CN112859711A - 一种空间飞行器can总线自主切换处理系统和方法 - Google Patents

一种空间飞行器can总线自主切换处理系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空间飞行器CAN总线自主切换处理系统和方法，所述系统包括：总线错误计数模块、总线控制模块和设备自主管理模块。所述总线错误计数模块，用于记录第一总线和第二总线的通讯错误次数和通讯失败次数并发送至总线控制模块；所述总线控制模块，用于根据总线的通讯错误次数和通讯失败次数对所述总线进行处理操作；所述设备自主管理模块，用于接收所述总线控制模块发送的处理操作指令，并执行所述指令。

Description

一种空间飞行器CAN总线自主切换处理系统和方法
技术领域
本发明涉及空间航天领域，更具体的，涉及一种空间飞行器CAN总线自主切换处理系统和方法。
背景技术
空间飞行器一般的星载信息网络设计通常较为复杂。设备与设备间的数据、指令通讯一般接口可包括422接口、485接口、CAN接口、LVDS接口、1553B接口等。其中，422接口、LVDS接口一般为点对点接口，CAN总线接口、1553B接口一般为总线接口，485接口有点对点接口也有总线接口。
近年来，随着空间飞行器的发展，微小卫星的发展日益迅速，星载单机朝向集成化、小型化、标准化发展。CAN总线接口作为总线接口，在微小卫星的信息链路设计、使用上日益普遍，其具有总线接口的特点，易于飞行器的设备布置，易于设备数量的增减，也易于中心计算机接口的优化和小型化设计。
但因CAN总线接口发展的源头为汽车工业，其本身质量等级等状态并不为满足于空间飞行器使用。空间飞行器应用时，总线通讯面临着搭载电子设备复杂程度越来越高、空间环境恶劣等实际问题，设备越来越高的复杂程度要求总线具备更高的通讯速率并且能够兼容更多的设备进行快速通讯的能力。空间飞行器还面临着太空粒子撞击、辐照、急剧热变化等恶劣的空间环境，都可能会影响电子设备的正常工作。这就要求空间飞行器总线通讯具备一定的抗干扰及自主管理能力以应对实际运行过程中的各类突发状况，保证飞行器控制过程的正常进行，避免飞行器陷入异常工作状态或损坏。
因此，空间飞行器上使用CAN总线时经常是热备份双总线使用，并对其有一定的可靠性设计要求。通过制定冗余设计、管理设计等一系列的设计规范，从而使得CAN总线本身的可靠性进行提升，从而满足空间应用的需求。
随着应用领域的进一步拓宽和发展，航天器的飞行情况要求CAN总线在轨能够具备较高的适应性，针对异常情况能够很好的处理及恢复，以匹配飞行器更好的智能管理需求。
发明内容
为解决背景技术中所提出的技术问题中的至少一个，本发明的一个目的在于提供一种空间飞行器CAN总线自主切换处理系统，
所述系统包括：总线错误计数模块、总线控制模块和设备自主管理模块；
所述总线错误计数模块，用于记录第一总线和第二总线的通讯错误次数并发送至总线控制模块；
所述总线控制模块，用于根据总线错误次数对所述总线进行处理操作；
所述设备自主管理模块，用于接收所述总线控制模块发送的处理操作指令，并执行所述指令。
所述总线错误计数模块包括总线错误次数寄存器、通讯失败次数寄存器和判断模块，所述总线错误次数寄存器包括第一总线错误次数寄存器和第二总线错误次数寄存器；
所述判断模块用于判断所述第一总线或第二总线的单次通讯是否正常，
若所述判断模块判断当前的总线通讯错误，则所述总线错误次数寄存器将通讯所用的总线的错误次数进行加一操作并进行总线切换；
所述通讯失败次数寄存器用于记录通讯失败次数，若连续两次通讯均为通讯错误，则通讯失败次数加一并将该次的通讯状态由通讯正常改为通讯失败，所述通讯失败次数寄存器对通讯错误的计数归零并重新计数；
若所述判断模块判断当前总线通讯正常，则将当前总线的错误次数进行清零操作。
所述总线控制模块接收所述总线错误计数模块发送的所述错误次数、通讯失败次数和通讯状态；
所述总线错误次数包括第一总线错误次数和第二总线错误次数；
若所述第一总线错误次数和所述第二总线错误次数均未超过5且所述通讯状态为通讯正常，则不进行处理即不发送指令；
