CN115562134A - 一种can总线保护模块、方法、系统及车辆 - Google Patents

一种can总线保护模块、方法、系统及车辆 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种CAN总线保护模块、方法、系统及车辆。该模块中，所述CAN总线保护模块包括保护单元和监控单元，所述保护单元分别连接CAN收发器、控制器和所述监控单元，所述监控单元还连接所述控制器，其中：所述监控单元，用于监控所述控制器的工作状态，根据所述控制器的工作状态生成并向所述保护单元发送第一信号；所述保护单元，用于接收所述CAN收发器和所述控制器之间交互的第二信号，并根据所述第二信号和所述第一信号输出第三信号。本申请提供的模块，不仅能够防止控制器失效对CAN总线的干扰，使得通过CAN总线与该控制器连接的其他控制器处于可控制状态，此外，还能够在CAN总线异常时，避免控制器有异常数据输入。

Description

一种CAN总线保护模块、方法、系统及车辆
技术领域
本申请涉及CAN总线技术领域，特别是涉及一种CAN总线保护模块、方法、系统及车辆。
背景技术
控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）总线是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行现场总线。因其高性能和可靠性，目前在汽车架构中广泛使用CAN总线作为各个控制器间的通信总线。
但是，基于目前的现有技术，当控制器失效时，会对CAN总线造成干扰。例如，当控制器的CAN发送模块出现故障时，可能会导致CAN总线持续接收到控制器的CAN发送模块发送的信息，从而导致网络负载率增高或者CAN总线异常，甚至会引起整个CAN总线瘫痪。
发明内容
本申请提供了一种CAN总线保护模块、方法、系统及车辆 ，能够防止控制器失效对CAN总线的干扰，使得CAN总线上的其他控制器处于可控制状态，此外，还能够在CAN总线异常时，避免控制器有异常数据输入。
第一方面，本申请提供了一种CAN总线保护模块，所述CAN总线保护模块包括保护单元和监控单元，所述保护单元分别连接CAN收发器、控制器和所述监控单元，所述监控单元还连接所述控制器，其中：
所述监控单元，用于监控所述控制器的工作状态，根据所述控制器的工作状态生成并向所述保护单元发送第一信号；
所述保护单元，用于接收所述CAN收发器和所述控制器之间交互的第二信号，并根据所述第二信号和所述第一信号输出第三信号，所述第一信号用于保障所述控制器的工作状态异常时所述第三信号为低电平，且所述第一信号用于保障所述控制器的工作状态正常时所述第三信号与所述第二信号一致。
可选地，所述保护单元，具体用于：
将所述第二信号和所述第一信号输入与门，所述与门输出所述第三信号。
可选地，所述监控单元，具体用于：
若确定所述控制器的工作状态异常，设置所述第一信号为低电平；
若确定所述控制器的工作状态正常，设置所述第一信号为高电平。
可选地，所述保护单元，具体用于：
接收所述控制器的CAN控制模块的发送端发送的所述第二信号；
所述保护单元，还用于向所述CAN收发器发送所述第三信号。
可选地，所述保护单元，具体用于：
接收所述CAN收发器发送的所述第二信号；
所述保护单元，还用于向所述控制器的CAN控制模块的接收端发送所述第三信号。
第二方面，本申请还提供了一种CAN总线保护方法，包括：
根据控制器的工作状态生成第一信号，接收第二信号，所述第二信号为CAN收发器和所述控制器之间交互的信号；
根据所述第二信号和所述第一信号输出第三信号，所述第一信号用于保障所述控制器的工作状态异常时所述第三信号为低电平，且所述第一信号用于保障所述控制器的工作状态正常时所述第三信号与所述第二信号一致。
可选地，所述根据所述第二信号和所述第一信号输出第三信号，包括：
将所述第二信号和所述第一信号输入与门，所述与门输出所述第三信号。
可选地，所述根据控制器的工作状态生成第一信号，包括：
若确定所述控制器的工作状态异常，设置所述第一信号为低电平；
若确定所述控制器的工作状态正常，设置所述第一信号为高电平。
可选地，所述接收第二信号，包括：
接收所述控制器的CAN控制模块的发送端发送的所述第二信号；
所述方法还包括：
向所述CAN收发器发送所述第三信号。
可选地，所述接收第二信号，包括：
接收所述CAN收发器发送的所述第二信号；
所述方法还包括：
向所述控制器的CAN控制模块的接收端发送所述第三信号。
第三方面，本申请还提供了一种CAN总线保护系统，包括：CAN收发器、控制器和上述第一方面所述的CAN总线保护模块，所述CAN总线保护模块分别连接所述CAN收发器和所述控制器，所述CAN总线保护模块用于实现对CAN总线的保护。
