CN115617729A - 通信方法，通信设备和通信系统 - Google Patents

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CN115617729A CN202110806290.9A CN202110806290A CN115617729A CN 115617729 A CN115617729 A CN 115617729A CN 202110806290 A CN202110806290 A CN 202110806290A CN 115617729 A CN115617729 A CN 115617729A
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Abstract

本发明涉及一种用于主从通信结构中的从设备的通信方法，包括：在上电时向主设备发送启动报告以报告所述从设备启动，其中所述启动报告包括所述从设备的身份信息；接收所述主设备的心跳消息；以及在超过预定时间未接收到所述主设备的心跳消息的情况下，向所述主设备以预定时间间隔不断发送所述启动报告直到从所述主设备接收到连接成功的反馈消息。此外，本发明还涉及一种用于具有主从通信结构的通信系统的通信方法，一种用于主从通信结构中的从设备的通信设备以及一种具有主从通信结构的通信系统。

Description

通信方法，通信设备和通信系统
技术领域
本发明涉及一种用于主从通信结构中的从设备的通信方法，一种用于具有主从通信结构的通信系统的通信方法，一种用于主从通信结构中的从设备的通信设备和一种具有主从通信结构的通信系统。
背景技术
在工业制造或过程控制领域中，现场装置与控制装置之间需要进行通信，为此需要设置数字式、串行、多点通信的数据总线，其也被称为现场总线。常见的现场总线有RS422、Ethernet/IP、CAN等，例如，CAN(Controller Area Network，控制器局域网)总线如今被广泛应用于汽车制造、工业自动化、医疗设备等技术领域。在使用CAN总线的情况下，仅通过两条信号线就可以在系统中实现多个模块或设备之间的信号传递，从而大大减少了模块或设备之间的线束的数量。CAN总线采用串行数据传输，当CAN总线上的其中一个节点发送数据时，它以报文形式对总线中的所有节点进行广播。
CAN总线基于OSI的7层网络模型定义了第一层(物理层，ISO11898-2)和第二层(数据链路层ISO11898-1)，这两层完全由硬件实现。若要对CAN总线进行应用还需要定义应用层。
随着设备的互通互联的需求越来越多，需要一种开放的、标准化的协议来定义应用层，从而能够实现一种统一的、标准的通信模式。由CiA(CAN in Automation，CAN与自动化)定义并维护的CANopen CiA301协议是如今应用最广泛的协议之一。此外，在CiA301的基础之上还针对不同行业和应用中的设备开发了不同的子协议。
CANopen(开放CAN)除了提供用于访问设备的CMS(CAN-based MessageSpecification，基于CAN的消息规范)服务功能之外还提供了用于管理设备的NMT(NetworkManagement，网络管理)服务功能。在NMT服务功能的框架下，NMT主设备(master)可以控制所有从设备(slave)的状态，例如初始状态、预操作状态、操作状态和停止状态等。而且，主设备还可以通过BOOTUP(启动)信息确认与从设备的连接以及通过心跳消息判断与从设备的连接是否中断。
然而，在现场总线，例如CAN总线受到外部环境的影响而发生异常的情况下，主设备与从设备之间的通信会受到影响并且甚至发生中断。在这种情况下需要恢复主设备与从设备之间的通信。
发明内容
本公开提供了一种用于主从通信结构中的从设备的通信方法，一种用于具有主从通信结构的通信系统的通信方法，一种用于主从通信结构中的从设备的通信设备和一种具有主从通信结构的通信系统，由此可以在主设备与从设备之间的通信中断的情况下，自动地重新建立主设备与从设备之间的通信连接。
