CN112118125B - 一种can报文高负荷率接收方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种CAN报文高负荷率接收方法及系统；所述方法，对CAN报文接收及管理；配置有CAN报文接收，选取至少一个CAN邮箱，选取的CAN邮箱从外部节点收取CAN报文；CAN报文过滤，将CAN报文的ID和应用层滤波器中的所有ID进行比对，筛选有效CAN报文；CAN报文缓存，将有效CAN报文缓存在环形队列；对有效CAN报文解析信号及分发；所述系统包括通讯管理模块和数据管理模块；本发明通过所述系统执行上述方法，在MCU片内选取至少一CAN邮箱从外部节点收取CAN报文，将CAN报文的ID和应用层滤波器中的所有ID进行比对，筛选有效CAN报文缓存在环形队列；在CAN总线高负荷率的情况下保证网络通讯的稳定性。

Description

一种CAN报文高负荷率接收方法及系统
技术领域
本发明涉及汽车电子领域，具体涉及一种CAN报文高负荷率接收方法及系统。
背景技术
CAN是控制器局域网络(ControllerAreaNetwork,以下简称CAN)，是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的，并最终成为国际标准(ISO11898)，是国际上应用最广泛的现场总线之一。
在汽车电子领域中CAN通讯是一个非常重要的技术；CAN通讯为汽车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。
目前汽车电子领域已经普及的CAN通讯技术是CAN2.0A/B规范。针对CAN2.0A/B通讯技术，CAN网络存在一个CAN负荷率的性能指标，比如一般整车要求CAN网络负荷率低于35％。当整车CAN负荷率低于此性能指标时，能保证CAN网络通讯的稳定性，当整车CAN负荷率高于此性能指标并且达到一定程度时，CAN网络通讯容易受到影响，容造成CAN报文丢失，CAN数据超时，影响后续数据业务逻辑功能；究其原因是，对于单个CAN节点，CAN负荷率性能跟CAN节点本身的硬件方案和软件方案相关。针对硬件方案，在撇开CAN外围电路的影响后，主要跟MCU的选型有关，具体跟MCU片内CAN邮箱数量关系较大，硬件方案提供的性能空间是有性价比的，受制于成本控制MCU的选型基本都是选用比较弱的芯片，其对应的MCU片内CAN邮箱也很少。针对软件方案，从CAN物理层到CAN应用层的软件需要根据具体硬线方案设计。MCU选用的是比较弱的芯片，对应的片内CAN邮箱数量只有32路，但是随着汽车仪表接收和处理越来越多的CAN信号，CAN总线信号数量越来越多；CAN报文ID数量的增加、适配和变更，需要处理的CAN报文远远超过32个，超过了MCU片内的32个CAN邮箱；因此现有技术的处理方案是在硬件方案不变的情况下，设置CAN报文的滤波器；CAN滤波器的原理是让有部分bit位相同ID的CAN报文接收到一个CAN邮箱里，一定程度上实现了用有限的CAN邮箱接收多的报文。
现有技术存在的不足之处在于：
1、当整车有标准帧和扩展帧混合输入时，把MCU的32个邮箱设置满了也无法接收处理完所有CAN报文；
2、当CAN邮箱滤波器接收很多报文时，很容易造成CAN报文更新覆盖太快，影响了数据的有效接收数量，负荷到达一定程度也会造成数据丢失；
3、当输入一旦有变更要做大量的滤波器设置重新匹配时，软件维护困难，工作量巨大。
发明内容
本发明实施例针对现有技术中整车接收大量报文、CAN高负荷率情况下报文出现丢帧的问题，本发明实施例提供一种CAN报文高负荷率接收方法及系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供一种CAN报文高负荷率接收方法，包括以下步骤：
S1,对CAN报文接收及管理，配置有CAN报文接收、CAN报文过滤及CAN报文缓存；
所述CAN报文接收配置为选取至少一个所述CAN邮箱，选取的所述CAN邮箱从外部节点收取所述CAN报文；
所述CAN报文过滤配置为在接收所述CAN报文时，将所述CAN报文的ID和应用层滤波器中的所有ID进行比对，若有任一匹配则判定选取的所述CAN报文为有效CAN报文，否则丢弃；
