CN111600685A - 一种基于以太网实现can总线冗余的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于以太网实现CAN总线冗余的装置，解决设备内部各模块通受双CAN接口限制、通信速率低、数据交换效率低、开发成本增高的问题。其技术方案为：装置基于以太网拓扑结构实现对LKJ双路CAN总线数据冗余，提升了装置内部各模块之间的通信速率及各模块之间数据交互效率。装置内各模块之间通过以太网通信，提升了各模块之间的通信速率和数据交换效率。本发明的装置中各模块设计了1路以太网接口进行内部通信冗余，这降低了通过CAN接口实现冗余的开发成本，从而解决了新设计的设备内部各模块受双CAN接口影响导致开发成本增高问题。

Description

一种基于以太网实现CAN总线冗余的装置
技术领域
本发明涉及轨道交通技术，具体涉及一种基于以太网实现CAN总线冗余的装置。
背景技术
列车运行监控装置(以下简称LKJ)是列车装配的关键防护设备，其内部通信架构为双路CAN总线冗余，即内部A、B机之间通过双路CAN总线实现系间冗余并提供冗余的CAN接口与外部设备进行通信。
外部双系冗余的设备与LKJ通信时，为了提高系统的可靠性，要求外部设备通过双路CAN总线实现系间冗余，这导致新设备在设计时存在以下问题：
1)内部通信总线受限。因LKJ对外通信接口为CAN接口，新开发的设备内部通信总线如直接与之相连，要求新设计的设备内部通信总线要与LKJ通信总线一致，即为冗余CAN总线。
2)新设计的设备内部总线通信速率低，各模块之间数据交换效率低。因受LKJ的CAN接口限制，新设计的设备内部也是冗余CAN总线，而CAN总线的通信速率一般设置为500kbps～1Mbps。在如今高通信速率的车载通信设备应用中，新设备以CAN总线作为内部通信总线时速率比较低，这导致新设计的设备内部各模块之间通信速率低且数据交换效率不高，不能满足高通信速率、高效数据交互的要求。
3)开发成本高。LKJ通过CAN总线实现系间冗余，新设计的设备内部若通过CAN总线实现系间冗余，这要求新设计的设备内部各通信模块包含至少2路CAN接口。为了提高系统的可靠性，车载设备内部往往设计了多种通信总线，对于系统内部各个模块均设计了2路CAN接口的设备，必然导致开发成本升高。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种基于以太网实现CAN总线冗余的装置，解决新设计的设备内部各模块通受双CAN接口限制问题，解决新设计的设备内部各模块通信速率低、数据交换效率低问题，解决新设计的设备内部各模块受双CAN接口影响导致开发成本增高问题。
本发明的技术方案为：本发明揭示了一种基于以太网实现CAN总线冗余的装置，装置包括第一系组件和第二系组件，第一系组件中包括第一主控模块、第一通信模块、第一交换机模块，第二系组件中包括第二主控模块、第二通信模块和第二交换机，其中第一主控模块通过以太网接口与第一交换机模块相连，用于任务调度、数据处理，第一通信模块上设置第一CAN接口和以太网接口，第一通信模块通过以太网接口与第一交换机模块相连，第一通信模块通过第一CAN接口对外通信，第一交换机模块上设置以太网接口，通过以太网接口与第一主控模块、第一通信模块连接，用于装置内部各模块之间数据交互；第二主控模块通过以太网接口与第二交换机模块相连，用于任务调度、数据处理，第二通信模块上设置第二CAN接口和以太网接口，第二通信模块通过以太网接口与第二交换机模块相连，第二通信模块通过第二CAN接口对外通信，第二交换机模块上设置以太网接口，通过以太网接口与第二主控模块、第二通信模块连接，用于装置内部各模块之间数据交互；第一交换机模块和第二交换机模块之间通过一路或多路以太网实现系间冗余，以实现第一CAN总线和第二CAN总线的数据冗余。
根据本发明的以太网实现CAN总线冗余的装置的一实施例，第一/第二通信模块将收到的外部数据进行解析、重组后转发给第一/第二主控模块，第一/第二通信模块也将第一/第二主控模块的指令按照协议重组后发送给外部通信设备。