本公开的实施例提供了一种用于主从通信结构中的从设备的通信方法，包括：在上电时向主设备发送启动报告以报告所述从设备启动，其中所述启动报告包括所述从设备的身份信息；接收所述主设备的心跳消息；以及在超过预定时间未接收到所述主设备的心跳消息的情况下，向所述主设备以预定时间间隔不断发送所述启动报告直到从所述主设备接收到连接成功的反馈消息。
根据本公开的实施例，其中，所述通信结构采用CANopen协议；并且所述启动报告为BOOTUP信息。
根据本公开的实施例，其中，所述从设备的通信方法还包括：在超过预定时间未接收到所述主设备的心跳消息的情况下，发出故障指示。
本公开还提供了一种用于具有主从通信结构的通信系统的通信方法，其中所述通信系统包括主设备和从设备，并且所述通信方法包括：所述从设备在上电时向所述主设备发送启动报告以报告所述从设备启动，其中所述启动报告包括所述从设备的身份信息；所述主设备接收所述从设备的心跳消息，并且在超过第一预定时间未接收到所述从设备的心跳消息的情况下，向所述从设备以第一预定时间间隔不断发送恢复初始状态要求消息以使所述从设备恢复初始状态，直到再次接收到所述从设备的启动报告；以及所述从设备接收所述主设备的心跳消息，并且在超过第二预定时间未接收到所述主设备的心跳消息的情况下，向所述主设备以第二预定时间间隔不断发送所述启动报告直到从所述主设备接收到连接成功的反馈消息。
根据本公开的实施例，其中，所述通信结构采用CANopen协议；所述启动报告为BOOTUP信息；以及所述恢复初始状态要求消息为NMT状态命令。
根据本公开的实施例，其中，所述通信系统的通信方法还包括：所述从设备在超过第二预定时间未接收到所述主设备的心跳消息的情况下，发出故障指示。
本公开还提供了一种用于主从通信结构中的从设备的通信设备，包括：初始连接单元，用于在上电时向主设备发送启动报告以报告所述从设备启动，其中所述启动报告包括所述从设备的身份信息；心跳接收单元，用于接收所述主设备的心跳消息；以及重连接单元，用于在超过预定时间未接收到所述主设备的心跳消息的情况下，向所述主设备以预定时间间隔不断发送所述启动报告直到从所述主设备接收到连接成功的反馈消息。
根据本公开的实施例，其中，所述通信结构采用CANopen协议；并且所述启动报告为BOOTUP信息。
本公开还提供了一种具有主从通信结构的通信系统，其中，所述通信系统包括主设备和从设备；所述从设备在上电时向所述主设备发送启动报告以报告所述从设备启动，其中所述启动报告包括所述从设备的身份信息；所述主设备接收所述从设备的心跳消息，并且在超过第一预定时间未接收到所述从设备的心跳消息的情况下，向所述从设备以第一预定时间间隔不断发送恢复初始状态要求消息以使所述从设备恢复初始状态，直到再次接收到所述从设备的启动报告；以及所述从设备接收所述主设备的心跳消息，并且在超过第二预定时间未接收到所述主设备的心跳消息的情况下，向所述主设备以第二预定时间间隔不断发送所述启动报告直到从所述主设备接收到连接成功的反馈消息。
根据本公开的实施例，其中，所述通信结构采用CANopen协议；所述启动报告为BOOTUP信息；以及所述恢复初始状态要求消息为NMT状态命令。
通过根据本公开的用于主从通信结构中的从设备的通信方法，用于具有主从通信结构的通信系统的通信方法，用于主从通信结构中的从设备的通信设备和具有主从通信结构的通信系统，在从设备与主设备之间的通信由于干扰、故障和/或异常而发生中断的情况下，主设备和从设备总是能够在干扰、故障和/或异常消失后自动恢复彼此之间的通信，由此可以免去由维护人员到现场进行操作，并由此降低了恢复通信的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些示例性实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1示出了根据本公开的实施例的、具有主从通信结构的通信系统；
