本发明专利技术提供一种基于CAN总线的即插即用系统及其设计方法。它是由主计算机、即插即用转换模块和飞行器设备组成的，主计算机与即插即用转换模块之间采用CAN总线，即插即用转换模块与飞行器设备之间采用RS422电气标准。设置主计算机的周期为50毫秒，即插即用转换模块主要包括RS422转换、CPU处理器、DC/DC电源转换模块、FPGA处理器、CAN控制器，飞行器设备的数据传输率为115.2kbps，每个飞行器设备发送的信息为24个字节，设置即插即用模块的周期为5毫秒。本发明专利技术即插即用系统安装任何外设都是简单、安全的操作，在即插即用系统中，设备的安装过程是自动的，不需要重新启动系统或重新配置飞行器系统中设备参数。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空间技术，具体说就是一种基于CAN总线的即插即用系统及其设计方法。
技术介绍
数据总线分为串行、并行两大类。并行总线传输速度快，但是同步困难，接口相对复杂，一般用于设备内的简单数据传输，而不用作系统总线；串行总线一般接口较简单且适用于在距离较远的分系统间进行数据交换，因此在飞行器上应用较广。目前在飞行器领域较常用的总线有 MIL-STD-1553B、Spaceffire, RS-485、CAN 等。MIL-STD-1553B 于 1978 年由美国军方提出，作为美国空军电子分系统联网的标准总线。1553B总线是一种中央集权式的串行总线，其组成包括一个总线控制器，负责总线调度、管理；若干(最多31个)远置终端，用于连接有效载荷进行数据通信。它的总线传输速率为IMb/s，总线传错字差错率小于10'可以通过奇偶校验的方式进行错误检测，具有很高的稳定性和可靠性，因此在航空航天中有着广泛的应用。不过1553B总线价格昂贵，功耗较大，传输匹配严格(需要用匹配率禹合器)，连线要求较高。SpaceWire总线是欧洲空间局(ESA)为航天应用而设计的一种高速、可升级、低功耗、低成本的串行总线。它是一种全双工点对点通信或通过路由开关形成大的通信网络的总线。该总线通信速率可达lGb/s，支持高级协议，有非常灵活的拓扑结构，容错能力较强，具有很好的性能与可靠性。SpaceWire总线协议相对简单，实现起来不太复杂，连线少，易于控制，因此开发相对简单，适用于较高级任务(特别是有高速数据传输要求)的飞行器系统。RS-485标准由美国电子工业协会于1983年制定并发布，是RS-232标准的改进和扩展。RS-485结构简单，通信速率较高，传输距离远。在各个行业的数据通信、计算机网络以及工业上的分布式控制系统中，基于RS-485总线的通信方法得到了广泛的应用。但是，RS-485固有的一些缺点使得它只能应用在要求不太高的简单飞行器系统中RS-485总线采用主从式结构，除控制节点外的其余节点只能在控制节点的查询下工作，因此效率很低，对较复杂任务的飞行器，不能满足数据总线实时性的要求；RS_485标准只对电气特性做出了规定，而不涉及接插件、电缆、通信协议，因此RS-485并不是完整的标准总线，这会增加飞行器的研制负担，同时增大了风险性；RS-485若使用不当，会出现诸如噪声干扰、总线冲突、通信电路失控、误码率高等问题，并且它也没有错误检测机制，一旦主节点出现故障，整个系统会瘫痪。CAN总线是上个世纪80年代初德国博世公司为解决现代汽车中众多测控仪器间的数据通信而开发的网络通信协议。CAN总线具有以下特点可靠性高，其剩余错误概率为10_n量级；多主局部网络结构，任何节点都可以主动发送，省去了主从结构需要的查询工作，提高了总线的利用效率，满足小卫星系统的实时性要求，同时某节点的故障不会影响其余节点，且采用无损结构的逐位仲裁，提高了系统的可靠性；传输速率较高(IMb/s)，网上节点个数不受限制，实际可达110个；CAN协议废除了传统的站地址编码，采用对通信数据块进行编码的方式，最多可定义211或229个不同数据块，借助接收滤波可 使不同节点同时接收到相同数据，这对较复杂的飞行器系统很有用；CAN总线采用CRC检验方式，提供错误处理功能，保证数据通信的可靠性；CAN总线价格相对便宜，开发简单，有许多成熟的模块可以使用。