專利名稱：支持即插即用的基于can總線的分層控制樹狀網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通訊控制網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其涉及一種支持即插即用的基于CAN總線的分層控制樹狀網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
CAN2.0總線技術(shù)以其實時性、可靠性和低廉性，在通訊控制領(lǐng)域內(nèi)獲得廣泛的應(yīng)用。但由于CAN控制網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點之間關(guān)系對等，沒有層次的概念，對于控制節(jié)點數(shù)多、節(jié)點關(guān)系復(fù)雜的大型多層通訊控制網(wǎng)絡(luò)，CAN技術(shù)本身無法適應(yīng)。目前大型集散式控制網(wǎng)絡(luò)的通訊流量，存在著層內(nèi)流量大，穿越層間的流量小的特點，特別是控制網(wǎng)絡(luò)的子站內(nèi)部，通訊流量巨大，而這些流量往往不需要向子站以外傳輸。如果不將控制網(wǎng)絡(luò)進行分層，網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點的通訊信息，將會在整個網(wǎng)絡(luò)上傳輸，大大降低網(wǎng)絡(luò)性能，甚至造成網(wǎng)絡(luò)通訊癱瘓。因此，將控制網(wǎng)絡(luò)進行分層控制是必要的。
CAN總線 技術(shù)受本身的電氣特征限制，其驅(qū)動接點數(shù)量較少(≤110個)，對于大型控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，需要對其進行分段。
大型通訊控制網(wǎng)絡(luò)中各接點的基本信息維護，即控制網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)維護，也是一個難以解決的問題。普遍的做法是在各接點上設(shè)置跳線電路，用手工的方法設(shè)置其地址，然后同樣采用手工的方法刷新網(wǎng)絡(luò)的接點地址表。對較小的不經(jīng)常變動的系統(tǒng)來說該方法是可行的，但對大型網(wǎng)絡(luò)，無疑也是非常困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決目前CAN總線不易構(gòu)建大型控制通訊網(wǎng)路的問題，提供一種具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便快捷，可靠性高，易于維護等優(yōu)點的支持即插即用的基于CAN總線的分層控制樹狀網(wǎng)絡(luò)。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種支持即插即用的基于CAN總線的分層控制樹狀網(wǎng)絡(luò)，它包括CAN總線網(wǎng)絡(luò)，所述CAN總線網(wǎng)絡(luò)分為至少兩層，形成分層控制樹狀網(wǎng)絡(luò)，其根節(jié)點在父層，是該網(wǎng)絡(luò)的總控端，各層網(wǎng)絡(luò)包括多個獨立的仲裁域；其中，父層分若干個網(wǎng)段，每個網(wǎng)段設(shè)一個CAN網(wǎng)橋4，每個CAN網(wǎng)橋4聯(lián)接一個子層，各子層又分為若干個網(wǎng)段，并下接一個本地應(yīng)用。
所述網(wǎng)段由若干網(wǎng)絡(luò)通訊節(jié)點組成，這些通訊節(jié)點共同組成一個子站，以實現(xiàn)網(wǎng)段內(nèi)通訊節(jié)點的仲裁域控制；每個網(wǎng)段設(shè)置一個CAN網(wǎng)橋4，作為該網(wǎng)段的根節(jié)點，每個網(wǎng)段都分配網(wǎng)段號，網(wǎng)段內(nèi)的所有通訊節(jié)點具有相同的網(wǎng)段號；通訊節(jié)點的的地址編號分兩部分編制，即網(wǎng)段編號區(qū)和節(jié)點編號區(qū)，均用二進制位表示；網(wǎng)段編號區(qū)和節(jié)點編號區(qū)的二進制位數(shù)可根據(jù)實際應(yīng)用設(shè)置，每個網(wǎng)段中通訊節(jié)點的數(shù)目應(yīng)小于110個。
所述CAN網(wǎng)橋4由父層CAN通訊模塊和子層CAN通訊模塊組成，它們之間采用直接訪問機制，兩者間不可互換使用，其內(nèi)部由CAN網(wǎng)橋4的控制器完成數(shù)據(jù)的上傳及下傳，并采用雙濾波機制將信息的傳送控制在有效作用域內(nèi)。