若所述主线错误次数超过5同时所述第二总线错误次数不足5或所述第二总线错误次数超过5同时所述第一总线错误次数不足5，则发送单总线复位操作指令；
若所述通讯失败次数超过三次则发送双总线复位操作指令。
所述设备自主管理模块还用于判断所述总线错误次数寄存器数据超限问题；
若所述总线错误次数寄存器数据超限且总线复位次数为零，则执行双总线复位操作并将所述总线复位次数加一。
所述设备自主管理模块在完成所述指令后，对应的操作计数器次数加一。
所述判断模块的判断标准包括：格式要求和协议要求。
所述单总线复位指令即要求对总线错误次数超过5的对应总线进行复位操作；
所述双总线复位指令即要求对主份总线和备份总线均进行复位操作。
本发明的另一个目的提供了一种空间飞行器CAN总线自主切换处理方法，所述方法包括：
S001：对设备的通讯异常情况进行统计；
若判断模块判断当前总线通讯错误，则所述总线错误次数寄存器将对应的总线错误次数进行加一操作并进行总线切换；
所述通讯失败次数寄存器用于记录通讯失败次数，若连续两次通讯均为通讯错误，则通讯失败次数加一并将该次通讯状态由通讯正常改为通讯失败，所述通讯失败次数寄存器对通讯错误的计数归零并重新计数；
若所述判断模块判断当前总线通讯正常，则将当前总线对应的总线错误次数寄存器进行清零操作；
所述总线错误次数寄存器包括第一总线错误次数寄存器和第二总线错误次数寄存器；
S002：根据第一总线和第二总线的错误次数以及通讯失败次数发送相应的操作指令；
若所述第一总线错误次数和所述第二总线错误次数均未超过5且所述通讯状态为通讯正常，则不进行处理即不发送指令；
若所述主线错误次数超过5同时所述第二总线错误次数不足5或所述第二总线错误次数超过5同时所述第一总线错误次数不足5，则发送单总线复位操作指令；
若所述通讯失败次数超过三次则发送双总线复位操作指令。
S003：根据所述操作指令执行规定操作，并对总线错误次数寄存器的数据超限进行处理。
设备自主管理模块根据S002中的操作指令对设备通讯异常进行处置，完成操作后将对应的操作计数加一并根据使能状态决定是否做错误计数超限处理，在判断总线错误寄存器数据超限且当前总线复位标志为零时，执行总线复位操作并增加总线复位计数。
本发明的有益效果如下：
本方法提供了一种空间飞行器CAN总线自主切换处理系统和方法，所述系统实现了将空间飞行器不同类型及范围的CAN总线状态在接口层进行统一管理并处置。底层通讯模型采用单次通讯两次尝试的通讯策略最大限度保证正常通讯，并根据通讯结果完成底层通讯状态建立。该方法设计的接口层级的CAN总线的自主切换处理策略可以确保通讯成功率并提升总线容错能力，可以有效应对底层及单机设备的通讯异常状态，当系统出现多个节点或分系统通讯故障时，也能提供相应决策接口。
附图说明
图1示出本发明的一个实施例提出的一种空间飞行器CAN总线自主切换处理系统的模块图；
图2示出本发明的一个实施例提出的一种空间飞行器CAN总线自主切换处理方法的步骤图；
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明的一个实施例提出的一种空间飞行器CAN总线自主切换处理系统，空间飞行器上使用CAN总线时经常是热备份双总线使用，本系统用于实现对热备份双总线的自主管理；
如图1所示，所述系统包括：
总线错误计数模块(1)、总线控制模块和设备自主管理模块；
所述总线错误计数模块，包括总线错误次数寄存器、通讯失败次数寄存器和判断模块(图中未体现)，所述总线错误次数寄存器包括第一总线错误次数寄存器和第二总线错误次数寄存器；
所述判断模块用于判断所述主份总线或备份总线的单次通讯是否正常；判断标准包括：协议要求即信息符合总线仲裁场、控制场和数据场协议要求；格式要求即需要判断长度、ID等信息符合通讯标准。
所述第一总线错误次数寄存器和第二总线错误次数寄存器，用于记录第一总线和第二总线的通讯错误次数并发送至总线控制模块；
