CN109274564B - Can总线网络控制方法及can总线网络 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CAN总线网络控制方法及CAN总线网络，其中方法包括以下步骤：主节点每隔预设时间向多个从节点发送同步包；从节点接收所述主节点发送的同步包，且每当接收到的同步包的个数对X1取余等于所述从节点对应的发送值时，所述从节点发送一帧应用报文；其中，所述X1为自然数，且大于等于CAN总线网络中从节点的个数，每个从节点对应的发送值均不相同。本发明公开的CAN总线网络控制方法及CAN总线网络，能够实现所有节点有序发送报文，避免总线仲裁，节点发送与接收应用报文无任何延时，提高了CAN总线网络的处理效率，具有较强的实用性。

Description

CAN总线网络控制方法及CAN总线网络

技术领域

本发明涉及CAN总线技术领域，特别涉及一种CAN总线网络控制方法及CAN总线网络。

背景技术

CAN(Controller Area Network,控制器局域网络)是ISO国际标准化的串行通信协议，具有较高的性能和可靠性，被广泛地应用于汽车、船舶、工业自动化、医疗设备等方面，它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

现有技术中，CAN总线网络中往往包含多个节点，所有节点发送应用报文都是无序的，当CAN总线上节点较多、负载较高时，总线上仲裁会比较严重，因此发送与接收应用报文会有延时，导致CAN总线网络的处理效率较低，实用性较差。

发明内容

本发明提供一种CAN总线网络控制方法及CAN总线网络，用以解决现有技术中CAN总线网络的处理效率较低、实用性较差的技术问题。

为此，本发明提供一种CAN总线网络控制方法，包括以下步骤：

主节点每隔预设时间向多个从节点发送同步包；

从节点接收所述主节点发送的同步包，且每当接收到的同步包的个数对X1取余等于所述从节点对应的发送值时，所述从节点发送一帧应用报文；

其中，所述X1为自然数，且大于等于CAN总线网络中从节点的个数；每个从节点对应的发送值均不相同。

可选地，每一个从节点分配有一个同步起始值，从节点对应的发送值等于所述X1减去所述从节点的同步起始值。

可选地，所述CAN总线网络控制方法还包括：

所述主节点将所述预设时间与所述X1相乘，得到一个节拍的时间；

所述主节点根据一个节拍内所述主节点发送报文的帧数、所有从节点发送报文的总帧数以及节拍时间，计算总线负载率。

可选地，所述主节点根据一个节拍内所述主节点发送报文的帧数、所有从节点发送报文的总帧数以及节拍时间，计算总线负载率，包括：

所述主节点根据下式计算总线负载率，

其中，N为所有从节点在一个节拍内发送报文的总帧数，X为主节点在所述节拍内发送报文的帧数，u为发送一帧数据总线上实际传输的位数，baudrate为波特率，T为节拍时间。

可选地，在所述主节点根据一个节拍内所述主节点发送报文的帧数、所有从节点发送报文的总帧数以及节拍时间，计算总线负载率之后，还包括：

所述主节点判断所述总线负载率是否大于预设阈值；

若大于，则所述主节点根据所述总线负载率与所述预设阈值，增大所述X1或所述预设时间的值。

本发明还提供一种CAN总线网络，包括：1个主节点和多个从节点；

所述主节点用于：每隔预设时间向多个从节点发送同步包；

所述从节点用于：接收所述主节点发送的同步包，且每当接收到的同步包的个数对X1取余等于所述从节点对应的发送值时，所述从节点发送一帧应用报文；

其中，所述X1为自然数，且大于等于CAN总线网络中从节点的个数；每个从节点对应的发送值均不相同。

可选地，每一个从节点分配有一个同步起始值，从节点对应的发送值等于所述X1减去所述从节点的同步起始值。

可选地，所述主节点还用于：

将所述预设时间与所述X1相乘，得到一个节拍的时间；

根据一个节拍内所述主节点发送报文的帧数、所有从节点发送报文的总帧数以及节拍时间，计算总线负载率。

可选地，所述主节点还用于：

将所述预设时间与所述X1相乘，得到一个节拍的时间；

根据下式计算总线负载率，

其中，N为所有从节点在一个节拍内发送报文的总帧数，X为主节点在所述节拍内发送报文的帧数，u为发送一帧数据总线上实际传输的位数，baudrate为波特率，T为节拍时间。

