CN104063350B - 一种星载can总线即插即用方法 - Google Patents

Abstract

一种星载CAN总线即插即用方法，接入CAN总线网络的设备自动发送注册信息请求，星务中心计算机主动获取接入设备的注册信息，根据接入设备的注册信息，给各设备的CAN总线进行动态配置，根据接入设备的注册信息对星务中心计算机的软件进行重构，重构后的星务中心计算机与重新配置后的各设备进行正常的总线通信。本发明***采用CAN总线作为通信网络，通过对其协议进行更改，使得带有CAN总线接口的设备能够满足即插即用的使用方法，其不需要更改软硬件就能适应于不同的卫星型号，便于星载设备相对于卫星总体方案的并行开发或者先行开发。

Description

一种星载CAN总线即插即用方法

技术领域

本发明涉及一种星载CAN总线即插即用方法，属于计算机总线通信领域。

背景技术

CAN总线的“即插即用”主要用于完成卫星星上各***的快速的集成及应用。目前，国内支持即插即用的星载CAN总线的研究还很少。一般都是针对不同的卫星型号，根据型号类型特点，制定特定的CAN总线协议，然后星上各***或者各设备依据协议更改或者编写各自的软件，即每个卫星型号都有其特定的协议及软件，一般都不能原样的使用在其他卫星型号上。各生产厂商将很大部分精力放在与星上其他设备的接口及匹配性上，无法充分的把精力放在自家设备功能、性能的实现、提升上。然而随着小卫星快速组装、快速测试以及研制周期大量缩短的发展趋势，目前这种CAN总线的使用方法已经难以满足发展要求了。

因此，有必要使用一种通用的CAN总线协议，使得不同的卫星型号在总线网络这块，软硬件不用更改就能直接使用。这样，各生产厂商就不用关心与星上其他设备的接口及匹配性，将更过的精力放在自家设备功能、性能的实现、提升上。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种星载CAN总线即插即用方法，本发明大大增加了各设备的通用性，使得设备能够并行或者开发先行开发，甚至批量的开发。

本发明的技术解决方案是：一种星载CAN总线即插即用方法，步骤如下：

(1)接入CAN总线网络的各设备即CAN节点，在加电后自动向星务中心计算机发送CAN节点的注册请求，即告知星务中心计算机：总线网络有新的CAN节点加入；

(2)星务中心计算机在接收步骤(1)的CAN节点的注册请求后，立即向各CAN节点发送索取它们注册信息详细内容的命令字；

(3)CAN节点收到步骤(2)中的索取它们注册信息详细内容的命令字后，向星务中心计算机发送该CAN节点自身注册信息的详细内容，包括：CAN节点遥测包类型、遥测包周期；

(4)星务中心计算机将从步骤(3)收到的注册信息中与协议配置有关的内容放入协议约束缓冲区中；同时星务中心计算机将注册信息中与星务中心计算机重构有关的内容放入软件约束缓冲区中；

(5)星务中心计算机在接收完所有CAN节点的注册信息详细内容后，依据协议约束缓冲区，通过协议自动配置方法将各CAN节点进行重新配置，配置后的数据放入CAN配置信息缓冲区中；协议自动配置方法是依据协议约束缓冲区，将各CAN节点的重新配置，以满足其注册信息中所要求的内容及CAN总线通信协议；

(6)星务中心计算机将步骤(5)配置后的各CAN节点的CAN状态信息顺序发送给相应的CAN节点；

(7)步骤(6)中相应的CAN节点正确收到配置信息后，依据接收到的配置信息对自身CAN总线进行重新配置，并将配置结果反馈给星务中心计算机；

(8)在步骤(7)的同时，星务中心计算机依据软件约束缓冲区中内容，对自身软件进行重构，以满足与各CAN节点的总线通信要求，当所有CAN节点都正确配置后，星务中心计算机也成功重构后，星务中心计算机按照各CAN节点注册信息中的要求与各CAN节点进行总线通信。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用通用的CAN总线协议，使得不同的卫星型号在总线网络这块，软硬件不用更改就能直接使用。采用该方法的各设备在接入总线网络后，不需人工干预，在简单的自动配置后，即能正常与其他设备进行通信与工作。这样，各生产厂商就不用关心与星上其他设备的接口及匹配性，将更过的精力放在自家设备功能、性能的实现和提升上，增加了各设备的通用性。

(2)本发明方法采用支持即插即用的CAN总线，使得星上各设备都能快速的集成在一起工作。与传统的设备在设计和投产前先签署IDS表和数据约定相比，能有效降低设备生产厂商与卫星总体之间的紧耦合关系，使得各设备能够并行化或者批量化生产，易于形成货架式产品；也能减少设备接口每次更改时，沟通不充分、约束不规范、设计不合理等人为因素带来的各种问题，提高了设备的健壮性。

