CN107276871A - 一种can节点的低功耗控制方法、控制器及控制系统 - Google Patents

一种can节点的低功耗控制方法、控制器及控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了CAN节点的低功耗控制方法、控制器及控制系统，其中该控制方法包括CAN节点上电后自动进入唤醒模式，在休眠条件不满足的情况下保持唤醒模式；当CAN节点满足本地休眠条件且整个CAN网络协同休眠后，CAN节点禁能CAN物理层收发器，使能CAN信号和MCU内部定时器为唤醒源，CAN节点进入休眠模式；当MCU内部定时器或CAN信号唤醒MCU，CAN节点进入临时唤醒模式；在临时唤醒模式下，在临时唤醒时间内通过轮询CAN控制器的唤醒状态位和本地唤醒信号的电平来控制CAN节点再次进入休眠模式或进入唤醒确认模式；在唤醒确认模式下，通过是否检测到有效的CAN报文和本地唤醒信号来控制CAN节点进入唤醒模式或进入休眠模式。

Description

一种CAN节点的低功耗控制方法、控制器及控制系统
技术领域
本发明属于汽车电子技术领域，尤其涉及一种CAN节点的低功耗控制方法、控制器及控制系统。
背景技术
现代汽车一般采用CAN网络进行各个电子零部件的通信，CAN网络大多遵循OSEK直接网络管理协议实现常电供电CAN节点的休眠和唤醒功能。根据OSEK直接网络管理协议，所有常电供电CAN节点都满足休眠条件后，整个CAN网络协同进入休眠状态，此时，整车静态电流一般为唤醒状态下的几十分之一甚至几百分之一。当某个CAN节点被本地唤醒条件唤醒后，它将向CAN网络上发送ALIVE报文，其它CAN节点检测到CAN网络上出现有效的显性位时，CAN物理层收发器向CAN控制器的接收脚输出一个下拉脉冲，唤醒MCU和CAN节点，然后，被唤醒的CAN节点向总线上发送ALIVE报文。
一方面，当本地唤醒条件的滤波电路滤除不掉杂波时，本地唤醒信号线上的杂波会唤醒本地CAN节点。另一方面，由于CAN物理层收发器电路的滤波能力有限，当总线上出现时间长度比较宽的毛刺时，CAN节点便会被错误唤醒。CAN节点除了自身被唤醒之外，它还会通过ALIVE报文唤醒其它CAN节点，使得整个CAN网络退出休眠状态，大大增加了整车的电流消耗。
为了防止CAN节点以及CAN网络被错误唤醒，本发明提出了一种控制方法，只有在确实满足本地唤醒条件的情况下，或者总线上确实存在有效报文的条件下，节点才会被唤醒。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种CAN节点的低功耗控制方法，其通过判断引起CAN唤醒的事件是总线上的毛刺还是有效的报文，以及引起本地唤醒的事件是本地唤醒信号线上的毛刺还是有效的输入，避免CAN节点被误唤醒进而误唤醒整个CAN网络。
本发明的CAN节点的低功耗控制方法，所述CAN节点有四种工作模式，分别为唤醒模式、休眠模式、临时唤醒模式和唤醒确认模式；所述CAN节点的低功耗控制方法，具体包括：
CAN节点上电后自动进入唤醒模式，在休眠条件不满足的情况下保持唤醒模式；
当CAN节点满足本地休眠条件且整个CAN网络协同休眠后，CAN节点禁能CAN物理层收发器，使能CAN信号和MCU内部定时器为唤醒源，CAN节点进入休眠模式；
当MCU内部定时器或CAN信号唤醒MCU，CAN节点进入临时唤醒模式；
在临时唤醒模式下，在临时唤醒时间内通过轮询CAN控制器的唤醒状态位和本地唤醒信号的电平来控制CAN节点再次进入休眠模式或进入唤醒确认模式；
在唤醒确认模式下，通过是否检测到有效的CAN报文和本地唤醒信号来控制CAN节点进入唤醒模式或进入休眠模式。
其中，唤醒模式为正常工作模式，CAN节点电流消耗最大。休眠模式、临时唤醒模式、唤醒确认模式为低功耗模式，休眠模式下的电流消耗最小。
进一步的，若CAN控制器唤醒状态位无效且本地唤醒信号电平一直无效，临时唤醒时间后CAN节点再次进入休眠模式。
进一步的，若CAN控制器唤醒状态位有效或本地唤醒信号电平有效，CAN节点进入唤醒确认模式。
进一步的，若CAN控制器唤醒状态位有效，使能CAN控制器，若在固定的CAN报文滤波时间内接收到有效的CAN报文，则CAN节点进入唤醒模式。
进一步的，若本地唤醒信号电平有效，预设一个周期来连续检测本地唤醒信号电平，如果均有效，CAN节点进入唤醒模式。
进一步的，若没有检测到有效的CAN报文和本地唤醒信号，CAN节点进入休眠模式。
进一步的，MCU内部定时器的定时值和临时唤醒时间均是根据CAN节点静态电流约束条件和本地唤醒时间约束条件来设定的；其中，MCU内部定时器的定时值越大，本地唤醒时间越长；MCU内部定时器的定时值和临时唤醒时间的比值越大，CAN节点静态电流越小。
