CN210225442U - 基于全备份的双can冗余系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于全备份的双CAN冗余系统，包括CAN网关模块和两路CAN总线连接，两路CAN总线分别通过CAN网关模块与设备相连；所述的CAN网关模块包括单处理器、三个CAN控制器和三个CAN收发器，单处理器连接三个CAN控制器，每个CAN控制器连接一个CAN收发器形成三条CAN理链路，其中一条与设备相连，另外两条分别接入一条CAN总线。本实用新型在原有CAN总线A的基础上，新增一条CAN总线B，各个设备分别接入CAN总线A和CAN总线B，使原先的单CAN总线拓扑结构扩展为双CAN总线拓扑结构。当通信系统出现CAN总线故障时，可以通过另一条总线继续通信，从而提高系统的可靠性。

Description

基于全备份的双CAN冗余系统

技术领域

本实用新型涉及领域，具体是一种基于全备份的双CAN冗余系统。

背景技术

现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网，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。CAN(Controller Area Network，控制器局域网)总线是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信总线，是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN总线具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力好、成本低、检错能力强等优点，已经在工业控制、汽车电子控制系统、船舶运输和航空航天等方面得到了广泛的应用。

在实际应用中，硬件电路的连接不牢、传输介质的损坏、总线驱动器或控制器的损坏都会影响CAN通信的可靠性，因此往往采取双CAN冗余总线来提高通信的可靠性。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术的问题，提供了一种基于全备份的双CAN冗余系统，当通信系统出现CAN总线故障时，可以通过另一条总线继续通信，从而提高系统的可靠性。

本实用新型提供了一种基于全备份的双CAN冗余系统包括CAN网关模块和两路CAN总线连接，两路CAN总线分别通过CAN网关模块与设备相连；所述的CAN网关模块包括采用STM32芯片的单处理器、三个CAN控制器和三个CAN收发器，单处理器连接三个CAN控制器，每个CAN控制器连接一个CAN收发器形成三条CAN物理链路，其中一条与设备相连，另外两条分别接入一条CAN总线。

本实用新型还提供了一种基于全备份的双CAN冗余方法。CAN总线的冗余设计方法包括部分冗余方法和全面冗余方法。本技术方案采取了全面冗余的方法，即使用两条完全独立的CAN总线，两个CAN收发器和CAN控制器，实现物理层、数据链路层的全面冗余。将单处理器连接两个CAN控制器，每个CAN控制器连接一个CAN收发器，每个CAN收发器再接入一条总线，形成两条独立的总线系统。

为了将原有的单CAN网络系统扩展为双CAN网络系统，新增了CAN网关模块。将设备与CAN网关模块连接，再通过CAN网关模块分别与两路CAN总线连接，从而实现将设备分别接入至两条总线，形成“双路CAN安全冗余”网络。

总线的备份方式有两种，一种是热备份，一种是全备份。本技术方案采取的是全备份的方式，即两条总线同时运行且独立工作。设备向总线发送CAN报文时，先将报文发送至CAN网关模块，CAN网关模块不判断两路总线的故障状态，将报文通过两路CAN同时发往两条总线；设备从总线接收报文时，CAN网关模块通过两路CAN接收两条总线的报文，并对两路CAN接收的报文进行对比分析，去除重复数据后再发送给设备。当一条总线出现故障时，不需要进行总线的切换，另一条总线仍能独立完成CAN网络的通信任务，相当于退回了单CAN运行的模式。

本实用新型有益效果在于：

（1）采用单处理器，与总线连接端配置双CAN控制器、双CAN收发器、双CAN总线的全面冗余结构，该结构实现简单，可靠性高。

（2）总线运行采用的全备份方式，在总线故障时不需要考虑复杂的总线切换，可避免总线切换所带来的不安全因素，大大提高系统的可靠性。

（3）新增的CAN网关模块，可以在原有单CAN总线系统上，通过最小代价实现单CAN总线向双CAN总线的扩展，实现成本低廉。

附图说明

图1是双CAN拓扑结构示意图。

图2是CAN总线全面冗余方法原理图。

图3是设备接入双CAN总线方式示意图。

图4是CAN网关模块电路原理示意图。

图5是发送模块工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型所采用的双CAN拓扑结构如图1所示，在原有CAN总线A的基础上，新增一条CAN总线B，各个设备分别接入CAN总线A和CAN总线B，使原先的单CAN总线拓扑结构扩展为双CAN总线拓扑结构。CAN总线全面冗余方法原理图如图2所示，每个处理器并行连接CAN控制器A和CAN控制器B，两个CAN控制器再分别连接CAN收发器A和CAN收发器B，最后再分别接入CAN总线A和CAN总线B。

CAN网关模块则集成了上述双CAN控制器和双CAN收发器的功能，设备接入总线时先接入CAN网关模块，再通过CAN网关模块接入CAN总线A和CAN总线B，如图3所示。CAN网关模块的具体电路原理图如图4所示，采用STM32芯片，内置三个CAN控制器，即CAN控制器1、CAN控制器2和CAN控制器3，分别与CAN收发器1、CAN收发器2、CAN收发器3连接，形成三路CAN物理链路。CANH1和CANL1与设备原先接入总线的电气接口连接，CANH2和CANL2与CAN总线A连接，CANH3和CANL3与CAN总线B连接。所组成的CAN网A和CAN网B地位是相同的，互为备份，不分主从。

CAN网关模块管理软件主要包含发送模块和接收模块两部分。

发送模块用于设备向总线发送数据，工作流程图如图5所示。CAN网关模块通过CAN1H、CAN1L接收设备发送给总线的报文，并对报文进行合法性检查，丢弃非法报文后，将合法报文存入缓冲区中，然后再依次将缓冲区中的报文分别通过CAN2H、CAN2L和CAN3H、CAN3L同时发送给CAN总线A和CAN总线B，因此两条总线上传输的报文是完全一致的。当其中一条总线出现故障时，另外一条总线仍然能够正常的将设备发送的报文传输出去。

接收模块用于设备接收总线传输的数据。CAN网关模块通过CAN2H、CAN2L和CAN3H、CAN3L分别接收总线A和总线B上的报文，对报文进行过滤以及合法性检查后，将符合要求的报文存入缓冲区内，此时缓冲区内由于同时存放了两条总线上的报文，因此需要去除掉其中一份重复的报文。去除重复报文时，是将当前报文与一定时间间隔内的报文依次对比分析，如果发现两条报文完全一致，则将当前报文丢弃，通过此操作，可以将从两条总线中接收到的重复报文去除。如果一条总线故障，则只能接收到一份报文，相当于退回了单CAN总线的接收状态。

本实用新型具体应用途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于全备份的双CAN冗余系统，其特征在于：包括CAN网关模块和两路CAN总线连接，两路CAN总线分别通过CAN网关模块与设备相连；所述的CAN网关模块包括单处理器、三个CAN控制器和三个CAN收发器，单处理器连接三个CAN控制器，每个CAN控制器连接一个CAN收发器形成三条CAN理链路，其中一条与设备相连，另外两条分别接入一条CAN总线。

2.根据权利要求1所述的基于全备份的双CAN冗余系统，其特征在于：所述的单处理器采用STM32芯片。

3.根据权利要求1所述的基于全备份的双CAN冗余系统，其特征在于：所述的CAN收发器内置隔离模块。

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