图2示出了根据本公开的实施例的、用于主从通信结构中的从设备的结构；
图3示出了根据本公开的实施例的、用于具有主从通信结构的通信系统的通信方法；
图4示出了根据本公开的实施例的、用于主从通信结构中的从设备的通信方法。
具体实施方式
为了使得本公开的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参考附图详细描述根据本公开的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本公开的一部分实施例，而不是本公开的全部实施例，应理解，本公开不受这里描述的示例实施例的限制。
在本说明书和附图中，基本上相同或相似的步骤和元素用相同或相似的附图标记来表示，并且对这些步骤和元素的重复描述将被省略。同时，在本公开的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性或排序。
图1中示出了根据本公开的实施例的具有主从通信结构的通信系统100，其中设置了主设备110和三个从设备101、102、103，当然也可以设置一个或多个其它数量的从设备，主设备110和从设备101、102、103通过通信线路连接，例如，分别连接到总线120。根据本公开的实施例，主设备和从设备的概念表示从设备受到主设备的管理。例如，在使用CAN总线的情况下，主设备110可以是用于进行网络管理的NMT主设备，总线120可以是由高电平线CANH和低电平线CANL组成的CAN总线。在通信运行中，主设备与从设备之间以及从设备彼此之间可以相互传输数据以进行通信，而在管理运行中，主设备可以向各个从设备发送NMT状态命令以设置其工作状态，例如将其置于初始状态、预操作状态、操作状态和停止状态等。
为了在从设备101、102、103与主设备110之间建立通信连接，从设备101、102、103在上电时向所述主设备110发送启动报告以报告所述从设备101、102、103启动，其中所述启动报告包括所述从设备101、102、103的身份信息。例如，在CANopen协议中，该启动报告是BOOTUP信息，其中BOOTUP信息中包含了该从设备的节点ID。通过BOOTUP信息，NMT主设备知道相应的从设备已经加入了网络，并且知道该从设备的节点ID。在此之后，主设备110可以开始对该从设备进行管理，即进行状态设置。
为了监控从设备是否在线以及从设备的当前状态，从设备101、102、103可以向主设备110发送心跳消息，主设备110接收从设备101、102、103的心跳消息，若超过第一预定时间未接收到从设备101、102、103的心跳消息，主设备110以第一预定时间间隔向从设备101、102、103不断发送恢复初始状态要求消息，在从设备101、102、103接收到恢复初始状态要求消息之后，从设备101、102、103恢复初始状态并能够重新向主设备110发送启动报告，主设备110再次接收到所述从设备101、102、103的启动报告后表示从设备101、102、103连接成功，主设备110停止发送恢复初始状态要求消息。根据本公开的实施例，第一预定时间和第一预定时间间隔可以根据应用的场景和需要预先设定。
例如，在CANopen协议中，从设备作为生产者按照其对象字典中填写的心跳生产时间向NMT主设备发送心跳消息，NMT主设备作为消费者按照其对象字典中填写的心跳消费时间接收该心跳消息。若NMT主设备超过第一预定的时间，即超过特定数量的心跳消费时间还没有接收到从设备的心跳消息，则NMT主设备向相应的从设备发送NMT状态命令。此外，NMT主设备还可以发出故障指示以指示相应的从设备掉线。