其中，CAN节点的静态电流是指CAN节点在低功耗模式下的电流消耗，即在休眠模式、临时唤醒模式和唤醒确认模式下的平均电流消耗。
进一步的，CAN报文滤波时间是根据CAN网络的波特率来确定的。
其中，CAN报文滤波时间可以设置为最大CAN报文时长的2倍。汽车CAN网络的波特率有500kbps、250kbps、125kbps三种，具体而言：
波特率为500kbps时，CAN报文最大时长为0.216ms,CAN报文滤波时间Tfilter设置为0.5ms。
波特率为250kbps时，CAN报文最大时长为0.432ms，CAN报文滤波时间Tfilter设置为1ms。
波特率为125kbps时，CAN报文最大时长为0.864ms，CAN报文滤波时间Tfilter设置为2ms。
本发明还提供了一种低功耗CAN节点控制器。
本发明的低功耗CAN节点控制器，采用上述所述的CAN节点的低功耗控制方法来实现。
本发明的一种CAN节点的低功耗控制系统，包括上述所述的CAN节点的低功耗控制器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的唤醒源只包括CAN信号和内部定时器，降低了对MCU唤醒中断引脚的需求。
(2)在临时唤醒模式下轮询检测本地唤醒信号电平，可以避免本地唤醒信号线的杂波唤醒MCU，减少了MCU的唤醒次数，降低了静态电流。
(3)通过设置唤醒确认模式，区分有效的CAN报文和总线毛刺，区分有效的本地唤醒条件和信号毛刺，避免了误唤醒。
(4)根据CAN网络的波特率确定CAN报文滤波时间，避免了无效等待。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明的CAN节点结构示意图。
图2为本发明的CAN节点工作模式跳转图。
图3为本发明的CAN节点唤醒流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
图1为本发明的CAN节点结构示意图。
在图1中，CAN节点控制器MCU与CAN控制器相连，CAN节点控制器MCU还通过I/O接口与开关检测电路相连，开关检测电路用于检测本地唤醒信号；
CAN控制器与CAN物理层相连，CAN物理层通过CAN总线与CAN网络相互通信。
具体地，当某个CAN节点被本地唤醒条件唤醒后，它将向CAN网络上发送ALIVE报文，其它CAN节点检测到CAN网络上出现有效的显性位时，CAN物理层收发器向CAN控制器的接收脚输出一个下拉脉冲，唤醒MCU和CAN节点，然后，被唤醒的CAN节点向CAN总线上发送ALIVE报文。
本发明为了防止CAN节点以及CAN网络被错误唤醒，提供了一种CAN节点的低功耗控制方法，其通过判断引起CAN唤醒的事件是总线上的毛刺还是有效的报文，以及引起本地唤醒的事件是本地唤醒信号线上的毛刺还是有效的输入，避免CAN节点被误唤醒进而误唤醒整个CAN网络。
图2为本发明的CAN节点工作模式跳转图。
如图2所示，本发明的CAN节点的低功耗控制方法，所述CAN节点有四种工作模式，分别为唤醒模式、休眠模式、临时唤醒模式和唤醒确认模式。
其中，唤醒模式为正常工作模式，CAN节点电流消耗最大。休眠模式、临时唤醒模式、唤醒确认模式为低功耗模式，休眠模式下的电流消耗最小。
其中，CAN节点的静态电流是指CAN节点在低功耗模式下的电流消耗，即在休眠模式、临时唤醒模式和唤醒确认模式下的平均电流消耗。
如图3所示，CAN节点的低功耗控制方法，具体包括：
(1)CAN节点上电后自动进入唤醒模式，在休眠条件不满足的情况下保持唤醒模式；
(2)当CAN节点满足本地休眠条件且整个CAN网络协同休眠后，CAN节点禁能CAN物理层收发器，使能CAN信号和MCU内部定时器为唤醒源，CAN节点进入休眠模式；
(3)当MCU内部定时器或CAN信号唤醒MCU，CAN节点进入临时唤醒模式；
(4)在临时唤醒模式下，在临时唤醒时间Ttempwake内通过轮询CAN控制器的唤醒状态位和本地唤醒信号的电平来控制CAN节点再次进入休眠模式或进入唤醒确认模式。
MCU内部定时器的定时值Tsleep和临时唤醒时间Ttempwake均是根据CAN节点静态电流约束条件和本地唤醒时间来设定的。
其中，MCU内部定时器的定时值Tsleep越大，本地唤醒时间越长；MCU内部定时器的定时值Tsleep和临时唤醒时间Ttempwake的比值越大，CAN节点静态电流越小。
若CAN控制器唤醒状态位无效且本地唤醒信号电平一直无效，临时唤醒时间后CAN节点再次进入休眠模式。
