基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法及转换模块技术

本发明专利技术涉及一种基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法及转换模块，所述方法的步骤为：CAN通信转换模块初始化，ARM处理器中断服务，主循环，主循环根据CAN网络拓扑不同采用主从结构形式的三种运行模式运行，通过主设备保证一个、两个或多个从设备与列车网络间接通信，控制方案灵活。所述转换模块包括ARM处理器、内嵌于ARM处理器中的三路CAN通信控制器以及与ARM处理器连接的数字量输入接口单元，每路CAN通信控制器均连接有一路用于连接CAN总线的CAN收发接口模块，以简单的电路实现数据的快速可靠传输，实现了设备级网络和设备内部模块级网络的可靠数据传输。

【技术实现步骤摘要】
基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法及转换模块
本专利技术属于列车通信
，涉及列车用CAN通信转换技术，具体地说，涉及一种基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法及转换模块。
技术介绍
CAN(ControllerAreaNetwork的简称，即控制器局域网)总线是一种用于实时应用的多主方式串行通信总线协议，具有很多优越的特性。其优点包括：使用成本低；具有极高的总线利用率；数据的传输距离远，长达10km；数据传输速率高，可高达1Mbit/s；可根据报文的ID决定接收获屏蔽该报文；具有可靠的错误处理和检错机制；发送的信息遭到破坏后，可以自动重发；节点在错误严重的情况下可自动退出总线；报文不包含源地址或目标地址，仅用标识符来指示功能信息、优先级信息。因此，CAN总线通信在汽车工业、航空工业、工业控制和安全防护等领域中获得广泛的应用。在轨道交通列车应用中，CAN总线最初仅仅用于设备级的网络中。随着车载设备的模块化设计，设备内部不同模块之间也需要快速可靠地进行通信。因此，CAN总线通信也可用于设备内部通信网络，即模块级网络。为了实现设备级网络之间、模块级网络之间以及设备级网络与模块级网络之间的可靠数据传输，同时保证冗余或可扩展功能，转换设备需要具有至少三路CAN总线。现有的大多设备采用的CPU最多内嵌两个CAN控制器，仅具有两路CAN总线。单CPU不能满足三路CAN总线的要求，若增加外部CAN控制器，则控制速度太慢；若采用多个CPU，则增加了电路的复杂性和CPU总线间的数据交互。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在CAN总线接口较少或控制速度慢、电路复杂、数据交互困难等上述问题，提供了一种基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法及转换模块，能够满足三路CAN总线的要求，以简单的电路实现数据的快速可靠传输，实现了设备级网络之间、模块级网络之间以及设备级网络与模块级网络之间的可靠数据传输。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法，含有以下步骤：CAN通信转换模块初始化，完成ARM处理器硬件、通用定时器模块、CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块以及变量初始化；ARM处理器中断服务，提供由通用定时器模块所产生的主循环的时间周期以及CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块的数据接收；主循环，主循环采用的CAN网络拓扑结构为：CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块分别连接两个从设备的设备级CAN总线，并采取点对点的方式传输数据，CAN3收发接口模块连接主设备内部的模块级CAN总线；主循环采用以下运行模式运行：ARM处理器将CAN3收发接口模块收到的数据重新打包，同时通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块发送至从设备；ARM处理器将CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块收到的数据重新打包，同时通过CAN3收发接口模块发送至主设备的其他相关模块。优选的，主循环采用的运行模式运行的具体步骤如下：(1)ARM处理器按照时间周期T1通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块分别同时通过CAN总线向两个从设备发送报文TX_MSG11和报文TX_MSG21，报文TX_MSG11和报文TX_MSG21为数据帧，触发从设备的响应；(2)ARM处理器按照时间周期T2通过CAN3收发接口模块向主设备其它模块发送固定的报文TX_MSG31，报文TX_MSG31为数据帧，报文TX_MSG31中含有CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块的接收状态；(3)当ARM处理器从CAN1收发接口模块接收到的报文具有符合配置要求的ID时，将报文中的数据放入ARM处理器的缓存区BUFF1，并设置CAN1收发接口模块的ID接收标志为有效；或当ARM处理器从CAN2收发接口模块接收到的报文具有符合配置要求的ID时，将报文中的数据放入ARM处理器的缓存区BUFF2，并设置CAN2收发接口模块的ID接收标志为有效；(4)ARM处理器检测到CAN1收发接口模块的ID接收标志有效或CAN2收发接口模块的ID接收标志有效，则会将缓存区BUFF1或缓存区BUFF2中的数据通过CAN3收发接口模块对应的报文TX_MSG3X转发出去，下标X对应于不同的ID接收标志；(5)当ARM处理器从CAN3收发接口模块接收到有效报文时，根据该报文同时更新报文TX_MSG11和报文TX_MSG21的数据内容；(6)ARM处理器以时间周期T3检测CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块的接收状态，根据CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块的接收状态更新报文TX_MSG31中的相关数据。