所述CAN报文缓存配置为将所述有效CAN报文缓存在环形队列；所述环形队列长度根据处理器运行主频来给定；
S2,对所述有效CAN报文解析及分发。
另一方面，本发明实施例提供一种CAN报文高负荷率接收系统，包括：
通讯管理模块，对CAN报文接收及管理；配置有CAN报文接收单元、过滤单元、缓存单元；
所述接收单元，配置为选取至少一个所述CAN邮箱，选取的所述CAN邮箱从外部节点收取所述CAN报文；
所述过滤单元，配置为在接收所述CAN报文时，将所述CAN报文的ID和应用层滤波器中的所有ID进行比对，若有任一匹配则判定为有效CAN报文，否则丢弃；
所述缓存单元，配置为将所述有效CAN报文缓存在环形队列；所述环形队列长度根据处理器运行主频来给定；
数据管理模块,对所述有效CAN报文解析及分发。
本发明实施例提供一种CAN报文高负荷率接收方法及系统，利用软件方案，在MCU片内选取任一CAN邮箱从外部节点收取CAN报文，将CAN报文的ID和应用层滤波器中的所有ID进行比对，筛选出有效CAN报文，并对有效CAN报文采用环形队列缓存；实现整车CAN总线高负荷率的情况也能保证CAN网络通讯的稳定性，CAN报文不丢帧；同时简单化了硬件MCU的选型，降低了硬件成本；本方案根据具体项目需求变更时候灵活变更，规避了使用CAN硬件滤波器的不利操作，不同项目之间移植、维护方便、简单，降低了开发难度和开发成本。
附图说明
图1为本发明实施例一种CAN报文高负荷率接收方法被执行时的流程示意图；
图2为本发明实施例CAN报文接收管理被执行时的流程示意图；
图3为本发明实施例环形列队原理示意图；
图4为本发明实施例环形列队有效长度对比图；
图5为发明实施例一种CAN报文高负荷率接收系统结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图1为本发明实施例一种CAN报文高负荷率接收方法被执行时的流程图，具体包括以下步骤：
步骤S1,对CAN报文接收管理；具体包括步骤S11CAN报文接收、步骤S12、CAN报文过滤及步骤S13CAN报文缓存；
步骤S11对CAN报文接收包括，在若干CAN邮箱中至少选取一个CAN邮箱，并且通过选取的CAN邮箱从外部节点接收CAN报文；
步骤S12对CAN报文过滤包括，接收CAN报文时，将CAN报文的ID(识别信息)和应用层滤波器中在先配置的所有ID进行比对，如果有任意一个记录的ID与CAN报文的ID匹配则判定接收的CAN报文有效，否则丢弃；
步骤S13对CAN报文缓存包括，建立一环形队列，将有效CAN报文缓存在环形队列中；优选的环形队列长度根据MCU的运行速度给定；
S2,对有效CAN报文进行解析及信号分发。
具体地，图2为本发明实施例CAN报文接收管理被执行时的流程示意图；如图2所示，实现本发明技术方案需要从以上两个线程(步骤)进行匹配协作，才能实现本实施例的技术效果。
首先，对CAN报文通讯接收管理；在本实施例中主要执行在三个部分，分别是CAN邮箱、应用层滤波器及环形队列。
对于CAN邮箱，在完成MCU选型后，从MCU片中若干CAN邮箱中至少选取一个CAN邮箱用于从外部节点接收CAN报文；因此，MCU型号可选用的是处理性能比较差的芯片，进一步降低了系统方案对高性能MCU的依赖。
对于应用层滤波器，获取CAN报文时，将CAN报文的ID和应用层滤波器中的所有ID进行比对，若有任一匹配则判定为有效CAN报文，否则丢弃；重新对接收的下一CAN报文进行筛选；
对于环形列队，图3为本发明实施例环形列队原理示意图，如图3所示，环形列队是一种经典的数据结构。使用队尾和队头来标记队列，有数据进来时，队头循环增加，有数据取走时，队尾循环增加，队尾追队头，当队尾和队头相同时，队列数据取完，有效队列为空(即使里面有数据也是曾经的数据，已经取走使用过了)；环形队列的存在是用于缓解通讯时间间隙和MCU处理运行速度的匹配问题的。CAN报文负荷率越高，通讯频率越高，有效CAN报文收取的频率越高，如果MCU不能及时取走数据会导致环形队列装满；所以环形队列的长度是根据MCU运行速度或MCU主频来给定的；MCU运行的越快，环形队列的依赖越小，长度可以越小；因此，环形队列长度需要根据MCU运行速度平衡。
