[发明专利]一种基于CAN总线的冗余系统

说明书

本发明提供了一种基于CAN总线的冗余系统。本发明能够有效克服双冗余总线采用主备模式时不能混合挂载、主备切换扰动，以及互备模式时在仲裁域或数据域占用位段进行冗余帧仲裁的缺陷，实现了冗余帧甄别无需等待，进而大大提高了系统的实时性。本发明还实现了第三方应用层协议无需进行修改即可使用，避免了只能运行自定义协议问题，扩大了冗余协议的使用范围。

技术领域

本发明涉及一种基于CAN总线的冗余系统。

背景技术

随着技术的发展，工业网络在工业自动化、船舶自动化、车辆自动化领域得到广泛应用。而在车辆自动化、船舶自动化领域对通信可靠性和可用性有着较高的要求，CAN总线作为一种为车辆应用开发的现场总线，其抗干扰能力得到广泛的验证。然而，在船舶应用领域，由于环境恶劣，安装密度较大，总线易受损坏。CAN总线建立在单一信道上的可靠性就显得脆弱，当总线故障发生时容易造成整体失效。因此，在船舶领域使用CAN总线大多采用冗余方式保证一个信道故障时另一信道仍能维持通信。

现有CAN总线双冗余机制大多采用主备切换方式，系统由两个CAN总线端口分别接入两条总线信道，正常状态下控制器选择其中一条信道作为工作总线(Active，简称A)，而另外一条总线不传递数据或仅传递状态信息，我们称之为备份总线(Backup，简称B)。当A总线通讯故障时，由总线上节点发起主备切换。由于发生切换前首先要通过确认故障为永久故障、协商启用B线，因此主备切换均需要几十到几百毫秒的切换时间，不能做到真正无扰切换。主备切换机制下，如果两个以上节点发生故障，且部分节点A线故障，部分节点B线故障，则系统完整性遭到致命破坏，系统不能运行。主备切换机制下，B线不传递数据，如果线上节点为非冗余节点，如果该节点挂载在B线上，则不能传递数据，因此不支持冗余节点和非冗余节点混合挂载。因此采用主备切换方式实现的系统双冗余可用性改善有限，故障发生时仍可能对系统运行产生影响。例如按照CANopen协议的DS307协议，其采用主备切换模式工作，其在主线发生故障时由接收错误的节点发起主备切换帧，要求主信道变更为备用信道，而备用信道升级为主信道。当多节点发生分别检出接收故障时，则总线大概率发生频繁主备切换，最终正常通讯无法进行。

而采用互为主备模式实现双冗余机制则可避免以上问题，但为实现冗余帧甄别，大多对仲裁域、数据域做改变，从而实现冗余帧的识别。如“一种机载双余度CAN总线通信方法”(专利号：CN108023799A)虽然对采用双总线同步发送方式，但在仲裁域规定了冗余通道标识符(RCI)用于标志报文信息是同一帧数据。如“一种双冗余CAN总线发送方法”(专利号：CN103840993A)、“一种双冗余CAN总线发送方法”(专利号：CN103490966B)虽然提及同收同法方法，却需要对消息仲裁域进行消息分配，并分配消息类型，在接收端利用数据域定义消息序号进行重复消息甄别处理。而“双冗余CAN总线控制器及其报文处理方法”(专利号：CN101282301B)同样采用消息排序仲裁方式。以上方式均采取仲裁域、数据域中定义特殊信息域的方式进行冗余消息甄别，该类方式下应用层协议不能使用目前广泛使用公共应用层协议而只能采用自定义协议，限制了互为主备模式下双冗余机制的使用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于CAN总线的冗余系统。

为解决上述问题，本发明提供一种基于CAN总线的冗余系统，包括：

多个节点，每个节点同时分别连接在CAN总线A和CAN总线B上，每个节点包括应用层协议、冗余仲裁层、CAN总线控制器A、CAN总线控制器B、驱动器A和驱动器B，其中

所述冗余仲裁层与所述应用层协议连接；

所述CAN总线控制器A和CAN总线控制器B分别与所述冗余仲裁层连接；

所述驱动器A分别与所述CAN总线A和所述CAN总线控制器A连接，所述驱动器B与所述CAN总线B和所述CAN总线控制器B连接。