[發明專利]一種雙余度CAN總線的網絡控制方法

有效

• 申請號: 200910091283.4
• 申請日: 2009-08-17
• 公開（公告）號: CN101631057A
• 公開（公告）日: 2010-01-20
• 發明（設計）人: 祝明;姜光泰;鄭澤偉;呂明云
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H04L12/40
• 分類號: H04L12/40;H04L12/24;H04L1/22
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司
• 代理人: 王順榮;唐愛華

一、技術領域：

本發明涉及一種雙余度CAN(控制器局域網)總線的網絡控制方法，它用于提高機電控制領域CAN總線應用的可靠性，屬航空電子和空間技術領域。

二、背景技術：

綜合考慮傳輸速率、可靠性、應用成本等因素，成熟的CAN總線技術已逐步在飛行器設計尤其是無人機應用中得到認可。基本的CAN協議由于采用短幀格式、非破壞性位仲裁技術以及CRC(循環冗余校驗)校驗和幀內應答等檢錯措施，極大地保證了消息傳輸的正確性與可靠性。但是，與普通的工業應用不同，航空航天領域對整個系統的可靠性有著更高的要求，而實際應用中總線驅動器或控制器的異常，傳輸介質的損壞及環境的干擾等都會整個總線網絡產生影響。因此，要滿足長時間可靠運行的要求，采用余度設計是必要的。由于CAN的成熟應用，目前已有多款帶2個CAN通道的微控制器可以選用，硬件基礎比較完善。本發明從系統設計出發，旨在解決CAN總線應用層的錯誤檢測及冗余機制實現問題。

三、發明內容：

1、目的：本發明的目的是提供一種雙余度CAN總線的網絡控制方法，它綜合考慮了設計對象的特點和現有的技術條件，避免因單個節點錯誤或部分介質故障而導致整個網絡癱瘓的情況發生，提出了一套基于雙余度CAN總線的錯誤檢測和故障處理方法，用于提高全系統的可靠性。

2、技術方案：典型航電系統雙余度CAN總線網絡的基本組成如圖1所示。雖然CAN總線本身為多主工作方式，各節點不分主從，但實際應用中一般會有一部或多部機載計算機作為主控節點，通過測量裝置讀取信息，同時發送指令控制執行裝置；而測量裝置和執行裝置主要是被動的執行指令，互相之間無直接聯系，這就為實現整個網絡的集中控制提供了可能。另外，為了保證系統通信一致，規定如下原則：

(1)一般情況下，同一時刻只能利用一條通道，避免交叉使用，以保證各節點能共享總線上的數據；

(2)系統穩定運行時只有一個主控節點，用于對網絡的檢測情況進行匯總，決定是否進行通道切換等。

為了實現全系統的分布控制與集中管理，在不改變硬件的條件下，這里將全部網絡節點劃分為主控節點和一般節點。一般節點要完成通信錯誤檢測和上報的功能，主控節點除了自身錯誤檢測之外還要對全系統的錯誤進行匯總，以決定是否進行通道切換和隔離部分異常節點等。

本發明一種雙余度CAN總線的網絡控制方法，具體步驟如下：

步驟一：系統上電及節點初始化

各節點設備按照相應的操作程序分別上電，并啟動上電自檢。由于CAN總線系統是分布式結構，所以此過程由各節點按照自身要求分別獨立完成。對于節點內部CAN控制器的初始化要求是：兩路CAN總線以熱冗余方式工作，即各兩個CAN控制器都處于熱備份狀態，經初始化后都隨時準備接收信息。

步驟二：系統初始化檢測

各節點上電自檢完成后，要求全系統進行檢測以確認狀態，該過程由主控節點的上電檢測程序控制完成。主控節點發送檢測報文查詢各節點的狀態，兩路CAN總線依次進行，以確定系統連接狀態。如果各節點連接均正常，通信無誤，則繼續執行下一步；否則，主控節點將檢測到的異常情況上報，由操作人員進行決策，忽略錯誤繼續執行或排除故障后再進行重啟等操作。

步驟三：正常工作及周期檢測

初始化檢測通過后，系統正常工作開始。在完成相應功能的同時，各節點周期檢測CAN總線通信情況，并將檢測結果上報給主控節點。

為了保證故障檢測的完整性，根據CAN總線的結構特點，這里對錯誤進行了分類，以便于針對不同錯誤情況進行處理。在CAN總線系統中，從單個節點的角度，所有錯誤可以分為主動錯誤和被動錯誤。前者是由于節點自身故障引起的，而后者則是由于其他節點故障或通信介質故障使本節點的功能受到影響。

主動錯誤和被動錯誤中他節點故障均可以通過節點行為來檢測，而對于通信介質故障這里通過CAN控制器錯誤計數進行間接判斷。一般情況下，CAN控制器可以對發送和接收錯誤進行計數，根據錯誤計數所處范圍，CAN2.0協議中規定節點處于下面三種狀態之一：錯誤激活態、忽略錯誤態、脫離總線態。另外，當錯誤計數數值大于96時，說明總線被嚴重干擾，因此這里多規定一種警告態。通過CAN控制器狀態異常，可以界定一些經驗性的通信介質故障。

步驟四：系統運行中異常處理