[发明专利]一种双余度CAN总线的网络控制方法

说明书

一、技术领域：

本发明涉及一种双余度CAN(控制器局域网)总线的网络控制方法，它用于提高机电控制领域CAN总线应用的可靠性，属航空电子和空间技术领域。

二、背景技术：

综合考虑传输速率、可靠性、应用成本等因素，成熟的CAN总线技术已逐步在飞行器设计尤其是无人机应用中得到认可。基本的CAN协议由于采用短帧格式、非破坏性位仲裁技术以及CRC(循环冗余校验)校验和帧内应答等检错措施，极大地保证了消息传输的正确性与可靠性。但是，与普通的工业应用不同，航空航天领域对整个系统的可靠性有着更高的要求，而实际应用中总线驱动器或控制器的异常，传输介质的损坏及环境的干扰等都会整个总线网络产生影响。因此，要满足长时间可靠运行的要求，采用余度设计是必要的。由于CAN的成熟应用，目前已有多款带2个CAN通道的微控制器可以选用，硬件基础比较完善。本发明从系统设计出发，旨在解决CAN总线应用层的错误检测及冗余机制实现问题。

三、发明内容：

1、目的：本发明的目的是提供一种双余度CAN总线的网络控制方法，它综合考虑了设计对象的特点和现有的技术条件，避免因单个节点错误或部分介质故障而导致整个网络瘫痪的情况发生，提出了一套基于双余度CAN总线的错误检测和故障处理方法，用于提高全系统的可靠性。

2、技术方案：典型航电系统双余度CAN总线网络的基本组成如图1所示。虽然CAN总线本身为多主工作方式，各节点不分主从，但实际应用中一般会有一部或多部机载计算机作为主控节点，通过测量装置读取信息，同时发送指令控制执行装置；而测量装置和执行装置主要是被动的执行指令，互相之间无直接联系，这就为实现整个网络的集中控制提供了可能。另外，为了保证系统通信一致，规定如下原则：

(1)一般情况下，同一时刻只能利用一条通道，避免交叉使用，以保证各节点能共享总线上的数据；

(2)系统稳定运行时只有一个主控节点，用于对网络的检测情况进行汇总，决定是否进行通道切换等。

为了实现全系统的分布控制与集中管理，在不改变硬件的条件下，这里将全部网络节点划分为主控节点和一般节点。一般节点要完成通信错误检测和上报的功能，主控节点除了自身错误检测之外还要对全系统的错误进行汇总，以决定是否进行通道切换和隔离部分异常节点等。

本发明一种双余度CAN总线的网络控制方法，具体步骤如下：

步骤一：系统上电及节点初始化

各节点设备按照相应的操作程序分别上电，并启动上电自检。由于CAN总线系统是分布式结构，所以此过程由各节点按照自身要求分别独立完成。对于节点内部CAN控制器的初始化要求是：两路CAN总线以热冗余方式工作，即各两个CAN控制器都处于热备份状态，经初始化后都随时准备接收信息。

步骤二：系统初始化检测

各节点上电自检完成后，要求全系统进行检测以确认状态，该过程由主控节点的上电检测程序控制完成。主控节点发送检测报文查询各节点的状态，两路CAN总线依次进行，以确定系统连接状态。如果各节点连接均正常，通信无误，则继续执行下一步；否则，主控节点将检测到的异常情况上报，由操作人员进行决策，忽略错误继续执行或排除故障后再进行重启等操作。

步骤三：正常工作及周期检测

初始化检测通过后，系统正常工作开始。在完成相应功能的同时，各节点周期检测CAN总线通信情况，并将检测结果上报给主控节点。

为了保证故障检测的完整性，根据CAN总线的结构特点，这里对错误进行了分类，以便于针对不同错误情况进行处理。在CAN总线系统中，从单个节点的角度，所有错误可以分为主动错误和被动错误。前者是由于节点自身故障引起的，而后者则是由于其他节点故障或通信介质故障使本节点的功能受到影响。

主动错误和被动错误中他节点故障均可以通过节点行为来检测，而对于通信介质故障这里通过CAN控制器错误计数进行间接判断。一般情况下，CAN控制器可以对发送和接收错误进行计数，根据错误计数所处范围，CAN2.0协议中规定节点处于下面三种状态之一：错误激活态、忽略错误态、脱离总线态。另外，当错误计数数值大于96时，说明总线被严重干扰，因此这里多规定一种警告态。通过CAN控制器状态异常，可以界定一些经验性的通信介质故障。

步骤四：系统运行中异常处理