为了达到上述目的，本专利技术另提供了一种基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法，含有以下步骤：CAN通信转换模块初始化，完成ARM处理器硬件、通用定时器模块、CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块以及变量初始化；ARM处理器中断服务，提供由通用定时器模块所产生的主循环的时间周期以及CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块的数据接收；主循环，主循环采用的CAN网络拓扑结构为：主设备、CAN1收发接口模块、以串联方式形成链路的多个设备、CAN2收发接口模块依次以点对点的方式首尾连接形成环路，CAN3收发接口模块连接主设备内部的模块级CAN总线；主循环采用以下运行模式运行：ARM处理器通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块接收整个环路上全部从设备的数据，CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块接收的数据互为冗余，经ARM处理器校验数据的有效性后，通过CAN3收发接口模块转发至主设备的其他模块；ARM处理器通过CAN3收发接口模块接收来自内部模块级CAN总线的主设备控制器命令时，ARM处理器通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块向相邻的从设备转发。优选的，主循环采用的运行模式运行的具体步骤如下：(1)ARM处理器按照时间周期T1通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块分别同时通过CAN总线向从设备发送报文TX_MSG11和报文TX_MSG21，报文TX_MSG11和报文TX_MSG21为数据帧，触发从设备的响应；(2)ARM处理器按照时间周期T2通过CAN3收发接口模块向主设备发送固定的报文TX_MSG31，报文TX_MSG31为数据帧，报文TX_MSG31中含有从设备链路的连接状态；(3)当ARM处理器从CAN1收发接口模块或CAN2收发接口模块接收到的报文具有符合配置要求的ID时，将报文中的数据放入ARM处理器的缓存区BUFF，并设置外部数据接收标志为有效；(4)ARM处理器检测到外部数据接收标志有效，则以周期T3将ARM处理器的缓存区BUFF中的数据通过CAN3收发接口模块对应的报文TX_MSG3X转发出去，下标X对应于不同的ID接收标志；(5)当ARM处理器从CAN3收发接口模块接收到有效报文时，将其通过CAN1收发接口模块的报文TX_MSG11和CAN2收发接口模块的报文TX_MSG21分别转发出去；(6)ARM处理器以时间周期T3检测检测整个链路从设备的连接状态，并根据该状态更新报文TX_本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法，其特征在于，含有以下步骤：CAN通信转换模块初始化，完成ARM处理器硬件、通用定时器模块、CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块以及变量初始化；ARM处理器中断服务，提供由通用定时器模块所产生的主循环的时间周期以及CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块的数据接收；主循环，根据CAN网络拓扑不同采用运行模式一、或运行模式二、或运行模式三运行，其中：运行模式一：CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块分别连接两个从设备的设备级CAN总线，并采取点对点的方式传输数据，CAN3收发接口模块连接主设备内部的模块级CAN总线；ARM处理器将CAN3收发接口模块收到的数据重新打包，同时通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块发送至从设备；ARM处理器将CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块收到的数据重新打包，同时通过CAN3收发接口模块发送至主设备的其他相关模块；运行模式二：主设备、CAN1收发接口模块、以串联方式形成链路的多个设备、CAN2收发接口模块依次以点对点的方式首尾连接形成环路，CAN3收发接口模块连接主设备内部的模块级CAN总线；ARM处理器通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块接收整个环路上全部从设备的数据，CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块接收的数据互为冗余，经ARM处理器校验数据的有效性后，通过CAN3收发接口模块转发至主设备的其他模块；ARM处理器通过CAN3收发接口模块接收来自内部模块级CAN总线的主设备控制器命令时，ARM处理器通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块向相邻的从设备转发；运行模式三：主设备通过CAN1收发接口模块连接至主设备的设备级CAN1总线，主设备通过CAN2收发接口模块与从设备点对点连接，CAN3收发接口模块连接主设备内部的模块级CAN总线；ARM处理器通过CAN3收发接口模块接收主设备的其他模块的报文，并对报文数据进行逻辑处理后通过CAN1收发接口模块转发；ARM处理器通过CAN2收发接口模块接收从设备的报文，并将报文数据直接通过CAN1收发接口模块转发；当ARM处理器通过CAN1收发接口模块从设备级CAN1总线接收到报文时，ARM处理器将主设备需要的报文通过CAN3收发接口模块转发，将从设备需要的报文通过CAN2收发接口模块转发。...