(3)本发明方法具有良好的可扩展性。随着应用的不断增长，设备间握手信息的增加，本发明可以通过修改步骤(3)中的即插即用设备详细注册信息，满足应用的需要。

附图说明

图1为本发明基于CAN总线的星上网络拓扑结构图；

图2为本发明方法的流程图；

图3为本发明方法中协议自动配置方法的流程图；

图4为本发明方法中软件自动重构方法的流程图；

图5为本发明整体流程图。

具体实施方式

本发明的基本思路：目前航天器研制周期长、研制费用高、风险大，如果一颗卫星失灵需要几个月甚至几年才能完成一颗新卫星来替代；又比如发生突发性的自然灾害需要空间资源时，迫切需要一颗或几颗能快速研制、发射、应用的卫星，目前的研制流程显然满足不了要求。因此，一种新型的基于即插即用的卫星得到了广泛的关注。本文提出了一种星载CAN总线即插即用方法，来实现一种星上总线的即插即用方式。

本发明的一种星载CAN总线即插即用方法，如图5所示，主要涉及星上网(采用CAN总线)、星务中心计算机(数管单元)、带有CAN总线接口的各单机设备。星上网通常由完全独立的双冗余CAN(Controller Area Network)总线构成，这样在物理上可以保证在一条总线故障时，另一条总线仍可进行通信，确保了信息回路的畅通、安全、可靠。各单机设备实现卫星的各个独立的功能。星务中心计算机为目前小卫星上的星务中心计算机，对外主要是提供遥测、遥控接口和星上网络接口。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示，信息***中包括星务调度单元、多个星载设备以及星载CAN总线。

本发明中小卫星星务中心计算机与其他设备的通信采用CAN总线的方式，CAN总线的数据链路层和物理层都符合CANBUS2.0协议，即插即用协议仅针对应用层的协议。

设备加电后，自动发送注册信息请求，星务中心计算机接收到注册信息请求后，向发送请求的设备索取注册信息，星务中心计算机收到所有的注册信息后，根据注册信息的内容分配各设备的站地址、屏蔽码等信息，同时重构自己的软件。之后在星务中心计算机的调度下，各设备依据新分配的站地址等信息与星务中心计算机进行通信，开展自身的工作。

如图2所示，CAN总线即插即用设计方法的工作流程。

S201接入总线网络的CAN节点设备自动向星务中心计算机发送注册信息请求，请求信息发出后进入S202；

S202星务中心计算机接收CAN节点的注册信息请求，正确接收请求后向请求的CAN节点发送标识已收到请求的信息；

S203星务中心计算机判断是否所有的请求信息都被接收到，如果没有则进入S204，如果都接收完进入S205；

S204没有收到星务中心计算机发送的标识已收到请求的CAN节点，则重新发送注册信息请求信号，直到星务中心计算机接收到；

S205星务中心计算机顺序向各发送请求的CAN节点发送获取注册信息的命令字；

S206收到命令字的各CAN节点向星务中心计算机返回其自身的注册信息详细内容；

S207如果星务中心计算机收到了所有发出请求CAN节点的注册信息，则进入S209；如果还有未收到的注册信息的CAN节点，则进入S208；

S208重新向未收到注册信息的CAN节点发送获取注册信息的命令字，直到星务中心计算机接收到其注册信息；

S209星务中心计算机将接收的各CAN节点的注册信息中与总线协议有关的内容放入协议约束缓冲区中；

S210星务中心计算机将接收的各CAN节点的注册信息中与软件有关的内容放入软件约束缓冲区中；

S211星务中心计算机根据协议约束缓冲区，通过协议自动配置方法将各CAN节点的CAN信息重新配置；

S212星务中心计算机将CAN重新生成的配置信息放入CAN配置信息缓冲区中，配置后的CAN信息能满足各CAN节点注册信息中的要求；

S213星务中心计算机将各CAN节点的配置信息顺序发送到各对应CAN节点中；

S214各CAN节点根据星务中心计算机发送的配置信息重新配置自身的CAN总线状态，配置完成后各CAN节点都按照配置后的CAN状态进行通信；

S215如果各CAN节点的CAN总线都配置完毕则进入S217；如果还有未配置成功的CAN节点，则进入S216对该CAN节点重新发送配置信息，直到其配置成功；

S217星务中心计算机根据软件约束缓冲区对其自身软件进行重构，以满足各CAN节点注册信息中的通信要求；

S218重构后的星务中心计算机软件是否满足整星的约束条件，比较遥测量、通信量等，不满足的话重新对星务中心计算机软件进行重构，直到满足整星的约束条件，进入S219；

