点信息i，并实时接收主节点的指令信息；主节点→从节点(1，2，…n)的位置指令数据区分配表如表2所示；

表2主节点→从节点(1，2，…n)的位置指令数据区分配表

步骤三，挂载在CAN主总线上的驱动器，作为从节点，通过电缆接口，自动判别自身的节点信息i，并实时接收主节点的指令信息；按照从节点(1，2，…n)→主节点的位置指令应答数据区分配表的CAN协议约定，以从节点i的形式向主总线上反馈指令应答以及相关的反馈信号，如作动器的位置信息；从节点(1，2，…n)→主节点的位置指令应答数据区分配表如表3所示；

表3从节点(1，2，…n)→主节点的位置指令应答数据区分配表

步骤四，主节点通过CAN总线接口卡接收从节点数据帧，把帧数据、帧ID以及获取到帧的时间信息写入到该帧数据结构体中，一同写入到接收缓冲区，系统通过实时读取CAN总线接口卡接收缓冲区中的帧数据，依靠接收帧的时间信息，以及ID定义，将从节点i的反馈信息进行解析，并实时判断解析结果，

帧数据结构体如下：

主节点帧数据解析流程包括以下步骤：

1读取接收缓冲区帧数据，获取帧ID；

2判断所属节点信息是否有效，无效则进行步骤1，有效则进行下一步；

3获取帧时标；

4判断出所属反馈时间区间是否有效，无效则进行步骤1，有效则进行下一步；

5解析帧数据区所属节点i的反馈信息j；

6判断节点1～n的反馈j是否均接收完毕，没有的话，进行步骤1，完毕的话，则进行下一步；

7反馈接收标识j+1，进入下一个反馈区间。在此过程中，实时判断帧时标；如果帧时标信息超过了原区间的时间范围，也进入下一个反馈区间进行解析；

8判断是句是否接收完毕，没有的话，进行步骤1，完毕的话，结束数据解析过程。

本发明的有益效果是：

1.实现了CAN总线节点间的精确定时通讯，利用CAN总线通讯接口卡上的时钟器件，编制专用驱动程序，指令定时精度达到了毫秒级，数据传输精度达到了微秒级；

2.流水线式的设计理念，满足了批量测试需求，可操作性强，稳定性方面也表现优异；

3.热插拔式的设计理念，保证了发现问题的从节点可以随时脱离开测试系统，从而进行进一步的故障排查；以及满足通讯带宽条件下的任意数量的从节点的测试需求，不会由于从节点数量的动态变化而影响整个系统的正常运行，进一步保证了系统稳定性；

4.通过合理安排从节点在总线上的通信顺序，避免了通信冲突，通讯可靠性大大提高的同时，也最大限度的利用了总线带宽；

5.特定的CAN总线通讯协议，保证了节点间数据通讯的可靠性。该协议吸取TCP协议的优点，采用类似于TCP协议的握手方式，保证了节点数据的可靠传输。同时，该协议使挂载在总线上的任意从节点均可被辨别出来，保证了被测设备唯一性的同时，也便于故障节点的问题定位、故障隔离和故障检测等；

6.特定的数据解析方法，保证了通信的准确性和可靠性；

7.完善的CAN总线错误重发机制，包含错误警告、错误定位、数据重发等多种功能，进一步保证了节点间数据通讯的可靠性；

8.特殊的电缆接口配置，使每一个节点的内部电缆接口存在细微差异，该差异只能通过伺服驱动器本身来自动识别，保证了节点定位的唯一性；

9.本发明在稳定性、可靠性、可操作性和精确度指标上性能优异，且基础技术较成熟，易实现，在大批量驱动器测试精度、测试速度和测试稳定性等方面，均有跨越式的提高。

附图说明

图1是CAN总线精确定时通讯系统方案原理图；

图2是帧数据解析流程图；

图3是一种CAN总线精确定时和流水线式测试的通讯系统布局图；

图中：1.作动器A，2.作动器B，3.作动器C，4.驱动器A，5.地面控制电源模块A，6.驱动器B，7.CAN总线定时通讯系统，8.CAN总线通讯接口卡，9.地面功率电源模块B，10.驱动器C。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提供的一种进行介绍：