根据本发明的以太网实现CAN总线冗余的装置的一实施例，第一/第二交换机至少为两层交换机。
根据本发明的以太网实现CAN总线冗余的装置的一实施例，第一/第二通信模块扩展多种类型的通信接口实现装置与对应接口类型的外部通信设备的通信；第一/第二交换机通过扩展以太网接口实现装置与外部通信设备的以太网通信功能。
根据本发明的以太网实现CAN总线冗余的装置的一实施例，装置还包括第一/第二扩展模块，第一/第二扩展模块上设置以太网接口，用于装置功能扩展。
根据本发明的以太网实现CAN总线冗余的装置的一实施例，在装置外部设备通信的过程中，第一系组件中的第一通信模块获取第一CAN总线的数据，并将数据进行解析重组后通过第一交换机模块212发送给第一主控模块处理；同时第二系组件中的第二通信模块获取第二CAN总线的数据，并将数据解析重组后通过第二交换机模块、第一交换机模块发给第一主控模块，以此实现对第一CAN总线、第二CAN总线的数据冗余。
根据本发明的以太网实现CAN总线冗余的装置的一实施例，在装置外部设备通信的过程中，第二系组件的第二通信模块获取第二CAN总线的数据，并将数据解析重组后，通过第二交换机模块将数据发给第二主控模块；同时，第一系组件的第一通信模块获取第一CAN总线的数据，并将数据解析重组后通过第一交换机模块、第二交换机模块发送给第二主控模块，以此实现对第一CAN总线、第二CAN总线的数据冗余。
本发明还揭示了一种基于以太网实现CAN总线冗余的装置，装置包括第一系组件和第二系组件，第一系组件中包括第一主控模块、第一通信模块、第一交换机模块，第二系组件中包括第二主控模块、第二通信模块和第二交换机，其中第一主控模块、第一通信模块、第一交换机模块、第二主控模块、第二通信模块、第二交换机之间通过通信总线实现系间冗余，第一通信模块通过设置的通信接口和第一CAN总线进行对外通信，第二通信模块通过设置的通信接口和第二CAN总线进行对外通信。
根据本发明的基于以太网实现CAN总线冗余的装置的一实施例，实现系间冗余的通信总线包括FlexRay总线，第一/第二通信模块上的通信接口包括RS485接口。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明的装置内部各模块之间通过以太网通信，除电源模块、交换机模块外，装置内其他模块只需设计1路以太网接口即可实现装置内部系间冗余，从而解决新设计的设备内部各模块通受双CAN接口限制问题。本发明的装置内各模块之间通过以太网进行通信，而以太网的通信可以支持10Mbps/100Mbps通信速率，甚至可以设计为1000Mbps级别的以太网通信接口，从而提升了各模块之间的通信速率且提高了模块之间数据交换效率，从而解决了新设计的设备内部各模块通信速率低、数据交换效率低问题。本发明的装置中各模块设计了1路以太网接口进行内部通信冗余，这降低了通过CAN接口实现冗余的开发成本，从而解决了新设计的设备内部各模块受双CAN接口影响导致开发成本增高问题。
总的来说，本发明基于以太网拓扑结构实现对LKJ双路CAN总线数据冗余，提升了装置内部各模块之间的通信速率及各模块之间数据交互效率。
解决了新设计的设备内部冗余总线受CAN总线限制问题。对于既有类似LKJ通过冗余CAN总线对外通信的设备，新设计的设备与其通信时，要求新设备是通过CAN总线实现系间冗余且是冗余CAN总线结构，这种架构的通信设备，内部各模块之间通信速率低、数据交换速率低，且设备内部各通信模块需要带双CAN总线接口，这造成新设计的通信装置内部通信接口受到限制，且造成接口资源浪费、开发成本增高。本发明的装置通过以太网通信的方式解决这个了问题，并使得内部模块之间通信速率及数据交换速率大大提升。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1示出了本发明的基于以太网实现CAN总线冗余的装置的一实施例的原理图。
图2和图3示出了本发明的装置通过以太网实现对LKJ总线CANA、总线CANB数据冗余的示意图。
图4示出了本发明的基于以太网实现CAN总线冗余的装置的另一实施例的原理图。