在本發(fā)明中，父層通訊模塊采用P89C591與I2C/通訊握手電路、數(shù)據(jù)存儲器AT24C64構(gòu)成I2C直接訪問電路，實現(xiàn)與子層CAN通訊模塊的有效數(shù)據(jù)共享。
所述CAN網(wǎng)橋4子層通訊模塊，處于整個網(wǎng)絡(luò)的子層，同時也是該層網(wǎng)絡(luò)的根模塊，它根據(jù)濾波要求接收子層通訊節(jié)點的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)接收后，由控制器判斷是否需要上傳至父層，如需要，采用直接訪問機制，傳送至CAN網(wǎng)橋4父層通訊網(wǎng)絡(luò)。
所述CAN網(wǎng)橋4子層通訊模塊對子層各通訊節(jié)點實行定期刷新，根據(jù)子層通訊節(jié)點的地址申請信號及優(yōu)先級要求，動態(tài)調(diào)整節(jié)點地址；在出現(xiàn)節(jié)點損壞或丟失現(xiàn)象時，回收節(jié)點地址，并重新分配。
所述各子層通訊節(jié)點的節(jié)點地址根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)動態(tài)變化，并進行自檢及發(fā)送地址請求信號。
各子層通訊節(jié)點發(fā)送的地址請求信號附有優(yōu)先級要求。
本發(fā)明利用CAN2.0總線網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建大型分層控制樹狀網(wǎng)絡(luò)，以保證大型網(wǎng)絡(luò)的實時性、可靠性，同時減少仲裁域，避免廣播風(fēng)暴；另外，提出在該大型層次網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)CAN通訊接點即插即用的方法。以上兩點的實現(xiàn)，可構(gòu)建一個在一定程度上免維護的大型、實時、可靠的通訊控制網(wǎng)絡(luò)。該類網(wǎng)絡(luò)可應(yīng)用于大型工業(yè)控制系統(tǒng)(例如流程性企業(yè))和民用系統(tǒng)(例如建筑智能化系統(tǒng))中。
本發(fā)明的有益效果是基于CAN總線構(gòu)建大型層狀網(wǎng)絡(luò)的方法，將整個網(wǎng)絡(luò)分為父層和子層(也可繼續(xù)擴展為多層)，可有效縮小網(wǎng)絡(luò)仲裁域，保證系統(tǒng)的實時可靠性；同時，本發(fā)明提出一種在層狀網(wǎng)絡(luò)中CAN通訊接點即插即用的方法，可方便搭建層狀網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)免維護的層狀網(wǎng)絡(luò)即時擴展，可避免手動調(diào)整接點地址的麻煩，大大降低系統(tǒng)維護成本。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
其中，1.根節(jié)點，2.父層，3.子層，4.CAN網(wǎng)橋。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
圖1中，基于CAN總線網(wǎng)絡(luò)電氣特征要求的≤110和接點的要求，大型層狀網(wǎng)絡(luò)是一棵樹型結(jié)構(gòu)，被稱之為CAN樹。CAN樹的根接點1是層狀網(wǎng)絡(luò)的總控端，起到管理整個網(wǎng)絡(luò)的作用，可維護整個系統(tǒng)的通訊接點地址信息。整個CAN樹的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇?層結(jié)構(gòu)——父層2和子層3網(wǎng)絡(luò)，每層各自獨立的形成多個仲裁域，層間由CAN網(wǎng)橋4互聯(lián)，其中父層2分若干個網(wǎng)段，每個網(wǎng)段設(shè)一個CAN網(wǎng)橋4，每個CAN網(wǎng)橋4聯(lián)接一個子層3，各子層3又分為若干個網(wǎng)段，并下接一個本地應(yīng)用。一棵CAN樹由一個位于工作站內(nèi)的CAN網(wǎng)卡作為起始，即CAN樹根節(jié)點1，沿CAN總線經(jīng)中間接點到各CAN通訊接點作為終點，形成一個完整的CAN樹。
父層2和子層3之間通過一個具有兩個CAN通訊模塊的CAN網(wǎng)橋4連接。如圖1所示，CAN網(wǎng)橋4由父層(上層)CAN通訊模塊和子層(下層)CAN通訊模塊組成，兩模塊之間采用直接訪問機制，由CAN網(wǎng)橋4的控制器完成數(shù)據(jù)域的上傳及下傳，兩CAN通訊模塊采用雙濾波機制保證信息的傳送控制在有效作用域內(nèi)。
