CN113965432A - 一种双通道can总线通信的控制系统 - Google Patents

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Abstract

本说明书实施例提供了一种双通道CAN总线通信的控制系统。主站与从站间实现了真正意义上的全双工通信，解决了收发的碰撞问题。并在主站针对两端通信口的速率差进行了二级缓存以及收发线路切换的功能，提升了系统的相应速度。

Description

一种双通道CAN总线通信的控制系统
技术领域
本说明书实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种双通道CAN总线通信的控制系统。
背景技术
使用RS485总线通信的控制系统，采用总线型的拓扑结构，大部分采用主从式多址轮询(poling)方式实现多址接入。即所有通信节点(单主多从)共享一条通信线路，主节点按照地址依次轮流查询每一个从节点，被查询从节点返回相应的数据或空操作。还有一部分采用主设备发送广播指令，从设备根据自身唯一地址时分复用总线资源。
上述现有技术存在如下技术问题：
1、轮询或者广播周期随着从节点数的增加而增加，系统反应变慢。
2、为了应对收发信息碰撞，丢包重发等异常情况，被动的接受了偶发的不可控延时，并牺牲了总线的通信带宽。
发明内容
本说明书实施例提供一种双通道CAN总线通信的控制系统，应用于仓储智能拣选系统，包括一个主站和多个从站；
主站和从站均包括CAN A通道控制器、CAN A通道收发器、CAN B通道控制器、CAN B通道收发器和四根信号线；四根信号线构成两路独立的CAN通信链路，其中，两对CAN-High和CAN-Low分别与从站采取菊花链的形式连接。
主站的CAN A通道与所有从站的CAN B通道相连，主站的CAN B通道与所有从站的CAN A通道相连。
当前发送周期到来后，主站的CAN发送线程执行如下操作：
步骤1，判断一级缓存的重发队列中是否有数据需要发送，如果有，执行步骤2，否则，等待下一次发送周期到来，返回步骤1；
步骤2，判断主站的二级缓存是否已满，若未满，执行步骤3，否则，执行步骤4；
步骤3，向主站的CAN A通道控制器内部的二级缓存写入重发队列中需要发送的数据并启动主站CAN A通道发送(即启动发送后，由CAN A通道控制器通过CAN A通道收发器发送数据)，执行步骤6；
步骤4，判断主站的CAN_B通道控制器内部的二级接收/发送缓存是否为空(CAN B通道控制器内部有二级接收缓存和二级发送缓存，这两个缓存都要是空；CANB从理论上只应该进行接收操作，只有接收缓存与发送缓存皆为空时，表示此路CAN线空闲，才承担报文下发的工作，降低系统整体响应时间)，若为空，执行步骤5，否则，等待下一次发送周期到来，返回步骤1；
步骤5，向主站的CAN_B通道控制器的二级发送缓存写入重发队列中需要发送的数据并启动主站CAN_B通道发送，执行步骤6；
步骤6，发送完成之后，将数据报文写至重发队列中。
其中，主站还包括MCU，主站的CAN发送线程运行在MCU。具体的，采取HLK7688模块，运行Openwrt嵌入式linux系统。
其中，一级缓存设置在MCU的RAM中，为一个先进先出的队列，大小动态可扩展。
其中，二级缓存在CAN控制器内部实现，只可以存储三个报文数据。
从站执行如下操作：
步骤7，从站经由CAN_B通道的过滤器过滤CAN帧之后，如果是主站发送的ACK数据则对比重发队列中协议指纹，一致则删除队列中的数据报文。如发送的是数据报文，则进行相关控制处理(驱动显示模块显示信息)，若需要从站回复ACK报文，则跳至步骤9，并启动从站的CAN B通道发送反馈结果(CANB通道对于从站来说只用于发送数据，将报文写进Can控制器后修改寄存器状态启动发送)，不需要发反馈结果则将重发队列中指纹一致的报文删除；
步骤8，从站经由CAN_A通道的过滤器过滤CAN帧之后，如果是主站发送的ACK数据则对比重发队列中协议指纹，一致则删除队列中的数据报文。如发送的是数据报文，则进行相关控制处理(驱动显示模块显示信息)，若需要从站回复ACK报文，则跳至步骤9，并启动发送；
步骤9，从站如果有主动需要上报的信息，判断CAN_B控制器缓存是否已满，已满则启动定时器等待，未满则写入并发送，如果发的数据需要主站回复ACK，则并放至重发队列(重发队列如果在规定的时间内没有收到主站回复的ACK则进行重发)；
步骤10，主站接收线程阻塞等待CAN_B通道，若有ACK报文接收到则对比重发队列中的数字指纹，一致则将ACK报文与重发队列中的控制报文拼接后上传上位机表示本次控制成功，并删除重发队列中的数据。若有数据报文接收到则直接上传给上位机。
其中，从站采用的是MCU采用的是STM32的M3单片机，未使用嵌入式实时操作系统，相当于只有一个进程在跑。