一种CAN总线精确定时和流水线式测试的通讯系统，包括作动器A、1作动器B2、作动器C3、驱动器A4、驱动器B6、驱动器C10、地面控制电源模块A5、带有CAN总线通讯接口卡8、CAN总线定时通讯系统7、地面功率电源模块B9和CAN总线，其中，地面功率电源模块B9分别与作动器A、1作动器B2、作动器C3相连，地面控制电源模块A5分别与驱动器A4、驱动器B6、驱动器C10相连，CAN总线分别与驱动器A4、驱动器B6、驱动器C10相连，作动器A1与驱动器C10相连，作动器B2与驱动器B6相连，作动器C3与驱动器A4相连，带有CAN总线通讯接口卡8设于CAN总线定时通讯系统7上，带有CAN总线通讯接口卡8与CAN总线相连。

作动器A1与驱动器C10、作动器B2与驱动器B6、作动器C3与驱动器A4为不同从节点，通过代表不同节点的电缆接口进行自我区分，各个从节点所需的控制电源和功率电源，都实现了模块化设计，可以由各自的电源模块独立供给，节点的挂载或者去除，不影响整个系统的电气特性。

所述总线通讯接口卡8的始终定时精度达10微秒。

一种CAN总线精确定时和流水线式测试的通讯方法，

包括以下步骤：

步骤一，系统作为主节点，通过带有硬件时钟，时钟定时精度达到10微秒的CAN总线通讯接口卡，定时向CAN主总线上作为从节点的各驱动器发送指令信息；CAN总线节点数据区分配表见表1；

表1CAN总线节点数据区分配表

步骤二，主节点发送帧的数据区包含有各个从节点的指令信息；挂载在CAN主总线上的驱动器，作为从节点，通过电缆接口，自动判别自身的节点信息i，并实时接收主节点的指令信息；主节点→从节点(1，2，…n)的位置指令数据区分配表如表2所示；

表2主节点→从节点(1，2，…n)的位置指令数据区分配表

步骤三，挂载在CAN主总线上的驱动器，作为从节点，通过电缆接口，自动判别自身的节点信息i，并实时接收主节点的指令信息；按照从节点(1，2，…n)→主节点的位置指令应答数据区分配表的CAN协议约定，以从节点i的形式向主总线上反馈指令应答以及相关的反馈信号，如作动器的位置信息；从节点(1，2，…n)→主节点的位置指令应答数据区分配表如表3所示；

表3从节点(1，2，…n)→主节点的位置指令应答数据区分配表

步骤四，主节点通过CAN总线接口卡接收从节点数据帧，把帧数据、帧ID以及获取到帧的时间信息写入到该帧数据结构体中，一同写入到接收缓冲区，系统通过实时读取CAN总线接口卡接收缓冲区中的帧数据，依靠接收帧的时间信息，以及ID定义，将从节点i的反馈信息进行解析，并实时判断解析结果，

帧数据结构体如下：

主节点帧数据解析流程包括以下步骤：

1读取接收缓冲区帧数据，获取帧ID；

2判断所属节点信息是否有效，无效则进行步骤1，有效则进行下一步；

3获取帧时标；

4判断出所属反馈时间区间是否有效，无效则进行步骤1，有效则进行下一步；

5解析帧数据区所属节点i的反馈信息j；

6判断节点1～n的反馈j是否均接收完毕，没有的话，进行步骤1，完毕的话，则进行下一步；

7反馈接收标识j+1，进入下一个反馈区间。在此过程中，实时判断帧时标；如果帧时标信息超过了原区间的时间范围，也进入下一个反馈区间进行解析；

8判断是句是否接收完毕，没有的话，进行步骤1，完毕的话，结束数据解析过程。

系统方案由带时钟的CAN总线通讯接口卡、改进的CAN通讯协议、CAN总线错误重发机制、节点定义以及数据解析方法等几方面组成。待测试的驱动器作为从节点挂载在CAN主总线上，定时通讯系统作为主节点，来完成与从节点的精确定时通讯。

