CN111565138B - 基于双系统的can总线波特率自适应方法、存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于双系统的CAN总线波特率自适应方法、存储介质，方法包括：普通操作系统初始化波特率，根据初始化的波特率设置CAN通信参数，并向CAN总线发送数据请求；若未产生CAN数据发送完成中断，则切换到安全操作系统；安全操作系统获取预存的波特率列表；依次从所述波特率列表中获取一波特率；根据所获取的一波特率设置CAN通信参数，并向CAN总线发送数据请求；若产生CAN数据发送完成中断，则将所述一波特率存储至内存共享区，并切换到普通操作系统；普通操作系统根据所述内存共享区中的波特率，设置CAN总线波特率。本发明可保证匹配的便捷性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及CAN总线技术领域，尤其涉及一种基于双系统的CAN总线波特率自适应方法、存储介质。
背景技术
CAN(Controller Area Network)总线是ISO国际标准化的一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，是应用最广泛的现场总线之一。其中的波特率是保证CAN总线和总线各节点之间正常通信的根本，若出现波特率不匹配，则CAN总线与节点设备就不能进行正常的数据传输。然而，每个CAN总线波特率的设置不可能都一样，都有各自的选择，为保证正常的通信，在不知道CAN总线波特率的情况下，具备波特率的自适应匹配功能很有必要。
目前已有一些CAN总线波特率自适应的方法，但是这些方法中有的需要在应用层对每个应用软件都带有自适应匹配的代码，增加了系统的不必要开销，也不便利；有些是在底层进行波特率的自适应匹配，在进行多个应用软件的自适应匹配时，需要重新启动设备，并且都采用了一次一个波特率进行查找匹配，这种方式的自适应匹配需要花费比较多的时间。此外，这些方法都没有对自适应匹配时所确定的波特率设置参数进行安全保护，容易受到攻击而无法获得正确的波特率，影响设备与CAN总线的正常通信，存在安全隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于双系统的CAN总线波特率自适应方法、存储介质，可保证匹配的便捷性和安全性。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于双系统的CAN总线波特率自适应方法，包括：
普通操作系统初始化波特率，根据初始化的波特率设置CAN通信参数，并向CAN总线发送数据请求；
若未产生CAN数据发送完成中断，则切换到安全操作系统；
安全操作系统获取预存的波特率列表；
依次从所述波特率列表中获取一波特率；
根据所获取的一波特率设置CAN通信参数，并向CAN总线发送数据请求；
若产生CAN数据发送完成中断，则将所述一波特率存储至内存共享区，并切换到普通操作系统；
普通操作系统根据所述内存共享区中的波特率，设置CAN总线波特率。
本发明还涉及一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现以下步骤：
普通操作系统初始化波特率，根据初始化的波特率设置CAN通信参数，并向CAN总线发送数据请求；
若未产生CAN数据发送完成中断，则切换到安全操作系统；
安全操作系统获取预存的波特率列表；
依次从所述波特率列表中获取一波特率；
根据所获取的一波特率设置CAN通信参数，并向CAN总线发送数据请求；
若产生CAN数据发送完成中断，则将所述一波特率存储至内存共享区，并切换到普通操作系统；
普通操作系统根据所述内存共享区中的波特率，设置CAN总线波特率。
本发明的有益效果在于：利用双系统的各自工作互不干扰的特性，在普通操作系统下进行波特率的设置以及CAN数据的收发，在安全操作系统中进行波特率的自适应匹配过程以及相关参数的存储，从而将设备的CAN数据收发和波特率的自适应匹配过程分离处理，有效避免了一次匹配结束后所进行的正常数据通信给下一次匹配工作所带来的影响，且可实现多次匹配而无需重启设备，保证了匹配的便捷性；同时，利用双系统的安全性，在安全操作系统中进行波特率自适应匹配过程中的参数判断以及相关配置参数的存储，防止了非安全端的恶意篡改波特率的配置参数，有效降低了设备的安全隐患，保证了其安全性。
