CN107612801A - 一种can总线动态组网的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种CAN总线动态组网的方法，包括通过总线通道连接的多个终端设备，每个终端设备具有不同的唯一标识UID；这些终端设备竞争有限数量的通信ID；各个终端设备启动后，通过发送广播帧竞争获取通信ID；各个终端设备在没有分配到有效通信ID时，以控制器的状态存在，使用一个固定通信ID，检测网络状态，并实时获取有效通信ID并进入工作状态；控制器接收各个终端设备的节点主动发送的报文，获知网络中的终端设备数量、状态，需要时控制器与某个终端设备节点通信。本发明不需要设置控制器节点，省去了终端设备的通信ID配置，组网方便快捷；网络中若存在多个终端设备获取了同一通信ID，网络能自动从错误中恢复。

Description

一种CAN总线动态组网的方法

技术领域

本发明涉及CAN总线技术领域，具体地涉及到一种CAN总线动态组网的方法。

背景技术

CAN通信需要每个节点均包含CANID，CANID取值范围就决定了可用通信ID的取值范围。现有CAN组网方式基本基于这个模式：网络包含一个控制器和多个节点，由控制器负责与各个节点通信、记录状态。现有CAN网络各节点的通信ID由控制器分配或者由人工事先分配，。

申请号为CN200910079308.9的专利“CAN总线动态组网的方法”公开了CAN总线系统的多个终端设备中,每个终端设备具有不同的特征ID,多个终端设备通过特征ID竞争出总线控制器。可以不必人为的设置总线控制器，减少系统故障。

申请号为CN201210143500.1的专利“CAN总线网络的ID分配系统和方法”通过ID分配线配合CAN总线实现ID的在线分配，逻辑清晰，同时通过IO诊断线判断辅助控制的异常信息，安全可靠，整个系统结构简单、硬件资源少、成本低。

而申请号为201510260676.9的专利“一种基于CAN总线的系统通信方法”在组网前不需确定唯一ID，根据通信功能要求动态完成ID确定配置，免除人工的复杂操作和可能的错误，提高组网可靠性。

然而，目前的CAN网络节点有很多的不足，包括：网络中必须包含控制器，用于协调网络内各节点的工作，比如分配通信、查询节点信息、记录各节点的状态等；如果需要人工配置，尤其是当网络结构发生变化需要调整配置时，工作繁琐，容易出错；网络接入数量须不大于网络预先分配好的通信ID数，网络内没有有效的备份节点。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，为了解决以下技术问题：网络对于控制器节点没有硬性要求，可有可无，组网灵活；不再需要事先设置每个终端设备节点的通信ID，使组网更加便捷；增加了终端设备节点的待命机制，当网络内正常工作的节点离线后，待命的终端设备可以上线工作，这一机制使网络更加健壮，可靠性提高；本发明的目的是提供一种CAN总线动态组网的方法。

本发明是根据以下技术方案实现的：

一种CAN总线动态组网的方法，包括通过总线通道连接的多个终端设备，其特征在于，每个终端设备具有不同的唯一标识UID；这些终端设备竞争有限数量的通信ID；各个终端设备启动后，通过发送广播帧竞争获取通信ID；各个终端设备在没有分配到有效通信ID时，以控制器的状态存在，使用一个固定通信ID，检测网络状态，并实时获取有效通信ID并进入工作状态；控制器接收各个终端设备的节点主动发送的报文，获知网络中的终端设备数量、状态，需要时控制器与某个终端设备节点通信。

当网络中加入新的终端设备时，该新的终端设备也完成ID申请流程，使网络情况进入正常工作状态或者待机状态；在规定时间内某终端设备没有发任何报文，控制器认为该终端设备故障或离线，将释放该终端设备占用的通信ID。

上述技术方案中，各终端设备节点的工作不依赖控制器，每个终端设备在工作之前都需要获取唯一的通信ID，网络动态添加或删除终端设备，不影响其他终端设备的工作状态，每个控制器都能获悉网络中所有终端设备节点的信息。

