[发明专利]一种高效CAN总线通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种高效CAN总线通信方法。

背景技术

CAN(Controller Area Network,控制器局域网)总线是一种多线路网络通信系统，自1986年德国BOSCH(博世)公司研究开发推出以来，现已成为ISO国际标准化的串行通信协议，CAN总线的高性能和可靠性已被认同，较低的成本与极高的总线利用率，使其被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。

但是，现有CAN总线实际应用中采用的主要方式之一的上位机集中控制的一主多从方式，采用上位机节点对指定下位节点发送指令然后由指定下位节点应答返回数据的一对一应答式的收发模式，在下位节点较多的情况下采用各节点逐一访问的轮询控制方式，从而造成整个系统的实时控制性能较差，尤其是对于多轴高速运动控制的数控机床/机器人等领域往往致使运动控制效率偏低。以通过CAN总线控制一个6轴机械臂为例，六个轴外加2个通用I/O模块，合计8个节点，每个节点数据量为8字节，CAN报文大约为110位，即便按照标准CAN总线最快的1Mbps计算，完整的一次8节点通信，至少需要2毫秒。在实际工作中，由于通信还要考虑可靠性和CAN总线冲突避让问题的时间损耗，一般需要4至5毫秒，难以满足多节点、高效率例如1ms左右运动总控制周期的运动控制要求。

此外，现有技术中CAN总线通过数据帧、遥控帧、错误帧、过载帧以及帧间隔等五种类型的帧进行通信，其中数据帧用于发送单元向接收单元传送数据的帧。数据帧由7个段构成，图1为CAN总线通信协议中数据帧的标准格式和扩展格式结构图。其中仲裁段是表示该帧优先级的段，数据段则表示数据的内容，可发送0～8个字节的数据。由图1可知，数据帧的标准帧格式中除去数据段以外另有44bit，扩展帧格式中除去数据段以外另有62bit，也就是说，数据的真实传输效率最多仅有64/(44+64)＝59.3％或64/(62+64)＝50.8％，通信的有效数据传输效率较低，尤其当各节点数据量较小时，通信效率很低。这种低数据携带量的帧格式难以满足多节点、高精度的运动控制的要求。

发明内容

本发明的一目的，是提供一种高效CAN总线通信方法，通过将主节点与至少2个从节点的通信数据打包进一个数据帧中由上位机主节点进行发送，从节点按照预定的次序返回相应的与主节点通信的数据帧，即采用集中发送、分批返回的这种不对称的数据通信方式，在一个传输周期内上位机主节点完成对更多从节点的下行通信传输，从而节约大量的数据传输时间，大大提高了通信效率。

本发明的一目的，是提供一种高效CAN总线通信方法，通过将CAN总线数据帧中的ID位用于数据传输，提高了CAN总线的通信效率。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种高效CAN总线通信方法，CAN总线上包括至少一个主节点和至少两个从节点，所述主节点发送的单个数据帧中包括与两个或大于两个从节点通信的数据，所述从节点按照预定的次序返回相应的与主节点通信的数据。通过将主节点与至少两个从节点的通信数据打包进一个数据帧中由主节点进行发送，从节点按照预定的次序返回相应的与主节点通信的数据帧，即将现有技术中一对一主从应答方式改为主节点集中发送、从节点分批返回的不对称数据通信方式，在相同时间里主节点可以实现对更多从节点的下行通信传输，从而节约大量的数据传输时间，大大提高了通信效率。

优选的，所述主节点发送的数据帧采用标准帧或扩展帧格式，其中标准帧或扩展帧的ID位部分或全部用于与从节点通信的数据。通过将主节点发送的数据帧中的ID位部分或全部用于数据传输，实现在单个数据帧中容纳更多的有效数据，从而提高了CAN总线的通信效率。CAN总线通信数据帧的标准帧格式中有11位ID，扩展帧格式中有29位ID，用于数据传输后可大幅提高有效数据传输效率。

优选的，所述从节点按照预定的次序返回的相应与主节点通信的数据帧采用标准帧或扩展帧格式，其中标准帧或扩展帧的ID位部分或全部用于与主节点通信的数据。通过将从节点返回的数据帧中的ID位部分或全部用于数据传输，实现在单个数据帧中容纳更多的有效数据，提高了CAN总线的通信效率。