[發明專利]一種高效CAN總線通信方法

在審

• 申請號: 201710109839.2
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN106888141A
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 孫愷;劉淼;曹宇男;魏巍
• 申請（專利權）人: 北京艾利特科技有限公司
• 主分類號: H04L12/40
• 分類號: H04L12/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及通信領域，尤其涉及一種高效CAN總線通信方法。

背景技術

CAN(Controller Area Network,控制器局域網)總線是一種多線路網絡通信系統，自1986年德國BOSCH(博世)公司研究開發推出以來，現已成為ISO國際標準化的串行通信協議，CAN總線的高性能和可靠性已被認同，較低的成本與極高的總線利用率，使其被廣泛地應用于工業自動化、船舶、醫療設備、工業設備等方面。

但是，現有CAN總線實際應用中采用的主要方式之一的上位機集中控制的一主多從方式，采用上位機節點對指定下位節點發送指令然后由指定下位節點應答返回數據的一對一應答式的收發模式，在下位節點較多的情況下采用各節點逐一訪問的輪詢控制方式，從而造成整個系統的實時控制性能較差，尤其是對于多軸高速運動控制的數控機床/機器人等領域往往致使運動控制效率偏低。以通過CAN總線控制一個6軸機械臂為例，六個軸外加2個通用I/O模塊，合計8個節點，每個節點數據量為8字節，CAN報文大約為110位，即便按照標準CAN總線最快的1Mbps計算，完整的一次8節點通信，至少需要2毫秒。在實際工作中，由于通信還要考慮可靠性和CAN總線沖突避讓問題的時間損耗，一般需要4至5毫秒，難以滿足多節點、高效率例如1ms左右運動總控制周期的運動控制要求。

此外，現有技術中CAN總線通過數據幀、遙控幀、錯誤幀、過載幀以及幀間隔等五種類型的幀進行通信，其中數據幀用于發送單元向接收單元傳送數據的幀。數據幀由7個段構成，圖1為CAN總線通信協議中數據幀的標準格式和擴展格式結構圖。其中仲裁段是表示該幀優先級的段，數據段則表示數據的內容，可發送0～8個字節的數據。由圖1可知，數據幀的標準幀格式中除去數據段以外另有44bit，擴展幀格式中除去數據段以外另有62bit，也就是說，數據的真實傳輸效率最多僅有64/(44+64)＝59.3％或64/(62+64)＝50.8％，通信的有效數據傳輸效率較低，尤其當各節點數據量較小時，通信效率很低。這種低數據攜帶量的幀格式難以滿足多節點、高精度的運動控制的要求。

發明內容

本發明的一目的，是提供一種高效CAN總線通信方法，通過將主節點與至少2個從節點的通信數據打包進一個數據幀中由上位機主節點進行發送，從節點按照預定的次序返回相應的與主節點通信的數據幀，即采用集中發送、分批返回的這種不對稱的數據通信方式，在一個傳輸周期內上位機主節點完成對更多從節點的下行通信傳輸，從而節約大量的數據傳輸時間，大大提高了通信效率。

本發明的一目的，是提供一種高效CAN總線通信方法，通過將CAN總線數據幀中的ID位用于數據傳輸，提高了CAN總線的通信效率。

為了實現上述目的，本發明提供了以下技術方案：

一種高效CAN總線通信方法，CAN總線上包括至少一個主節點和至少兩個從節點，所述主節點發送的單個數據幀中包括與兩個或大于兩個從節點通信的數據，所述從節點按照預定的次序返回相應的與主節點通信的數據。通過將主節點與至少兩個從節點的通信數據打包進一個數據幀中由主節點進行發送，從節點按照預定的次序返回相應的與主節點通信的數據幀，即將現有技術中一對一主從應答方式改為主節點集中發送、從節點分批返回的不對稱數據通信方式，在相同時間里主節點可以實現對更多從節點的下行通信傳輸，從而節約大量的數據傳輸時間，大大提高了通信效率。

優選的，所述主節點發送的數據幀采用標準幀或擴展幀格式，其中標準幀或擴展幀的ID位部分或全部用于與從節點通信的數據。通過將主節點發送的數據幀中的ID位部分或全部用于數據傳輸，實現在單個數據幀中容納更多的有效數據，從而提高了CAN總線的通信效率。CAN總線通信數據幀的標準幀格式中有11位ID，擴展幀格式中有29位ID，用于數據傳輸后可大幅提高有效數據傳輸效率。

優選的，所述從節點按照預定的次序返回的相應與主節點通信的數據幀采用標準幀或擴展幀格式，其中標準幀或擴展幀的ID位部分或全部用于與主節點通信的數據。通過將從節點返回的數據幀中的ID位部分或全部用于數據傳輸，實現在單個數據幀中容納更多的有效數據，提高了CAN總線的通信效率。