若所述判断模块判断当前主份总线通讯错误，则对应的总线错误次数寄存器对对应总线的错误次数进行加一操作并进行总线切换；所述总线切换表示将当前所用的设备通讯主线切换为另一条，即若当前使用的主份总线为第一总线则将其切换为第二总线，若当前使用的主份总线为第二总线则将其切换为第一总线。
所述通讯失败次数寄存器用于记录通讯失败次数，若连续两次均通讯错误，则通讯失败次数加一并将该次的通讯状态由通讯正常改为通讯失败，所述通讯失败次数寄存器对通讯错误的计数归零并重新计数；
若所述判断模块判断当前主份总线通讯正常，则所述总线错误次数寄存器将所述总线的错误次数进行清零操作。
所述总线控制模块，用于根据总线错误次数对所述总线进行处理操作；
所述总线控制模块接收所述总线错误计数模块发送的总线错误次数、通讯失败次数和通讯状态；
所述总线错误次数包括第一总线错误次数和第二总线错误次数；
若所述第一总线错误次数和所述第二总线错误次数均未超过5且所述通讯状态为通讯正常，则不进行处理即不发送指令；
若所述主线错误次数超过5同时所述第二总线错误次数不足5或所述第二总线错误次数超过5同时所述第一总线错误次数不足5，则发送单总线复位操作指令；
若所述通讯失败次数超过三次则发送双总线复位操作指令。
所述设备自主管理模块还用于判断所述总线错误次数寄存器数据超限问题；
若所述总线错误次数寄存器数据超限且总线复位次数为零，则执行双总线复位操作并将所述总线复位次数加一。
所述设备自主管理模块，用于接收所述总线控制模块发送的处理操作指令，并执行所述指令。
所述设备自主管理模块在完成所述指令后，对应的操作计数器次数加一。
所述判断模块的判断标准包括：格式要求和协议要求。
所述单总线复位指令即要求对总线错误次数超过5的对应总线进行复位操作；
所述双总线复位指令即要求对第一总线和第二总线均进行复位操作。
为了方便理解，在一个具体的实施例中，如果第1次通讯正常，结束本周期的通讯，该总线错误计数清零；如果第1次通讯错误(含异常应答)，则采用该设备的另一条总线进行第2通讯，该总线错误计数加1；如果第2次通讯正常，则置总线为该设备默认总线，结束本周期的通讯，该总线错误计数清零；如果第2次通讯错误，则设置本次通讯失败，结束本周期的通讯，不对总线进行切换，该总线错误计数加1。
在另一个实施例中，本发明提供了一种空间飞行器CAN总线自主切换处理方法，如图2所示，所述方法的步骤如下：
S001：对设备的通讯异常情况进行统计；
若判断模块判断当前总线通讯错误，则所述总线错误次数寄存器将对应的总线错误次数进行加一操作并进行总线切换；
所述通讯失败次数寄存器用于记录通讯失败次数，若连续两次通讯均为通讯错误，则通讯失败次数加一并将该次通讯状态由通讯正常改为通讯失败，所述通讯失败次数寄存器对通讯错误的计数归零并重新计数；
若所述判断模块判断当前总线通讯正常，则将当前总线对应的总线错误次数寄存器进行清零操作；
所述总线错误次数寄存器包括第一总线错误次数寄存器和第二总线错误次数寄存器；
S002：根据第一总线和第二总线的错误次数以及通讯失败次数发送相应的操作指令；
若所述第一总线错误次数和所述第二总线错误次数均未超过5且所述通讯状态为通讯正常，则不进行处理即不发送指令；
若所述主线错误次数超过5同时所述第二总线错误次数不足5或所述第二总线错误次数超过5同时所述第一总线错误次数不足5，则发送单总线复位操作指令；
若所述通讯失败次数超过三次则发送双总线复位操作指令。
S003：根据所述操作指令执行规定操作，并对总线错误次数寄存器的数据超限进行处理。
设备自主管理模块根据S002中的操作指令对设备通讯异常进行处置，完成操作后将对应的操作计数加一并根据使能状态决定是否做错误计数超限处理，在判断总线错误寄存器数据超限且当前总线复位标志为零时，执行总线复位操作并增加总线复位计数。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种空间飞行器CAN总线自主切换处理系统，其特征在于，
所述系统包括：总线错误计数模块、总线控制模块和设备自主管理模块；
所述总线错误计数模块，用于记录第一总线和第二总线的错误次数和通讯失败次数并发送至总线控制模块；
所述总线控制模块，用于根据总线的错误次数和通讯失败次数对所述总线进行处理操作；
