本發(fā)明屬于汽車(chē)電子技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)是一種汽車(chē)CAN總線網(wǎng)關(guān)的報(bào)文收發(fā)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著汽車(chē)電子部件的增多和智能化程度的提高，CAN總線系統(tǒng)已經(jīng)成為汽車(chē)的重要組成部分。根據(jù)功能劃分、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)時(shí)性的不同要求，汽車(chē)一般會(huì)設(shè)計(jì)多個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)。CAN網(wǎng)絡(luò)之間的信息交互由網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)關(guān)包括多個(gè)CAN接口，接入不同的CAN網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)報(bào)文的接收和轉(zhuǎn)發(fā)。在所有的CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中，從報(bào)文接收和發(fā)送的角度看，網(wǎng)關(guān)的負(fù)荷是最高的。

CAN網(wǎng)絡(luò)采用非破壞性仲裁方式競(jìng)爭(zhēng)總線，任一節(jié)點(diǎn)可以在任意時(shí)刻向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，連接多個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)可能會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)接收到大量報(bào)文，并需要在短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)大量需要路由的報(bào)文。進(jìn)行周期報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，根據(jù)不同汽車(chē)廠家的要求，報(bào)文周期一般需要保證在規(guī)定值的±10％以?xún)?nèi)，這對(duì)網(wǎng)關(guān)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性都提出了較高的要求。

出于成本節(jié)約和集成化的要求，汽車(chē)電子零部件都采用MCU內(nèi)部的CAN控制器結(jié)合物理層芯片實(shí)現(xiàn)CAN總線通信。低成本MCU的內(nèi)部CAN控制器的硬件接收緩沖區(qū)和硬件發(fā)送緩沖區(qū)很小，當(dāng)CAN網(wǎng)絡(luò)上短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)大量報(bào)文時(shí)，如果未能及時(shí)讀取硬件接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)并清零標(biāo)志位，便無(wú)法接收新的報(bào)文。當(dāng)CAN網(wǎng)關(guān)短時(shí)間內(nèi)需要轉(zhuǎn)發(fā)大量報(bào)文時(shí)，如果硬件發(fā)送緩沖區(qū)已滿，但仍存在需要發(fā)送的報(bào)文時(shí)，如果未能及時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文，可能會(huì)造成漏發(fā)報(bào)文或者周期不準(zhǔn)確的錯(cuò)誤。如果選用CAN控制器硬件接收緩沖區(qū)和硬件發(fā)送緩沖區(qū)都比較大的MCU，會(huì)增加成本，影響經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利：一種控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN總線報(bào)文的發(fā)送方法及裝置(申請(qǐng)?zhí)枺?01610064343.3)，介紹了一種配置各個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)的報(bào)文發(fā)送時(shí)段的方法，避免了因多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送報(bào)文導(dǎo)致總線競(jìng)爭(zhēng)以及報(bào)文過(guò)于密集的現(xiàn)象。這種方法能夠改善總線報(bào)文在時(shí)間軸上的分布，降低對(duì)CAN控制器硬件緩沖區(qū)的要求，但是這種方法需要分析總線波特率、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有報(bào)文的優(yōu)先級(jí)和周期，不僅需要每個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)都實(shí)現(xiàn)這種方法，而且靈活性很差，一旦由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞母淖冊(cè)黾踊驕p少了某個(gè)節(jié)點(diǎn)，便會(huì)影響整個(gè)設(shè)計(jì)。