可选地，所述主节点还用于：

在根据一个节拍内所述主节点发送报文的帧数、所有从节点发送报文的总帧数以及节拍时间，计算总线负载率之后，判断所述总线负载率是否大于预设阈值；

若大于，则根据所述总线负载率与所述预设阈值，增大所述X1或所述预设时间的值。

本发明提供的CAN总线网络控制方法及CAN总线网络，主节点每隔预设时间向多个从节点发送同步包，从节点接收所述主节点发送的同步包，且每当接收到的同步包的个数对X1取余等于所述从节点对应的发送值时，所述从节点发送一帧应用报文，能够实现所有节点有序发送报文，避免总线仲裁，节点发送与接收应用报文无任何延时，提高了CAN总线网络的处理效率，具有较强的实用性。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的CAN总线网络控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例二提供的CAN总线网络控制方法的流程示意图；

图3为本发明实施例二提供的CAN总线网络控制方法中节点2发送应用报文的时间点示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图来描述本发明实施例的汽车的换挡控制方法、装置及其设备。

实施例一

本发明实施例一提供一种CAN总线网络控制方法。图1为本发明实施例一提供的CAN总线网络控制方法的流程示意图。如图1所示，本实施例中的方法，可以包括以下步骤：

步骤101、主节点每隔预设时间向多个从节点发送同步包。

步骤102、从节点接收所述主节点发送的同步包，且每当接收到的同步包的个数对X1取余等于所述从节点对应的发送值时，所述从节点发送一帧应用报文。

其中，所述X1为自然数，且大于等于CAN总线网络中从节点的个数；每个从节点对应的发送值均不相同。

本实施例提供的是一种基于主从设计思想的CAN总线网络控制方法。其中，CAN总线网络可以包括一个主节点和多个从节点。

主节点监控到所有从节点上线后，可以定时向各个从节点发送同步包。每当一个从节点接收到的同步包的个数对X1取余等于所述从节点的发送值时，所述从节点发送一帧应用报文，所述发送值可以为小于X1的非负整数，且每个从节点的发送值都与其它从节点的发送值不相同，这样，每一个从节点发送应用报文的时机均不相同。

优选的是，每一个从节点可以分配有一个同步起始值，从节点对应的发送值可以等于所述X1减去所述从节点的同步起始值。也就是说，所有从节点均可以设有两个参数：同步起始值S与发送参数X1。从节点的S值两两互不相同，第i个节点的同步起始值用S_i表示，每个节点的X1值均相等。每当从节点接收到同步包的数目n满足n％X1+S_i＝X1时，对应从节点发送一帧应用报文。

本实施例提供的CAN总线网络控制方法，主节点每隔预设时间向多个从节点发送同步包，从节点接收所述主节点发送的同步包，且每当接收到的同步包的个数对X1取余等于所述从节点对应的发送值时，所述从节点发送一帧应用报文，能够实现所有节点有序发送报文，避免总线仲裁，节点发送与接收应用报文无任何延时，提高了CAN总线网络的处理效率，具有较强的实用性。

实施例二

现有技术中，CAN总线负载率的监控方法主要包括两种，一种是通过在预设时间内监控到实际发送的数据帧数与允许发送的最大数据帧数比较，从而判断总线负载率是否异常，另一种是通过外围电路获取位时间，进而根据数据传输时间与总时间的比值确定总线负载率。但是无论哪种方法，都无法自动地将CAN总线的负载率控制在合理的范围内。

