基于CAN总线的工程机械监控器的节点通信协议探析

张腾

徐州徐工铁路装备有限公司 江苏 徐州 221000

引言

CAN总线就是控制器局域网络，是由德国一家汽车电子产品企业开发的，后形成了国际标准，当前CAN总线在国际上的应用十分广泛，也是汽车计算机控制系统中最为常用的总线之一。与普通的通信总线相比，CAN总线有着实时性强、开发周期短的优势，正因如此CAN总线被广泛应用于各个领域。

1 CAN总线基本方法和问题

1.1 CAN总线仲裁的优先权法

随着信息时代的到来，人们生产生活节奏不断加快，对于信息传输的速度有了更高的要求，因此，想要实现实时数据处理，就需要不断提高数据物理传输路径的速度。此外，对于多主网络而言，总线的仲裁水平也是判断网络系统的重要标准之一。而在这两方面CAN总线有着极大的优势。总线仲裁指的是，在网络运行的过程中，当出现多个节点同时竞争主线的情况下，需要对各节点进行有效控制。常见的总线仲裁方法就是优先权法。节点优先权就是事先对网络当中的各个节点确定唯一优先级，在网络传输的过程中，如果出现多个节点抢占总线的情况，就会按照优先级进行处理，级别高的优先使用总线进行数据传输。相比于普通总线而言，CAN总线传输速率相对较快的原因是利用总线的仅是一些请求总线而尚未做出决定的站，此类请求会根据其在系统中的重要性逐个处理，因此当网络节点相对较多的情况时，这种仲裁方式有着较大的优势。

1.2 存在的问题

在进行总线仲裁的过程中，如果仅仅依靠信息的优先级进行总线占有权限分配的话，就会导致高优先级的实时信息量相对较多，或者高优先级节点信息传输的频率相对较高，导致总线经常会被此类节点占用，其他低优先级节点难以获得信息传输的机会，若此类信息长时间被压制，就可能会导致系统出现一定问题[1]。

2 通信协议实现过程

对于上述常见问题，在实际应用CAN总线的过程中，可以通过将节点优先和信息优先权进行有机结合，使得CAN总线仲裁的过程中，不仅要考虑节点的优先级还需要考虑数据的类型，以此确保总线能够根据实际情况进行信息的处理和传输。

2.1 节点通信的消息类型

针对现代工程机械实际情况进行分析，可知CAN总线网络中共包括三种类型的节点，即上位机节点、执行器节点以及传感器节点。在实际进行消息类型确认之前，需要对通信过程中的消息类型进行明确。结合CAN总线的节点类型，可知消息类型包括实时数据、控制命令、报告数据以及数据要求指令。其中从传感器节点向上位机节点以及执行器节点发送的信息均属于实时数据类型；从上位机节点向执行器或者传感器节点发送的消息属于控制命令类型；而从执行器节点向上位机节点发送的数据信息则属于报告数据；由上位机节点传输到传感器节点的信息类型属于数据要求指令。不同节点之间传输的信息数据有着不同的功能和作用，因此对于工程机械监控器的运行的意义也不尽相同。

2.2 CAN总线控制器的接收滤波

以微芯公司的PICI8F485处理器为例，其中包括USB接口、串行接口、CAN接口以及调试接口。在该处理器中，RXF和RXM是CAN总线控制器当中负责接收滤波的寄存器，其中前者负责验收码部分，后者负责验收屏蔽部分。在系统进行运作的过程中，只有接收到的数据标识和两个寄存器之间满足一定条件关系的情况下，才可以进行滤波并接受信息。简而言之，就是在接收滤波的过程中，当接收到的标识符与验收码寄存器状态相一致的情况下，才能够被接受，否则就会被拒接。

2.3 节点优先与消息优先结合的通信协议

当CAN总线在工程机械监控器当中进行运转的过程中，为了保障总线在信息负荷过大的情况下可以有序进行数据传输的同时能够符合滤波器运行要求，并且避免优先级较高的节点长时间占用总线，而阻碍了低优先级节点的传输，经分析后，决定将消息类型优先权和节点优先权策略进行有机结合，以此提高CAN总线的信息传输的实效性以及可靠性。并以此为思路对数据标识符进行划分，其中包括发送节点标识、数据类型标识以及扩充位，并明确节点和数据标识内容。其中发送节点标识包括三种标识类型，即由传感器节点发送的信息，由上位机节点发送的信息以及由执行器节点发送的信息。数据类型标识包括：实时数据、上位机到执行器节点的控制指令、上位机到传感器节点的控制指令以及远程数据要求。并且在设计的过程中通过不同的标识符类型对上述节点通信消息类型进行分别标注。例如，从上位机传输到传感器节点的数据要求指令表示为0001 11 XXXXX；从执行器传输到上位机节点的报告数据用0011 00 XXXXX表示。并通过对通讯节点与消息类型的对应关系，明确得到CAN控制器中屏蔽寄存器和验收码寄存器中各个通信节点的定义。通过上述讨论，能够对CAN总线节点通信协议的优先级和寄存器中各节点的定义进行明确，这是CAN总线在工程机械监控器节点通信协议当中的关键环节，对于整个系统高效、可靠的运行有着十分重要的意义[2]。

3 结束语

综上所述，由于CAN总线有着多种节点类型，因此在进行通信的过程中也有着不同的消息类型，而且由于CAN总线协议摒弃了传统站地址编码形式，而是通过通信数据块形式进行的编码，因此对于节点个数没有过多限制，还能够实现节点之间的通信自由。相信在未来工程机械的发展过程中，CAN总线将会发挥更大的作用。