上述技术方案中，所有终端设备获取通信ID分为以下过程：首先广播申请指定通信ID；经过短暂延迟若收到拒绝报文，则换下一条可用通信ID申请，若没有拒绝报文，则声明已经获取指定通信ID；若多个终端设备同时申请同一通信ID，根据算法和终端设备的UID，决定只有一个终端设备获取该通信ID，其他终端设备将收到拒绝报文；而正常工作状态下的终端设备仍然接收广播报文，若发现有其他终端设备使用了和自身相同的通信ID，则再次根据算法和终端的UID，决定一个终端设备获取该通信ID，未获取的终端设备自动返回ID申请阶段重新申请通信ID。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明不需要设置控制器节点，省去了终端设备的通信ID配置，组网方便快捷；网络中接入终端设备数可以大于CAN网络可用通信ID数，多于的终端设备可以作为备份终端设备节点存在，提高网络的健壮性；网络中若存在多个终端设备获取了同一通信ID，网络能自动从错误中恢复，这是人工设置可能发生却无法解决的问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的终端设备节点工作状态流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

终端设备或终端设备节点均指CAN网络中需要获取通信ID，并向网络中上报数据的网络节点。

接收器指接入CAN网络，接收发给指定通信ID的数据包并作相应处理的网络节点。

ID或通信ID均指CAN终端设备用于在网络内通信时，使用的唯一标识，一个CAN网络中该唯一标识数量有限。

图1为本发明的终端设备节点工作状态流程图，如图1所示，本发明的一种CAN总线动态组网的方法，包括通过总线通道连接的多个终端设备，每个终端设备具有不同的唯一标识UID；这些终端设备竞争有限数量的通信ID；各个终端设备启动后，通过发送广播帧竞争获取通信ID；各个终端设备在没有分配到有效通信ID时，以控制器的状态存在，使用一个固定通信ID，检测网络状态，并实时获取有效通信ID并进入工作状态；控制器接收各个终端设备的节点主动发送的报文，获知网络中的终端设备数量、状态，需要时控制器与某个终端设备节点通信。

当网络中加入新的终端设备时，该新的终端设备也完成ID申请流程，使网络情况进入正常工作状态或者待机状态；在规定时间内某终端设备没有发任何报文，控制器认为该终端设备故障或离线，将释放该终端设备占用的通信ID。

各终端设备节点的工作不依赖控制器，每个终端设备在工作之前都需要获取唯一的通信ID，网络动态添加或删除终端设备，不影响其他终端设备的工作状态，每个控制器都能获悉网络中所有终端设备节点的信息。

终端设备节点在网络中一共存在三种状态：申请ID状态S0、正常工作状态S1、待机状态S2。网络内终端设备节点上电工作流程参考流程图，具体描述如下：上电时，终端设备使用随机ID向网络内广播“ID申请报文”，进入S0状态。发送“ID申请报文”后，终端设备处于接收状态，如果在规定时间t内没有接收到任何其他节点的“拒绝申请报文”，则认为ID申请成功，此时将发送“ID确认报文”，用于申明该通信ID已被使用，终端设备进入S1状态。倘若在时间t内收到了“拒绝申请报文”，则该终端设备将重新查找网络内未被使用的通信ID；如果存在未使用的通信ID，则重新发送“ID申请报文”，申请该ID，并重新等待时间t；如果不存在未使用的通信ID，则设置自身ID为控制器指定ID，进入待机状态S2，并保持检测通信ID使用情况，一旦有空闲的通信ID存在，将重新进入S0状态去申请通信ID。

其中涉及到一些具体的细节，举例描述如下：

一种由x个传感器组成的CAN网络中，最大可以有N个终端设备节点，其通信ID一共有N个，从0到N-1。指定M(M<N)为接收器ID，例如可以使M＝N-1，那么剩余的N-1个ID[0,N-2]可以用来作为终端设备节点的通信ID。每个终端设备的唯一标识UID指定为Ui，i属于[0,x].

终端设备节点i的通信ID由计算公式f1(Ui)得出，这里对f1(Ui)不是一个具体的算法，它得功能是以终端设备UID为输入，计算得到初始通信ID。为了提高ID申请的效率，可以设计f1(Ui)针对同一组UID，计算得到每个通信ID的概率是相同的。对于两个不用的节点i1和i2，若同时申请同一个通信ID，则运用算法f2(i1,i2)确定优先级。f2(i1,i2)能根据i1和i2的UID得出哪个节点有更高的优先级，并获取该通信ID的使用权。假设优先级高的终端设备节点为ih,优先级低的终端设备节点为il。那么ih收到il的广播报文时，将发出拒绝报文，拒绝ih继续使用该通信ID；il在收到ih的申请广播或者发送给自己的拒绝报文时，得知该ID被优先级更高的节点申请，将尝试申请新的通信ID。il同时也接收其他节点的广播信息，了解其他终端设备节点的状态，可以确认正在被申请或使用的通信ID，重新申请时可以规避这些通信ID。当超过一定时间t后，若申请节点仍然没有收到针对自己的拒绝报文，则该节点发送通信ID确认报文，使用该通信ID进入正常工作状态，并定时发送心跳广播。直到所有的节点获取通信ID并进入工作状态，或者通信ID被分配完毕，通信ID分配结束。