【技术特征摘要】
1.一种基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法，其特征在于，含有以下步骤：CAN通信转换模块初始化，完成ARM处理器硬件、通用定时器模块、CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块以及变量初始化；ARM处理器中断服务，提供由通用定时器模块所产生的主循环的时间周期以及CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块的数据接收；主循环，根据CAN网络拓扑不同采用运行模式一、或运行模式二、或运行模式三运行，其中：运行模式一：CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块分别连接两个从设备的设备级CAN总线，并采取点对点的方式传输数据，CAN3收发接口模块连接主设备内部的模块级CAN总线；ARM处理器将CAN3收发接口模块收到的数据重新打包，同时通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块发送至从设备；ARM处理器将CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块收到的数据重新打包，同时通过CAN3收发接口模块发送至主设备的其他相关模块；运行模式二：主设备、CAN1收发接口模块、以串联方式形成链路的多个设备、CAN2收发接口模块依次以点对点的方式首尾连接形成环路，CAN3收发接口模块连接主设备内部的模块级CAN总线；ARM处理器通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块接收整个环路上全部从设备的数据，CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块接收的数据互为冗余，经ARM处理器校验数据的有效性后，通过CAN3收发接口模块转发至主设备的其他模块；ARM处理器通过CAN3收发接口模块接收来自内部模块级CAN总线的主设备控制器命令时，ARM处理器通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块向相邻的从设备转发；运行模式三：主设备通过CAN1收发接口模块连接至主设备的设备级CAN1总线，主设备通过CAN2收发接口模块与从设备点对点连接，CAN3收发接口模块连接主设备内部的模块级CAN总线；ARM处理器通过CAN3收发接口模块接收主设备的其他模块的报文，并对报文数据进行逻辑处理后通过CAN1收发接口模块转发；ARM处理器通过CAN2收发接口模块接收从设备的报文，并将报文数据直接通过CAN1收发接口模块转发；当ARM处理器通过CAN1收发接口模块从设备级CAN1总线接收到报文时，ARM处理器将主设备需要的报文通过CAN3收发接口模块转发，将从设备需要的报文通过CAN2收发接口模块转发。2.如权利要求1所述的基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法，其特征在于，运行模式一的具体步骤如下：(1)ARM处理器按照时间周期T1通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块分别同时通过CAN总线向两个从设备发送报文TX_MSG11和报文TX_MSG21，报文TX_MSG11和报文TX_MSG21为数据帧，触发从设备的响应；(2)ARM处理器按照时间周期T2通过CAN3收发接口模块向主设备的其他模块发送固定的报文TX_MSG31，报文TX_MSG31为数据帧，报文TX_MSG31中含有CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块的接收状态；(3)当ARM处理器从CAN1收发接口模块接收到的报文具有符合配置要求的ID时，将报文中的数据放入ARM处理器的缓存区BUFF1，并设置CAN1收发接口模块的ID接收标志为有效；或当ARM处理器从CAN2收发接口模块接收到的报文具有符合配置要求的ID时，将报文中的数据放入ARM处理器的缓存区BUFF2，并设置CAN2收发接口模块的ID接收标志为有效；(4)ARM处理器检测到CAN1收发接口模块的ID接收标志有效或CAN2收发接口模块的ID接收标志有效，则会将缓存区BUFF1或缓存区BUFF2中的数据通过CAN3收发接口模块对应的报文TX_MSG3X转发出去，下标X对应于不同的ID接收标志；(5)当ARM处理器从CAN3收发接口模块接收到有效报文时，根据该报文同时更新报文TX_MSG11和报文TX_MSG21的数据内容；(6)ARM处理器以时间周期T3检测CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块的接收状态，根据CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块的接收状态更新报文TX_MSG31中的相关数据。3.如权利要求1所述的基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法，其特征在于，运行模式二的具体步骤如下：(1)ARM处理器按照时间周期T1通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块分别同时通过CAN总线向从设备发送报文TX_MSG11和报文TX_MSG21，报文TX_MSG11和报文TX_MSG21为数据帧，触发从设备的响应；(2)ARM处理器按照时间周期T2通过CAN3收发接口模块向主设备的其他模块发送固定的报文TX_MSG31，报文TX_MSG31为数据帧，报文TX_MSG31中含有从设备链路的连接状态；(3)当ARM处理器从CAN1收发接口模块或CAN2收发接口模块接收到的报文具有符合配置要求的ID时，将报文中的数据放入ARM处理器的缓存区BUFF，并设置外部数据接收标志为有效；(4)A...

【专利技术属性】
技术研发人员：张利军，张艳芳，李磊，孙靖雯，宋以俊，孙冬，
申请(专利权)人：中车青岛四方车辆研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37