为了解决这一问题，本发明实施例二提供了一种CAN总线网络控制方法，该CAN总线网络控制方法是在实施例一提供的技术方案的基础上，增加了总线负载率的计算和自动调整。

其中，总线负载率的计算包括：所述主节点将所述预设时间与所述X1相乘，得到一个节拍的时间；所述主节点根据一个节拍内所述主节点发送报文的帧数、所有从节点发送报文的总帧数以及节拍时间，计算总线负载率。

总线负载率的自动调整包括：所述主节点判断所述总线负载率是否大于预设阈值；若大于，则所述主节点根据所述总线负载率与所述预设阈值，增大所述X1或所述预设时间的值。

图2为本发明实施例二提供的CAN总线网络控制方法的流程示意图。如图2所示，本实施例中的方法，可以包括：

步骤201、上电初始化。

步骤202、监控从节点上线报文。

在一个CAN总线网络中，有且仅有1个主节点，N个从节点，假设主节点编号为1，N个从节点的编号分别为2～N+1。每个从节点上线后定时发送上线报文，当主节点开始发送同步包后则停发。

步骤203、判断是否所有从节点都上线。

具体地，主节点可以通过各从节点发送的上线报文来判断是否所有从节点都已上线。若所有从节点均上线，则执行步骤204，反之则重复执行本步骤。

步骤204、主节点每隔预设时间t，向所有从节点发送同步包。

步骤205、从节点判断接收到的同步包的个数n是否满足n％X1+S＝X1。

若满足，则执行步骤206，反之则重复执行本步骤。

步骤206、从节点发送一帧应用报文。

具体地，主节点监控到N个从节点上线后，可以开始定时t时间发送同步包，所有从节点同时接收同步包，每个从节点有两个配置参数：同步起始值S与发送参数X1，X1的值可以由主节点设置。其中t>0，X1≥N>S≥0。

从节点的同步起始值S_i两两互不相同，发送参数X1_i相同都为X1，其中所有从节点的同步起始值的最大值S_imaX1满足S_imaX1<X1，最小值S_imin满足S_imin≥0，2≤i≤N+1。

在一个节拍时间T内，当从节点i接收同步包的个数n_i满足式(1)时，从节点i发送一帧应用报文。

n_i％X+S_i＝X (1)

其中，节拍时间T＝X1*t，式(1)能够保证在一个节拍内每个从节点都只发送一帧报文。

步骤207、主节点监控一个节拍内从节点发送报文的帧数。

步骤208、在下一个节拍到来之前计算总线负载率。

具体地，主节点可以根据一个节拍内总线上所有节点发送报文的总帧数，以及一个节拍时间计算总线负载率(总线负载率等于一个节拍内数据传输的总时间与一个节拍时间的比值)。

式(2)中，η为总线负载率；N为所有从节点在一个节拍内发送报文的总帧数；X为主节点在所述节拍内发送报文的帧数；u为发送一帧数据总线上实际传输的位数，标准帧总共107位，扩展帧总共127位；baudrate为波特率；T为节拍时间。

步骤209、判断总线负载率是否大于预设阈值。

若大于，则执行步骤210，反之则执行步骤211。

步骤210、主节点增大t或发送报文适当增大所有从节点X1值。

具体地，主节点可以实时监控总线负载，当总线负载率超过预设阈值时，根据式(2)，主节点可以适当增大同步包的发送周期t的值，或者，向所有从节点发送报文，使得从节点增大X1值，从而实现动态降低总线负载，将总线负载率控制在合理的范围内。

步骤211、判断下一个节拍时间是否到达。

若到达下一节拍时间，则重新执行步骤204，反之则重复执行本步骤。

下面举例说明步骤201至步骤211的工作过程。

假设在一个波特率为250K的CAN总线网络中，有N＝10个节点，编号分别为1～10。其中节点1为主节点，其余节点为从节点(每个节点都可看做是一个模块)。

节点1在所有从节点上线后，定时t＝10ms发送同步包，每个从节点的发送参数X1＝12，从节点2至节点10的同步起始值分别为2、3、4、…、10。一个节拍时间为T＝X1*t＝12*10ms＝120ms。