中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利：CAN總線網(wǎng)關(guān)控制器及CAN總線之間數(shù)據(jù)傳輸方法(申請(qǐng)?zhí)枺?00710075363.1)，采用周期性掃描數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的方法判斷是否有需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包，在很多情況下，不存在需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包，這時(shí)仍然進(jìn)行周期性掃描，會(huì)白白浪費(fèi)嵌入式系統(tǒng)寶貴的計(jì)算資源。另外，如果設(shè)置的掃描周期時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)造成需要轉(zhuǎn)發(fā)的短周期報(bào)文不滿足周期準(zhǔn)確性要求，如果設(shè)置的掃描周期時(shí)間較短，會(huì)加大系統(tǒng)負(fù)荷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問(wèn)題，提供一種汽車(chē)CAN總線網(wǎng)關(guān)的報(bào)文收發(fā)方法及系統(tǒng)，以軟件緩沖區(qū)配合CAN控制器的硬件緩沖區(qū)，設(shè)計(jì)軟件緩沖區(qū)管理模塊，通過(guò)與硬件緩沖區(qū)的聯(lián)動(dòng)，能夠?qū)崟r(shí)地接收?qǐng)?bào)文，保證報(bào)文不丟失，同時(shí)在CAN控制器硬件發(fā)送緩沖區(qū)未滿時(shí)及時(shí)將報(bào)文發(fā)送到總線上，不漏發(fā)報(bào)文，也不影響周期報(bào)文的周期準(zhǔn)確性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種汽車(chē)CAN總線網(wǎng)關(guān)的報(bào)文收發(fā)方法，包括：

步驟(1)：針對(duì)CAN報(bào)文的接收和發(fā)送分別定義軟件接收緩沖區(qū)和軟件發(fā)送緩沖區(qū)，

所述軟件接收緩沖區(qū)由報(bào)文接收中斷服務(wù)程序和軟件接收緩沖區(qū)管理子模塊管理；

所述軟件發(fā)送緩沖區(qū)由報(bào)文發(fā)送函數(shù)、報(bào)文發(fā)送中斷服務(wù)程序和軟件發(fā)送緩沖區(qū)管理子模塊管理；

軟件發(fā)送緩沖區(qū)管理子模塊和軟件接收緩沖區(qū)管理子模塊組成軟件緩沖區(qū)管理模塊；

步驟(2)：在軟件緩沖區(qū)管理模塊中，若接收到信號(hào)，首先判斷信號(hào)是否是接收到新報(bào)文，若是則進(jìn)入軟件接收緩沖區(qū)管理子模塊；如果否，則進(jìn)入步驟(3)；

步驟(3)：進(jìn)一步判斷接收到的信號(hào)是否是硬件發(fā)送緩沖區(qū)未滿，若是就進(jìn)入軟件發(fā)送緩沖區(qū)管理子模塊；若否就結(jié)束。

所述軟件接收緩沖區(qū)和軟件發(fā)送緩沖區(qū)均為結(jié)構(gòu)體數(shù)組，結(jié)構(gòu)體數(shù)組包括報(bào)文ID、報(bào)文長(zhǎng)度和報(bào)文數(shù)據(jù)。

軟件接收緩沖區(qū)對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體數(shù)組為接收數(shù)組；軟件發(fā)送緩沖區(qū)對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體數(shù)組為發(fā)送數(shù)組。

接收數(shù)組和發(fā)送數(shù)組的長(zhǎng)度根據(jù)CAN網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率進(jìn)行設(shè)置，保證在CAN網(wǎng)絡(luò)正常通信的情況下，不會(huì)出現(xiàn)緩沖區(qū)溢出的情形。

數(shù)組元素通過(guò)索引進(jìn)行尋址，接收數(shù)組和發(fā)送數(shù)組均分別包括兩個(gè)索引：存入索引和取出索引。將索引加一時(shí)，判斷索引值是否等于數(shù)組長(zhǎng)度，如果索引值等于數(shù)組長(zhǎng)度，將索引值置零。

所述步驟(2)進(jìn)入軟件接收緩沖區(qū)管理子模塊后的步驟為：

步驟(201)：判斷存入索引是否等于取出索引，若是就結(jié)束；若否就進(jìn)入步驟(202)；

步驟(202)：讀取接收數(shù)組中由取出索引標(biāo)記的元素；

步驟(203)：對(duì)報(bào)文進(jìn)行處理，將取出的索引加一；判斷取出索引是否等于數(shù)組長(zhǎng)度，若等于就將取出索引值置零，然后返回步驟(201)；否則直接返回步驟(201)。