图5示出了本发明的基于以太网实现CAN总线冗余的装置的另一实施例的原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。
图1示出了本发明的基于以太网实现CAN总线冗余的装置的一实施例的原理。请参见图1，本实施例的装置包括：主控模块、通信模块、交换机模块、电源模块、以及扩展模块。
主控模块的接口包含以太网接口，与交换机模块相连，用于任务调度、数据处理等。
通信模块的接口包含CAN接口、以太网接口，与交换机模块相连，用于装置对外通信。
通信模块将收到的外部数据进行解析、重组后转发给主控模块，通信模块也可以将主控模块的指令按照协议重组后发送给外部通信设备。较佳的，通信模块可以扩展其他通信接口实现装置与其他接口类型的通信设备的通信功能。
交换机模块的接口为以太网接口，且至少为2层交换机，其与主控模块、通信模块连接，用于装置内部各模块之间数据交互。交换机模块可以通过扩展以太网接口实现装置与其他通信设备的以太网通信功能。
扩展模块的口包含以太网接口，用于装置功能扩展，如记录模块等。
电源模块(未图示)为装置提供电源。
如图1所示，基于以太网实现CAN总线冗余的装置102内部是通过以太网实现系间冗余的，且只有通信模块111、通信模块121设计了对外CAN通信接口。当装置102与外部LKJ设备101通信时，单系(I系或II系)不能通过CAN接口实现对LKJ双路CAN总线数据冗余，且双系也不能直接通过CAN总线接口实现对总线CANA、总线CANB的数据冗余。但是，装置102的I系设计了交换机模块112、II系也设计了交换机模块122，I/II系之间可以通过以太网通信实现冗余，装置102便可以实现对LKJ 101总线CANA、总线CANB的数据冗余。
下面对装置通过以太网实现对LKJ总线CANA、总线CANB数据冗余的过程进行说明。
如图2所示，装置202与LKJ设备201通信时，按照S201信息流方向，I系通信模块211获取通信总线CANA的数据，并将数据进行解析重组后通过交换机模块212发送给主控模块213处理；同时，按照S202信息流方向，II系通信模块221获取通信总线CANB的数据，并将数据解析重组后通过交换机模块222、交换机模块212发给主控模块213。因此，本发明装置的I系实现了对LKJ总线CANA、总线CANB的数据冗余。
如图3所示，当本发明装置302与LKJ设备301通信时，按照S301信息流方向，II系通信模块321获取总线CANB的数据，并将数据解析重组后，通过交换机模块322将数据发给主控模块323；同时，按照S302信息流方向，I系通信模块311获取总线CANA的数据，并将数据解析重组后通过交换机模块312、交换机模块322发送给主控模块323。因此，本发明装置的II系实现了对列车运行监控装载通信总线CANB、总线CANA的数据冗余。
综上，本发明装置因内部通过I系交换机模块及II系交换机模块的以太网实现I/II系冗余，I系主控模块及II系主控模块可通过以太网对接收到的总线CANA、总线CANB数据进行比较，实现对LKJ双路CAN总线数据的冗余。
此外，本发明还有一些可替换的其他实施例，如图4所示，本实施例的装置内部各模块通过其他通信总线(如FlexRay总线)实现系间冗余，通过通信模块实现对外通信。
本实施例的装置的通信模块通过其他通信接口(例如RS485等接口)实现对外通信。
还有如图5所示的设备内部通过区分内外网实现系间冗余，如图5所示，本实施例的通信设备I/II系之间同增加1路或者多路以太网，或者交换机模块与内部其他模块通过增加以太网用于区别内外网的方式，其原理与本发明的前述实施例相同。
本实施例的装置通过交换机模块引出以太网通信接口、设计了其他模块扩展功能，其原理与本发明的前述实施例相同。
尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。
结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑板块、模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。
