CN108011791A - 一种机载双余度can通信系统构型 - Google Patents

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冯源
范祥辉
史岩
常于敏
杨寒
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Abstract

本发明属于计算机通信技术，公开了一种机载双余度CAN通信系统构型。本发明对机载双余度CAN通信系统进行了定义和说明。其特征在于，提供了双余度CAN通信系统和CAN总线节点逻辑设计构型。该构型CAN总线节点设计采用两通道的独立协议解析、独立收发编解码、独立电气隔离，对上提供一个主机接口，对下提供两个独立的CAN通信接口，采用两条独立并行的物理总线传输CAN通信信号，最终实现CAN通信系统级冗余。双余度CAN通信系统构型在CAN节点单通道或系统单总线故障情况下仍能实现正常通信，可显著提高机载CAN总线通信系统的容错能力系，实现机载CAN总线系统高可靠通信。

Description

一种机载双余度CAN通信系统构型
技术领域：
本发明属于计算机通信技术领域，涉及一种机载双余度CAN通信系统构型。
背景技术：
控制器局域网(CAN)总线作为工业控制领域现场总线标准，其在可靠性、实时性、低成本方面颇具优势。标准CAN协议由于采用位同步机制和完整错误识别和处理方法，CAN通信系统中每个报文传输出现未知数据错误的可能性大约为1×10-13。实际应用中，标准CAN总线存在Last-But-One-Bit问题、错误帧问题、Babbling Idiot等典型问题，故标准CAN总线在具有诸多优点的同时也存在一定局限性。
标准CAN总线的物理故障、节点接口故障都会影响整个CAN通信系统系统的可靠性，其潜在故障模式和节点接口故障的分析见表1。
表1标准CAN总线典型应用系统中总线故障模式及其影响
序号 故障名称 系统状态 影响范围
1 CAN-L断开 降级运行 系统
2 CAN-H断开 降级运行 系统
3 CAN-L对电源短路 失效 系统
4 CAN-H对地短路 失效 系统
5 CAN-L对地短路 降级运行 系统
6 CAN-H对电源短路 降级运行 系统
7 CAN-H和CAN-L短路 失效 系统
8 CAN-H和CAN-L同时断开 降级运行 系统
9 某根总线与端接器断开 降级运行 系统
10 节点接口故障(寂静) 其余节点正常 节点
11 节点接口故障(非寂静) 其余节点正常 节点
如图1所示，CAN总线控制器和CAN总线收发器实现CAN总线的物理层和数据链路层协议，从而使计算机系统可以进行CAN通信系统的通信。对于系统中的节点，接口电路的故障会导致节点或系统通信失效。
尽管CAN报文的失效率很低，比其它现行的许多总线都要好，从而使得CAN总线可以为任务和飞行重要系统所选用。但是在某些极端条件下，可能会出现通信不一致，不可预测或信道阻塞等现象。另外，CAN总线构成的系统中会出现多种模式的物理故障，在这些故障模式中，一部分可能对系统影响不大，但有一部分会引起系统或节点不能正常工作。
虽然基于标准构型的CAN协议提供了内建容错机制，能够对通信链路上的瞬时错误进行检测和恢复，但在可靠性要求较高的机载应用中，通信链路的永久故障不可容忍的。故对于机载系统来看，单纯从标准CAN协议本身的可靠性方面考虑是不够的，必须采用系统冗余才能达到所要求的功能安全性水平。
发明内容：
本发明的目的是：提供一种机载双余度CAN通信系统构型，基于各通信节点构建具备机载环境适应性和高可靠通信能力的CAN通信系统。
本发明的技术解决方案是：
一种机载双余度CAN通信系统构型，该构型采用两条CAN总线来连接系统中的N个通信节点，两条CAN总线为CAN总线A和CAN总线B；
各通信节点采用两个独立的CAN通道分别连接到两条独立的CAN总线上，两个独立的CAN通道为第一通道和第二通道；
第一通道与CAN总线A相连接，且不与CAN总线B连接；
第二通道与CAN总线B相连接，且不与CAN总线A连接；
第一通道和第二通道分别使用独立的收发器、隔离电路、CAN控制器，各通信节点的第一通道和第二通道共用一个CPU管理节点工作行为并向主机提供一个主机接口，发送和提交同一份应用数据；
各通信节点两个通道采用独立的协议解析，由CAN控制器完成；
各通信节点两个通道采用独立的电气隔离，由隔离电路完成；
各通信两个通道采用独立的收发编解码，由收发器完成；
该构型采用全工运行方式的双冗余构型；
各通信节点支持三种工作模式：双余度工作模式、独立单通道工作模式、总线监控模式，且支持软件配置；
通信节点的数N符合ISO11898标准的相应要求，且各通信节点之间的电气特征相适配。
各通信节点的收发器均通过线缆束连接方式与CAN总线连接。
所述的隔离电路包含光电隔离和DC-DC隔离。
本发明的优点是：
1)各节点逻辑结构简单，易于实现；
2)各节点工作方式支持软件配置；
3)可提供高可靠CAN总线通信；
4)集成度高，成本低。
附图说明
图1是机载双余度CAN通信系统构型。
具体实施方式:
针对影响CAN总线物理层和链路层典型故障模式，引入一种机载双余度CAN通信系统构型，以适应机载应用。该构型采用两条CAN总线来连接系统中的N个通信节点，两条CAN总线为CAN总线A和CAN总线B。
各通信节点采用两个独立的CAN通道分别连接到两条独立的CAN总线上，两个独立的CAN通道为第一通道和第二通道。第一通道与CAN总线A相连接，且不与CAN总线B连接。第二通道与CAN总线B相连接，且不与CAN总线A连接。
第一通道和第二通道分别使用独立的收发器、隔离电路、CAN控制器，各通信节点的第一通道和第二通道共用一个CPU管理节点工作行为并向主机提供一个主机接口，发送和提交同一份应用数据。
各通信节点两个通道采用独立的协议解析，由CAN控制器完成。各通信节点两个通道采用独立的电气隔离，由隔离电路完成。各通信两个通道采用独立的收发编解码，由收发器完成。
该构型采用全工运行方式的双冗余构型，即两套总线同时运行，如果其中一套发生故障，另一套仍能维持系统的正常运行。当一条总线上有一个节点的CAN通道出现“永久故障”时，该节点直接把故障通道切除即可，同时运行的另一个CAN通道仍然可以完成通信任务，消除了传统CAN总线系统典型故障的影响，从而提高了系统的容错能力。该构型创新性地实现了物理层、数据链路层甚至应用层的全冗余，适合可靠性要求高的机载通信系统。
各通信节点支持三种工作模式：双余度工作模式、独立单通道工作模式、总线监控模式，且支持软件配置。
通信节点的数N符合ISO11898标准的相应要求，且各通信节点之间的电气特征相适配。
各通信节点的收发器均通过线缆束连接方式与CAN总线连接。
所述的隔离电路包含光电隔离和DC-DC隔离。