第四方面，本申请还提供了一种CAN总线保护车辆，包括上述第三方面所述的CAN总线保护系统。
由此可见，本申请具有如下有益效果：
本申请提供了一种CAN总线保护模块，所述CAN总线保护模块包括保护单元和监控单元，所述保护单元分别连接CAN收发器、控制器和所述监控单元，所述监控单元还连接所述控制器，其中：所述监控单元，用于监控所述控制器的工作状态，根据所述控制器的工作状态生成并向所述保护单元发送第一信号；所述保护单元，用于接收所述CAN收发器和所述控制器之间交互的第二信号，并根据所述第二信号和所述第一信号输出第三信号，所述第一信号用于保障所述控制器的工作状态异常时所述第三信号为低电平，且所述第一信号用于保障所述控制器的工作状态正常时所述第三信号与所述第二信号一致。如此，通过监控所述控制器的工作状态生成第一信号，所述第一信号用于指示所述控制器的工作状态正常与否，根据所述第一信号和所述CAN收发器和所述控制器之间交互的第二信号输出第三信号，不仅能够防止控制器失效对CAN总线的干扰，使得通过CAN总线与该控制器连接的其他控制器处于可控制状态，从而使车辆能在有效时间内进入安全状态，此外，还能够在CAN总线异常时，避免控制器有异常数据输入。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例中一种CAN总线保护系统的结构示意图；
图2为本申请实施例中一种CAN总线保护模块的一实例的结构示意图；
图3为本申请实施例中一种CAN总线保护方法的流程示意图。
具体实施方式
本申请实施例涉及的多个，是指大于或等于两个。需要说明的是，在本申请实施例的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
根据目前的现有技术，当控制器失效时，会对CAN总线造成干扰。例如，当控制器的CAN发送模块出现故障时，可能会导致CAN总线持续接收到控制器的CAN发送模块发送的信息，从而导致网络负载率增高或者CAN总线异常，甚至会引起整个CAN总线瘫痪。
基于此，本申请实施例提供了一种CAN总线保护模块，所述CAN总线保护模块包括保护单元和监控单元，所述保护单元分别连接CAN收发器、控制器和所述监控单元，所述监控单元还连接所述控制器，其中：所述监控单元，用于监控所述控制器的工作状态，根据所述控制器的工作状态生成并向所述保护单元发送第一信号；所述保护单元，用于接收所述CAN收发器和所述控制器之间交互的第二信号，并根据所述第二信号和所述第一信号输出第三信号，所述第一信号用于保障所述控制器的工作状态异常时所述第三信号为低电平，且所述第一信号用于保障所述控制器的工作状态正常时所述第三信号与所述第二信号一致。如此，通过监控所述控制器的工作状态生成第一信号，所述第一信号用于指示所述控制器的工作状态正常与否，根据所述第一信号和所述CAN收发器和所述控制器之间交互的第二信号输出第三信号，不仅能够防止控制器失效对CAN总线的干扰，使得通过CAN总线与该控制器连接的其他控制器处于可控制状态，从而使车辆能在有效时间内进入安全状态，此外，还能够在CAN总线异常时，避免控制器有异常数据输入。
为便于理解本申请实施例提供的自动化测试编码器的具体实现，下面将结合附图进行说明。
图1为本申请实施例提供的一种CAN总线保护系统100的结构示意图和一种CAN总线保护模块120的结构示意图，请参阅图1，该CAN总线保护系统100包括：CAN总线保护模块120、CAN收发器130和控制器110，所述CAN总线保护模块120包括保护单元121和监控单元122，所述保护单元121分别连接所述CAN收发器130、所述控制器110和所述监控单元122，所述监控单元122还连接所述控制器110，其中：所述监控单元122，用于监控所述控制器110的工作状态，根据所述控制器110的工作状态生成并向所述保护单元121发送第一信号；所述保护单元121，用于接收所述CAN收发器130和所述控制器110之间交互的第二信号，并根据所述第二信号和所述第一信号输出第三信号，所述第一信号用于保障所述控制器110的工作状态异常时所述第三信号为低电平，且所述第一信号用于保障所述控制器110的工作状态正常时所述第三信号与所述第二信号一致。
图1中的直线表示各连接部件之间的信号传输，控制器110与监控单元122之间可以使用串行外设接口（Serial Peripheral Interface，SPI）连接，还可以使用其他高速总线连接。控制器110除正常处理收发消息还具备与监控单元122实时通信的功能。监控单元122通过SPI或其他高速总线可与控制器110进行通信，以判断控制器110工作的状态。CAN收发器130为成熟电路模块，不仅用于CAN总线上的电平转换，还用于CAN总线信号的滤波处理。