附图说明
图1为本发明的一种基于双系统的CAN总线波特率自适应方法的流程图；
图2为本发明实施例一的方法流程图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
本发明最关键的构思在于：通过将CAN总线波特率的自适应功能嵌入到双系统的不同的系统下，让设备的CAN数据收发和波特率的自适应匹配过程分离处理；利用各CAN通道互相独立工作的特性，同时启动多个匹配任务进行匹配工作。
请参阅图1，一种基于双系统的CAN总线波特率自适应方法，包括：
普通操作系统初始化波特率，根据初始化的波特率设置CAN通信参数，并向CAN总线发送数据请求；
若未产生CAN数据发送完成中断，则切换到安全操作系统；
安全操作系统获取预存的波特率列表；
依次从所述波特率列表中获取一波特率；
根据所获取的一波特率设置CAN通信参数，并向CAN总线发送数据请求；
若产生CAN数据发送完成中断，则将所述一波特率存储至内存共享区，并切换到普通操作系统；
普通操作系统根据所述内存共享区中的波特率，设置CAN总线波特率。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：可保证匹配的便捷性和安全性。
进一步地，所述安全操作系统获取预存的波特率列表具体为：
获取预存在非易失性存储器的加密的波特率列表；
安全操作系统从片上系统获取解密密钥，并使用所述解密密钥对所述加密的波特率列表进行解密，得到波特率列表。
由上述描述可知，在安全操作系统中解密得到波特率列表，有效保证了数据安全性。
进一步地，所述获取预存的波特率列表之后，进一步包括：
将所述波特率列表存储至安全存储区。
由上述描述可知，通过将波特率列表保存至只有安全操作系统才可访问的安全存储区，有效保证了数据安全性。
进一步地，所述若产生CAN数据发送完成中断，则将所述一波特率存储至内存共享区，并切换到普通操作系统具体为：
判断是否产生CAN数据发送完成中断；
若否，则继续执行所述依次从所述波特率列表中获取一波特率的步骤；
若是，则将所述一波特率存储至内存共享区，并切换到普通操作系统。
由上述描述可知，若没有产生CAN数据发送完成中断，则表示当前的波特率不匹配，因此获取下一波特率继续进行匹配。
进一步地，所述依次从所述波特率列表中获取一波特率；根据所获取的一波特率设置CAN通信参数，并向CAN总线发送数据请求具体为：
将所述波特率列表划分为n组波特率列表，所述n为CAN通道的个数；
启动n个匹配任务，并将所述n个匹配任务分别与所述n组波特率列表和n个CAN通道一一对应进行关联；
n个匹配任务分别从与其对应的一组波特率列表中依次获取一波特率；
n个匹配任务分别根据所获取的一波特率设置与其对应的CAN通道的CAN通信参数，并通过与其对应的CAN通道向CAN总线发送数据请求。
由上述描述可知，利用各CAN通道互相独立工作的特性，同时启动多个匹配任务进行匹配工作，达到快速匹配的目的，减少匹配时间的消耗。
本发明还提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现以下步骤：
普通操作系统初始化波特率，根据初始化的波特率设置CAN通信参数，并向CAN总线发送数据请求；
若未产生CAN数据发送完成中断，则切换到安全操作系统；
安全操作系统获取预存的波特率列表；
依次从所述波特率列表中获取一波特率；
根据所获取的一波特率设置CAN通信参数，并向CAN总线发送数据请求；
若产生CAN数据发送完成中断，则将所述一波特率存储至内存共享区，并切换到普通操作系统；
普通操作系统根据所述内存共享区中的波特率，设置CAN总线波特率。
进一步地，所述安全操作系统获取预存的波特率列表具体为：
获取预存在非易失性存储器的加密的波特率列表；
安全操作系统从片上系统获取解密密钥，并使用所述解密密钥对所述加密的波特率列表进行解密，得到波特率列表。
进一步地，所述获取预存的波特率列表之后，进一步包括：
将所述波特率列表存储至安全存储区。
进一步地，所述若产生CAN数据发送完成中断，则将所述一波特率存储至内存共享区，并切换到普通操作系统具体为：
判断是否产生CAN数据发送完成中断；
若否，则继续执行所述依次从所述波特率列表中获取一波特率的步骤；
