CN111464415A - 用于can总线消息异常预警的方法及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电子设备，用于CAN总线消息异常预警，该电子设备包括CAN总线控制器和处理器。CAN总线控制器适于接收在所述CAN总线上传输的报文。处理器耦接所述CAN总线控制器且配置为：对每一报文标记时间戳；计算标识码相同的报文的消息周期；比较所述消息周期与周期阈值以确定所述消息周期是否异常。

Description

用于CAN总线消息异常预警的方法及电子设备

技术领域

本发明主要涉及控制器局域网(Controller Area Network，简称CAN) 网络通信技术领域，尤其涉及一种用于CAN总线消息异常预警的方法及电子设备。

背景技术

早期CAN总线的周期报文验证过程中，多采用人工方式对周期消息进行监控，监控的周期数据有比如最长周期、最短周期和平均周期等，用户通过该些数据来排查CAN总线消息异常情况。大多情况下，只有在CAN 总线出现显性故障后，用户才能识别到CAN总线消息出现异常，存在预警不及时的缺陷。并且这种排查CAN总线消息异常情况的方法严重依赖于上位机，无法在独立设备上工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于CAN总线消息异常预警的方法及电子设备，该方法能够及时预警CAN总线消息的异常情况并录制异常情况前后的完整报文，该电子设备能够摆脱上位机的限制独立工作。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电子设备，用于CAN总线消息异常预警，该电子设备包括CAN总线控制器和处理器。CAN总线控制器适于接收在所述CAN总线上传输的报文。处理器耦接所述CAN总线控制器且配置为：对每一报文标记时间戳；计算标识码相同的报文的消息周期；比较所述消息周期与周期阈值以确定所述消息周期是否异常。

在本发明的一实施例中，该电子设备还包括输入/输出单元或通信单元，用于接收对一个或多个报文的消息周期阈值的设定。

在本发明的一实施例中，所述处理器包括运行第一操作系统的第一核心，所述第一操作系统为实时操作系统，所述处理器对每一报文标记时间戳的步骤在所述第一操作系统上执行。

在本发明的一实施例中，所述处理器还包括运行第二操作系统的第二核心，所述计算标识码相同的报文的消息周期和比较所述消息周期与周期阈值以确定所述消息周期是否异常的步骤是在所述第二操作系统上执行。

在本发明的一实施例中，所述处理器还包括适于由所述第一核心和第二核心访问的共享内存，所述第一核心适于通过所述共享内存将所述报文的时间戳推送到所述第二核心。

在本发明的一实施例中，该电子设备还包括输入/输出单元或通信单元，用于接收对一个或多个报文的消息周期阈值的设定。所述第二核心连接所述输入/输出单元或通信单元以获取所述消息周期阈值。

在本发明的一实施例中，所述消息周期包括以下之一或其任意组合：平均周期、最长周期、最短周期或周期的标准差。

在本发明的一实施例中，所述处理器还配置为在消息周期异常时记录预定的数据文件。

本发明还提供了一种CAN总线消息异常预警方法，通过连接到CAN 总线的电子设备执行，所述电子设备包括CAN总线控制器和处理器，所述方法包括以下步骤：通过CAN总线控制器接收在所述CAN总线上传输的报文，并传送给所述处理器；在所述处理器：每一报文标记时间戳、计算标识码相同的报文的消息周期以及比较所述消息周期与周期阈值，以确定所述消息周期是否异常。

在本发明的一实施例中，所述CAN总线消息异常预警方法还包括接收所述周期阈值的设定。

在本发明的一实施例中，所述处理器上运行有第一操作系统，所述第一操作系统为实时操作系统，所述处理器对每一报文标记时间戳的步骤在所述第一操作系统上执行。

在本发明的一实施例中，所述处理器还运行有第二操作系统的第二核心，所述计算标识码相同的报文的消息周期和比较所述消息周期与周期阈值以确定所述消息周期是否异常的步骤是在所述第二操作系统上执行。

与现有技术相比，本发明提出的用于CAN总线消息异常预警的方法及电子设备相对于现有技术有以下优点：

(1)实现对CAN总线的周期性报文进行筛选过滤，以判断CAN总线异常的消息周期并能够及时预警，预警的同时可以录制异常时间前后的完整报文，便于用户的后续分析。

(2)电子设备可以作为CAN总线的一个节点接入CAN总线网络，电子设备不向CAN总线发送报文，因此电子设备的连接并不会影响连接至 CAN总线的其他ECU的正常通信。