在目前的结构中，控制器110和CAN收发器130之间没有CAN总线保护模块120，所以，当控制器110出现故障，例如控制器110中的CAN控制模块的发送端出现故障，致使CAN收发器130一直接收信号，进而导致CAN总线受到干扰；又如，当CAN总线异常，致使控制器110中的CAN控制模块的接收端一直接收CAN收发器130发送信号，进而导致控制器110有异常故障数据输入。
本申请实施例提供的结构中，在控制器110和CAN收发器130之间设置CAN总线保护模块120，所以，当控制器110中的CAN控制模块的发送端出现故障时，CAN总线保护模块120中的监控单元122输出的第一信号为低电平，经由保护单元121，使得发送给CAN收发器130的第三信号与第一信号保持一致，避免了CAN收发器130有异常故障数据输入，进而保护了CAN总线免受异常干扰；同理，当控制器110中的CAN控制模块的接收端出现故障时，CAN总线保护模块120中的监控单元122输出的第一信号为低电平，经由保护单元121，使得发送给控制器110的第三信号与第一信号保持一致，避免了控制器110有异常故障数据输入。
第一信号为监控单元122监控控制器110的工作状态生成并向保护单元121发送的信号，第二信号可以是控制器110向CAN收发器130发送的信号，也可以是CAN收发器130向控制器110发送的信号，第三信号为保护单元121根据第一信号和第二信号得到的。当控制器110的工作状态异常时，第一信号用于保障第三信号为低电平，当控制器110的工作状态正常时，第一信号用于保障第三信号与第二信号一致。
在一些实现方式中，所述保护单元121，具体用于：将所述第二信号和所述第一信号输入与门，所述与门输出所述第三信号。该实现方式中，作为一个示例，所述监控单元122，具体用于：若确定所述控制器110的工作状态异常，设置所述第一信号为低电平；若确定所述控制器110的工作状态正常，设置所述第一信号为高电平。
保护单元121中的与门接收第一信号和第二信号并输出第三信号。监控单元122监控控制器110的工作状态异常后生成第一信号，则，无论第二信号是高电平还是低电平，与门输出的第三信号均为低电平，如此，保障了控制器110异常时CAN总线和控制器110之间信号的隔离；监控单元122监控控制器110的工作状态正常后生成第一信号，保障与门输出的第三信号与第二信号一致，即，第二信号是低电平时第一信号保证与门输出的第三信号为低电平，第二信号为高电平时第一信号保证与门输出的第三信号为高电平。
一种情况下，当第二信号是控制器110向CAN收发器130发送的信号时，所述保护单元121，具体用于：接收所述控制器110的CAN控制模块的发送端发送的所述第二信号；所述保护单元121，还用于向所述CAN收发器130发送所述第三信号。
另一种情况下，当第二信号是CAN收发器130向控制器110发送的信号时，所述保护单元121，具体用于：接收所述CAN收发器130发送的所述第二信号；所述保护单元121，还用于向所述控制器110的CAN控制模块的接收端发送所述第三信号。
作为一个示例，控制器110的异常，可以是例如CAN总线异常导致控制器110的CAN控制模块的接收端一直接收CAN收发器130发送的信号，那么第二信号为保护单元121接收CAN收发器130发送的信号；此外，控制器110的异常，也可以是控制器110出现故障，例如控制器110内部的CAN控制模块的发送端一直向CAN收发器130发送信号，那么第二信号为控制器110的CAN控制模块的发送端发送的信号。
通过上述实施例，不仅能够防止控制器失效对CAN总线的干扰，使得通过CAN总线与该控制器连接的其他控制器处于可控制状态，从而使车辆能在有效时间内进入安全状态，此外，还能够在CAN总线异常时，避免控制器的接收端接收数据。
为了使得本申请实施例提供的模块更加清楚且易于理解，下面以保护单元中包括两个与门为例，结合具体的电路结构场景，对该CAN总线保护模块的一个具体实例进行说明。
如图2所示，本申请实施例可以包括：主控制器、保护电路、监控集成电路、CAN收发器和CAN总线。需要说明的是，主控制器对应图1的控制器110，保护电路对应图1中CAN总线保护模块120中的保护单元121，监控集成电路对应图1中的监控单元122，CAN收发器对应图1中的CAN收发器130。图2中，主控制器的TX为发送端信号，主控制器的RX为接收端信号。监控集成电路的SW_TX为监控主控制器的发送端的工作状态所生成的信号，监控集成电路的SW_RX为监控主控制器接收端的工作状态所生成的信号。CAN收发器的TX1为接收主控制器的信号，CAN收发器RX1为发送主控制器的信号。