系统工作原理如图1所示。系统作为主节点，通过带有硬件时钟，时钟定时精度达到10微秒的CAN总线通讯接口卡①，定时向CAN主总线上作为从节点的各驱动器②③④发送指令信息(包括自检、同步、协议检查、位置指令等)，。从表2可以看出，主节点发送帧的数据区包含有各个从节点的指令信息。挂载在CAN主总线上的驱动器，作为从节点，通过电缆接口，自动判别自身的节点信息i，并实时接收主节点的指令信息。按照表3的CAN协议约定，以从节点i的形式向主总线上反馈指令应答以及相关的反馈信号，如作动器的位置信息等。

主节点通过CAN总线接口卡接收从节点数据帧，把帧数据、帧ID以及获取到帧的时间信息写入到该帧数据结构体中，一同写入到接收缓冲区。系统通过实时读取CAN总线接口卡接收缓冲区中的帧数据，依靠接收帧的时间信息，以及ID定义，将从节点i的反馈信息进行解析，并实时判断解析结果。帧数据结构体如下：

主节点帧数据解析流程如图2所示，具体流程如下：

步骤1：读取接收缓冲区帧数据，获取帧ID。

步骤2：判断所属节点信息是否有效，无效则进行步骤1，有效则进行下一步。

步骤3：获取帧时标。

步骤4：判断出所属反馈时间区间是否有效，无效则进行步骤1，有效则进行下一步。

步骤5：解析帧数据区所属节点i的反馈信息j。

步骤6：判断节点1～n的反馈j是否均接收完毕，没有的话，进行步骤1，完毕的话，则进行下一步。

步骤7：反馈接收标识j+1，进入下一个反馈区间。在此过程中，实时判断帧时标。如果帧时标信息超过了原区间的时间范围，也进入下一个反馈区间进行解析。

步骤8：判断是句是否接收完毕，没有的话，进行步骤1，完毕的话，结束数据解析过程。

整个解析结果，以曲线的形式绘制在系统界面上，方便实时判断运行结果，定位故障节点。

由于从节点i采用被动的形式接收主节点的指令信息，只要主总线处于正常状态，实时挂载在主总线上的从节点i可以立即接收与自身相关的指令信息，并实时进行反馈。但是，如果从节点i从主总线上去除或者节点出现故障，该节点的反馈信息丢失。通过带有定时功能的CAN总线接口卡，主节点可以实时判断系统运行的时间信息，如果运行时间超过了单次指令的相应时间，则判定该条指令响应超时，系统自动忽略该节点的响应，并进入下一条指令的发送周期。对于没有获取到的节点i的反馈信息，则通过实时显示给操作者，来进行提示。并不影响系统的正常运行。如果有节点重新接入了主总线，则它可以继续响应主节点的指令。

根据使用需要，在不影响指令发送速度，以及不超过CAN总线通讯带宽的前提下，可挂载的从节点数量可以尽量多。

该系统已成功应用在相关型号的伺服驱动器批量测试中，单次测试的驱动器数量为1～2台，测试精度高，测试速度快，操作简便，判断直观，特别适合产品的批量测试。

Claims (5)