此时存在两种情况：

当x<＝N-2时，因为节点数不大于可用通信ID数，每个终端设备均含有有效的通信ID，所以终端设备均能正常工作。

当x>N-2时，因为节点数大于可用通信ID数，通信ID分配完毕，但仍然至少有一个终端设备无法获取有效通信ID。当节点发现所有ID都被使用时，将设置自身ID为接收器ID，即M，不进入工作状态，仅仅作为接收器，检测网络内有效节点状态，当发现有节点离线时，才申请离线的通信ID，即重新进入ID申请状态。

同时，为了防止有不同终端设备获取了同一个通信ID，正常工作状态时，对其他终端设备节点的心跳广播仍然会检查其通信ID是否和自身一致，如果一致，将通过f2来判断优先级，优先级低的节点将自动进入ID申请状态S0，重新申请ID。

另外，假设有终端设备in，in动态加入网络，它将发送ID申请，若其申请的ID已经有节点占用，占用节点将直接给出拒绝报文，而不通过f2的判定。这样的设置能减少新加入终端设备对原网络的影响。in只能找到网络中仍然空闲的ID，否则，它将只能进入接收器状态，等待通信ID的释放。

当有终端设备id离线时，使用该ID的心跳广播和数据传输都将停止，经过有限的等待时间，网络中所有接收器将能判断出通信ID的释放。如果此时存在待命的节点，它们将通过ID申请机制，获取通信ID并进入网络工作。

本发明的终端设备通信ID分配机制方法本身。该分配机制灵活，无需人工干预，结果可靠；对于超过通信ID的节点，进入待机状态S2，并监测通信ID的释放情况，一旦有通信ID被释放，将重新进入S0状态参与ID申请；这种机制能使网络中能加入备份设备节点，提高网络的健壮性。此外，本发明还提供了一种错误退出机制，即使竞争中不同设备获取了相同的通信ID，后续的工作过程中也能及时发现，优先级低的设备节点将退出S1状态，重新进入S0状态参与ID申请,并根据申请结果进入S1或S2状态。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (3)

1.一种CAN总线动态组网的方法，包括通过总线通道连接的多个终端设备，其特征在于，每个终端设备具有不同的唯一标识UID；这些终端设备竞争有限数量的通信ID；各个终端设备启动后，通过发送广播帧竞争获取通信ID；各个终端设备在没有分配到有效通信ID时，以控制器的状态存在，使用一个固定通信ID，检测网络状态，并实时获取有效通信ID并进入工作状态；控制器接收各个终端设备的节点主动发送的报文，获知网络中的终端设备数量、状态，需要时控制器与某个终端设备节点通信；

当网络中加入新的终端设备时，该新的终端设备也完成ID申请流程，使网络情况进入正常工作状态或者待机状态；在规定时间内某终端设备没有发任何报文，控制器认为该终端设备故障或离线，将释放该终端设备占用的通信ID。

2.根据权利要求1所述的CAN总线动态组网的方法，其特征在于，各终端设备节点的工作不依赖控制器，每个终端设备在工作之前都需要获取唯一的通信ID，网络动态添加或删除终端设备，不影响其他终端设备的工作状态，每个控制器都能获悉网络中所有终端设备节点的信息。

3.根据权利要求2所述的CAN总线动态组网的方法，其特征在于，所有终端设备获取通信ID分为以下过程：首先广播申请指定通信ID；经过短暂延迟若收到拒绝报文，则换下一条可用通信ID申请，若没有拒绝报文，则声明已经获取指定通信ID；若多个终端设备同时申请同一通信ID，根据算法和终端设备的UID，决定只有一个终端设备获取该通信ID，其他终端设备将收到拒绝报文；而正常工作状态下的终端设备仍然接收广播报文，若发现有其他终端设备使用了和自身相同的通信ID，则再次根据算法和终端的UID，决定一个终端设备获取该通信ID，未获取的终端设备自动返回ID申请阶段重新申请通信ID。