[发明专利]一种冗余的高安全性CAN总线通信系统及其通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业总线通信技术领域，具体是一种冗余的高安全性CAN总线通信系统及其通信方法。

 

背景技术

如今的工业控制领域正朝着信息化、智能化、网络化不断发展，影响着通信效率的工业总线技术越来越受到行业的重视。传统的工业通信总线大多采用RS-485总线，但是RS-485总线存在着总线利用率低、传输速率低、通信距离短等缺点，并且缺乏完备的错误检测机制，导致其安全性较差，不适合应用在安全相关的工业领域。安全相关的工业领域包括核电、水利、交通、矿山等关系着重大公共安全的行业，一般有着严格的安全性要求。

控制器局域网CAN（Controller Area Network）总线是一种能有效支持分布式实时控制的串行通信网络。近年来，由于CAN总线具有高可靠性、高传输速率、良好的勘误检错能力和低廉的成本优势，逐渐成为应用最广泛的现场总线之一。安全相关的工业领域比一般的工业领域对安全性要求更高，而且往往应用环境恶劣，存在着大量的干扰，例如电磁、温度、粉尘等影响。CAN总线虽然有错误检测机制，但在实际应用过程中，仍不可避免地会由于控制器或收发器故障、传输介质损坏及环境的干扰产生传输错误。另外，CAN总线的一个特点是多主工作方式，但在实际应用中，多主工作方式容易导致总线控制冲突，使得紧急命令和消息得不到响应或者响应过慢，对中断逻辑结构要求较高，不适合对安全性和响应时间有着严格要求的安全相关系统。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种冗余的高安全性CAN总线通信系统及其通信方法，以解决现有技术中存在的问题。

本发明的技术方案为：

一种冗余的高安全性CAN总线通信系统，包括一个上位机、多个下位机和两条互为热备的CAN总线，每个上位机和下位机均由两个互为热备的模块构成；每个模块均有两个同步运算的微处理器CPU，分别为第一CPU和第二CPU，构成两个相互独立的运算通道，每个运算通道集成两个CAN总线接口，所述两个CAN总线接口分别一一对应连接两条CAN总线。

所述的一种冗余的高安全性CAN总线通信系统的通信方法，包括以下步骤：

（1）系统完成初始化，确定上位机和下位机互为热备的两个模块的主备关系：

（2）上位机主系模块第一CPU将其需要发送的数据通过两个CAN总线接口发送到两条CAN总线上；上位机主系模块第二CPU、下位机主系模块第一CPU和第二CPU通过各自的CAN总线接口接收上位机主系模块第一CPU发送的数据；

（3）上位机主系模块第二CPU将其接收到的上位机主系模块第一CPU发送的数据与其准备发送的数据进行比较，判断两个数据是否相同，若是，则跳转步骤（4），若否，则跳转步骤（8）；

（4）上位机主系模块第二CPU将其需要发送的数据通过两个CAN总线接口发送到两条CAN总线上；上位机主系模块第一CPU、下位机主系模块第一CPU和第二CPU通过各自的CAN总线接口接收上位机主系模块第二CPU发送的数据；

（5）下位机主系模块第一CPU和第二CPU分别对各自接收到的两个数据进行比较，若第一CPU和第二CPU均判定各自接收到的两个数据是相同的，则跳转步骤（6），否则跳转步骤（8）；

（6）下位机主系模块第一CPU和第二CPU分别对各自接收到的两个数据进行解码，得到相应的时间戳、序列号和CRC校验码，若第一CPU和第二CPU均判定相应的时间戳、序列号和CRC校验码是正确的，则跳转步骤（7），否则跳转步骤（8）；

（7）上位机主系模块向下位机主系模块通过CAN总线发送数据的通信正确完成，下位机主系模块根据解码得到的数据区，进行后续处理，并通过CAN总线向上位机主系模块应答；

（8）上位机主系模块向下位机主系模块通过CAN总线发送数据的通信出现错误，通信中止，下位机主系模块等待上位机主系模块重新发起通信。

所述的一种冗余的高安全性CAN总线通信系统的通信方法，所述上位机定期巡访各个下位机，每个时间片内，所述上位机与固定的下位机通信。

所述的一种冗余的高安全性CAN总线通信系统的通信方法，还包括以下步骤：

备系模块通过其CAN总线接口接收CAN总线上的数据，与相应的主系模块同步运行，当主系模块出现故障时，备系模块无扰切换为主系模块。

所述的一种冗余的高安全性CAN总线通信系统的通信方法，步骤（1）中，确定上位机和下位机互为热备的两个模块的主备关系，具体为：