其中，主站从站各自维护重发队列，从站的重发队列相当于主站的一级缓存，但是因为是单片机，从站的重发队列是有限大小的。
其中，协议指的是一个完整的控制报文，而协议指纹指的是对一个完整报文的唯一标识，例如md5，如果回复的报文是ACK，则对比其中的数字指纹和重发队列中的数据，一致则标识报文主站接收成功，删除报文。
其中，即使没有步骤7、步骤8，如果从站有主动需要上报的信息，也可以执行步骤9。
本说明书实施例有益效果如下：
主站与从站间实现了真正意义上的全双工通信，解决了收发的碰撞问题。并在主站针对两端通信口的速率差进行了二级缓存以及收发线路切换的功能，提升了系统的相应速度。
附图说明
图1为本说明书一个实施例的方法流程图；
图2为本说明书另一个实施例的方法流程图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本说明书实施例的技术方案做详细的说明，应当理解本说明书实施例以及实施例中的具体特征是对本说明书实施例技术方案的详细的说明，而不是对本说明书技术方案的限定，在不冲突的情况下，本说明书实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
技术术语的解释
主站：总线上唯一存在的设备，主要负责上行高速通信接口与下行总线接口之间协议的变化与数据的转发。
从站：总线上的多数设备，负责分布式驱动控制模块，上传传感器信息。
CAN_A通道：主要用于发送数据的通道。
CAN_B通道：主要用于接收数据的通道。
主站包括以太网通信模块、两路CAN控制/收发器器和DI/DO驱动电路；
从站包括两路CAN控制/收发器、显示驱动电路和DI/DO驱动电路；
业务系统下发拣选业务后，主站通过以太网接收到控制指令，并分发到与具体货位唯一绑定的从站，从站根据指令显示待拣选货物具体信息与数量，拣选人员完成拣选后通过摁建/拨杆/RFID手环等触发完成事件，业务系统将此任务标记为已完成，拣选结束。
本说明书实施例提供一种双通道CAN总线通信的控制系统，应用于仓储智能拣选系统，包括一个主站和多个从站；
主站和从站均包括CAN A通道控制器、CAN A通道收发器、CAN B通道控制器、CAN B通道收发器和四根信号线；四根信号线构成两路独立的CAN通信链路，其中，两对CAN-High和CAN-Low分别与从站采取菊花链的形式连接。
主站的CAN A通道与所有从站的CAN B通道相连，主站的CAN B通道与所有从站的CAN A通道相连。
如图1所示，当前发送周期到来后，主站的CAN发送线程执行如下操作：
步骤1，判断一级缓存的重发队列中是否有数据需要发送，如果有，执行步骤2，否则，等待下一次发送周期到来，返回步骤1；
步骤2，判断主站的二级缓存是否已满，若未满，执行步骤3，否则，执行步骤4；
步骤3，向主站的CAN A通道控制器内部的二级缓存写入重发队列中需要发送的数据并启动主站CAN A通道发送(即启动发送后，由CAN A通道控制器通过CAN A通道收发器发送数据)，执行步骤6；
步骤4，判断主站的CAN_B通道控制器内部的二级接收/发送缓存是否为空(CAN B通道控制器内部有二级接收缓存和二级发送缓存，这两个缓存都要是空；CANB从理论上只应该进行接收操作，只有接收缓存与发送缓存皆为空时，表示此路CAN线空闲，才承担报文下发的工作，降低系统整体响应时间)，若为空，执行步骤5，否则，等待下一次发送周期到来，返回步骤1；
步骤5，向主站的CAN_B通道控制器的二级发送缓存写入重发队列中需要发送的数据并启动主站CAN_B通道发送，执行步骤6；
步骤6，发送完成之后，将数据报文写至重发队列中。
其中，主站还包括MCU，主站的CAN发送线程运行在MCU。具体的，采取HLK7688模块，运行Openwrt嵌入式linux系统。
其中，一级缓存设置在MCU的RAM中，为一个先进先出的队列，大小动态可扩展。
其中，二级缓存在CAN控制器内部实现，只可以存储三个报文数据。
如图2所示，从站执行如下操作：
步骤7，从站经由CAN_B通道的过滤器过滤CAN帧之后，如果是主站发送的ACK数据则对比重发队列中协议指纹，一致则删除队列中的数据报文。如发送的是数据报文，则进行相关控制处理(驱动显示模块显示信息)，若需要从站回复ACK报文，则跳至步骤9，并启动从站的CAN B通道发送反馈结果(CANB通道对于从站来说只用于发送数据，将报文写进Can控制器后修改寄存器状态启动发送)，不需要发反馈结果则将重发队列中指纹一致的报文删除；
步骤8，从站经由CAN_A通道的过滤器过滤CAN帧之后，如果是主站发送的ACK数据则对比重发队列中协议指纹，一致则删除队列中的数据报文。如发送的是数据报文，则进行相关控制处理(驱动显示模块显示信息)，若需要从站回复ACK报文，则跳至步骤9，并启动发送；
步骤9，从站如果有主动需要上报的信息，判断CAN_B控制器缓存是否已满，已满则启动定时器等待，未满则写入并发送，如果发的数据需要主站回复ACK，则并放至重发队列(重发队列如果在规定的时间内没有收到主站回复的ACK则进行重发)；
