一种机载双余度CAN通信系统构型技术方案

本发明专利技术属于计算机通信技术，公开了一种机载双余度CAN通信系统构型。本发明专利技术对机载双余度CAN通信系统进行了定义和说明。其特征在于，提供了双余度CAN通信系统和CAN总线节点逻辑设计构型。该构型CAN总线节点设计采用两通道的独立协议解析、独立收发编解码、独立电气隔离，对上提供一个主机接口，对下提供两个独立的CAN通信接口，采用两条独立并行的物理总线传输CAN通信信号，最终实现CAN通信系统级冗余。双余度CAN通信系统构型在CAN节点单通道或系统单总线故障情况下仍能实现正常通信，可显著提高机载CAN总线通信系统的容错能力系，实现机载CAN总线系统高可靠通信。

【技术实现步骤摘要】
一种机载双余度CAN通信系统构型
：本专利技术属于计算机通信
，涉及一种机载双余度CAN通信系统构型。
技术介绍
：控制器局域网(CAN)总线作为工业控制领域现场总线标准，其在可靠性、实时性、低成本方面颇具优势。标准CAN协议由于采用位同步机制和完整错误识别和处理方法，CAN通信系统中每个报文传输出现未知数据错误的可能性大约为1×10-13。实际应用中，标准CAN总线存在Last-But-One-Bit问题、错误帧问题、BabblingIdiot等典型问题，故标准CAN总线在具有诸多优点的同时也存在一定局限性。标准CAN总线的物理故障、节点接口故障都会影响整个CAN通信系统系统的可靠性，其潜在故障模式和节点接口故障的分析见表1。表1标准CAN总线典型应用系统中总线故障模式及其影响序号故障名称系统状态影响范围1CAN-L断开降级运行系统2CAN-H断开降级运行系统3CAN-L对电源短路失效系统4CAN-H对地短路失效系统5CAN-L对地短路降级运行系统6CAN-H对电源短路降级运行系统7CAN-H和CAN-L短路失效系统8CAN-H和CAN-L同时断开降级运行系统9某根总线与端接器断开降级运行系统10节点接口故障(寂静)其余节点正常节点11节点接口故障(非寂静)其余节点正常节点如图1所示，CAN总线控制器和CAN总线收发器实现CAN总线的物理层和数据链路层协议，从而使计算机系统可以进行CAN通信系统的通信。对于系统中的节点，接口电路的故障会导致节点或系统通信失效。尽管CAN报文的失效率很低，比其它现行的许多总线都要好，从而使得CAN总线可以为任务和飞行重要系统所选用。但是在某些极端条件下，可能会出现通信不一致，不可预测或信道阻塞等现象。另外，CAN总线构成的系统中会出现多种模式的物理故障，在这些故障模式中，一部分可能对系统影响不大，但有一部分会引起系统或节点不能正常工作。虽然基于标准构型的CAN协议提供了内建容错机制，能够对通信链路上的瞬时错误进行检测和恢复，但在可靠性要求较高的机载应用中，通信链路的永久故障不可容忍的。故对于机载系统来看，单纯从标准CAN协议本身的可靠性方面考虑是不够的，必须采用系统冗余才能达到所要求的功能安全性水平。
技术实现思路
：本专利技术的目的是：提供一种机载双余度CAN通信系统构型，基于各通信节点构建具备机载环境适应性和高可靠通信能力的CAN通信系统。本专利技术的技术解决方案是：一种机载双余度CAN通信系统构型，该构型采用两条CAN总线来连接系统中的N个通信节点，两条CAN总线为CAN总线A和CAN总线B；各通信节点采用两个独立的CAN通道分别连接到两条独立的CAN总线上，两个独立的CAN通道为第一通道和第二通道；第一通道与CAN总线A相连接，且不与CAN总线B连接；第二通道与CAN总线B相连接，且不与CAN总线A连接；第一通道和第二通道分别使用独立的收发器、隔离电路、CAN控制器，各通信节点的第一通道和第二通道共用一个CPU管理节点工作行为并向主机提供一个主机接口，发送和提交同一份应用数据；各通信节点两个通道采用独立的协议解析，由CAN控制器完成；各通信节点两个通道采用独立的电气隔离，由隔离电路完成；各通信两个通道采用独立的收发编解码，由收发器完成；该构型采用全工运行方式的双冗余构型；各通信节点支持三种工作模式：双余度工作模式、独立单通道工作模式、总线监控模式，且支持软件配置；通信节点的数N符合ISO11898标准的相应要求，且各通信节点之间的电气特征相适配。