CN112333066B - 一种提高can总线通讯可靠性的技术方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高CAN总线通讯可靠性的技术方法，其技术特点是：通过设置CAN总线通讯验证码和屏蔽码；CAN总线通讯波特率设置采取75％以上采样率的参数；CAN总线接收使用10次循环进行接收；CAN总线通讯写寄存器前后关闭和恢复接收中断；采用外部救援方法拯救CAN总线通讯错误故障；采用压力测试的方法测试CAN总线通讯的正确性和可靠性，实现了CAN总线通讯正确性和可靠性的提高。本发明能够在不影响实时接收数据不丢数据的前提下，CAN节点尽量少接收与自身无关数据少产生接收中断，保证CAN节点发送出来的数据均为预期数据。

Description

一种提高CAN总线通讯可靠性的技术方法
技术领域
本发明属于嵌入式通讯领域，尤其是一种提高CAN总线通讯可靠性的技术方法。
背景技术
控制器局域网络CAN总线是国际上应用最广泛的现场总线之一，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。由于CAN总线本身的特点，其应用范围已不再局限于汽车行业，而向自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。特别是在军用领域，通讯的正确性和可靠性的重要性不言而喻。
在实际项目中，惯导设备做为一个CAN节点，能够接收到整车CAN网上的所有数据，其发送的数据也可以被在CAN网上的其它节点所接收。根据通讯协议，惯导设备实时接收CAN 网上的数据同时，以200Hz高频向CAN总线上发送三维姿态角信息。在实际整车使用过程中，出现了数据频率低于惯导发送的200Hz频率以及偶发出现数据报文校验不通过的问题，即出现了非预期数据，严重影响了通讯的正确性和可靠性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种提高CAN总线通讯可靠性的技术方法，能够提高CAN总线通讯的正确性和可靠性。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种提高CAN总线通讯可靠性的技术方法，包括以下步骤：
步骤1、设置CAN总线通讯验证码和屏蔽码；
步骤2、设置CAN总线通讯参数；
步骤3、CAN总线接收使用数次循环进行接收；
步骤4、CAN总线通讯写寄存器前后关闭和恢复接收中断；
步骤5、采用外部救援方法拯救CAN总线通讯错误故障；
步骤6、采用压力测试的方法测试CAN总线通讯的正确性和可靠性。
而且，所述步骤1的具体实现方法为：根据通讯协议规定的ID，计算CAN通讯验证码和屏蔽码，并设置CAN通讯验证码和屏蔽码。
而且，所述步骤2的具体实现方法为：CAN总线通讯波特率设置采取75％以上采样率的参数。
而且，所述步骤3的具体实现方法为：判断CAN总线在10次循环内是否接受到中断标志，若接收到中断则进行处理。
而且，所述步骤4的具体实现方法为：在判断为发送中断后，开始发送数据，此时关闭接收中断，数据写入发送寄存器，触发发送中断，使能接收中断。
而且，所述步骤5的具体实现方法为：CAN总线通讯产生错误时，错误寄存器会有错误标志，此时在CAN的中断服务函数以外进行判断，一旦判断检测到错误寄存器有错误标志后，重新初始化CAN芯片的方式恢复CAN的通讯。
而且，所述步骤6的具体实现方法为：采用多CAN节点模拟整个CAN网上的数据，数据设置为协议内的和协议外的干扰数据，采用高频率通讯和干扰通讯，实时查看数据的正确性和是否存在丢数现象。
本发明的优点和积极效果是：本发明通过设置CAN总线通讯验证码和屏蔽码；CAN总线通讯波特率设置采取75％以上采样率的参数；CAN总线接收使用10次循环进行接收；CAN总线通讯写寄存器前后关闭和恢复接收中断；采用外部救援方法拯救CAN总线通讯错误故障；采用压力测试的方法测试CAN总线通讯的正确性和可靠性，实现了CAN总线通讯正确性和可靠性的提高。本发明能够在不影响实时接收数据不丢数据的前提下，CAN节点尽量少接收与自身无关数据少产生接收中断，保证CAN节点发送出来的数据均为预期数据。