保护电路的原理示意图如图2所示，其中，Q1和Q2为两个与门，其真值表如表1所示，A、B为与门的输入值，Y为与门的输出值，需要说明的是，x即表示逻辑状态“0”或“1”均可。
Figure 895397DEST_PATH_IMAGE002
在图2的保护电路中，TX连接与门Q1的A端，SW_TX连接与门Q1的B端，TX1连接与门Q1的Y端。在具体实现过程中，与门Q1接收TX和SW_TX，输出TX1。
如表2所示，若主控制器失效，例如主控制器中的CAN控制模块的发送端出现异常，监控集成电路设置SW_TX的逻辑状态为“0”，即为低电位，TX的逻辑状态为“x”表示不论TX的逻辑状态为“0”还是“1”，保护电路均通过硬件将TX1发送信号处理为低电位，即TX1的逻辑状态为“0”，如此，避免了CAN收发器有异常故障数据输入，进而保护了CAN总线免受异常干扰，使得总线上的其他设备仍可正常通信。
若监控集成电路未检测到主控制器工作异常，监控集成电路设置SW_TX的逻辑状态为“1”，即为高电位，则TX1的逻辑状态和TX的逻辑状态保持一致。需要说明的是，在一些场景下，如与门Q1接收不到监控集成电路发送的SW_TX时，SW_TX可以将逻辑状态默认设置为“1”。
Figure 874855DEST_PATH_IMAGE004
在图2的保护电路中，RX1连接与门Q2的A端，SW_RX连接与门Q2的B端，RX连接与门Q2的Y端。在具体实现过程中，与门Q2接收RX1和SW_RX，输出RX。
如表3所示，当CAN总线出现故障，比如短路到电源、短路到地或其他异常故障，从而主控制器一直接收到CAN收发器的发送信号，造成主控制器的接收端异常，该情况下，监控集成电路设置SW_RX的逻辑状态为“0”，即为低电位，RX1的逻辑状态为“x”表示不论RX1的逻辑状态为“0”还是“1”，保护电路均通过硬件将RX接收信号处理为低电位，即RX的逻辑状态为“0”，如此，避免了主控制器有异常故障数据输入。
若监控集成电路未检测到主控制器工作异常，监控集成电路设置SW_RX的逻辑状态为“1”，即为高电位，则RX的逻辑状态和RX1的逻辑状态保持一致。需要说明的是，在一些场景下，如与门Q2接收不到监控集成电路发送的SW_TX时，SW_RX可以将逻辑状态默认设置为“1”。
Figure 123433DEST_PATH_IMAGE006
需要说明的是，图2所示的保护电路的结构仅为一种实现本申请实施例的举例，本申请实施例中CAN总线保护模块中的保护单元还可以采用其他形式实现，例如，本申请实施例中CAN总线保护模块中的保护单元还可以是软件实现的。
在一些场景下，电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU）失效可能是微控制器单元（Micro Controller Unit，MCU）引起的，通过本申请实施例的CAN总线保护模块，能够防止ECU自身失效对CAN总线的干扰，使得通过CAN总线与该控制器连接的其他控制器处于可控制状态，从而使车辆能在有效时间内进入安全状态，此外，还能够在CAN总线异常时，避免控制器的接收端接收数据。
图3为本申请实施例提供的一种CAN总线保护方法的流程示意图。该方法可以应用于上述图1所示的CAN总线保护模块120。如图3所述，该方法可以包括：
S301：根据控制器的工作状态生成的第一信号并接收CAN收发器和所述控制器之间交互的第二信号。
第一信号为根据控制器的工作状态所生成的信号，第二信号为CAN收发器和控制器之间交互的信号。需要说明的是，第二信号可以是控制器向CAN收发器发送的信号，也可以是CAN收发器向控制器发送的信号。
在一些实现方式中，所述方法还包括：将所述第二信号和所述第一信号输入与门，所述与门输出所述第三信号。该实现方式中，作为一个示例，所述根据控制器的工作状态生成第一信号，包括：若确定所述控制器的工作状态异常，设置所述第一信号为低电平；若确定所述控制器的工作状态正常，设置所述第一信号为高电平。
S302：根据所述第二信号和所述第一信号输出第三信号，所述第一信号用于保障所述控制器的工作状态异常时所述第三信号为低电平，且所述第一信号用于保障所述控制器的工作状态正常时所述第三信号与所述第二信号一致。
若控制器的工作状态异常时，则第三信号为低电平，若控制器的工作状态正常，则第三信号与第二信号一致。
一种情况下，所述接收第二信号，包括：接收所述控制器的CAN控制模块的发送端发送的所述第二信号；所述方法还包括：向所述CAN收发器发送所述第三信号。
另一种情况下，所述接收第二信号，包括：接收所述CAN收发器发送的所述第二信号；所述方法还包括：向所述控制器的CAN控制模块的接收端发送所述第三信号。