其次，对有效CAN报文通讯接收管理；提取环形队列缓存的有效CAN报文然后进行CAN报文解析、信号分发。
本发明实施例提供一种CAN报文高负荷率接收方法，利用软件方案，在MCU片内选取任一CAN邮箱从外部节点收取CAN报文，将CAN报文的ID和应用层滤波器中的所有ID进行比对，筛选出有效CAN报文，并对有效CAN报文采用环形队列缓存；实现整车在高CAN负荷率的情况也能保证CAN网络通讯的稳定性，CAN报文不丢帧。
进一步地，步骤S1中，应用层滤波器为一组数据组，数据组里面填充需要收取和处理的CAN报文ID，这个应用层滤波器内的ID可根据每个项目的具体需求的确定而单独配置抽象出来。根据具体项目据需求变更时候可以灵活变更，规避了使用CAN硬件滤波器的不利操作，降低软件开发与维护难度。
进一步地，图4为本发明实施例环形列队有效长度对比图；如图4所示，步骤S2具体包括：
S21，查询环形队列的有效长度；环形队列的有效长度包括队头和队尾及缓存在所述队头及所述队尾之间的所述有效CAN报文；
S22，对环形队列的有效长度进行判定配置为，
根据查询的环形队列的有效长度不为0时，环形队列中队头和队尾不相等，判定环形列队存在未取的有效CAN报文；环形队列有效长度为0时，环形队列中队头和队尾相等，判定环形队列为空，即环形列队不存在未取的所述有效CAN报文；
S23，提取缓存的有效CAN报文，进行CAN报文解析及信号分发。
具体地，结合图4(a)为空的环形列队，此时Q.front＝Q.rear，环形队列中队头和队尾相等，环形队列有效长度为0；图4(b)为满的环形列队，此时Q.front＝Q.rear+1，环形队列中队头和队尾不相等，环形队列有效长度不为0。
本发明实施例提供一种CAN报文高负荷率接收方法，利用软件方案，在MCU片内选取任一CAN邮箱从外部节点收取CAN报文，将CAN报文的ID和应用层滤波器中的所有ID进行比对，筛选出有效CAN报文，并对有效CAN报文采用环形队列缓存；实现整车CAN总线高负荷率的情况也能保证CAN网络通讯的稳定性，CAN报文不丢帧；同时简单化了硬件MCU的选型，降低了硬件成本；本方案根据具体项目需求变更时候灵活变更，规避了使用CAN硬件滤波器的不利操作，不同项目之间移植、维护方便、简单，降低了开发难度和开发成本。
基于上述实施例，图5为发明实施例一种CAN报文高负荷率接收系统结构示意图。如图5所示，包括：
通讯管理模块，对CAN报文接收及管理；配置有CAN报文接收单元、过滤单元、缓存单元；
接收单元包括，配置为选取至少一个所述CAN邮箱，选取的所述CAN邮箱从外部节点收取所述CAN报文；
过滤单元包括，配置为在接收的CAN报文时，将CAN报文的ID和应用层滤波器中的所有ID进行比对，若有任一匹配则判定为有效CAN报文，否则丢弃；
缓存单元包括，配置为将有效CAN报文缓存在环形队列；所述环形队列长度根据处理器运行主频来给定；
数据管理模块,对有效CAN报文解析信号及分发。
具体地，在通讯管理模块中，通过接收单元、过滤单元、缓存单元来实现上述线程1的方法步骤，对CAN报文接收和过滤，将筛选的有效CAN报文采用环形队列缓存。数据管理模块实现上述线程2的方法步骤，提取有效CAN报文并进行CAN报文解析、信号分发。本方案结合通讯管理模块和数据管理模块在两个线程上匹配来完美实现本方案。
进一步地，通讯管理模块中，应用层滤波器为一组数据组，数据组为需要收取和处理的所述CAN报文的ID；应用层滤波器内的ID根据每个项目的具体需求的确定而单独配置抽象出来。规避掉繁琐的CAN滤波器接收设置，最大的利用软件方案解决接收较多报文、较高CAN负荷率情况下报文丢帧的问题。
进一步地，数据管理模块,具体包括：
数据查询单元，查询所述环形队列的有效长度；所述环形队列的有效长度包括队头、队尾及缓存在所述队头及所述队尾之间的所述有效CAN报文；
数据判定单元，对环形队列的有效长度进行判定配置为，根据查询的环形队列的有效长度不为0时，判定所述环形列队存在未取的所述有效CAN报文；在所述环形队列的有效长度为0时，判定所述环形列队不存在未取的所述有效CAN报文；