各通信节点的收发器均通过线缆束连接方式与CAN总线连接。所述的隔离电路包含光电隔离和DC-DC隔离。本专利技术的优点是：1)各节点逻辑结构简单，易于实现；2)各节点工作方式支持软件配置；3)可提供高可靠CAN总线通信；4)集成度高，成本低。附图说明图1是机载双余度CAN通信系统构型。具体实施方式:针对影响CAN总线物理层和链路层典型故障模式，引入一种机载双余度CAN通信系统构型，以适应机载应用。该构型采用两条CAN总线来连接系统中的N个通信节点，两条CAN总线为CAN总线A和CAN总线B。各通信节点采用两个独立的CAN通道分别连接到两条独立的CAN总线上，两个独立的CAN通道为第一通道和第二通道。第一通道与CAN总线A相连接，且不与CAN总线B连接。第二通道与CAN总线B相连接，且不与CAN总线A连接。第一通道和第二通道分别使用独立的收发器、隔离电路、CAN控制器，各通信节点的第一通道和第二通道共用一个CPU管理节点工作行为并向主机提供一个主机接口，发送和提交同一份应用数据。各通信节点两个通道采用独立的协议解析，由CAN控制器完成。各通信节点两个通道采用独立的电气隔离，由隔离电路完成。各通信两个通道采用独立的收发编解码，由收发器完成。该构型采用全工运行方式的双冗余构型，即两套总线同时运行，如果其中一套发生故障，另一套仍能维持系统的正常运行。当一条总线上有一个节点的CAN通道出现“永久故障”时，该节点直接把故障通道切除即可，同时运行的另一个CAN通道仍然可以完成通信任务，消除了传统CAN总线系统典型故障的影响，从而提高了系统的容错能力。该构型创新性地实现了物理层、数据链路层甚至应用层的全冗余，适合可靠性要求高的机载通信系统。各通信节点支持三种工作模式：双余度工作模式、独立单通道工作模式、总线监控模式，且支持软件配置。通信节点的数N符合ISO11898标准的相应要求，且各通信节点之间的电气特征相适配。各通信节点的收发器均通过线缆束连接方式与CAN总线连接。所述的隔离电路包含光电隔离和DC-DC隔离。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机载双余度CAN通信系统构型，其特征是，该构型采用两条CAN总线来连接系统中的N个通信节点，两条CAN总线为CAN总线A和CAN总线B；各通信节点采用两个独立的CAN通道分别连接到两条独立的CAN总线上，两个独立的CAN通道为第一通道和第二通道；第一通道与CAN总线A相连接，且不与CAN总线B连接；第二通道与CAN总线B相连接，且不与CAN总线A连接；第一通道和第二通道分别使用独立的收发器、隔离电路、CAN控制器，各通信节点的第一通道和第二通道共用一个CPU管理节点工作行为并向主机提供一个主机接口，发送和提交同一份应用数据；各通信节点两个通道采用独立的协议解析，由CAN控制器完成；各通信节点两个通道采用独立的电气隔离，由隔离电路完成；各通信两个通道采用独立的收发编解码，由收发器完成。

【技术特征摘要】
1.一种机载双余度CAN通信系统构型，其特征是，该构型采用两条CAN总线来连接系统中的N个通信节点，两条CAN总线为CAN总线A和CAN总线B；各通信节点采用两个独立的CAN通道分别连接到两条独立的CAN总线上，两个独立的CAN通道为第一通道和第二通道；第一通道与CAN总线A相连接，且不与CAN总线B连接；第二通道与CAN总线B相连接，且不与CAN总线A连接；第一通道和第二通道分别使用独立的收发器、隔离电路、CAN控制器，各通信节点的第一通道和第二通道共用一个CPU管理节点工作行为并向主机提供一个主机接口，发送和提交同一份应用数据；各通信节点两个通道采用独立的...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫海明，冯源，范祥辉，史岩，常于敏，杨寒，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61