附图说明

包括附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1是本发明一实施例中的电子设备的结构示意图。

图2是本发明一实施例中的CAN总线消息异常预警方法的流程图。

图3是本发明一实施例中的电子设备的应用场景。

图4为本发明一实施例中的电子设备的应用流程图。

图5为本发明一实施例中的消息异常监控配置界面。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

应当理解，当一个部件被称为“在另一个部件上”、“连接到另一个部件”、“耦合于另一个部件”或“接触另一个部件”时，它可以直接在该另一个部件之上、连接于或耦合于、或接触该另一个部件，或者可以存在插入部件。相比之下，当一个部件被称为“直接在另一个部件上”、“直接连接于”、“直接耦合于”或“直接接触”另一个部件时，不存在插入部件。同样的，当第一个部件被称为“电接触”或“电耦合于”第二个部件，在该第一部件和该第二部件之间存在允许电流流动的电路径。该电路径可以包括电容器、耦合的电感器和/或允许电流流动的其它部件，甚至在导电部件之间没有直接接触。

本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

图1是本发明一实施例中的电子设备的结构示意图。如图1所示，电子设备1包括CAN总线控制器11、处理器12、输入/输出单元13、一个或多个CAN总线收发器14、以太网接口15和LTE端口16。电子设备1可以接入到CAN总线中，用于CAN总线消息异常预警。

CAN总线控制器11适于接收在CAN总线(图1中未示出)上传输的报文，处理器12耦接CAN总线控制器11。一个或多个CAN总线收发器 14可以连接CAN总线控制器和CAN总线，CAN总线收发器12可以从CAN 总线网络接收报文，并发送到CAN总线控制器11中。

输入/输出单元13可以本地连接至例如计算机的上位机用于接收对一个或多个报文的消息周期阈值的设定。作为替代，也可以使用例如LTE端口 16的通信单元连接到远程的服务器，用于接收对一个或多个报文的消息周期阈值的设定。

处理器12包括第一核心121、第二核心122和共享内存123。第一核心121上可运行第一操作系统。第二核心122上可运行第二操作系统。第一操作系统可以为实时操作系统(RTOS,Real-time operating system)。第二操作系统可以是比第一操作系统功能更完备的操作系统，例如Linux系统。共享内存123适于由第一核心121和第二核心122访问，以便在二者间共享数据。处理器12配置为实现以下步骤：

步骤101：对每一报文标记时间戳。

步骤102：计算标识码相同的报文的消息周期。

步骤103：比较消息周期与周期阈值以确定消息周期是否异常。

步骤104：在消息周期异常时记录预定的数据文件。

本实施例中的电子设备1通过其包括的处理器12实现的上述步骤 101-104，可以对CAN总线的周期性报文进行筛选过滤，以判断CAN总线异常的消息周期并能够及时预警，预警的同时可以录制异常时间前后的完整报文，便于用户的后续分析。

处理器12对每一报文标记时间戳的步骤101在第一操作系统上执行。由于第一操作系统为实时操作系统，时间戳的标记更为及时。第一核心121 适于通过共享内存123将报文的时间戳推送到第二核心122。

在步骤101中，第一操作系统对每一报文标记时间戳之外，还对报文进行封装，该报文的封装结构为：

1字节(DLC，数据场长度)+1字节(channel，通道或协议)+8字节(time stamp，时间戳)+4字节(ID，标识码)+n字节(数据)

计算标识码相同的报文的消息周期的步骤102和比较消息周期与周期阈值以确定消息周期是否异常的步骤103在第二操作系统上执行。由于第二操作系统是例如Linux系统的复杂操作系统，可以实现所需的比较、监控等功能。

标识码相同的报文的发送周期一般是固定的，消息周期包括以下之一或其任意组合：平均周期、最长周期、最短周期或周期的标准差。平均周期使用平均值公式计算，最长周期取发送周期中的最大值，最短周期取发送周期中的最小值，周期的标准差使用标准差公式 s＝sqrt([(x1-x)^2+...(xn-x)^2]/n)计算，其中x为报文时间戳的采样点，n报文序号。