步骤10，主站接收线程阻塞等待CAN_B通道，若有ACK报文接收到则对比重发队列中的数字指纹，一致则将ACK报文与重发队列中的控制报文拼接后上传上位机表示本次控制成功，并删除重发队列中的数据。若有数据报文接收到则直接上传给上位机。
其中，从站采用的是MCU采用的是STM32的M3单片机，未使用嵌入式实时操作系统，相当于只有一个进程在跑。
其中，主站从站各自维护重发队列，从站的重发队列相当于主站的一级缓存，但是因为是单片机，从站的重发队列是有限大小的。
其中，协议指的是一个完整的控制报文，而协议指纹指的是对一个完整报文的唯一标识，例如md5，如果回复的报文是ACK，则对比其中的数字指纹和重发队列中的数据，一致则标识报文主站接收成功，删除报文。
其中，即使没有步骤7、步骤8，如果从站有主动需要上报的信息，也可以执行步骤9。
在一个实施例中，控制系统的控制过程如下：
步骤1,主站/从站采用STM32F103芯片，芯片内部集成两路CAN控制器，外围电路配备两路独立的收发器，信号线一共四根，CAN通道数为两个，主站CAN_A与所有从站CAN_B相连，主站CAN_B与所有从站CAN_A相连；
步骤2，主站CAN发送线程结束一次发送周期休眠之后，判断一级缓存于重发队列中是否有数据需要发送。
步骤3，判断二级缓存是否已满。若未满则向CAN_A通道控制器缓存写入数据并启动发送，跳至步骤4。若满了则判断CAN_B通道的控制器内部的二级接收/与发送缓存，若均为空则向CAN_B通道的控制器发送缓存写入数据并启动CAN_B发送跳至步骤5。发送完成之后将协议写至重发队列中，若没有合适的发送通道则等待下一次发送周期；
步骤4，从站经由CAN_B通道的过滤器过滤CAN帧之后，对比重发队列中协议指纹，如需反馈结果则把跳至步骤6，并启动发送；
步骤5，从站经由CAN_A通道的过滤器过滤CAN帧之后，对比重发队列中协议指纹，如需反馈结果则跳至步骤6，并启动发送；
步骤6，从站如果有主动需要上报的信息(例如反馈结果)，判断CAN_A 控制器缓存是否已满，已满则启动线程等待，未满则写入并发送，并放至重发队列。
步骤7，主站接收线程阻塞等待CAN_B通道，若有数据接收到则对比重发队列中的数字指纹，一致则删除重发队列中的数据不再重发此数据，若不一致则直接将接收协议发送至上位机；
本说明书是参照根据本说明书实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的设备。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令设备的制造品，该指令设备实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本说明书的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本说明书范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本说明书进行各种改动和变型而不脱离本说明书的精神和范围。这样，倘若本说明书的这些修改和变型属于本说明书权利要求及其等同技术的范围之内，则本说明书也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种双通道CAN总线通信的控制系统，其特征在于，包括一个主站和多个从站；
主站和从站均包括CAN A通道控制器、CAN A通道收发器、CAN B通道控制器、CAN B通道收发器和四根信号线；
主站的CAN A通道与所有从站的CAN B通道相连，主站的CAN B通道与所有从站的CAN A通道相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当前发送周期到来后，主站的CAN发送线程执行如下操作：
步骤1，判断一级缓存的重发队列中是否有数据需要发送，如果有，执行步骤2，否则，等待下一次发送周期到来，返回步骤1；
步骤2，判断二级缓存是否已满，若未满，执行步骤3，否则，执行步骤4；
步骤3，向主站的CAN A通道控制器内部的缓存写入重发队列中需要发送的数据并启动主站CAN A通道发送，执行步骤6；
步骤4，判断主站的CAN_B通道控制器内部的二级接收/发送缓存是否为空，若为空，执行步骤5，否则，等待下一次发送周期到来，返回步骤1；
步骤5，向主站的CAN_B通道控制器的二级发送缓存写入重发队列中需要发送的数据并启动主站CAN_B通道发送，执行步骤6；
步骤6，发送完成之后，将数据报文写至重发队列中。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，从站执行如下操作：
