[发明专利]一种冗余CAN总线通信系统的数据通信方法

说明书

一种冗余CAN总线通信系统的数据通信方法，包括：发送端将包含滚动计数值a的PDO报文在两条CAN总线上发送；发送端发送具有同一个报文ID的PDO报文时，每发送一帧PDO报文，滚动计数值a加1，a的初始值为0，上限值为N，当a达到N时，重新从1开始计数；在接收端设置期望计数器和无效接收窗口，期望计数器的计数值b表示期望接收到的PDO报文的滚动计数值；接收端每接收到发送端的一帧PDO报文时，先判断报文是否有效；在报文为有效报文、且a为0时，将b设为1；在报文为有效报文、且b＜N时，将b更新为b=a+1，如b=N，则令b=1；接收端在接收到无效报文时，丢弃该无效报文，并维持b不变。本发明可避免接收端产生新旧数据的震荡。

技术领域

本发明涉及现场总线通信技术，尤其涉及冗余CAN总线通信系统的数据通信方法。

背景技术

目前，CAN总线技术已被广泛应用于工业控制领域。CAN总线分为物理层、数据链路层和应用层。其中，物理层和数据链路层遵循CAN2.0协议规范。1992年，CIA组织成立，其首要任务之一就是制定CAN应用层协议。目前，通过的协议规范包括DeviceNet、CANOpen等。CANOpen规范是工业控制领域权威的规范，其包括系列文档。其中，最基本的为CANOpen301，已正式发布并应用。此外，CANOpen302是针对浮动主节点的规范，CANOpen307是海事规范。对于安全等级要求较高的系统而言，尤其是硬实时嵌入式系统而言(海事领域、航空航天等领域)，对传输数据的可靠性要求较高，因此通常会采用冗余CAN总线通信系统。冗余CAN总线通信系统的物理层结构如图1所示，其中，节点100包括两个CAN控制器101、102以及两个CAN收发器103、104。目前的冗余CAN总线系统主要有以下几种通信方式：

1、双CAN通信系统的简单冗余:

这种方式简单地将双CAN冗余通讯系统作为单CAN系统的重复，在两条CAN总线上发送和接收数据。其通信方式过于简单，如果在数据通信过程出现阻塞状况，同一帧报文将会在不同的时间到达接收方，从而导致数据的反复震荡，数据一致性差。对于实时系统而言，将会很大程度影响系统的功能和可靠性。

2、冗余系统的冷备份：

所谓冷备份即数据首先在一条CAN总线上进行传输，当使用的这一条CAN总线出现故障时，再使用另外一条CAN总线代替故障的CAN总线，进行数据的传输。该种传输机制由于任一时刻只有一条CAN总线在传输数据，也即可以保证数据的一致性问题。但是，其存在下面问题：(1)在总线切换的过程中会出现数据的丢失以及数据的延时传输；(2)当使用的那一条CAN总线出现短暂的干扰或故障时，该机制失去冗余的含义，因此，对于实时系统而言，冷备份系统并不适合。

3、CANOpen307规范中使用的热备份：

针对单CAN总线网络而言，CIA组织提出了CANOpen301规范。而海事电子产品由于其安全等级较高，因此采用冗余CAN总线，并在CANOpen301基础上提出了CANOpen307规范。目前，CANOpen307规范仍然是草稿版，未正式发布。

CANOpen307规范中也是采用热冗余，即两条CAN总线都进行过程数据(PDO)的发送，其从源端保证数据的一致性。即：待发送的CAN报文，从请求发送开始，到放入CAN控制器进行发送，会分别在两条CAN总线上进行计时，如果超过设定的时间窗口，会将报文舍弃，从而保证数据的一致性。但是，这种通信方式存在以下问题：（1）时间窗口的设置不能无限的大，要小于报文的禁止时间，否则仍然会出现乱序的问题；（2）在有限的时间窗口内，可能出现下面情况：当两条CAN总线都收到干扰时，会导致总线报文发送延迟，两条CAN总线上的报文都超过设定的时间窗口，将报文舍弃。那么，对于实时嵌入式系统来讲，丢弃了重要的报文，延迟了报文的接收时间，将会对系统产生不可预估，甚至是破坏性的影响。（3）在代码实现机制上复杂。

发明内容