数据处理单元，提取缓存的有效CAN报文，进行CAN报文解析及信号分发。
具体地，数据管理模块通过数据查询单元、数据判定单元和数据处理单元实现在OS调度系统的后台线程中嵌入任务，每个软件运行循环查询环形队列有效长度，提取缓存的有效CAN报文，进行CAN报文解析、信号分发；较好地实现数据管理模块和通讯管理模块之间的配合，及时提取环形队列缓存的有效CAN报文。
本发明实施例提供一种CAN报文高负荷率接收系统用于执行上述方法，利用软件方案在MCU片内选取任一CAN邮箱从外部节点收取CAN报文，将CAN报文的ID和应用层滤波器中的所有ID进行比对，筛选出有效CAN报文，并对有效CAN报文采用环形队列缓存；实现整车CAN总线高负荷率的情况也能保证CAN网络通讯的稳定性，CAN报文不丢帧；同时简单化了硬件MCU的选型，降低了硬件成本；本方案根据具体项目需求变更时候灵活变更，规避了使用CAN硬件滤波器的不利操作，不同项目之间移植、维护方便、简单，降低了开发难度和开发成本。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种CAN报文高负荷率接收方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1,对CAN报文接收及管理，配置有CAN报文接收、CAN报文过滤及CAN报文缓存；
所述CAN报文接收配置为选取至少一个所述CAN邮箱，选取的所述CAN邮箱从外部节点收取所述CAN报文；
所述CAN报文过滤配置为在接收所述CAN报文时，将所述CAN报文的ID和应用层滤波器中的所有ID进行比对，若有任一匹配则判定选取的所述CAN报文为有效CAN报文，否则丢弃；
所述CAN报文缓存配置为将所述有效CAN报文缓存在环形队列；所述环形队列长度根据处理器运行主频来给定；
S2,对所述有效CAN报文解析及分发；
所述步骤S2具体包括：
S21，查询所述环形队列的有效长度；所述环形队列的有效长度包括队头、队尾及缓存在所述队头及所述队尾之间的所述有效CAN报文；
S22，对所述环形队列的有效长度进行判定配置为，在所述环形队列的有效长度不为0时，判定所述环形列队存在未取的所述有效CAN报文；
在所述环形队列的有效长度为0时，判定所述环形列队不存在未取的所述有效CAN报文；
S23，提取缓存的所述有效CAN报文，进行CAN报文解析及信号分发。
2.根据权利要求1所述的一种CAN报文高负荷率接收方法，其特征在于，
所述应用层滤波器为一组数据组，所述数据组配置为需要收取和处理的所述CAN报文的ID。
3.一种CAN报文高负荷率接收系统，其特征在于，包括：
通讯管理模块，对CAN报文接收及管理；配置有CAN报文接收单元、过滤单元、缓存单元；
所述接收单元，配置为选取至少一个所述CAN邮箱，选取的所述CAN邮箱从外部节点收取所述CAN报文；
所述过滤单元，配置为在接收所述CAN报文时，将所述CAN报文的ID和应用层滤波器中的所有ID进行比对，若有任一匹配则判定为有效CAN报文，否则丢弃；所述缓存单元，配置为将所述有效CAN报文缓存在环形队列；所述环形队列长度根据处理器运行主频来给定；
数据管理模块,对所述有效CAN报文解析及分发；
所述数据管理模块,具体包括：
数据查询单元，查询所述环形队列的有效长度；所述环形队列的有效长度包括队头、队尾及缓存在所述队头及所述队尾之间的所述有效CAN报文；
数据判定单元，对所述环形队列的有效长度进行判定配置为，在所述环形队列有效长度不为0时，判定所述环形列队存在未取的所述有效CAN报文；在所述环形队列的有效长度为0时，判定所述环形列队不存在未取的所述有效CAN报文；数据处理单元，提取缓存的所述有效CAN报文，进行CAN报文解析及信号分发。
4.根据权利要求3所述的一种CAN报文高负荷率接收系统，其特征在于，所述通讯管理模块中，所述应用层滤波器为一组数据组，所述数据组为需要收取和处理的所述CAN报文的ID。
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