[发明专利]一种用于时间同步的CAN总线通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种用于时间同步的CAN总线通信方法。

背景技术

CAN(Controller Area Network,控制器局域网)总线作为控制系统的一种通讯网络在分布式网络控制系统中发展较快，是一种多线路网络通信系统。现有的运动控制系统大多采用基于CAN总线的网络通信模式。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。

但在对实时性要求较高的多节点CAN总线通信中，存在以下问题：

1.CAN总线是多主发送，各个站点在任何时候都可以随机发送数据，采用无破坏性的仲裁机制，即若总线上的多个节点同时发送数据，具有高优先级数据包的节点仲裁胜出，可以继续发送数据，而其它仲裁失败的节点将退出发送状态而转为接收节点，这种带宽分配不均的“乱序抢占”模式中优先级较低的站点可能在多次竞争中失败，导致信息不能及时发送，或者有时发送产生冲突，有时则顺利发送，造成发送延时的不确定性，系统通信的可靠性和效率较低。

2.在数控、机器人等多轴实时运动控制系统的CAN总线通信过程中，为了保证各轴运动指令的同步运行，核心问题之一就是各节点时间同步问题，现有技术如图1所示，一般是通过在上位机运行实时操作系统，在规定时间点准时逐一向各节点发送同步信息，各节点依次接收同步信息完成同步并反馈状态信息给上位机的1对1命令-应答模式，同步周期长效率低，对上位机要求运行实时操作系统且占用率高，CAN总线的通信效率也较低。

3.现有时间同步方式尽管上位机在规定时间点准时发送同步信息，但由于CAN通信发送和接收一般是FIFO中断式，数据在实际通信中并非是程序指令下达后立即发送、接收后立即程序响应，存在FIFO延迟和中断响应延迟，即上位机发送时一般存在发送延迟偏差，节点接收时存在接收延迟偏差，导致各节点形成的同步实际上大多参差不齐，时间同步精度不高，对于同步精度要求较高的应用难以满足要求。

发明内容

本发明的一目的，在于提供一种用于时间同步的CAN总线通信方法，通过将一节点设为主节点进行所有节点的时间同步，降低了对上位机实时性的要求，进一步保证了上位机的灵活性和运算效率。

本发明的一目的，在于提供一种用于时间同步的CAN总线通信方法，通过节点时间同步，各节点采用分时传输依次反馈数据，提高了CAN总线的工作效率，并保证了CAN总线的实时性。

本发明的一目的，在于提供一种用于时间同步的CAN总线通信方法，通过采用时间戳信息来进行各节点时间同步，大大提高了时间同步精度。

本发明的一目的，在于提供一种用于时间同步的CAN总线通信方法，通过对各节点设置相同的数据缓冲规则，令上位机获得任一节点的数据缓冲信息即可认为是得到了所有节点的数据缓冲状态，降低了上位机对单个节点缓冲信息获取的实时性要求，有效降低了对上位机的实时性要求和单个节点状态反馈的通信频率。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种用于时间同步的CAN总线通信方法，所述CAN总线上包括至少两个节点，设置一个节点为主节点，其余节点以主节点为基准进行时间同步。通过将节点中的一个设为主节点来进行所有节点的时间同步，无需上位机的干预，降低了对上位机实时性的要求，进一步保证了上位机的灵活性和运算效率，尤其是在运动控制系统中，下位各节点一般是嵌入式核心的控制节点，运行实时操作系统，上位机一般是普通计算机，运行的一般是非实时的Windows系统，通过本发明的通信方法，可以既保证时间同步的实时性，又降低了对上位机实时性的要求。

优选的，所述主节点定时向其余节点发送时间同步信息，其余节点根据主节点发送的间同步信息来调整各自的本地时间，以达到时间同步。通过主节点定时主动发送时间同步消息来使其余节点获得时间校准信息以实现时间同步，尤其是在运动控制系统中，各个节点的时钟频率不可能完全一致，同步校准后运行一段时间偏差便会越来越大，影响系统性能，这时更需要不断的定时进行时间同步校准。

优选的，所述主节点定时向其余节点发送时间同步信息包括发送时间戳信息。通过主节点向其余节点发送自己的时间戳信息作为绝对或相对的时间基准，其余节点以此为基础进行时间同步。