主设备也可以向从设备发送心跳消息，从设备接收主设备的心跳消息，并且在超过第二预定时间未接收到所述主设备的心跳消息的情况下，向所述主设备以第二预定时间间隔不断发送所述启动报告直到从所述主设备接收到连接成功的反馈消息。从设备从主设备接收到反馈消息表示主设备与从设备之间已连接成功。第二预定时间和第二预定时间间隔可以根据应用的场景和需要预先设定，其可以与第一预定时间和第一预定时间间隔相同或不同。
例如，在CANopen协议中，NMT主设备可以以广播的方式发送心跳消息，即NMT主设备作为生产者按照其对象字典中填写的心跳生产时间向所有的从设备发送心跳消息。若从设备若超过第二预定时间，即特定数量的心跳消费时间还没有接收到心跳消息，则相应的从设备可以以第二预定时间间隔不断发送BOOTUP信息，NMT主设备接收到BOOTUP信息后，可以向相应的从设备发送NMT状态命令作为反馈消息，若从设备收到NMT状态命令则停止发送BOOTUP消息。此外，若从设备超过第二预定时间，即特定数量的心跳消费时间还没有接收到心跳消息的情况下，从设备本身还可以发出故障指示，以便提醒维护人员进行查看和维修。
图2中示出了上述主从通信结构中的其中一个从设备201，从设备201是通信设备，其包括：初始连接单元203，用于在上电时向主设备发送启动报告以报告所述从设备启动，其中所述启动报告包括所述从设备的身份信息。心跳接收单元204，用于接收所述主设备的心跳消息；以及重连接单元205，用于在超过预定时间未接收到所述主设备的心跳消息的情况下，向所述主设备以预定时间间隔不断发送所述启动报告，直到从所述主设备接收到连接成功的反馈消息。上文参照图1的系统的说明同样适用于从设备201，这里不再赘述。
例如，对于CAN总线中采用CANopen协议的从设备来说，从设备具有发送器，发送器在上电时向NMT主设备发送BOOTUP信息，其中BOOTUP信息中包含了该从设备的节点ID。通过BOOTUP信息，NMT主设备知道相应的从设备已经加入了网络，并且知道该从设备的节点ID。从设备还具有接收器，其可以接收NMT主设备的心跳消息。此外，从设备还具有重连接单元，其可以按照从设备的对象字典中的心跳消费时间来检查所述心跳消息，若在超过预定时间，即特定数量的心跳消费时间未接收到主设备的心跳消息，则向NMT主设备以预定时间间隔不断发送BOOTUP信息，直到从主设备接收到NMT状态命令。
图3示出了用于具有主从通信结构的通信系统的通信方法，其中所述通信系统包括上述主设备和从设备。
为了在从设备与主设备之间建立通信连接，首先执行步骤S301：所述从设备在上电时向所述主设备发送启动报告以报告所述从设备启动，其中所述启动报告包括所述从设备的身份信息。例如，在CANopen协议中，从设备在连接到CAN总线上时，即在上电后要向NMT主设备发送启动报告，即BOOTUP信息，BOOTUP信息中包含有相应从设备的节点ID。通过BOOTUP信息，NMT主设备知道相应的从设备已经加入了网络，并且知道该从设备的节点ID。在此基础上，NMT主设备可以通过上述NMT状态命令来设置或改变该从设备的状态。
为了监控从设备是否在线以及从设备的当前状态，所述主设备执行步骤S302：接收从设备的心跳消息。例如，在CANopen协议中，从设备作为生产者按照其对象字典中填写的心跳生产时间向NMT主设备发送心跳消息，NMT主设备作为消费者按照其对象字典中填写的心跳消费时间接收该心跳消息。
在例如发生通信系统干扰或通信系统故障的情况下，从设备的心跳消息以及其他数据信息可能不能到达主设备，并且主设备的恢复初始状态要求消息以及其他数据信息也不能够到达从设备。在此情况下，主设备执行步骤S303：在超过第一预定时间未接收到所述从设备的心跳消息的情况下，向所述从设备以第一预定时间间隔不断发送恢复初始状态要求消息以使所述从设备恢复初始状态，直到再次接收到从设备的启动报告。例如，在CANopen协议中，若NMT主设备超过第一预定时间，例如超过特定数量的心跳消费时间还没有接收到从设备的心跳消息，则NMT主设备可以以第一预定时间间隔向相应的从设备不断发送恢复初始状态要求消息，在相应的从设备接收到恢复初始状态要求消息之后，该从设备恢复初始状态并能够重新向NMT主设备发送BOOTUP信息，NMT主设备再次接收到该从设备的BOOTUP信息后表示从设备连接成功，NMT主设备停止发送恢复初始状态要求消息。