若是，则将所述一波特率存储至内存共享区，并切换到普通操作系统。
进一步地，所述依次从所述波特率列表中获取一波特率；根据所获取的一波特率设置CAN通信参数，并向CAN总线发送数据请求具体为：
将所述波特率列表划分为n组波特率列表，所述n为CAN通道的个数；
启动n个匹配任务，并将所述n个匹配任务分别与所述n组波特率列表和n个CAN通道一一对应进行关联；
n个匹配任务分别从与其对应的一组波特率列表中依次获取一波特率；
n个匹配任务分别根据所获取的一波特率设置与其对应的CAN通道的CAN通信参数，并通过与其对应的CAN通道向CAN总线发送数据请求。
实施例一
请参照图2，本发明的实施例一为：一种CAN总线波特率自适应方法，本方法基于Trustzone技术的双系统。
Trustzone技术是ARM处理器的一种安全扩展功能，该技术可以把系统设备上的硬件和软件划分成两个运行环境，一个是普通的运行环境，另一个是可信的运行环境。把运行在普通环境下的操作系统称为普通操作系统，把运行在可信环境下的操作系统称为安全操作系统。使用TrustZone技术的安全双系统，一个是普通操作系统GPOS，另一个是安全操作系统RTOS，并采用安全监控模块SMC，使ARM处于Monitor模式(监控模式)下，进行双系统的切换。
本方法中，在普通操作系统GPOS下：在底层请求发送数据到CAN总线，根据结果判断是否要进入到安全操作系统RTOS进行自适应匹配工作，以及在自适应匹配工作完成后设置CAN总线波特率实现CAN总线数据的通信；在安全操作系统RTOS下：完成具体的匹配工作。
具体地，如图2所示，本方法包括如下步骤：
S1：普通操作系统初始化波特率，根据初始化的波特率设置CAN通信参数，并向CAN总线发送数据请求；具体地，启动运行于普通操作系统GPOS的应用程序，初始化CAN波特率，内核层根据初始化的波特率设置CAN通信参数，并向CAN总线发送数据请求。其中，初始化的波特率可采用默认的CAN波特率；CAN通信参数包括配置波特率所需设置的相关寄存器，如位时序寄存器(CAN_BTR)、预分频扩展寄存器等，不同的硬件设备所需设置具体的寄存器不一样。
S2：判断是否产生CAN数据发送完成中断，若是，则表示初始化的波特率是正确的，无需再匹配波特率，设备和CAN总线能进行正常的数据通信，若否，则表示初始化的波特率不匹配，执行步骤S3。
S3：切换到安全操作系统；具体地，通过执行SMC指令，使ARM陷入到Monitor模式下，将系统由普通操作系统切换到安全操作系统。
S4：获取预存的波特率列表，并将所述波特率列表存储至安全存储区；具体地，获取预存在非易失性存储器的加密的波特率列表，并从片上系统soc获取解密密钥，其中，片上系统soc只有安全操作系统才能访问，然后使用所述解密密钥对所述加密的波特率列表进行解密，得到波特率列表。分配一块安全操作系统使用的内存空间作为安全存储区，这块内存空间是普通操作系统无法访问的，然后将波特率列表存储到该安全存储区。其中，解密密钥是预先烧录到片上系统soc的；波特率列表中存储有常用的波特率，且按照一定的顺序、一定的存储结构进行存储。
S5：将所述波特率列表划分为n组波特率列表，所述n为使用的硬件平台所支持的CAN通道的个数；进一步地，按照波特率列表顺序从上而下进行划分，并尽量平均地分成n组。
S6：安全操作系统RTOS启动n个匹配任务，并将所述n个匹配任务分别与所述n组波特率列表和n个CAN通道一一对应进行关联；即启动n个线程，一个线程分别对应一组波特率列表和一个CAN通道，通过该CAN通道执行该组波特率列表的自适应匹配工作，即每个匹配任务都执行下述的步骤S7-S9，直至匹配到正确的波特率，结束n个匹配任务。
S7：一匹配任务从与其对应的一组波特率列表中依次获取一波特率。
S8：所述一匹配任务根据所获取的一波特率设置与其对应的CAN通道的CAN通信参数，并通过与其对应的CAN通道向CAN总线发送数据请求。
S9：判断是否产生CAN数据发送完成中断；若是，则表示所述一波特率是正确的，波特率的自适应匹配结束，执行步骤S10，若否，则表示所述一波特率不匹配，需要读取与所述一匹配任务对应的一组波特率列表中的下一波特率，继续进行匹配工作，即执行步骤S7。