如圖1所示，CAN網(wǎng)橋4子層通訊模塊是其同層CAN通訊接點(本地應(yīng)用)的根模塊。該通訊模塊不僅完成通訊功能，同時具有以下功能支持即插即用設(shè)備，當(dāng)在該根模塊控制的范圍內(nèi)有新CAN通訊接點(新本地應(yīng)用設(shè)備)連入網(wǎng)絡(luò)后，該CAN通訊接點自檢后自動向CAN網(wǎng)橋子層通訊模塊發(fā)送地址請求信號，其中包含優(yōu)先級要求。所有新連入網(wǎng)絡(luò)的接點默認(rèn)地址編號均可設(shè)為一個系統(tǒng)正常運行時禁用的設(shè)備編號(例如FFFH)。當(dāng)CAN網(wǎng)橋4子層通訊模塊接收到該請求后，到其地址維護表中查詢一個未被分配的接點編號，根據(jù)優(yōu)先級要求，向該CAN通訊接點發(fā)送地址確定信號，同時置該地址編號為已分配。以上工作完成后，CAN網(wǎng)橋4子層通訊模塊在規(guī)定的時間刷新網(wǎng)絡(luò)地址維護根接點；如果出現(xiàn)新CAN通訊接點設(shè)備優(yōu)先級要求最高，需要修改其它通訊接點地址的情況，CAN網(wǎng)橋4子層通訊模塊亦可判斷后實現(xiàn)。
CAN網(wǎng)橋4子層通訊模塊還具有以下功能定時查詢其所控制的子層CAN通訊接點，如果發(fā)現(xiàn)CAN接點丟失(或損壞)現(xiàn)象，繼續(xù)嘗試若干次(例如10次)后，取消丟失的地址編號，刷新地址維護信息，該地址編號可繼續(xù)進行分配。網(wǎng)絡(luò)根接點設(shè)備也具有類似功能。
基于實際應(yīng)用，層狀網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備分為若干網(wǎng)段，每個網(wǎng)段含有若干通訊接點，其編制策略為接點地址分為兩段網(wǎng)段編號區(qū)和接點編號區(qū)。網(wǎng)段編號位數(shù)及接點編號位數(shù)根據(jù)實際情況設(shè)定(例如網(wǎng)段編號用5位二進制數(shù)表示，接點編號用7位二進制表示，這樣整個網(wǎng)絡(luò)可分為32個網(wǎng)段，每個網(wǎng)段最多可包含110個以下接點)。其中每個網(wǎng)段設(shè)置一個CAN網(wǎng)橋4。舉例如下CAN樹第一層中的各分支，稱為網(wǎng)段。每一個網(wǎng)段用5位二進制數(shù)表示其網(wǎng)段編碼，用NPID(NetWork Paragraph)來表示，共可容納32個網(wǎng)段。實際應(yīng)用中的規(guī)則可為00000分配給CAN樹中的樹根接點，是CAN樹中最重要的接點，名稱為NPID0；00001～11100共有30個網(wǎng)段，可以根據(jù)響應(yīng)要求進行分配；最后一個網(wǎng)段號11111可分配給CAN樹中的全網(wǎng)廣播功能使用，過濾時起用，不作為真實的網(wǎng)段編號。第一層中的所有接點地址號為0000000。第二層中所有設(shè)備的網(wǎng)段地址相同，可設(shè)CAN網(wǎng)橋4子層通訊模塊的地址為0000001，其余通訊接點根據(jù)優(yōu)先級動態(tài)編址即可。
為了充分應(yīng)用CAN總線技術(shù)的特點(非破壞性總線仲裁和幀內(nèi)應(yīng)答、檢錯、錯誤通知)，將應(yīng)用的優(yōu)先級、接點地址、被傳輸數(shù)據(jù)的屬性等信息，全部在29位標(biāo)識符內(nèi)實現(xiàn)。采用網(wǎng)絡(luò)分段形式，實現(xiàn)CAN總線的樹狀結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)分層；采用濾波的形式，防止非廣播數(shù)據(jù)幀的全網(wǎng)傳播，提高了總線的使用效率；在定義接點地址時，優(yōu)先考慮具體應(yīng)用的優(yōu)先級別。具體的設(shè)計思想是采用擴展幀、雙濾波方式。對擴展幀的29個標(biāo)志符，根據(jù)應(yīng)用進行科學(xué)的定義；利用雙濾波方式對標(biāo)志符的高位進行過濾，一個過濾器進行設(shè)備地址的過濾，另一個過濾器來判斷是否是廣播，利用兩個過濾器“或”運算特點，實現(xiàn)指定報文的通訊。標(biāo)準(zhǔn)幀可以用作為今后擴展使用。由于標(biāo)準(zhǔn)幀優(yōu)先于擴展幀，可用于緊急事務(wù)處理。
權(quán)利要求