除了上述通信系统干扰或通信系统故障的情况，本公开的发明人还发现，在通信系统受到外部环境影响，例如剧烈变化的温度或者强的电磁波干扰等的情况下，通信系统可能会出现如下异常情况，即从设备发送的心跳消息以及其他数据信息能够到达主设备，而主设备发送的恢复初始状态要求消息、心跳消息以及其他数据信息不能够到达从设备。在这种情况下，主设备会认为从设备没有掉线并且正在正常运行，因此主设备不会向从设备发送恢复初始状态要求消息以让其恢复到初始状态。针对该问题，从设备还可以执行步骤S304：从设备接收主设备的心跳消息。例如，在CANopen协议中，NMT主设备可以以广播的方式发送心跳消息，即NMT主设备作为生产者按照其对象字典中填写的心跳生产时间向所有的节点，即所有的从设备发送心跳消息；以及步骤S305：在超过第二预定时间未接收到所述主设备的心跳消息的情况下，向所述主设备以第二预定时间间隔不断发送所述启动报告，直到从所述主设备接收到连接成功的反馈消息。例如，在CANopen协议中，若从设备在超过第二预定时间，即特定数量的心跳消费时间未接收到NMT主设备的心跳消息，则从设备向NMT主设备以第二预定时间间隔不断发送启动报告，即BOOTUP信息。根据每个BOOTUP信息，NMT主设备向从设备发送NMT状态命令。在CAN总线中的上述异常消失或被排除的情况下，从设备能够接收到NMT主设备的NMT状态命令，并且由此进入工作状态由此从设备与NMT主设备之间的通信恢复。
图4中示出了主从通信结构中的从设备的通信方法，包括步骤S401：在上电时向主设备发送启动报告以报告所述从设备启动，其中所述启动报告包括所述从设备的身份信息；步骤S402：接收所述主设备的心跳消息；步骤S403：在超过预定时间未接收到所述主设备的心跳消息的情况下，向所述主设备以预定时间间隔不断发送所述启动报告直到从所述主设备接收到连接成功的反馈消息。上文针对通信系统及其方法以及从设备的说明同样适用于从设备的通信方法，在此不再赘述。
例如，在CANopen协议中，从设备在连接到CAN总线上时，即在上电后要向NMT主设备发送启动报告，即BOOTUP信息，BOOTUP信息中包含有相应从设备的节点ID。通过BOOTUP信息，NMT主设备知道相应的从设备已经加入了网络，并且知道该从设备的节点ID，并且从设备能够接收到NMT主设备的心跳信息。因此，NMT主设备可以通过上述NMT状态命令来设置或改变该从设备的状态。在发生上述异常的异常情况下，主设备会认为从设备没有掉线并且正在正常运行，因此主设备不会向从设备发送恢复初始状态要求消息以让其恢复到初始状态。在这种情况下，若从设备在超过预定时间，也就是上述第二预定时间未接收到NMT主设备的心跳消息，则从设备向NMT主设备以第二预定时间间隔不断发送启动报告，即BOOTUP信息。根据每个BOOTUP信息，NMT主设备向从设备发送NMT状态命令。在CAN总线中的上述异常消失或被排除的情况下，从设备能够接收到NMT主设备的NMT状态命令，并且由此从设备与NMT主设备之间的通信恢复。
根据本公开实施例的具有主从通信结构的通信系统及其通信方法以及用于主从通信结构中的从设备的通信设备及其通信方法使得主设备与从设备之间的通信能够在干扰、故障和/或异常消失后自动恢复，从而无需维护人员到现场进行手动恢复，由此大大降低的维护成本。尤其是在从设备的消息和数据能够到达主设备，而主设备的消息和数据不能到达从设备的异常情况下，主设备与从设备之间的通信仍然能够在干扰、故障和/或异常消失后自动恢复，从而无需维护人员到现场进行手动恢复。