以节点2为例，节点2在一个节拍内接收到同步包个数为n₂，对应的同步起始值S₂＝2，将数据代入n_i％X1+S_i＝X1，即n₂％12+2＝12，可得n₂＝10、22、34、…、10+12k(k为大于等于0的正整数)。因此，在主节点开始发送同步包后的一段时间里，每当节点2接收到同步包的个数为10、22、34、…、10+12k时，节点2都会发送一帧应用报文，发送周期T＝X1*t＝120ms。

图3为本发明实施例二提供的CAN总线网络控制方法中节点2发送应用报文的时间点示意图。如图3所示，在上电初始化后，每当从节点2从主节点接收到的同步包的总个数达到10+12k时，发送一帧应用报文。

以此类推，根据n_i％X1+S_i＝X1，每当从主节点接收到的同步包的个数达到9+12k时，从节点3发送一帧应用报文；每当从主节点接收到的同步包的个数达到8+12k时，从节点4发送一帧应用报文；……；每当从主节点接收到的同步包的个数达到2+12k时，从节点10发送一帧应用报文。从节点3至从节点10发送一次应用报文的周期也均为120ms。

此时，总线负载率为：

假如现要求总线负载不能大于7％，则主节点可自动调整发送参数X1或同步包的发送周期t。当自动调整发送参数X1时，根据上式，发现X1自增3后即为15时，总线负载率会小于7％，将X1＝15代入上式，计算此时总线负载率为：6.848％；当自动调整同步包的发送周期t时，发现t自增1后即为11时，总线负载率小于7％，此时总线负载率为：6.809％。在实际应用中，可以根据实际需要选择调整哪一个参数从而自动地将总线负载率降低在合理的范围内。

本实施例提供的CAN总线网络控制方法，根据波特率以及一个时间节拍内总线上传输数据的位数确定数据传输时间，数据传输时间与一个节拍时间的比值即为总线负载率，当总线负载率超出预设阈值时，主节点可以通过自动调整X1或t的值，将总线负载率控制在合理的范围内，实现了主节点对CAN总线负载率的自动控制，当因需求变更需增加总线的节点数目，进而导致总线负载率超出设定上限时，本实施例中的方法可以由主节点自动地将总线负载率控制在设定的范围内，不需要因控制总线负载增加额外的开发成本，尤其是总线上节点较多时，这方面的优势更加明显。

实施例三

本发明实施例三提供一种CAN总线网络。本实施例中的CAN总线网络，包括：1个主节点和多个从节点；

所述主节点用于：每隔预设时间向多个从节点发送同步包；

所述从节点用于：接收所述主节点发送的同步包，且每当接收到的同步包的个数对X1取余等于所述从节点对应的发送值时，所述从节点发送一帧应用报文；

其中，所述X1为自然数，且大于等于CAN总线网络中从节点的个数；每个从节点对应的发送值均不相同。

本实施例中的CAN总线网络，可以用于执行上述任一实施例所述的CAN总线网络控制方法，其中各节点的工作过程和原理均与前述实施例类似，此处不再赘述。

本实施例提供的CAN总线网络，主节点每隔预设时间向多个从节点发送同步包，从节点接收所述主节点发送的同步包，且每当接收到的同步包的个数对X1取余等于所述从节点对应的发送值时，所述从节点发送一帧应用报文，能够实现所有节点有序发送报文，避免总线仲裁，节点发送与接收应用报文无任何延时，提高了CAN总线网络的处理效率，具有较强的实用性。