对一个或多个报文的消息周期阈值的设定由输入/输出单元13接收。第二核心连接输入/输出单元13以获取消息周期阈值。

根据步骤103中的消息周期与周期阈值的比较结果，可以触发电子设备1的预警上报功能和是否进行步骤104，不同消息周期的触发条件如表1 所示：

输入	触发条件
		平均周期	大于阈值
平均周期	小于阈值
		最长周期	大于阈值
最短周期	小于阈值
		标准方差	大于阈值

表1 不同消息周期的触发预警条件

在步骤104中，处理器12在消息周期异常时记录预定的数据文件，该数据文件可以通过电子设备1的LTE端口16通过4G网络发送到云端。

图2是本发明一实施例中的CAN总线消息异常预警方法的流程图。 CAN总线消息异常预警方法可以通过上述实施例中的用于CAN总线消息异常预警的电子设备执行。如图2所示，CAN总线消息异常预警方法包括以下步骤：

步骤201：通过CAN总线控制器接收在CAN总线上传输的报文，并传送给处理器。

步骤202：对每一报文标记时间戳。

步骤203：计算标识码相同的报文的消息周期。

步骤204：比较消息周期与周期阈值以确定消息周期是否异常。

其中，步骤202-204可以在上述实施例中的用于CAN总线消息异常预警的电子设备1的处理器12中执行。

在步骤204前，本实施例中的CAN总线消息异常预警方法还包括接收周期阈值的设定。该周期阈值可以由上述实施例中的用于CAN总线消息异常预警的电子设备1的处理器12的第二核心122获取，该第二核心122连接该电子设备的输入/输出单元13(或诸如LTE端口16的通信单元)以获取消息周期阈值。

图3是本发明一实施例中的电子设备的应用场景。如图3所示，CAN 总线2上连接多个ECU 3(Electronic Control Unit，电子控制单元，又称车载电脑)和电子设备1。电子设备1用于CAN总线2的消息异常预警和在 CAN总线2消息周期异常时记录预定的数据文件。

CAN(控制器局域网总线，Controller Area Network)总线是一种用于实时应用的串行通讯协议总线，它可以使用双绞线来传输信号，是世界上应用最广泛的现场总线之一。CAN协议的特性包括完整性的串行数据通讯、提供实时支持、传输速率高达1Mb/s、同时CAN总线还具有11位的寻址以及检错能力。

在本实施例中，ECU 3间进行CAN总线通讯的报文内容为DBC(data base CAN)。DBC是由一系列的消息(Message)和信号(Signal)组成，文件定义了Message和Signal的属性，其中Message属性中有用于定义报文消息周期的Cycle Time文件。DBC可被配置，以定义需要监控的报文以及报文的消息周期阈值。示例性的配置界面如图5所示，其中可配置报文Msg_ID、最大周期T_max、最小周期T_min、方差或周期的平均数，并可配置触发条件、预触发时间及后触发时间。被监控的报文以及消息周期阈值可被派发到电子设备1，使电子设备1进行相应的监控及预警。

针对上述DBC中的报文发送周期，上述实施例中的CAN总线消息异常预警方法可以用于判断计算出的报文消息周期与DBC中定义的周期偏差过大时的异常情况。CAN总线消息异常预警方法所包括的步骤可以是如图 2所示的流程图，CAN总线消息异常预警方法可以通过电子设备1执行。

电子设备1可以是如图1所示的电子设备，包括CAN总线控制器11、处理器12、输入/输出单元13和一个或多个CAN总线收发器14。

一个或多个CAN总线收发器14连接CAN总线控制器11和CAN总线2，CAN总线收发器12可以从CAN总线2网络接收报文，并发送到CAN 总线控制器11中。电子设备1并不向CAN总线2发送报文，因此不会影响连接至CAN总线2的其他ECU3的正常通信。

电子设备1可以通过输入/输出单元13本地连接至例如计算机4的上位机，用户通过计算机4上安装的相应配置软件来对电子设备1的各项可调参数进行配置，输入单元13获取该配置的可调参数。

电子设备1的各项可调参数可以包括上述实施例中的CAN总线消息异常预警方法中涉及的消息周期阈值或其他相关参数。

当CAN总线消息异常预警方法判断出消息周期出现异常，电子设备1 记录CAN总线上的在消息周期异常时记录预定的数据文件。同时电子设备 1触发预警，该预警消息可以通过输入/输出单元13本地发送给计算机4，也可通过LTE端口16以4G网络发送至云端的服务器(图未示)。电子设备1将预警消息上报给用户个人的计算机4的配置软件，并将CAN总线2 上的在消息周期异常时记录预定的数据文件上传到计算机4。