所述步驟(3)進(jìn)入軟件發(fā)送緩沖區(qū)任務(wù)管理子模塊后的步驟為：

步驟(301)：判斷存入索引是否等于取出索引，若是就禁止報(bào)文發(fā)送中斷，結(jié)束；若否就進(jìn)入步驟(302)；

步驟(302)：判斷CAN控制器硬件發(fā)送緩沖區(qū)是否已滿，若是就結(jié)束；若否就進(jìn)入步驟(303)；

步驟(303)：將發(fā)送數(shù)組中由取出索引標(biāo)記的數(shù)組元素賦值到CAN控制器的寄存器；將取出索引加一；判斷取出索引值是否等于數(shù)組長(zhǎng)度；若是就將取出索引置零，然后返回步驟(301)，若否就直接返回步驟(301)。

所述步驟(1)與步驟(2)之間還有步驟(10)；所述步驟(10)包括：

步驟(101)：當(dāng)發(fā)送報(bào)文時(shí)，根據(jù)CAN控制器的寄存器判斷硬件發(fā)送緩沖區(qū)是否已滿，若未滿，則將待發(fā)送的報(bào)文填充到硬件發(fā)送緩沖區(qū)，CAN控制器自動(dòng)完成報(bào)文發(fā)送任務(wù)；若已滿，則將待發(fā)送報(bào)文存入軟件發(fā)送緩沖區(qū)，將存入索引加一，同時(shí)開(kāi)啟CAN報(bào)文發(fā)送中斷；若存入索引值等于接收數(shù)組的長(zhǎng)度，則將存入索引值置零；

當(dāng)CAN控制器成功發(fā)送報(bào)文后，觸發(fā)報(bào)文發(fā)送中斷，在CAN報(bào)文發(fā)送中斷服務(wù)程序中，向軟件緩沖區(qū)管理模塊發(fā)送硬件發(fā)送緩沖區(qū)未滿信號(hào)；

步驟(102)：當(dāng)接收?qǐng)?bào)文時(shí)，在CAN報(bào)文接收中斷服務(wù)程序中，將CAN控制器硬件接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)存入由存入索引尋址的軟件接收緩沖區(qū)，向軟件緩沖區(qū)管理模塊發(fā)送接收到新報(bào)文的信號(hào)，同時(shí)將存入索引加一，若存入索引值等于接收數(shù)組的長(zhǎng)度，則將存入索引值置零。

一種汽車(chē)CAN總線網(wǎng)關(guān)的報(bào)文收發(fā)系統(tǒng)，包括：

CAN控制器，所述CAN控制器與物理層芯片連接，所述物理層芯片與總線連接，所述CAN控制器上有硬件接收緩沖區(qū)和硬件發(fā)送緩沖區(qū)；

MCU，設(shè)有軟件接收緩沖區(qū)和軟件發(fā)送緩沖區(qū)，所述軟件接收緩沖區(qū)由報(bào)文接收中斷服務(wù)程序和軟件接收緩沖區(qū)管理子模塊管理；所述軟件發(fā)送緩沖區(qū)由報(bào)文發(fā)送函數(shù)、報(bào)文發(fā)送中斷服務(wù)程序和軟件發(fā)送緩沖區(qū)管理子模塊管理；軟件發(fā)送緩沖區(qū)管理子模塊和軟件接收緩沖區(qū)管理子模塊組成軟件緩沖區(qū)管理模塊；

在軟件緩沖區(qū)管理模塊中，若接收到信號(hào)，首先判斷信號(hào)是否是接收到新報(bào)文，若是則進(jìn)入軟件接收緩沖區(qū)管理子模塊；如果否，則進(jìn)一步判斷接收到的信號(hào)是否是硬件發(fā)送緩沖區(qū)未滿，若是就進(jìn)入軟件發(fā)送緩沖區(qū)管理子模塊；若否就結(jié)束。

