CN103475523A - 带总线错误解析功能的can总线分析系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带总线错误解析功能的CAN总线分析系统。本发明通过检测总线信号，记录总线上的正常帧和发送时间戳，总线上存在错误有错误帧时，触发总线错误信号，记录总线上错误帧与时间戳，并对错误帧及被中断帧进行解析分析，确定错误帧类型和被中断节点地址，并将记录信息发送给后台进行后续处理。本发明与现有技术相比具有的有益效果：本系统不仅能够记录正常帧和错误帧信息，而且具有总线错误解析功能，能够结合总线模拟信号进行模式识别，获取被中断帧的源地址，为定位故障节点提供初步分析。
Description
技术领域
本发明涉及自动化技术和故障诊断技术领域，尤其涉及一种带总线错误解析功能的CAN总线分析系统。
背景技术
现场总线技术，是计算机数字通信技术向工业自动化领域的延伸。控制器局域网（Control Area Network，CAN）总线是国际上应用最广泛地现场总线之一。它广泛地应用于车载电子微控制器通讯、工业网络自动化控制、重要电力系统和安防监控等诸多领域。
随着分布式网络系统架构复杂性不断增加，实际的产业化网络通信过程中出现的设备老化、关联点动作强度大以及作业环境的强电磁干扰等诸多因素，更容易给正常总线通信和产品质量带来影响，严重地威胁着产业生产线的正常运作和人身安全。
现有研究主要涉及总线网络可靠性参数的探索，和影响控制网、设备网、以太网等网络的传输性能的因素的探索。然而，较少研究针对网络的故障作实时监控和对故障进行实时错误解析。
如果总线存在网络故障，节点检测到错误时，会中断正在发送数据的节点，往总线上发送错误帧。在轮询通信模式下，当错误节点处于数据发送状态时，总线上所有的节点将一致对错误作出响应，所得的错误帧错误标志长度表现为6位；当错误节点处于数据接收状态时，总线上节点将依次对错误作出响应，所得的错误帧错误标志长度表现为6～12位。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种带总线错误解析功能的CAN总线分析系统。
带总线错误解析功能的CAN总线分析系统包括CAN收发器CTM1050、Open3S500E FPGA开发板、9针的RS232串口；Open3S500E FPGA开发板的P115输入/输出口与RS232的2引脚相连，Open3S500E FPGA开发板的P120输入/输出口与第一CAN收发器CTM1050的3引脚相连，Open3S500E FPGA开发板的P127输入/输出口与第二CAN收发器CTM1050的3引脚相连，第一CAN收发器CTM1050与第二CAN收发器CTM1050的2引脚同时接地，1引脚同时接5V正电压，7引脚用来连接CAN总线的CAN_L,6引脚用来连接CAN总线的CAN_H；RS232串口能用USB模块和以太网模块代替，用来发送数据给后台计算机，并执行如下内容：
1)系统检测CAN总线信号，当检测到有帧起始的显性位后进行数据的监听，并将数据存储在Open3S500E FPGA开发板的一个寄存器中，当检测到CAN总线上连续的七个隐性位时说明帧结束，停止监听等待下一次的帧起始，同时记录发送正常帧的时间戳，等待发送给后台计算机；
2)系统检测CAN总线信号并进行错误帧的识别和生成触发信号，假设CAN总线通信速率V，则数据位的时间长度为
设置采样周期为f ns，即每数据位采样
次，根据CAN总线错误界定协议，若检测到连续6位或6位以上显性位，只要连续采样数大于等于
个，说明CAN总线上有错误帧，将会触发错误帧识别信号的产生，将用于识别和记录错误帧信息，同时,准确识别错误帧的下降沿，在错误帧下降沿时复位错误帧识别信号；
3)不同的错误帧的错误标志长度代表错误帧的不同事件类型，这对CAN总线错误定位和故障定位产生重要影响，错误触发后，记录错误帧错误标志长度值和错误帧产生的时间戳，并对被错误帧中断的正常数据帧的信息进行分析，获得被中断节点地址，将错误信息与被中断帧地址整合记录在寄存器中，等待发送给后台计算机进行错误信息后期处理，数据帧标识符中含有帧源地址，在获取被中断帧源地址时，要结合总线模拟波形进行分析，如果被中断帧的源地址数据完整，直接获取；如果源地址损坏，结合模拟信号对被中断帧进行模式识别，获得源地址；