目前飞行器设计中使用的总线(1553B、CAN、RS485)都是针对单个飞行任务来实现控制管理和数据传输功能，相关协议细节都是依赖于具体任务独自制定、独立开发，由于不存在相关标准，设备缺乏兼容性和可重用性的特点，飞行器系统中所有设备也必须根据这写任务来修改接口的设计(如图1)，特别是如果各任务总线不同，不但修改这些设备的接口协议，而且要重新设计硬件接口，这无疑增加了开发成本和开发周期，而且由于硬件接口和协议的修改，降低了产品的可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于CAN总线的即插即用系统及其设计方法。本专利技术的目的是这样实现的本专利技术一种基于CAN总线的即插即用系统，它是由主计算机、即插即用转换模块和飞行器设备组成的，主计算机与即插即用转换模块之间采用CAN总线，即插即用转换模块与飞行器设备之间采用RS422电气标准。 本专利技术一种基于CAN总线的即插即用系统的设计方法，步骤如下步骤一主计算机的设计主计算机主要从CAN总线接收即插即用转换模块的设备信息，根据接收到的设备信息判断哪些是新设备，哪些设备已经卸载，保存新设备的设备信息，把新设备信息添加到设备信息表中并对新设备分配必要的设备信息空间，调用新设备的驱动程序，从设备信息表中删除已经卸载设备，并且释放卸载设备信息空间，主计算机主要包含一个CPU，CAN总线接口，一个FLASH以及一个SRAM，由于CPU除了完成设备发现和卸载以外，只需要完成一定的数学计算，因此选择的CPU主频不必很高，CPU工作频率在40MHz就可以，FLASH主要保存主计算机程序，主计算机程序主要负责设备发现和卸载，功能比较简单，程序只有43. 2Kbyte,因此选择FLASH的大小只要大于43. 2Kbyte就可以，而FLASH器件的存储器大小也是标准配置，大小有128K，256K，因此选择的FLASH为128K ；SRAM主要运行程序和主计算机上电后保存设备信息，程序大小是43. 2Kbyte，根据CAN总线协议规范，CAN总线上最多能连接110个节点，因此，总线上至多能连接110个即插即用转换模块，每个即插即用转换模块发送给主计算机的设备信息包括设备类型、设备生产国家、生产厂家、设备数据类型等设备参数，一共24个字节，因此主计算机接收到的设备信息为2. 6Kbyte,而SRAM器件的存储器大小是标准配置，选择的SRAM大小为1Mbyte，由于在系统运行过程中，有些设备可能已经断电，或者由于任务的需要，有些设备需要卸载，为了使主计算机能够及时发现飞行器设备在线情况，主计算机必须周期地通过CAN总线向即插即用转换模块发送在线信息请求。根据CAN总线协议规范，CAN总线的最高速率是1Mbps，在数据传输过程中，需要考虑数据传输的可靠性，因此选择CAN总线的速率为500Kbps，CAN总线最大110个节点的设备信息数据为2. 6Kbyte,因此传输这些数据的时间最少为42. 24毫秒，考虑传输过程中保留一定余量，因此设置主计算机的周期为50毫秒；步骤二 即插即用转换模块的设计即插即用模块主要包括RS422转换、CPU处理器、DC/DC电源转换模块、FPGA处理器、CAN控制器以及必要的SRAM和FLASH，其中DC/DC电源转换模块主要把5V电压转换为DSP和FPGA所需要的I. 8V和3. 3V电压，CPU主要完成给设备发送设备/接收信息，给FPGA发送设备信息帧，因此功能比较简单，CPU工作频率在IOMHz就可以，FLASH主要保存即插即用模块程序，即插即用模块程序主要负责发送/接收设备信息，给FPGA发送数据以及从FPGA中接收数据，功能比较简单，程序只有12. IKbyte,因此选择FLASH的大小只要大于12. IKbyte就可以，而FLASH器件的存储器大小也是标准配置，大本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李葆华，王常虹，陈希军，奚伯齐，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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