图4为本发明一实施例中的电子设备的应用流程图。如图4所示，上述实施例中的电子设备包括数据平面41和控制平面42。上述实施例中的计算机可以包括管理平面43。

在数据平台41，电子设备的处理器将从CAN总线采集到的报文封装打包，在每帧报文中标记时间戳。该封装打包的结构可以是bmr帧结构：

1字节(DLC，数据场长度)+1字节(channel，通道或协议)+8字节 (time stamp，时间戳)+4字节(ID，标识码)+n字节(数据)

封装好的数据将发送到调度模块，由调度模块中的程序解析配置。调度模块可以包括码流调度器、过滤调度器、RPC调度器和管理调度器。缓存一定量的该数据后，电子设备计算标识码相同的报文的消息周期，并比较消息周期与周期阈值以确定消息周期是否异常，判断是否满足触发条件，消息周期的类型和触发条件可以参见上述实施例中的表1。若计算结果不满足触发条件，则丢弃该些缓存数据。若计算结果满足触发条件，电子设备将该些数据记录成数据文件，并通过调度模块发送到管理平台43，该些数据文件便于用户后续对CAN总线的异常情况进行分析。

本发明上述实施例中的用于CAN总线消息异常预警的方法及电子设备相对于现有技术有以下优点：

(1)实现对CAN总线的周期性报文进行筛选过滤，以判断CAN总线异常的消息周期并能够及时预警，预警的同时可以录制异常时间前后的完整报文，便于用户的后续分析。

(2)电子设备可以作为CAN总线的一个节点接入CAN总线网络，电子设备不向CAN总线发送报文，因此电子设备的连接并不会影响连接至 CAN总线的其他ECU的正常通信。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

本申请的一些方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。处理器可以是一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DAPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器或者其组合。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。例如，计算机可读介质可包括，但不限于，磁性存储设备(例如，硬盘、软盘、磁带……)、光盘(例如，压缩盘CD、数字多功能盘DVD……)、智能卡以及闪存设备(例如，卡、棒、键驱动器……)。

计算机可读介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等等、或合适的组合形式。计算机可读介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机可读介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、射频信号、或类似介质、或任何上述介质的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (12)

1.一种电子设备，用于CAN总线消息异常预警，所述电子设备包括：

CAN总线控制器，适于接收在所述CAN总线上传输的报文；以及

处理器，耦接所述CAN总线控制器且配置为：

对每一报文标记时间戳；

计算标识码相同的报文的消息周期；

比较所述消息周期与周期阈值以确定所述消息周期是否异常。

2.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，还包括：

输入/输出单元或通信单元，用于接收对一个或多个报文的消息周期阈值的设定。

3.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述处理器包括运行第一操作系统的第一核心，所述第一操作系统为实时操作系统，所述对每一报文标记时间戳的步骤在所述第一操作系统上执行。

4.如权利要求3所述的电子设备，其特征在于，所述处理器还包括运行第二操作系统的第二核心，所述计算标识码相同的报文的消息周期和比较所述消息周期与周期阈值以确定所述消息周期是否异常的步骤是在所述第二操作系统上执行。

5.如权利要求4所述的电子设备，其特征在于，所述处理器还包括适于由所述第一核心和第二核心访问的共享内存，所述第一核心适于通过所述共享内存将所述报文的时间戳推送到所述第二核心。

6.如权利要求4所述的电子设备，其特征在于，还包括：

输入/输出单元或通信单元，用于接收对一个或多个报文的消息周期阈值的设定；

所述第二核心连接所述输入/输出单元或通信单元以获取所述消息周期阈值。

7.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述消息周期包括以下之一或其任意组合：平均周期、最长周期、最短周期或周期的标准差。

8.如权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述处理器还配置为在消息周期异常时记录预定的数据文件。

9.一种CAN总线消息异常预警方法，通过连接到CAN总线的电子设备执行，所述电子设备包括CAN总线控制器和处理器，所述方法包括以下步骤：

通过CAN总线控制器接收在所述CAN总线上传输的报文，并传送给所述处理器；

在所述处理器：

每一报文标记时间戳；

计算标识码相同的报文的消息周期；以及

比较所述消息周期与周期阈值，以确定所述消息周期是否异常。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括接收所述周期阈值的设定。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述处理器上运行有第一操作系统，所述第一操作系统为实时操作系统，所述处理器对每一报文标记时间戳的步骤在所述第一操作系统上执行。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述处理器还运行有第二操作系统的第二核心，所述计算标识码相同的报文的消息周期和比较所述消息周期与周期阈值以确定所述消息周期是否异常的步骤是在所述第二操作系统上执行。

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