[发明专利]一种双CAN总线保证数据通信可靠性的系统架构及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及总线数据通信领域，特别涉及一种双CAN总线保证数据通信可靠性的系统架构及其方法，适用于船用、楼宇、工业生产等领域采用CAN总线网络构成可靠性通信的场合。

背景技术

CAN是控制器局域网络(Controller Area Network)的简称，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的，并最终成为国际标准（ISO11898），是国际上应用最广泛的现场总线之一。

CAN总线技术已经广泛应用于各种检测和控制系统中。CAN总线有诸多的优点，如支持多主结构、基于优先级的无破坏性仲裁机制、较高的传输速率等，可以满足多数应用系统对实时性和可靠性的要求。但是CAN总线本身只定义了底层物理层和数据链路层实现方式，没有规定应用层，应用层的实现仍需要一个高层协议来定义，对于保证工业现场应用实时性和可靠性的要求仍显不足，主要存在：1）CAN总线本身是基于事件触发的，总线上数据的传输时间存在不确定性，同时总线仲裁导致优先级反转更加剧这种可能性；2）CAN总线数据链路层编码机制使得报文填充及长度不确定，对其内部复杂的错误检测机制有影响，数据通讯可靠性并不能达到预期。

目前，提高CAN总线实时性和可靠性的技术方案有很多，实时性的提高多停留在理论阶段，比如针对CAN总线时间传输不确定性提出的TTCAN技术，是在数据链路层之上增加以时间片触发方式发送的机制，使得任何优先级任务都可以得到执行，但是这种各个CAN节点之间需要精确时钟同步，增加了应用成本及设计复杂性，由于CAN的高层协议可以由用户自定义，这种方式对实时性提高仍有改进空间。可靠性的增加目前多是以增加冗余机制，改进CAN总线网路拓扑结构实现，现在常用的拓扑网络有总线型拓扑、环形拓扑、星型拓扑、网状拓扑，这些拓扑结构各有优缺点，实际应用中总线型拓扑结构以网络简单可靠得到大量应用，但此种网络结构往往只能检测到总线级错误，无法及时检测到节点级故障成为其弊端。

中国的一申请号为200810106342.6，名称为“双冗余CAN总线通信系统及其通信方法”的发明专利，公开了一种双冗余CAN总线通信系统及其通信方法，是利用一个通讯登记表记录两路冗余总线的故障状态，故障的判断是分别通过两路总线发送测试帧测试的，因此首先该专利数据传输是异步方式；再次所提专利对于故障的识别是通过单路(A路或B路)自身的超时做出标记的，根据原文两路冗余线路之间是在自身线路超时溢出时做主副通道切换的；另外根据该专利说明书介绍，当数据传输量大时，采用两路同时发送，降低单路总线带宽，但是这种两路同时发送仍是异步发送的，即一部分报文通过A路，一部分报文通过B路，这种做法的缺陷在于只能保证数据的有效传输，但无法保证数据传输的实时性。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，设计一种双CAN总线保证数据通信可靠性的系统架构，侦测报文可以快速侦测CAN主控制器两路CAN总线与CAN控制器节点间通讯时间差，该时间差作为两路CAN总线接收超时判断依据，保证CAN控制器节点通过两路总线同步收发报文时，数据通信的可靠性和实时性。并且即使一路CAN总线出现故障仍能快速应对故障对系统的影响。

本发明通过以下技术方案实现：

一种双CAN总线保证数据通信可靠性的系统架构，双CAN总线架构包括一CAN主控制器、若干CAN控制器节点，CAN主控制器、若干CAN控制器节点包括两路CAN总线接口，分别连接在两路CAN总线上；

其中，CAN主控制器分别同步向两路CAN总线发送两路侦测报文，CAN控制器节点接收两路侦测报文，计算接收到的两路侦测报文的时间差，并向两路CAN总线发送两路响应报文，CAN主控制器接收两路响应报文；

侦测报文及响应报文包括一时间序列号，同步发送的两路侦测报文或同步发送的两路响应报文的时间序列号相同，CAN控制器节点根据时间序列号判断两路侦测报文是否同步发送，CAN主控制器根据时间序列号判断两路响应报文是否同步发送，响应报文的时间序列号填充在响应报文的扩展帧；