Claims (4)

1.一种机载双余度CAN通信系统构型，其特征是，该构型采用两条CAN总线来连接系统中的N个通信节点，两条CAN总线为CAN总线A和CAN总线B；
各通信节点采用两个独立的CAN通道分别连接到两条独立的CAN总线上，两个独立的CAN通道为第一通道和第二通道；
第一通道与CAN总线A相连接，且不与CAN总线B连接；
第二通道与CAN总线B相连接，且不与CAN总线A连接；
第一通道和第二通道分别使用独立的收发器、隔离电路、CAN控制器，各通信节点的第一通道和第二通道共用一个CPU管理节点工作行为并向主机提供一个主机接口，发送和提交同一份应用数据；
各通信节点两个通道采用独立的协议解析，由CAN控制器完成；
各通信节点两个通道采用独立的电气隔离，由隔离电路完成；
各通信两个通道采用独立的收发编解码，由收发器完成。
2.如权利要求1所述的一种机载双余度CAN通信系统构型，其特征是，各通信节点支持三种工作模式：双余度工作模式、独立单通道工作模式、总线监控模式，且支持软件配置。
3.如权利要求1所述的一种机载双余度CAN通信系统构型，其特征是，通信节点的数N符合ISO11898标准的相应要求，且各通信节点之间的电气特征相适配。
4.如权利要求1所述的一种机载双余度CAN通信系统构型，其特征是，各通信节点的收发器均通过线缆束连接方式与CAN总线连接。
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