1.一种CAN总线精确定时和流水线式测试的通讯系统，其特征在于：包括作动器A、(1)作动器B(2)、作动器C(3)、驱动器A(4)、驱动器B(6)、驱动器C(10)、地面控制电源模块A(5)、CAN总线通讯接口卡(8)、CAN总线定时通讯系统(7)、地面功率电源模块B(9)和CAN总线，其中，地面功率电源模块B(9)分别与作动器A、(1)作动器B(2)、作动器C(3)相连，地面控制电源模块A(5)分别与驱动器A(4)、驱动器B(6)、驱动器C(10)相连，CAN总线分别与驱动器A(4)、驱动器B(6)、驱动器C(10)相连，作动器A(1)与驱动器C(10)相连，作动器B(2)与驱动器B(6)相连，作动器C(3)与驱动器A(4)相连，CAN总线通讯接口卡(8)设于CAN总线定时通讯系统(7)上，CAN总线通讯接口卡(8)与CAN总线相连。

2.根据权利要求1所述的一种CAN总线精确定时和流水线式测试的通讯系统，其特征在于：作动器A(1)与驱动器C(10)、作动器B(2)与驱动器B(6)、作动器C(3)与驱动器A(4)为不同从节点，通过代表不同节点的电缆接口进行自我区分，各个从节点所需的控制电源和功率电源，都实现了模块化设计，可以由各自的电源模块独立供给，节点的挂载或者去除，不影响整个系统的电气特性。

3.根据权利要求1所述的一种CAN总线精确定时和流水线式测试的通讯系统，其特征在于：所述CAN总线通讯接口卡(8)的始终定时精度达10微秒。

4.一种CAN总线精确定时和流水线式测试的通讯方法，其特征在于：

包括以下步骤：

步骤一，系统作为主节点，通过带有硬件时钟，时钟定时精度达到10微秒的CAN总线通讯接口卡，定时向CAN主总线上作为从节点的各驱动器发送指令信息；CAN总线节点数据区分配表见表1；

表1CAN总线节点数据区分配表

步骤二，主节点发送帧的数据区包含有各个从节点的指令信息；挂载在CAN主总线上的驱动器，作为从节点，通过电缆接口，自动判别自身的节点信息i，并实时接收主节点的指令信息；主节点→从节点(1，2，…n)的位置指令数据区分配表如表2所示；

表2主节点→从节点(1，2，…n)的位置指令数据区分配表

步骤三，挂载在CAN主总线上的驱动器，作为从节点，通过电缆接口，自动判别自身的节点信息i，并实时接收主节点的指令信息；按照从节点(1，2，…n)→主节点的位置指令应答数据区分配表的CAN协议约定，以从节点i的形式向主总线上反馈指令应答以及相关的反馈信号，如作动器的位置信息；从节点(1，2，…n)→主节点的位置指令应答数据区分配表如表3所示；

表3从节点(1，2，…n)→主节点的位置指令应答数据区分配表

步骤四，主节点通过CAN总线接口卡接收从节点数据帧，把帧数据、帧ID以及获取到帧的时间信息写入到该帧数据结构体中，一同写入到接收缓冲区，系统通过实时读取CAN总线接口卡接收缓冲区中的帧数据，依靠接收帧的时间信息，以及ID定义，将从节点i的反馈信息进行解析，并实时判断解析结果，

帧数据结构体如下：

。

5.根据权利要求4所述的一种CAN总线精确定时和流水线式测试的通讯方法，其特征在于：

主节点帧数据解析流程包括以下步骤：

5.1读取接收缓冲区帧数据，获取帧ID；

5.2判断所属节点信息是否有效，无效则进行步骤1，有效则进行下一步；

5.3获取帧时标；

5.4判断出所属反馈时间区间是否有效，无效则进行步骤1，有效则进行下一步；

5.5解析帧数据区所属节点i的反馈信息j；

5.6判断节点1～n的反馈j是否均接收完毕，没有的话，进行步骤1，完毕的话，则进行下一步；

5.7反馈接收标识j+1，进入下一个反馈区间。在此过程中，实时判断帧时标；如果帧时标信息超过了原区间的时间范围，也进入下一个反馈区间进行解析；

5.8判断是句是否接收完毕，没有的话，进行步骤1，完毕的话，结束数据解析过程。