4)记录的正常帧信息与错误帧信息通过RS232串口、USB或以太网发送给后台计算机，以便对CAN总线错误进行进一步分析。
本发明不仅能够实时监测总线故障，记录正常帧和错误帧信息，而且具有总线错误解析功能，能够结合总线模拟信号进行模式识别，获取被中断帧的源地址，为定位故障节点提供初步分析，系统的结构也比较紧凑，所用的都是标准芯片，容易实现。
附图说明
图1是带总线错误解析功能的CAN总线分析系统结构框图；
图2是带总线错误解析功能的CAN总线分析系统原理图；
图3是本发明的总线错误触发流程图；
图4是本发明的被中断帧源地址读取流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
带总线错误解析功能的CAN总线分析系统包括CAN收发器CTM1050、Open3S500E FPGA开发板、9针的RS232串口；Open3S500E FPGA开发板的P115输入/输出口与RS232的2引脚相连，Open3S500E FPGA开发板的P120输入/输出口与第一CAN收发器CTM1050的3引脚相连，Open3S500E FPGA开发板的P127输入/输出口与第二CAN收发器CTM1050的3引脚相连，第一CAN收发器CTM1050与第二CAN收发器CTM1050的2引脚同时接地，1引脚同时接5V正电压，7引脚用来连接CAN总线的CAN_L,6引脚用来连接CAN总线的CAN_H；RS232串口能用USB模块和以太网模块代替，用来发送数据给后台计算机，并执行如下内容：
1)系统检测CAN总线信号，当检测到有帧起始的显性位后进行数据的监听，并将数据存储在Open3S500E FPGA开发板的一个寄存器中，当检测到CAN总线上连续的七个隐性位时说明帧结束，停止监听等待下一次的帧起始，同时记录发送正常帧的时间戳，等待发送给后台计算机；
2)系统检测CAN总线信号并进行错误帧的识别和生成触发信号，假设CAN总线通信速率V kbps，则数据位的时间长度为设置采样周期为f ns，即每数据位采样
次，根据CAN总线错误界定协议，若检测到连续6位或6位以上显性位，只要连续采样数大于等于
个，说明CAN总线上有错误帧，将会触发错误帧识别信号的产生，将用于识别和记录错误帧信息，同时,准确识别错误帧的下降沿，在错误帧下降沿时复位错误帧识别信号；
3)不同的错误帧的错误标志长度代表错误帧的不同事件类型，这对CAN总线错误定位和故障定位产生重要影响，错误触发后，记录错误帧错误标志长度值和错误帧产生的时间戳，并对被错误帧中断的正常数据帧的信息进行分析，获得被中断节点地址，将错误信息与被中断帧地址整合记录在寄存器中，等待发送给后台计算机进行错误信息后期处理，数据帧标识符中含有帧源地址，在获取被中断帧源地址时，要结合总线模拟波形进行分析，如果被中断帧的源地址数据完整，直接获取；如果源地址损坏，结合模拟信号对被中断帧进行模式识别，获得源地址；
4)记录的正常帧信息与错误帧信息通过RS232串口、USB或以太网发送给后台计算机，以便对CAN总线错误进行进一步分析。
实施例
带总线错误解析功能的CAN总线分析系统中Open3S500E FPGA开发板的工作频率为50MHz；Open3S500E FPGA开发板的P115输入/输出口与RS232的2引脚相连，Open3S500E FPGA开发板的P120输入/输出口与第一CAN收发器CTM1050的3引脚相连，Open3S500E FPGA开发板的P127输入/输出口与第二CAN收发器CTM1050的3引脚相连，Open3S500E FPGA开发板采用JTAG烧入程序，第一CAN收发器CTM1050与第二CAN收发器CTM1050的2引脚同时接地，1引脚同时接5V正电压，7引脚用来连接CAN总线的CAN_L,6引脚用来连接CAN总线的CAN_H，所有接地都相同；RS232串口用来发送数据给后台计算机。