1.一種支持即插即用的基于CAN總線的分層控制樹狀網(wǎng)絡(luò)，它包括CAN總線網(wǎng)絡(luò)，其特征是所述CAN總線網(wǎng)絡(luò)分為至少兩層，形成分層控制樹狀網(wǎng)絡(luò)，其根節(jié)點在父層，是該網(wǎng)絡(luò)的總控端，各層網(wǎng)絡(luò)包括多個獨立的仲裁域；其中，父層分若干個網(wǎng)段，每個網(wǎng)段設(shè)一個CAN網(wǎng)橋，每個CAN網(wǎng)橋聯(lián)接一個子層，各子層又可分為若干個網(wǎng)段，并下接本地應(yīng)用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的支持即插即用的基于CAN總線的分層控制樹狀網(wǎng)絡(luò)，其特征是所述網(wǎng)段由若干網(wǎng)絡(luò)通訊節(jié)點組成，這些通訊節(jié)點共同組成一個子站，以實現(xiàn)網(wǎng)段內(nèi)通訊節(jié)點的仲裁域控制；每個網(wǎng)段設(shè)置一個CAN網(wǎng)橋，作為該網(wǎng)段的根節(jié)點，每個網(wǎng)段都分配網(wǎng)段號，網(wǎng)段內(nèi)的所有通訊節(jié)點具有相同的網(wǎng)段號；通訊節(jié)點的的地址編號分兩部分編制，即網(wǎng)段編號區(qū)和節(jié)點編號區(qū)，均用二進制位表示；網(wǎng)段編號區(qū)和節(jié)點編號區(qū)的二進制位數(shù)可根據(jù)實際應(yīng)用設(shè)置，每個網(wǎng)段中通訊節(jié)點的數(shù)目應(yīng)小于110個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的支持即插即用的基于CAN總線的分層控制樹狀網(wǎng)絡(luò)，其特征是所述CAN網(wǎng)橋由父層CAN通訊模塊和子層CAN通訊模塊組成，它們間采用直接訪問機制，兩者間不可互換使用，其內(nèi)部由CAN網(wǎng)橋的控制器完成數(shù)據(jù)的上傳及下傳，并采用雙濾波機制將信息的傳送控制在有效作用域內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的支持即插即用的基于CAN總線的分層控制樹狀網(wǎng)絡(luò)，其特征是所述CAN網(wǎng)橋子層通訊模塊，處于整個網(wǎng)絡(luò)的子層，同時也是該層網(wǎng)絡(luò)的根模塊，它根據(jù)濾波要求接收子層通訊節(jié)點的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)接收后，由控制器判斷是否需要上傳至父層，如需要，采用直接訪問機制，傳送至CAN網(wǎng)橋父層通訊網(wǎng)絡(luò)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的支持即插即用的基于CAN總線的分層控制樹狀網(wǎng)絡(luò)，其特征是所述CAN網(wǎng)橋子層通訊模塊對子層各通訊節(jié)點實行定期刷新，根據(jù)子層通訊節(jié)點的地址申請信號及優(yōu)先級要求，動態(tài)調(diào)整節(jié)點地址；在出現(xiàn)節(jié)點損壞或丟失現(xiàn)象時，回收節(jié)點地址，并重新分配。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的支持即插即用的基于CAN總線的分層控制樹狀網(wǎng)絡(luò)，其特征是所述各子層通訊節(jié)點的節(jié)點地址根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)動態(tài)變化，并進行自檢及發(fā)送地址請求信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的支持即插即用的基于CAN總線的分層控制樹狀網(wǎng)絡(luò)，其特征是各子層通訊節(jié)點發(fā)送的地址請求信號附有優(yōu)先級要求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種支持即插即用的基于CAN總線的分層控制樹狀網(wǎng)絡(luò)，它解決了目前CAN總線不易構(gòu)建大型控制通訊網(wǎng)路的問題，具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便快捷，可靠性高，易于維護等優(yōu)點，其結(jié)構(gòu)為它包括CAN總線網(wǎng)絡(luò)，所述CAN總線網(wǎng)絡(luò)分為至少兩層，形成分層控制樹狀網(wǎng)絡(luò)，其根節(jié)點在父層，是該網(wǎng)絡(luò)的總控端，各層網(wǎng)絡(luò)包括多個獨立的仲裁域；其中，父層分若干個網(wǎng)段，每個網(wǎng)段設(shè)一個CAN網(wǎng)橋，每個CAN網(wǎng)橋聯(lián)接一個子層，各子層又分為若干個網(wǎng)段，并下接一個本地應(yīng)用。
文檔編號H04L12/24GK1889496SQ20061004552
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月19日
發(fā)明者房金民, 邵增珍, 陳達理 申請人:山東富臣發(fā)展有限公司