S10：将所述一波特率存储至内存共享区，并切换到普通操作系统；具体地，先分配一块安全操作系统和普通操作系统都可以使用的内存共享区，对于该内存共享区，安全操作系统具有读写权限，而普通操作系统只有读权限，然后将匹配到的正确的波特率保存至该内存共享区。接着执行SMC指令，将系统由安全操作系统切回到普通操作系统。
S11：普通操作系统根据所述内存共享区中的波特率，设置CAN总线波特率，则设备和CAN总线可以进行正常的数据通信。
至此，一次CAN总线波特率的自适应匹配流程就结束，进行波特率自适应过程所涉及的参数判断，配置参数的存储都在安全操作系统中进行，防止了非安全端的恶意篡改波特率的配置参数，保证了其安全性。
本实施例利用双系统的各自工作互不干扰的特性，将设备的CAN数据收发和波特率的自适应匹配过程分离处理，有效避免了一次匹配结束后所进行的正常数据通信给下一次匹配工作所带来的影响，应用程序只需简单的波特率初始化即可快速地进行匹配，并能实现多次自适应匹配而无需重启设备，保证了匹配的便捷性。同时，利用各CAN通道互相独立工作的特性，同时启动多个匹配任务进行匹配工作，达到快速匹配的目的，减少匹配时间的消耗。
实施例二
本实施例为对应上述实施例的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现以下步骤：
普通操作系统初始化波特率，根据初始化的波特率设置CAN通信参数，并向CAN总线发送数据请求；
若未产生CAN数据发送完成中断，则切换到安全操作系统；
安全操作系统获取预存的波特率列表；
依次从所述波特率列表中获取一波特率；
根据所获取的一波特率设置CAN通信参数，并向CAN总线发送数据请求；
若产生CAN数据发送完成中断，则将所述一波特率存储至内存共享区，并切换到普通操作系统；
普通操作系统根据所述内存共享区中的波特率，设置CAN总线波特率。
进一步地，所述安全操作系统获取预存的波特率列表具体为：
获取预存在非易失性存储器的加密的波特率列表；
安全操作系统从片上系统获取解密密钥，并使用所述解密密钥对所述加密的波特率列表进行解密，得到波特率列表。
进一步地，所述获取预存的波特率列表之后，进一步包括：
将所述波特率列表存储至安全存储区。
进一步地，所述若产生CAN数据发送完成中断，则将所述一波特率存储至内存共享区，并切换到普通操作系统具体为：
判断是否产生CAN数据发送完成中断；
若否，则继续执行所述依次从所述波特率列表中获取一波特率的步骤；
若是，则将所述一波特率存储至内存共享区，并切换到普通操作系统。
进一步地，所述依次从所述波特率列表中获取一波特率；根据所获取的一波特率设置CAN通信参数，并向CAN总线发送数据请求具体为：
将所述波特率列表划分为n组波特率列表，所述n为CAN通道的个数；
启动n个匹配任务，并将所述n个匹配任务分别与所述n组波特率列表和n个CAN通道一一对应进行关联；
n个匹配任务分别从与其对应的一组波特率列表中依次获取一波特率；
n个匹配任务分别根据所获取的一波特率设置与其对应的CAN通道的CAN通信参数，并通过与其对应的CAN通道向CAN总线发送数据请求。
综上所述，本发明提供的一种基于双系统的CAN总线波特率自适应方法、存储介质，利用双系统的各自工作互不干扰的特性，在普通操作系统下进行波特率的设置以及CAN数据的收发，在安全操作系统中进行波特率的自适应匹配过程以及相关参数的存储，从而将设备的CAN数据收发和波特率的自适应匹配过程分离处理，有效避免了一次匹配结束后所进行的正常数据通信给下一次匹配工作所带来的影响，且可实现多次匹配而无需重启设备，保证了匹配的便捷性；同时，利用双系统的安全性，在安全操作系统中进行波特率自适应匹配过程中的参数判断以及相关配置参数的存储，防止了非安全端的恶意篡改波特率的配置参数，有效降低了设备的安全隐患，保证了其安全性；并且，利用各CAN通道互相独立工作的特性，同时启动多个匹配任务进行匹配工作，达到快速匹配的目的，减少匹配时间的消耗。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于双系统的CAN总线波特率自适应方法，其特征在于，包括：
普通操作系统初始化波特率，根据初始化的波特率设置CAN通信参数，并向CAN总线发送数据请求；
若未产生CAN数据发送完成中断，则切换到安全操作系统；
安全操作系统获取预存的波特率列表；
依次从所述波特率列表中获取一波特率；