當(dāng)發(fā)送報(bào)文時(shí)，根據(jù)CAN控制器的寄存器判斷硬件發(fā)送緩沖區(qū)是否已滿，若未滿，則將待發(fā)送的報(bào)文填充到硬件發(fā)送緩沖區(qū)，CAN控制器自動(dòng)完成報(bào)文發(fā)送任務(wù)；若已滿，則將待發(fā)送報(bào)文存入軟件發(fā)送緩沖區(qū)，將存入索引加一，同時(shí)開(kāi)啟CAN報(bào)文發(fā)送中斷；若存入索引值等于接收數(shù)組的長(zhǎng)度，則將存入索引值置零；

當(dāng)CAN控制器成功發(fā)送報(bào)文后，觸發(fā)報(bào)文發(fā)送中斷，在CAN報(bào)文發(fā)送中斷服務(wù)程序中，向軟件緩沖區(qū)管理模塊發(fā)送硬件發(fā)送緩沖區(qū)未滿信號(hào)；

當(dāng)接收?qǐng)?bào)文時(shí)，在CAN報(bào)文接收中斷服務(wù)程序中，將CAN控制器硬件接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)存入由存入索引尋址的軟件接收緩沖區(qū)，向軟件緩沖區(qū)管理模塊發(fā)送接收到新報(bào)文的信號(hào)，同時(shí)將存入索引加一，若存入索引值等于接收數(shù)組的長(zhǎng)度，則將存入索引值置零。

本發(fā)明的有益效果：

1、可以選用CAN控制器硬件緩沖區(qū)較小的MCU，降低了汽車(chē)零部件的成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2、以中斷方式觸發(fā)報(bào)文緩沖區(qū)任務(wù)管理模塊，能夠保證數(shù)據(jù)的一致性和報(bào)文周期的準(zhǔn)確性。

3、當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生改變或者增減CAN網(wǎng)絡(luò)報(bào)文時(shí)，不必修改本方法的設(shè)計(jì)，靈活性很高。

4、可以適用于普通的CAN節(jié)點(diǎn)，具有很強(qiáng)的通用性。

附圖說(shuō)明

圖1為本專(zhuān)利的整體工作流程圖。

圖2為本發(fā)明的軟件緩沖區(qū)任務(wù)管理模塊流程圖。

圖3為本發(fā)明的軟件接收緩沖區(qū)任務(wù)管理模塊流程圖。

圖4為本發(fā)明的軟件發(fā)送緩沖區(qū)任務(wù)管理子模塊流程圖。

圖5為本發(fā)明的軟件與硬件連接示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，

1、針對(duì)CAN報(bào)文的接收和發(fā)送分別定義軟件接收緩沖區(qū)和軟件發(fā)送緩沖區(qū)，建立緩沖區(qū)管理模塊，在CAN控制器中斷服務(wù)程序中向緩沖區(qū)管理模塊發(fā)送“接收到新報(bào)文”或“硬件發(fā)送緩沖區(qū)未滿”信號(hào)，在緩沖區(qū)管理模塊中，處理軟件接收緩沖區(qū)中的報(bào)文、發(fā)送軟件發(fā)送緩沖區(qū)中的報(bào)文。

2、軟件接收緩沖區(qū)和軟件發(fā)送緩沖區(qū)為結(jié)構(gòu)體數(shù)組，結(jié)構(gòu)體成員包括報(bào)文ID、報(bào)文長(zhǎng)度和報(bào)文數(shù)據(jù)。接收數(shù)組和發(fā)送數(shù)組的長(zhǎng)度根據(jù)CAN網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率進(jìn)行設(shè)置，保證在CAN網(wǎng)絡(luò)正常通信的情況下，不會(huì)出現(xiàn)緩沖區(qū)溢出的情形。

3、數(shù)組元素通過(guò)索引進(jìn)行尋址，接收數(shù)組和發(fā)送數(shù)組各包括兩個(gè)索引：存入索引和取出索引。將索引加一時(shí)，如果索引值等于數(shù)組長(zhǎng)度，將索引值置零。

4、在CAN報(bào)文接收中斷服務(wù)程序中，將CAN控制器硬件接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)存入由接收數(shù)組存入索引尋址的接收緩沖區(qū)位置，向緩沖區(qū)管理模塊發(fā)送“接收到新報(bào)文”信號(hào)。同時(shí)，將存入索引加一，如果存入索引值等于數(shù)組長(zhǎng)度，將存入索引值置零。