步骤7，从站经由CAN_B通道的过滤器过滤CAN帧之后，如果是主站发送的ACK数据则对比重发队列中协议指纹，一致则删除队列中的数据报文；如果主站发送的是数据报文，则进行相关控制处理，若需要从站回复ACK报文，则跳至步骤9，并启动发送；
步骤8，从站经由CAN_A通道的过滤器过滤CAN帧之后，如果是主站发送的ACK数据则对比重发队列中协议指纹，一致则删除队列中的数据报文；如果主站发送的是数据报文，则进行相关控制处理，若需要从站回复ACK报文，则跳至步骤9，并启动发送；
步骤9，从站判断CAN_B控制器缓存是否已满，已满则启动定时器等待，未满则写入并发送，如果发的数据需要主站回复ACK，则放至重发队列；
步骤10，主站接收线程阻塞等待CAN_B通道，若有ACK报文接收到则对比重发队列中的数字指纹，一致则将ACK报文与重发队列中的控制报文拼接后上传上位机表示本次控制成功，并删除重发队列中的数据；若有数据报文接收到则直接上传给上位机。
4.根据权利要求1至3任一项所述的系统，其特征在于，所述系统应用于仓储智能拣选系统。
5.一种基于权利要求1所述系统的双通道CAN总线通信的控制方法，其特征在于，包括：
当前发送周期到来后，主站的CAN发送线程执行如下操作：
步骤1，判断一级缓存的重发队列中是否有数据需要发送，如果有，执行步骤2，否则，等待下一次发送周期到来，返回步骤1；
步骤2，判断二级缓存是否已满，若未满，执行步骤3，否则，执行步骤4；
步骤3，向主站的CAN A通道控制器内部的缓存写入重发队列中需要发送的数据并启动主站CAN A通道发送，执行步骤6；
步骤4，判断主站的CAN_B通道控制器内部的二级接收/发送缓存是否为空，若为空，执行步骤5，否则，等待下一次发送周期到来，返回步骤1；
步骤5，向主站的CAN_B通道控制器的二级发送缓存写入重发队列中需要发送的数据并启动主站CAN_B通道发送，执行步骤6；
步骤6，发送完成之后，将数据报文写至重发队列中。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，从站执行如下操作：
步骤7，从站经由CAN_B通道的过滤器过滤CAN帧之后，如果是主站发送的ACK数据则对比重发队列中协议指纹，一致则删除队列中的数据报文；如果主站发送的是数据报文，则进行相关控制处理，若需要从站回复ACK报文，则跳至步骤9，并启动发送；
步骤8，从站经由CAN_A通道的过滤器过滤CAN帧之后，如果是主站发送的ACK数据则对比重发队列中协议指纹，一致则删除队列中的数据报文，如果主站发送的是数据报文，则进行相关控制处理，若需要从站回复ACK报文，则跳至步骤9，并启动发送；
步骤9，从站判断CAN_B控制器缓存是否已满，已满则启动定时器等待，未满则写入并发送，如果发的数据需要主站回复ACK，则放至重发队列；
步骤10，主站接收线程阻塞等待CAN_B通道，若有ACK报文接收到则对比重发队列中的数字指纹，一致则将ACK报文与重发队列中的控制报文拼接后上传上位机表示本次控制成功，并删除重发队列中的数据，若有数据报文接收到则直接上传给上位机。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20220121

Assignee: Zhongguancun Technology Leasing Co.,Ltd.

Assignor: TECHBLOOM (BEIJING) INFORMATION TECHNOLOGY CO.,LTD.

Contract record no.: X2022980021215

Denomination of invention: A Control System of Dual Channel CAN Bus Communication

Granted publication date: 20221014

License type: Exclusive License

Record date: 20221108

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: A Control System of Dual Channel CAN Bus Communication

Effective date of registration: 20221109

Granted publication date: 20221014

Pledgee: Zhongguancun Technology Leasing Co.,Ltd.

Pledgor: TECHBLOOM (BEIJING) INFORMATION TECHNOLOGY CO.,LTD.

Registration number: Y2022980021293

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right