根据所获取的一波特率设置CAN通信参数，并向CAN总线发送数据请求；
若产生CAN数据发送完成中断，则将所述一波特率存储至内存共享区，并切换到普通操作系统；
普通操作系统根据所述内存共享区中的波特率，设置CAN总线波特率。
2.根据权利要求1所述的基于双系统的CAN总线波特率自适应方法，其特征在于，所述安全操作系统获取预存的波特率列表具体为：
获取预存在非易失性存储器的加密的波特率列表；
安全操作系统从片上系统获取解密密钥，并使用所述解密密钥对所述加密的波特率列表进行解密，得到波特率列表。
3.根据权利要求1所述的基于双系统的CAN总线波特率自适应方法，其特征在于，所述获取预存的波特率列表之后，进一步包括：
将所述波特率列表存储至安全存储区。
4.根据权利要求1所述的基于双系统的CAN总线波特率自适应方法，其特征在于，所述若产生CAN数据发送完成中断，则将所述一波特率存储至内存共享区，并切换到普通操作系统具体为：
判断是否产生CAN数据发送完成中断；
若否，则继续执行所述依次从所述波特率列表中获取一波特率的步骤；
若是，则将所述一波特率存储至内存共享区，并切换到普通操作系统。
5.根据权利要求1所述的基于双系统的CAN总线波特率自适应方法，其特征在于，所述依次从所述波特率列表中获取一波特率；根据所获取的一波特率设置CAN通信参数，并向CAN总线发送数据请求具体为：
将所述波特率列表划分为n组波特率列表，所述n为CAN通道的个数；
启动n个匹配任务，并将所述n个匹配任务分别与所述n组波特率列表和n个CAN通道一一对应进行关联；
n个匹配任务分别从与其对应的一组波特率列表中依次获取一波特率；
n个匹配任务分别根据所获取的一波特率设置与其对应的CAN通道的CAN通信参数，并通过与其对应的CAN通道向CAN总线发送数据请求。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现以下步骤：
普通操作系统初始化波特率，根据初始化的波特率设置CAN通信参数，并向CAN总线发送数据请求；
若未产生CAN数据发送完成中断，则切换到安全操作系统；
安全操作系统获取预存的波特率列表；
依次从所述波特率列表中获取一波特率；
根据所获取的一波特率设置CAN通信参数，并向CAN总线发送数据请求；
若产生CAN数据发送完成中断，则将所述一波特率存储至内存共享区，并切换到普通操作系统；
普通操作系统根据所述内存共享区中的波特率，设置CAN总线波特率。
7.根据权利要求6所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述安全操作系统获取预存的波特率列表具体为：
获取预存在非易失性存储器的加密的波特率列表；
安全操作系统从片上系统获取解密密钥，并使用所述解密密钥对所述加密的波特率列表进行解密，得到波特率列表。
8.根据权利要求6所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述获取预存的波特率列表之后，进一步包括：
将所述波特率列表存储至安全存储区。
9.根据权利要求6所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述若产生CAN数据发送完成中断，则将所述一波特率存储至内存共享区，并切换到普通操作系统具体为：
判断是否产生CAN数据发送完成中断；
若否，则继续执行所述依次从所述波特率列表中获取一波特率的步骤；
若是，则将所述一波特率存储至内存共享区，并切换到普通操作系统。
10.根据权利要求6所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述依次从所述波特率列表中获取一波特率；根据所获取的一波特率设置CAN通信参数，并向CAN总线发送数据请求具体为：
将所述波特率列表划分为n组波特率列表，所述n为CAN通道的个数；
启动n个匹配任务，并将所述n个匹配任务分别与所述n组波特率列表和n个CAN通道一一对应进行关联；
n个匹配任务分别从与其对应的一组波特率列表中依次获取一波特率；
n个匹配任务分别根据所获取的一波特率设置与其对应的CAN通道的CAN通信参数，并通过与其对应的CAN通道向CAN总线发送数据请求。
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