此外，本申请实施例还提供了一种CAN总线保护车辆，包括CAN总线保护系统。所述CAN总线保护系统，例如可以是上述图1所述的CAN总线保护系统100。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法中的全部或部分步骤可借助软件加通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案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存储介质中，如只读存储器（英文：read-only memory，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，或者诸如路由器等网络通信设备）执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。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模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，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标。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，并非用于限定本申请的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种CAN总线保护模块，其特征在于，所述CAN总线保护模块包括保护单元和监控单元，所述保护单元分别连接CAN收发器、控制器和所述监控单元，所述监控单元还连接所述控制器，其中：
所述监控单元，用于监控所述控制器的工作状态，根据所述控制器的工作状态生成并向所述保护单元发送第一信号；
所述保护单元，用于接收所述CAN收发器和所述控制器之间交互的第二信号，并根据所述第二信号和所述第一信号输出第三信号，所述第一信号用于保障所述控制器的工作状态异常时所述第三信号为低电平，且所述第一信号用于保障所述控制器的工作状态正常时所述第三信号与所述第二信号一致。
2.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，所述保护单元，具体用于：
将所述第二信号和所述第一信号输入与门，所述与门输出所述第三信号。
3.根据权利要求2所述的模块，其特征在于，所述监控单元，具体用于：
若确定所述控制器的工作状态异常，设置所述第一信号为低电平；
若确定所述控制器的工作状态正常，设置所述第一信号为高电平。
4.根据权利要求1-3任一项所述的模块，其特征在于，所述保护单元，具体用于：
接收所述控制器的CAN控制模块的发送端发送的所述第二信号；
所述保护单元，还用于向所述CAN收发器发送所述第三信号。
5.根据权利要求1-3任一项所述的模块，其特征在于，所述保护单元，具体用于：
接收所述CAN收发器发送的所述第二信号；
所述保护单元，还用于向所述控制器的CAN控制模块的接收端发送所述第三信号。
6.一种CAN总线保护方法，其特征在于，包括：
根据控制器的工作状态生成第一信号，并接收第二信号，所述第二信号为CAN收发器和所述控制器之间交互的信号；
根据所述第二信号和所述第一信号确定第三信号，所述第一信号用于保障所述控制器的工作状态异常时所述第三信号为低电平，且所述第一信号用于保障所述控制器的工作状态正常时所述第三信号与所述第二信号一致。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述接收第二信号，包括：
接收所述控制器的CAN控制模块的发送端发送的所述第二信号；
所述方法还包括：
向所述CAN收发器发送所述第三信号。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述接收第二信号，包括：
接收所述CAN收发器发送的所述第二信号；
所述方法还包括：
向所述控制器的CAN控制模块的接收端发送所述第三信号。
9.一种CAN总线保护系统，其特征在于，包括：CAN收发器、控制器和权利要求1-5任一项所述的CAN总线保护模块，所述CAN总线保护模块分别连接所述CAN收发器和所述控制器，所述CAN总线保护模块用于实现对CAN总线的保护。
10.一种CAN总线保护车辆，其特征在于，包括权利要求9所述的CAN总线保护系统。
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