进一步地，每一个从节点可以分配有一个同步起始值，从节点对应的发送值等于所述X1减去所述从节点的同步起始值。

进一步地，所述主节点还可以用于：

将所述预设时间与所述X1相乘，得到一个节拍的时间；

根据一个节拍内所述主节点发送报文的帧数、所有从节点发送报文的总帧数以及节拍时间，计算总线负载率。

进一步地，所述主节点还可以用于：

将所述预设时间与所述X1相乘，得到一个节拍的时间；

根据下式计算总线负载率，

其中，N为所有从节点在一个节拍内发送报文的总帧数，X为主节点在所述节拍内发送报文的帧数，u为发送一帧数据总线上实际传输的位数，baudrate为波特率，T为节拍时间。

进一步地，所述主节点还可以用于：

在根据一个节拍内所述主节点发送报文的帧数、所有从节点发送报文的总帧数以及节拍时间，计算总线负载率之后，判断所述总线负载率是否大于预设阈值；

若大于，则根据所述总线负载率与所述预设阈值，增大所述X1或所述预设时间的值。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种CAN总线网络控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

主节点每隔预设时间向多个从节点发送同步包；

从节点接收所述主节点发送的同步包，且每当接收到的同步包的个数对X1取余等于所述从节点对应的发送值时，所述从节点发送一帧应用报文；

其中，所述X1为自然数，且大于等于CAN总线网络中从节点的个数；每个从节点对应的发送值均不相同；

所述主节点将所述预设时间与所述X1相乘，得到一个节拍的时间；

所述主节点根据一个节拍内所述主节点发送报文的帧数、所有从节点发送报文的总帧数以及节拍时间，计算总线负载率；

所述主节点判断所述总线负载率是否大于预设阈值；

若大于，则所述主节点根据所述总线负载率与所述预设阈值，增大所述X1或所述预设时间的值。

2.如权利要求1所述的CAN总线网络控制方法，其特征在于，每一个从节点分配有一个同步起始值，从节点对应的发送值等于所述X1减去所述从节点的同步起始值。

3.如权利要求1所述的CAN总线网络控制方法，其特征在于，所述主节点根据一个节拍内所述主节点发送报文的帧数、所有从节点发送报文的总帧数以及节拍时间，计算总线负载率，包括：

所述主节点根据下式计算总线负载率，

其中，N为所有从节点在一个节拍内发送报文的总帧数，X为主节点在所述节拍内发送报文的帧数，u为发送一帧数据总线上实际传输的位数，baudrate为波特率，T为节拍时间。

4.一种CAN总线网络，其特征在于，包括：1个主节点和多个从节点；

所述主节点用于：每隔预设时间向多个从节点发送同步包；

所述从节点用于：接收所述主节点发送的同步包，且每当接收到的同步包的个数对X1取余等于所述从节点对应的发送值时，所述从节点发送一帧应用报文；

其中，所述X1为自然数，且大于等于CAN总线网络中从节点的个数；每个从节点对应的发送值均不相同；

所述主节点还用于：将所述预设时间与所述X1相乘，得到一个节拍的时间；根据一个节拍内所述主节点发送报文的帧数、所有从节点发送报文的总帧数以及节拍时间，计算总线负载率；

所述主节点还用于：在根据一个节拍内所述主节点发送报文的帧数、所有从节点发送报文的总帧数以及节拍时间，计算总线负载率之后，判断所述总线负载率是否大于预设阈值；若大于，则根据所述总线负载率与所述预设阈值，增大所述X1或所述预设时间的值。

5.如权利要求4所述的CAN总线网络，其特征在于，每一个从节点分配有一个同步起始值，从节点对应的发送值等于所述X1减去所述从节点的同步起始值。

6.如权利要求4所述的CAN总线网络，其特征在于，所述主节点还用于：

将所述预设时间与所述X1相乘，得到一个节拍的时间；

根据下式计算总线负载率，

其中，N为所有从节点在一个节拍内发送报文的总帧数，X为主节点在所述节拍内发送报文的帧数，u为发送一帧数据总线上实际传输的位数，baudrate为波特率，T为节拍时间。

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