CAN总线两端的终端电阻阻值为120Ω，设置总线通讯速率为500kbps，采样周期为100ns，串口波特率为115200bps，采用实验室中的CAN总线错误注入系统将错误注入CAN总线来模拟工业现场CAN总线错误，错误的注入是随机发生的。
将程序下载进Open3S500E FPGA开发板XC3S500E芯片内，开启系统。
Open3S500E FPGA开发板的P120输入/输出口和P127输入/输出口同时检测CAN总线信号，当P127输入/输出口检测到有帧起始的显性位后进行数据的监听，并存储在Open3S500E FPGA开发板的一个寄存器中，当检测到CAN总线上连续的七个隐性位时说明帧结束，停止监听等待下一次的帧起始，同时记录发送正常帧的时间戳；当P120输入/输出口检测到连续大于等于120个低电平（6位或6位以上显性位），说明CAN总线上有错误帧，触发错误帧识别信号，开始记录错误帧错误标志长度值和错误帧产生的时间戳，并对被错误帧中断的正常数据帧的信息结合总线模拟波形进行分析，如果被中断帧的源地址数据完整，直接获取源地址，如果源地址损坏，结合模拟信号对被中断帧进行模式识别，获得源地址，当P120输入/输出口检测到错误帧下降沿时复位错误帧识别信号；当正常帧与其发送的时间戳或错误帧标志长度、错误帧发送时间戳与被中断帧源地址记录完成后，将数据通过P115输入/输出口发送给9针的RS232串口传输给后台计算机，以进行后期数据处理。
本发明并不限于上述实施方式，采用与本发明上述实施例相同或近似的方式，而得到的其他带总线错误解析功能的CAN总线分析系统，均在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种带总线错误解析功能的CAN总线分析系统，其特征在于包括CAN收发器CTM1050、Open3S500E FPGA开发板、9针的RS232串口；Open3S500E FPGA开发板的P115输入/输出口与RS232的2引脚相连，Open3S500E FPGA开发板的P120输入/输出口与第一CAN收发器CTM1050的3引脚相连，Open3S500E FPGA开发板的P127输入/输出口与第二CAN收发器CTM1050的3引脚口相连，第一CAN收发器CTM1050与第二CAN收发器CTM1050的2引脚同时接地，1引脚同时接5V正电压，7引脚用来连接CAN总线的CAN_L,6引脚用来连接CAN总线的CAN_H；RS232串口能用USB模块和以太网模块代替，用来发送数据给后台计算机，并执行如下内容：
1)系统检测CAN总线信号，当检测到有帧起始的显性位后进行数据的监听，并将数据存储在Open3S500E FPGA开发板的一个寄存器中，当检测到CAN总线上连续的七个隐性位时说明帧结束，停止监听等待下一次的帧起始，同时记录发送正常帧的时间戳，等待发送给后台计算机；
2)系统检测CAN总线信号并进行错误帧的识别和生成触发信号，假设CAN总线通信速率V，则数据位的时间长度为
设置采样周期为f ns，即每数据位采样
次，根据CAN总线错误界定协议，若检测到连续6位或6位以上显性位，只要连续采样数大于等于
个，说明CAN总线上有错误帧，将会触发错误帧识别信号的产生，将用于识别和记录错误帧信息，同时,准确识别错误帧的下降沿，在错误帧下降沿时复位错误帧识别信号；
3)不同的错误帧的错误标志长度代表错误帧的不同事件类型，这对CAN总线错误定位和故障定位产生重要影响，错误触发后，记录错误帧错误标志长度值和错误帧产生的时间戳，并对被错误帧中断的正常数据帧的信息进行分析，获得被中断节点地址，将错误信息与被中断帧地址整合记录在寄存器中，等待发送给后台计算机进行错误信息后期处理，数据帧标识符中含有帧源地址，在获取被中断帧源地址时，要结合总线模拟波形进行分析，如果被中断帧的源地址数据完整，直接获取；如果源地址损坏，结合模拟信号对被中断帧进行模式识别，获得源地址；
4)记录的正常帧信息与错误帧信息通过RS232串口、USB或以太网发送给后台计算机，以便对CAN总线错误进行进一步分析。
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