附图说明
图1是单滤波器扩展帧验收码和屏蔽码计算过程示意图；
图2是CAN总线通讯单次中断处理流程图；
图3是本发明CAN总线通讯写寄存器前后关闭和恢复接收中断流程图；
图4是本发明接收中断关闭时间测量流程图；
图5是本发明接收中断关闭时间测量波形图；
图6是测试环境搭建示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详述。
一种提高CAN总线通讯可靠性的技术方法，包括以下步骤：
步骤1、设置CAN总线通讯验证码和屏蔽码。根据通讯协议规定的ID，计算CAN总线通讯的验收码和屏蔽码，这样CAN芯片会在底层屏蔽掉一些与CAN自身节点无关的数据，从而在一定程度上能够有效的使CAN节点少产生接收中断。
如图1所示，为单滤波器扩展帧验收码和屏蔽码计算方法。
步骤2、CAN总线通讯波特率设置采取75％以上采样率的参数。CAN总线异常表现为：使用CAN盒和惯导点对点直接连接时通讯正常，当在上述两者间通过三轴转台进行CAN总线通讯时，实际接收到的数据频率会明显低于发送数据的频率，这是因为CAN总线为串行通讯，采样率的设置关系到数据被采集的正确性，是造成CAN总线存在电磁干扰时丢数的关键原因，同一波特率时不同采样率如表1所示。
表1
Figure RE-GDA0002835814640000021
Figure RE-GDA0002835814640000031
步骤3、CAN总线接收使用10次循环进行接收。判断CAN总线在10次循环内是否接受到中断标志，若接收到中断则进行处理。若不采用循环，只进行一次读取是否有接收中断时，因为CAN网上有大量的高频数据，会产生丢失数据或一直有未处理完的接收中断，从而CAN 芯片不再产生新的接收中断，造成通讯故障。同时若采用while循环，会导致无法跳出while 循环使得其它逻辑得不到执行。
步骤4、CAN总线通讯写寄存器前后关闭和恢复接收中断。通过本步骤能够有效的防止整个CAN网上的高频数据中断打乱CAN控制器往寄存器中写入非预期数据。惯导工作时会实时检验接收到的数据源地址是否是火控上位机、目的地址是否为惯导、帧ID是否与惯导通讯协议中规定的帧ID一致及数据校验是否正确。CAN总线上存在的大量数据帧会导致惯导CAN控制器频繁的产生接收中断，从而频繁的进入CAN接收中断服务函数，而与此同时如果惯导处于发送数据时，由于接收中断优先级高于发送中断，使数据发送流程不能被连续执行完毕，导致高频三维姿态数据写入CAN控制器发送寄存器时会写入非预期数据，从而导致CAN控制器发送出校验不通过的非预期数据。
如图2所示为CAN总线通讯单次中断处理流程图，其流程为：
⑴、CAN总线接收数据；
⑵、CAN控制器中断启动；
⑶、执行惯导中断服务函数；
⑷、判断是否为接收中断，若为接收中断，则进行⑸，否则进行⑽；
⑸、判断是否目的地址是惯导，若目的地址是惯导，则进行⑹，否则离开中断服务函数；
⑹、判断是否源地址是火控系统主节点，若源地址是火控系统主节点，则进行⑺，否则离开中断服务函数；
⑺、判断是否帧ID在协议内，若帧ID在协议内，则进行⑻，否则离开中断服务函数；
⑻、判断是否校验通过，若校验通过，则进行⑼，否则离开中断服务函数；
⑼、CAN进行数据处理，并离开中断服务函数；
⑽、判断是否为发送中断，若为发送中断，则将数据写入发送寄存器，使能发送中断，并离开中断服务函数，否则执行其他中断处理流程，并离开中断服务函数。
如图3所示为CAN总线通讯写寄存器前后关闭和恢复接收中断流程图，其步骤为：在判断为发送中断后，开始发送数据，此时关闭接收中断，数据写入发送寄存器，触发发送中断，使能接收中断。
由于采取的更改措施会在数据发送流程开始时关闭接收中断，在数据写入发送寄存器并触发发送中断后，才使能接收中断，因此在此期间可能存在影响惯导CAN总线控制器接收数据的风险。
由关闭接收中断导致接收数据丢失的原因是：在关闭中断期间，由于不产生接收中断，惯导不从RXFIFO中读取数据，CAN总线数据中却不断写RXFIFO，最终导致RXFIFO溢出，数据丢失。因此，若发送流程结束后使能接收中断时，RXFIFO没有写满溢出，接收到的数据就不会有损失而导致接收错误。