S219星务中心计算机根据注册信息中的要求与各CAN节点进行正常的通信，结束。

要实现基于CAN总线接口设备的即插即用，需要将各CAN节点的相关信息传送给星务中心计算机，然后星务中心计算机根据各CAN节点的注册信息来进行统一的分配与调度。本发明采用了一种统一的注册信息表的方式将CAN节点的相关信息汇总起来。注册信息表如表1所示。

表1 注册信息表

计算机重构包括协议自动配置和软件自动重构，详细设计如下表述。

如图3所示，协议自动配置方法。

协议自动配置方法是根据协议缓冲区中内容(该内容是从各CAN节点注册信息中获取的)，找到既能匹配CAN总线通信基本要求又能满足协议缓冲区中的约束条件的各CAN节点的CAN配置信息，其方法步骤如下：

S301星务中心计算机软件根据协议缓冲区中的内容，首先给各CAN节点分配一组初始的CAN配置信息，CAN配置信息内容见表2；

S302判断初始的CAN配置信息是否满足CAN总线基本的通信要求(比如站地址不能冲突、站标识不能冲突等)，如果不满足，则返回S301重新找到一组初始的CAN配置信息；如果满足，则进入S303；

S303判断初始的CAN配置信息是否满足协议缓冲区中的约束条件(比如不能接收非相关包的数据、能接收到所有相关的数据等)，如果不满足，则返回S301重新找到一组初始的CAN配置信息；如果满足，则进入S304；

S304将满足条件的CAN配置信息放入CAN配置信息缓冲区中，作为各CAN节点最终的CAN配置信息，以备调用，结束。

表2 CAN配置信息

如图4所示，软件自动重构方法。

软件重构方法是根据软件约束缓冲区中内容(该内容是从各CAN节点注册信息中获取的)，通过重新组合星务中心计算机软件通信模块，找到既能满足整星约束条件又能满足软件缓冲区中的约束条件的，其方法步骤如下：

S401星务中心计算机软件根据软件缓冲区中的内容，重新组合星务中心计算机软件的通信模块，产生一组初始时序的星务中心计算机软件。这组时序完全满足注册信息表中的遥测周期；

S402判断这一组初始时序的星务中心计算机软件是否满足整星的限制条件(比如每秒遥测量不能超出整星的遥测下传能力、遥测处理时间限制等)，如果不满足，则返回S401重新找到一组初始时序的星务中心计算机软件；如果满足，则进入S403；

S402判断初始的这一组初始时序的星务中心计算机软件是否满足软件缓冲区中的约束条件，如果不满足，则返回S401重新找到一组初始时序的星务中心计算机软件；如果满足，则进入S403；

S404使用该时序的星务中心计算机软件与各CAN节点进行正常的通信，通信内容依据各CAN节点的注册信息，结束。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种星载CAN总线即插即用方法，其特征在于步骤如下：

(1)接入CAN总线网络的各设备即CAN节点，在加电后自动向星务中心计算机发送CAN节点的注册请求，即告知星务中心计算机：总线网络有新的CAN节点加入；

(2)星务中心计算机在接收步骤(1)的CAN节点的注册请求后，立即向各CAN节点发送索取它们注册信息详细内容的命令字；

(3)CAN节点收到步骤(2)中的索取它们注册信息详细内容的命令字后，向星务中心计算机发送该CAN节点自身注册信息的详细内容，包括：CAN节点遥测包类型、遥测包周期；

(4)星务中心计算机将从步骤(3)收到的注册信息中与协议配置有关的内容放入协议约束缓冲区中；同时星务中心计算机将注册信息中与星务中心计算机重构有关的内容放入软件约束缓冲区中；

(5)星务中心计算机在接收完所有CAN节点的注册信息详细内容后，依据协议约束缓冲区，通过协议自动配置方法将各CAN节点进行重新配置，配置后的数据放入CAN配置信息缓冲区中；协议自动配置方法是依据协议约束缓冲区，将各CAN节点重新配置，以满足其注册信息中所要求的内容及CAN总线通信协议；

(6)星务中心计算机将步骤(5)配置后的各CAN节点的CAN状态信息顺序发送给相应的CAN节点；

(7)步骤(6)中相应的CAN节点正确收到配置信息后，依据接收到的配置信息对自身CAN总线进行重新配置，并将配置结果反馈给星务中心计算机；

(8)在步骤(7)的同时，星务中心计算机依据软件约束缓冲区中内容，对自身软件进行重构，以满足与各CAN节点的总线通信要求，当所有CAN节点都正确配置后，星务中心计算机也成功重构后，星务中心计算机按照各CAN节点注册信息中的要求与各CAN节点进行总线通信。