5、當(dāng)應(yīng)用需要發(fā)送報(bào)文時(shí)，首先通過(guò)CAN控制器的寄存器判斷硬件發(fā)送緩沖區(qū)是否已滿，如果未滿，將待發(fā)送報(bào)文填充到硬件發(fā)送緩沖區(qū)，CAN控制器自動(dòng)完成報(bào)文發(fā)送任務(wù)。如果已滿，將待發(fā)送報(bào)文存入由發(fā)送數(shù)組存入索引標(biāo)記的軟件發(fā)送緩沖區(qū)位置，將存入索引加一，同時(shí)開(kāi)啟CAN報(bào)文發(fā)送中斷。如果存入索引值等于數(shù)組長(zhǎng)度，將存入索引值置零。

6、CAN控制器成功發(fā)送報(bào)文后，觸發(fā)報(bào)文發(fā)送中斷，在CAN報(bào)文發(fā)送中斷服務(wù)程序中，向緩沖區(qū)管理模塊發(fā)送“硬件發(fā)送緩沖區(qū)未滿”信號(hào)。

7、如圖2所示，在緩沖區(qū)管理模塊中，如果接收到的信號(hào)是“接收到新報(bào)文”，進(jìn)入軟件接收緩沖區(qū)管理子模塊，如果接收到的信號(hào)是“硬件發(fā)送緩沖區(qū)未滿”，進(jìn)入軟件發(fā)送緩沖區(qū)管理子模塊。

8、如圖3所示，軟件接收緩沖區(qū)管理子模塊的處理流程為：

步驟一：如果接收數(shù)組的存入索引等于取出索引，表示不存在未被處理的報(bào)文，進(jìn)入步驟四。否則，進(jìn)入步驟二。

步驟二：讀取接收數(shù)組中由取出索引標(biāo)記的元素，根據(jù)報(bào)文ID、長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理，進(jìn)入步驟三。

步驟三：將取出索引加一，如果取出索引值等于數(shù)組長(zhǎng)度，將取出索引置零。返回步驟一。

步驟四：退出軟件接收緩沖區(qū)管理子模塊。

9、如圖4所示，軟件發(fā)送緩沖區(qū)任務(wù)管理子模塊的處理流程為：

步驟一：如果發(fā)送數(shù)組的存入索引等于取出索引，表示不存在未被發(fā)送的報(bào)文，關(guān)閉報(bào)文發(fā)送中斷，進(jìn)入步驟五，否則，進(jìn)入步驟二。

步驟二：通過(guò)CAN控制器寄存器判斷硬件發(fā)送緩沖區(qū)是否已滿，如果已滿，進(jìn)入步驟五，否則，進(jìn)入步驟三。

步驟三：讀取發(fā)送數(shù)組中由取出索引標(biāo)記的元素，將報(bào)文ID、長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)賦值到CAN控制器硬件發(fā)送緩沖區(qū)對(duì)應(yīng)的寄存器，進(jìn)入步驟四。

步驟四：將取出索引加一，如果取出索引值等于數(shù)組長(zhǎng)度，將取出索引置零。返回步驟一。

步驟五：退出軟件發(fā)送緩沖區(qū)管理子模塊。

10、在CAN控制器初始化程序中使能接收中斷，CAN控制器以中斷方式接收總線報(bào)文。

11、當(dāng)應(yīng)用需要發(fā)送報(bào)文而CAN控制器硬件發(fā)送緩沖區(qū)已滿時(shí)，開(kāi)啟報(bào)文發(fā)送中斷。在軟件發(fā)送緩沖區(qū)任務(wù)管理子模塊中將軟件發(fā)送緩沖區(qū)中的待發(fā)送報(bào)文全部發(fā)送完后，關(guān)閉報(bào)文發(fā)送中斷。

如圖5所示，為本發(fā)明的軟件與硬件連接示意圖。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以?xún)?nèi)。