所述设备自主管理模块，用于接收所述总线控制模块发送的处理操作指令，并执行所述指令。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述总线错误计数模块包括总线错误次数寄存器、通讯失败次数寄存器和判断模块，所述总线错误次数寄存器包括第一总线错误次数寄存器和第二总线错误次数寄存器；
所述判断模块用于判断所述第一总线或第二总线的单次通讯是否正常，
若所述判断模块判断当前的总线通讯错误，则所述总线错误次数寄存器将通讯所用的总线的错误次数进行加一操作并进行总线切换；
若所述判断模块判断当前总线通讯正常，则将当前总线的错误次数进行清零操作；
所述通讯失败次数寄存器用于记录通讯失败次数，若连续两次通讯均为通讯错误，则通讯失败次数加一并将该次的通讯状态由通讯正常改为通讯失败，所述通讯失败次数寄存器对通讯错误的计数归零并重新计数。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述总线控制模块接收所述总线错误计数模块发送的所述错误次数、通讯失败次数和通讯状态；
所述总线错误次数包括第一总线错误次数和第二总线错误次数；
若所述第一总线错误次数和所述第二总线错误次数均未超过5且所述通讯状态为通讯正常，则不进行处理即不发送指令；
若所述主线错误次数超过5同时所述第二总线错误次数不足5或所述第二总线错误次数超过5同时所述第一总线错误次数不足5，则发送单总线复位操作指令；
若所述通讯失败次数超过3则发送双总线复位操作指令。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述设备自主管理模块还用于判断所述总线错误次数寄存器数据超限问题；
若所述总线错误次数寄存器数据超限且总线复位次数为零，则执行双总线复位操作并将所述总线复位次数加一。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述设备自主管理模块在完成所述指令后，对应的操作次数计数加一。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，
所述判断模块的判断标准包括：格式要求和协议要求。
7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，
所述单总线复位指令即对总线错误次数超过5的对应总线进行复位操作；
所述双总线复位指令即对主份总线和备份总线均进行复位操作。
8.一种空间飞行器CAN总线自主切换处理方法，其特征在于，
所述方法包括：
S001：对设备的通讯异常情况进行统计；
所述异常情况包括总线通讯错误和通讯失败；
若判断模块判断当前总线通讯错误，则将所述总线的错误次数进行加一操作并进行总线切换；
所述通讯失败次数寄存器用于记录通讯失败次数，若连续两次通讯均为通讯错误，则通讯失败次数加一并将该次通讯状态由通讯正常改为通讯失败，所述通讯失败次数寄存器对通讯错误的计数归零并重新计数；
若所述判断模块判断当前总线通讯正常，则所述总线错误次数寄存器将当前总线的错误次数进行清零操作；
S002：根据所述第一总线、第二总线的错误次数和通讯失败次数发送相应的操作指令；
S003：根据所述操作指令执行操作，并对总线错误次数寄存器的数据超限进行处理。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
所述S002具体包括：
所述总线错误次数寄存器中包含第一总线错误次数和第二总线错误次数；
若所述第一总线错误次数和所述第二总线错误次数均未超过5且所述通讯状态为通讯正常，则不进行处理即不发送指令；
若所述主线错误次数超过5同时所述第二总线错误次数不足5或所述第二总线错误次数超过5同时所述第一总线错误次数不足5，则发送单总线复位操作指令；
若所述通讯失败次数超过三次则发送双总线复位操作指令。
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