若CAN控制器唤醒状态位有效或本地唤醒信号电平有效，CAN节点进入唤醒确认模式。
(5)在唤醒确认模式下，通过是否检测到有效的CAN报文和本地唤醒信号来控制CAN节点进入唤醒模式或进入休眠模式。
若CAN控制器唤醒状态位有效，使能CAN控制器，若在固定的滤波时间Tfilter内接收到有效的CAN报文，则CAN节点进入唤醒模式。
CAN报文滤波时间Tfilter是根据CAN网络的波特率来确定的。
其中，CAN报文滤波时间可以设置为最大CAN报文时长的2倍。汽车CAN网络的波特率有500kbps、250kbps、125kbps三种，具体而言：
波特率为500kbps时，CAN报文最大时长为0.216ms,Tfilter设置为0.5ms。
波特率为250kbps时，CAN报文最大时长为0.432ms，Tfilter设置为1ms。
波特率为125kbps时，CAN报文最大时长为0.864ms，Tfilter设置为2ms。
若本地唤醒信号电平有效，预设一个周期(例如：以2ms为周期)来连续检测本地唤醒信号电平，如果均有效，CAN节点进入唤醒模式。
若没有检测到有效的CAN报文和本地唤醒信号，CAN节点进入休眠模式。
本发明的唤醒源只包括CAN信号和内部定时器，降低了对MCU唤醒中断引脚的需求。
在临时唤醒模式下轮询检测本地唤醒信号电平，可以避免本地唤醒信号线的杂波唤醒MCU，减少了MCU的唤醒次数，降低了静态电流。
通过设置唤醒确认模式，区分有效的CAN报文和总线毛刺，区分有效的本地唤醒条件和信号毛刺，避免了误唤醒。
根据CAN网络的波特率确定CAN报文滤波时间，避免了无效等待。
本发明还提供了一种低功耗CAN节点控制器。
本发明的低功耗CAN节点控制器，采用上述所述的CAN节点的低功耗控制方法来实现。
本发明还提供了一种CAN节点的低功耗控制系统。
本发明的一种CAN节点的低功耗控制系统，包括上述所述的CAN节点的低功耗控制器。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种CAN节点的低功耗控制方法，其特征在于，所述CAN节点有四种工作模式，分别为唤醒模式、休眠模式、临时唤醒模式和唤醒确认模式；所述CAN节点的低功耗控制方法，具体包括：
CAN节点上电后自动进入唤醒模式，在休眠条件不满足的情况下保持唤醒模式；
当CAN节点满足本地休眠条件且整个CAN网络协同休眠后，CAN节点禁能CAN物理层收发器，使能CAN信号和MCU内部定时器为唤醒源，CAN节点进入休眠模式；
当MCU内部定时器或CAN信号唤醒MCU，CAN节点进入临时唤醒模式；
在临时唤醒模式下，在临时唤醒时间内通过轮询CAN控制器的唤醒状态位和本地唤醒信号的电平来控制CAN节点再次进入休眠模式或进入唤醒确认模式；
在唤醒确认模式下，通过是否检测到有效的CAN报文和本地唤醒信号来控制CAN节点进入唤醒模式或进入休眠模式。
2.如权利要求1所述的一种CAN节点的低功耗控制方法，其特征在于，若CAN控制器唤醒状态位无效且本地唤醒信号电平一直无效，临时唤醒时间后CAN节点再次进入休眠模式。
3.如权利要求1所述的一种CAN节点的低功耗控制方法，其特征在于，若CAN控制器唤醒状态位有效或本地唤醒信号电平有效，CAN节点进入唤醒确认模式。
4.如权利要求1所述的一种CAN节点的低功耗控制方法，其特征在于，若CAN控制器唤醒状态位有效，使能CAN控制器，若在固定的滤波时间内接收到有效的CAN报文，则CAN节点进入唤醒模式。
5.如权利要求1所述的一种CAN节点的低功耗控制方法，其特征在于，若本地唤醒信号电平有效，预设一个周期来连续检测本地唤醒信号电平，如果均有效，CAN节点进入唤醒模式。
6.如权利要求1所述的一种CAN节点的低功耗控制方法，其特征在于，若没有检测到有效的CAN报文和本地唤醒信号，CAN节点进入休眠模式。
7.如权利要求1所述的一种CAN节点的低功耗控制方法，其特征在于，MCU内部定时器的定时值和临时唤醒时间均是根据CAN节点静态电流约束条件和本地唤醒时间来设定的；其中，MCU内部定时器的定时值越大，本地唤醒时间越长；MCU内部定时器的定时值和临时唤醒时间的比值越大，CAN节点静态电流越小。
8.如权利要求4所述的一种CAN节点的低功耗控制方法，其特征在于，滤波时间是根据CAN网络的波特率来确定的。
9.一种低功耗CAN节点控制器，其特征在于，采用如权利要求1-8中任一项所述的CAN节点的低功耗控制方法来实现。
10.一种CAN节点的低功耗控制系统，其特征在于，包括如权利要求9所述的CAN节点的低功耗控制器。
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