[发明专利]一种车载网络CAN总线节点监测系统及方法

说明书

本发明公开了一种车载网络CAN总线节点监测系统及方法，所述系统监测框架结构为独立耦合，总线监测器的监测通道连接到CAN总线上，反馈通道连接到相应的监测节点及其收发器，一个监测器可同时监测多个同一类型的总线节点。所述方法为当监测器监测到发送该消息的节点失效时，监测器发送错误隔离指令给发送消息i的节点以及CAN收发器，阻断失效节点ECU发送到CAN总线的消息，防止更多的错误节点消息发送到总线上。本发明的系统架构简单，系统成本低，一个监测器可以同时监测多个同类型节点；本发明的系统采用反馈循环的逻辑架构，通过监测器监测CAN节点，控制故障节点的工作模式，减少了具有失效故障节点对整个系统的影响，检测能力较强。

技术领域

本发明涉及一种故障检测系统及方法，尤其涉及一种车载网络CAN总线节点监测系统。

背景技术

随着信息技术的发展，现代汽车对带有电子控制单元(ECU)的传感器需求日益增加。现在大约有50-100个ECU被部署在车辆上，它们不再与外部隔离。实际上，每个ECU都被分配了几个功能，并通过CAN总线系统进行连接。CAN协议是汽车工业中最常用的协议，具有响应速度快、传输可靠性好等优点，它允许ECU通过其总线系统发送和共享消息来控制车辆，同时保证了时间的可预测性和通信的容错能力。CAN总线的主要设计缺陷是，CAN没有支持安全协议或通过设计确保消息机密性和完整性的机制。CAN总线的安全性问题已经引起了工业界和学术界的广泛关注。此外，与车载控制网络的外部连接的增加，加剧了这种攻击的干扰潜力。通过这些端口注入恶意的CAN消息，攻击者可能会故意造成一系列部件的故障，这些攻击主要是通过从连接端口注入到CAN总线网络来实现的。长期以来，触发系统无法检测节点的失效(babbling idiots)错误，节点失效主要由硬件故障或瞬间干扰引起的，出错的主机会命令CAN收发器不断发送消息。错误的节点错误地消耗了系统中的额外资源，未检测到的故障最大影响是有界的。如果节点错误地发送消息，如果不应生成任何结果，则发生委托失败。

针对上述问题，本作品设计开发了一种车载网络CAN总线节点监测系统，用来监测CAN总线中的节点失效。监测器和节点相互独立连接在CAN总线上，监测器监测总线上的消息，通过监测到的消息参数判断节点是否失效，若节点有故障，则反馈错误隔离指令给节点和CAN收发器，节点进入静默模式，检测错误并且修正。修正好后，给监测器发送请求指令，监测器发送解除隔离指令，节点恢复正常状态。该系统专门应用于CAN协议，以防止过于频繁地发送消息帧的故障节点对CAN总线造成影响。将未检测帧的影响包括在最坏情况响应时间分析中的开销小到足以具有实用价值。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种架构简单、成本低、检测能力强的车载网络CAN总线节点监测系统及方法。

技术方案：本发明的车载网络CAN总线节点监测系统，其特征在于，包括总线节点ECU、总线监测器、CAN收发器以及CAN总线；

所述总线节点ECU包括微控制器和CAN控制器，CAN控制器和总线监测器通过反馈通道相连；所述微控制器为CAN总线提供差动的接收功能；

所述总线监测器，通过反馈通道连接总线节点ECU及其收发器，通过监测通道连接物理总线，用于监测发送到CAN总线的消息节点是否失效，并在发生故障时向失效节点和CAN收发器发送错误隔离指令；当节点失效排除之后，节点和收发器发送请求工作指令给监测器，监测器再发送解除错误隔离指令；

所述CAN收发器，是总线节点与物理总线之间的接口，通过反馈通道与总线监测器连接，进行二进制码流和差分信号的转换，实现逻辑电平与显性、隐性的转换，为CAN总线提供差动的发送与接收功能。

所述监测器采用独立耦合的架构，内部设有独立的时钟。

所述CAN总线上有多个节点时，监测器连接同一物理位置的节点，监测器可以同时监测同一类型的多个节点。