结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。
在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (9)

1.一种基于以太网实现CAN总线冗余的装置，其特征在于，装置第一系组件和第二系组件，第一系组件中包括第一主控模块、第一通信模块、第一交换机模块，第二系组件中包括第二主控模块、第二通信模块和第二交换机，其中第一主控模块通过以太网接口与第一交换机模块相连，用于任务调度、数据处理，第一通信模块上设置第一CAN接口和以太网接口，第一通信模块通过以太网接口与第一交换机模块相连，第一通信模块通过第一CAN接口对外通信，第一交换机模块上设置以太网接口，通过以太网接口与第一主控模块、第一通信模块连接，用于装置内部各模块之间数据交互；第二主控模块通过以太网接口与第二交换机模块相连，用于任务调度、数据处理，第二通信模块上设置第二CAN接口和以太网接口，第二通信模块通过以太网接口与第二交换机模块相连，第二通信模块通过第二CAN接口对外通信，第二交换机模块上设置以太网接口，通过以太网接口与第二主控模块、第二通信模块连接，用于装置内部各模块之间数据交互；第一交换机模块和第二交换机模块之间通过一路或多路以太网实现系间冗余，以实现第一CAN总线和第二CAN总线的数据冗余。
2.根据权利要求1所述的以太网实现CAN总线冗余的装置，其特征在于，第一/第二通信模块将收到的外部数据进行解析、重组后转发给第一/第二主控模块，第一/第二通信模块也将第一/第二主控模块的指令按照协议重组后发送给外部通信设备。
3.根据权利要求1所述的以太网实现CAN总线冗余的装置，其特征在于，第一/第二交换机至少为两层交换机。
4.根据权利要求1所述的以太网实现CAN总线冗余的装置，其特征在于，第一/第二通信模块扩展多种类型的通信接口实现装置与对应接口类型的外部通信设备的通信；第一/第二交换机通过扩展以太网接口实现装置与外部通信设备的以太网通信功能。
5.根据权利要求1所述的以太网实现CAN总线冗余的装置，其特征在于，装置还包括第一/第二扩展模块，第一/第二扩展模块上设置以太网接口，用于装置功能扩展。
6.根据权利要求1所述的以太网实现CAN总线冗余的装置，其特征在于，在装置外部设备通信的过程中，第一系组件中的第一通信模块获取第一CAN总线的数据，并将数据进行解析重组后通过第一交换机模块212发送给第一主控模块处理；同时第二系组件中的第二通信模块获取第二CAN总线的数据，并将数据解析重组后通过第二交换机模块、第一交换机模块发给第一主控模块，以此实现对第一CAN总线、第二CAN总线的数据冗余。
7.根据权利要求1所述的以太网实现CAN总线冗余的装置，其特征在于，在装置外部设备通信的过程中，第二系组件的第二通信模块获取第二CAN总线的数据，并将数据解析重组后，通过第二交换机模块将数据发给第二主控模块；同时，第一系组件的第一通信模块获取第一CAN总线的数据，并将数据解析重组后通过第一交换机模块、第二交换机模块发送给第二主控模块，以此实现对第一CAN总线、第二CAN总线的数据冗余。
8.一种基于以太网实现CAN总线冗余的装置，其特征在于，装置第一系组件和第二系组件，第一系组件中包括第一主控模块、第一通信模块、第一交换机模块，第二系组件中包括第二主控模块、第二通信模块和第二交换机，其中第一主控模块、第一通信模块、第一交换机模块、第二主控模块、第二通信模块、第二交换机之间通过通信总线实现系间冗余，第一通信模块通过设置的通信接口和第一CAN总线进行对外通信，第二通信模块通过设置的通信接口和第二CAN总线进行对外通信。
9.根据权利要求8所述的基于以太网实现CAN总线冗余的装置，其特征在于，实现系间冗余的通信总线包括FlexRay总线，第一/第二通信模块上的通信接口包括RS485接口。
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