本公开中涉及的电路、单元、器件、装置、设备、系统的方框图仅作为示例性的例子并不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些电路、单元、器件、装置、设备、系统，只要能够实现所期望的目的即可。本公开中涉及的电路、单元、器件、装置可以采用任何合适的方式实现，例如采用专用集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)等，也可以采用通用处理器结合程序的方式实现。
本领域技术人员应该理解，上述的具体实施例仅是例子而非限制，可以根据设计需求和其它因素对本公开的实施例进行各种修改、组合、部分组合和替换，只要它们在所附权利要求或其等同的范围内，即属于本公开所要保护的权利范围。

Claims (10)

1.一种用于主从通信结构中的从设备的通信方法，包括：
在上电时向主设备发送启动报告以报告所述从设备启动，其中所述启动报告包括所述从设备的身份信息；
接收所述主设备的心跳消息；以及
在超过预定时间未接收到所述主设备的心跳消息的情况下，向所述主设备以预定时间间隔不断发送所述启动报告直到从所述主设备接收到连接成功的反馈消息。
2.根据权利要求1所述的通信方法，其中
所述通信结构采用CANopen协议；并且
所述启动报告为BOOTUP信息。
3.根据权利要求1或2所述的通信方法，还包括：
在超过预定时间未接收到所述主设备的心跳消息的情况下，发出故障指示。
4.一种用于具有主从通信结构的通信系统的通信方法，其中所述通信系统包括主设备和从设备，并且所述通信方法包括：
所述从设备在上电时向所述主设备发送启动报告以报告所述从设备启动，其中所述启动报告包括所述从设备的身份信息；
所述主设备接收所述从设备的心跳消息，并且在超过第一预定时间未接收到所述从设备的心跳消息的情况下，向所述从设备以第一预定时间间隔不断发送恢复初始状态要求消息以使所述从设备恢复初始状态，直到再次接收到所述从设备的启动报告；以及
所述从设备接收所述主设备的心跳消息，并且在超过第二预定时间未接收到所述主设备的心跳消息的情况下，向所述主设备以第二预定时间间隔不断发送所述启动报告，直到从所述主设备接收到连接成功的反馈消息。
5.根据权利要求4所述的通信方法，其中
所述通信结构采用CANopen协议；
所述启动报告为BOOTUP信息；以及
所述恢复初始状态要求消息为NMT状态命令。
6.根据权利要求4或5所述的通信方法，还包括：
所述从设备在超过第二预定时间未接收到所述主设备的心跳消息的情况下，发出故障指示。
7.一种用于主从通信结构中的从设备的通信设备，包括：
初始连接单元，用于在上电时向主设备发送启动报告以报告所述从设备启动，其中所述启动报告包括所述从设备的身份信息；
心跳接收单元，用于接收所述主设备的心跳消息；以及
重连接单元，用于在超过预定时间未接收到所述主设备的心跳消息的情况下，向所述主设备以预定时间间隔不断发送所述启动报告直到从所述主设备接收到连接成功的反馈消息。
8.根据权利要求1所述的通信设备，其中
所述通信结构采用CANopen协议；并且
所述启动报告为BOOTUP信息。
9.一种具有主从通信结构的通信系统，其中
所述通信系统包括主设备和从设备；
所述从设备在上电时向所述主设备发送启动报告以报告所述从设备启动，其中所述启动报告包括所述从设备的身份信息；
所述主设备接收所述从设备的心跳消息，并且在超过第一预定时间未接收到所述从设备的心跳消息的情况下，向所述从设备以第一预定时间间隔不断发送恢复初始状态要求消息以使所述从设备恢复初始状态，直到再次接收到所述从设备的启动报告；以及
所述从设备接收所述主设备的心跳消息，并且在超过第二预定时间未接收到所述主设备的心跳消息的情况下，向所述主设备以第二预定时间间隔不断发送所述启动报告直到从所述主设备接收到连接成功的反馈消息。
10.根据权利要求9所述的通信系统，其中
所述通信结构采用CANopen协议；
所述启动报告为BOOTUP信息；以及
所述恢复初始状态要求消息为NMT状态命令。
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