步骤5、采用外部救援方法拯救CAN总线通讯错误故障。CAN总线通讯产生错误时，错误寄存器会有错误标志，此时在CAN的中断服务函数以外进行判断，一旦判断检测到错误寄存器有错误标志后，重新初始化CAN芯片的方式恢复CAN的通讯。
步骤6、采用压力测试的方法测试CAN总线通讯的正确性和可靠性。采用多CAN节点模拟整个CAN网上的数据，数据设置为协议内的和协议外的干扰数据，采用高频率通讯和干扰通讯，开发数据接收检测软件，实时查看数据的正确性和是否存在丢数现象。
根据上述一种提高CAN总线通讯可靠性的技术方法，进行仿真测试以验证本发明。
惯导使用的CAN控制器型号为SJA1000，其RXFIFO为64字节，每帧数据最大13个字节，因此RXFIFO能够存储4帧数据。在波特率为250kbps的情况下，惯导接收1帧数据的时间为 13*10/250000，即为0.52毫秒。若关闭接收中断时长小于0.52毫秒，那么关闭接收中断的措施就不会影响惯导CAN总线上数据的接收。
接收中断关闭时间测量具体流程如图4所示。
⑴、开始发送数据；
⑵、指示灯管脚置高；
⑶、关闭接收中断；
⑷、将数据写入发送寄存器；
⑸、触发发送中断；
⑹、使能接收中断；
⑺、指示灯管脚置低。
首先更改惯导DSP软件，在关闭和打开接收中断的时刻分别将线路板LED指示灯管脚置高和置低，在上述流程执行期间，用示波器测量管脚高低电平变化时间，即为关闭接收中断时间。
经实际测量，关闭接收中断时间长度为0.025毫秒，示波器测量结果如图5所示，根据此测量结果，关闭接收中断时间长度远小于惯导接收1帧数据时长，因此该措施不影响惯导数据接收功能。
采用如图6所示的测试环境搭建示意图进行测试，采用实装200Hz惯导和双CAN盒模拟干扰数据，分别进行了5次连续2小时考核测试，共1440000帧数据，CAN通讯情况如表2所示。
表2
Figure RE-GDA0002835814640000051
从表中可以看出，采用实装设备搭建的测试环境下，采取技术措施前CAN总线通讯存在大量的丢数现象和少量的非预期数据；而采取技术措施后，CAN总线通讯一切正常，丢数和非预期数据的情况没有发生，证明了采取的技术措施的有效性。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种提高CAN总线通讯可靠性的技术方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、设置CAN总线通讯验证码和屏蔽码；
步骤2、设置CAN总线通讯参数；
步骤3、CAN总线接收使用数次循环进行接收；
步骤4、CAN总线通讯写寄存器前后关闭和恢复接收中断；
本步骤的具体实现方法为：
在判断为发送中断后，开始发送数据，此时关闭接收中断，数据写入发送寄存器，触发发送中断，使能接收中断；
步骤5、采用外部救援方法拯救CAN总线通讯错误故障；
本步骤的具体实现方法为：
CAN总线通讯产生错误时，错误寄存器会有错误标志，此时在CAN的中断服务函数以外进行判断，一旦判断检测到错误寄存器有错误标志后，重新初始化CAN芯片的方式恢复CAN的通讯；
步骤6、采用压力测试的方法测试CAN总线通讯的正确性和可靠性。
2.根据权利要求1所述的一种提高CAN总线通讯可靠性的技术方法，其特征在于：所述步骤1的具体实现方法为：根据通讯协议规定的ID，计算CAN通讯验证码和屏蔽码，并设置CAN通讯验证码和屏蔽码。
3.根据权利要求1所述的一种提高CAN总线通讯可靠性的技术方法，其特征在于：所述步骤2的具体实现方法为：CAN总线通讯波特率设置采取75％以上采样率的参数。
4.根据权利要求1所述的一种提高CAN总线通讯可靠性的技术方法，其特征在于：所述步骤3的具体实现方法为：判断CAN总线在10次循环内是否接受到中断标志，若接收到中断则进行处理。
5.根据权利要求1所述的一种提高CAN总线通讯可靠性的技术方法，其特征在于：所述步骤6的具体实现方法为：采用多CAN节点模拟整个CAN网上的数据，数据设置为协议内的和协议外的干扰数据，采用高频率通讯和干扰通讯，实时查看数据的正确性和是否存在丢数现象。
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