CN104199298A - 一种can总线波特率自适应的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种CAN总线波特率自适应的方法，步骤为：Ⅰ、测量、得到波特率测量值；Ⅱ、计算波特率测量值的1～5倍值并转化为标准波特率表中最接近的值，得测量波特率表A个值；Ⅲ、按测量波特率表值设置主控器的波特率，若接收报文正确，波特率匹配成功；若收到报文错误，错误计数未达到阈值X，重新接收报文；若达到X，换用测量波特率表其它值；至A个值全部试用；Ⅳ、若测量波特率表的A个值试用失败，在标准波特率表中以波特率测量值为中心二分***询查找下一波特率值，重新设置，至接收的报文正确。本方法相比较普通的波特率轮询法，可以快速地定位到实际的波特率，节省了自适应的时间，提高了效率。
Description
技术领域
本发明涉及本发明属于工业现场总线通信领域，具体为一种CAN总线波特率自适应的方法。
背景技术
CAN是控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)的简称，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制***和嵌入式工业控制局域网的标准总线。
各种操作***本身已经集成了许多板级支持包，并且很多厂商已经提供了对应的板级驱动，也提供对CAN总线协议的支持，同时也支持字符设备形式的CAN设备驱动。
但CAN总线的波特率不是唯一的，当CAN总线与某个CAN设备的波特率不相匹配时，就无法进行正常通讯。厂商提供的CAN设备底层驱动一般只支持接收和发送功能，并不提供波特率不匹配时的自适应功能，故当CAN总线与所连接的CAN设备总线的波特率不相匹配时，就会产生报文接收或发送错误中断，导致CAN设备无法正常运行。
为此现已有研究CAN总线波特率自动匹配方法的报道，但现有的这些方法是大多采用保守的轮询法，发现报文错误后，在波特率表中按照由大到小或由小到大的顺序遍历尝试，一一试用直至得到匹配的波特率。此法虽然能实现波特率自动匹配，但自适应时间不确定，效率低下。若CAN总线上的波特率刚好为最大值，而波特率的试用正好为由大到小，则一次匹配成功，速度最快；若CAN总线上的波特率为最小值，而波特率的试用还是由大到小，则需要遍历整个波特率表才能匹配成功，耗时最久。
为克服以上波特率自动匹配方法的不足，需要提供一种CAN总线波特率快速自适应的方法。
发明内容
本发明的目的是设计一种CAN总线波特率自适应的方法，通过测量波特率的方法快速定位到CAN总线实际的波特率，节省了自适应的时间，提高了效率。
本发明设计的CAN总线波特率自适应的方法，主控器通过串行外设接口(spi接口)连接CAN设备，控制CAN设备工作，CAN设备连接于CAN总线，接收来自CAN总线的数据或发送数据到CAN总线，当主控器与CAN总线的波特率不匹配时，会有报文收发错误，产生报文错误中断；具体步骤如下：
Ⅰ、测量波特率
主控器配有输入捕捉模块和定时器，输入捕捉模块和定时器测量CAN总线上的波特率位时间，得到波特率测量值；
所述CAN总线上的波特率位时间测量方法，具体如下：
Ⅰ-1、主控器的输入捕捉模块设定为每个边沿都捕捉定时器值，CAN设备的接收管脚连接到主控器的输入捕捉模块的管脚，启动定时器，并开启输入捕捉中断；
Ⅰ-2、在输入捕捉中断处理中，保存捕捉到的定时器时刻值N个，N为50～80的整数；
Ⅰ-3、以相邻定时器时刻值的差值为捕捉到的波特率位时间，捕捉N-1个波特率位时间样本，取波特率位时间样本中最小值的倒数作为波特率测量值；
Ⅱ、测量波特率表
由于CAN协议每6个位时间至少出现一个脉冲边沿，所以实际的波特率有可能是波特率测量值的1～5倍。主控器计算步骤Ⅰ所得波特率测量值的1～5倍的值，并将这5个值分别转化为标准波特率表中最接近的值，其中超出标准波特率表范围的视为无效值，其余的转化值组成测量波特率表；
标准波特率的范围为1Mbps～5Kbps。考虑到波特率测量值本身存在误差，当计算所得波特率测量值的倍值大于或等于1.01M，认为该计算所得值超出标准波特率范围，视为无效值；而大于1M、小于1.01的值相应地转化为1M。
Ⅲ、试用测量波特率表
Ⅲ-1、主控器以测量波特率表中某个未经试用的值设置CAN设备波特率；
Ⅲ-2、接收CAN总线上的报文，判断CAN设备收到的报文正确与否；
若接收的CAN总线的报文正确，进入Ⅲ-3；若收到CAN总线的报文错误，进入Ⅲ-4；
Ⅲ-3、判断CAN设备收到的报文正确，波特率匹配成功，自适应完成；
为了确认波特率匹配成功，本步骤判断CAN设备收到的报文正确后正确计数C累加1，当正确计数C的值未达到正确阈值Y，返回步骤Ⅲ-2；当正确计数C的值达到正确阈值Y，确定波特率匹配成功，自适应完成；所述正确阈值Y设置为2～4。
Ⅲ-4、判断CAN设备收到的报文有误，内置于主控器的计数器的错误计数n累加1，判断此时错误计数n的值是否达到计错阈值X，若未达至计错阈值X，返回Ⅲ-2；若n达到计错阈值X，说明该试用的波特率值不匹配，进入步骤Ⅲ-5；
所述计错阈值X设置为2～4。
当错误计数n累加1时，正确计数C清零。
Ⅲ-5、判断测量波特率表中的值是否已全部试用，
若未全部试用，主控器的计数器的错误计数n清零，返回步骤Ⅲ-1；
若已全部试用，说明测量波特率表中的值波特率匹配均失败，波特率测量存在误差，进入步骤Ⅳ；
Ⅳ、二分***询查找
Ⅳ-1、以步骤Ⅱ中所得一倍波特率测量值在标准波特率表中对应的转化值为中心，按二分法在该中心左右两侧依次轮询查找下一个波特率值，重新设置主控器的波特率；
Ⅳ-2、返回步骤Ⅲ-2。
本方法波特率的测量值即使有误，也是接近匹配波特率，故左右轮询无需遍历标准波特率表，就能得到匹配的波特率值。
所述步骤Ⅳ-1的二分法左右轮询获得下一个波特率值的具体步骤如下：
Ⅳ-11、以步骤Ⅱ中所得一倍波特率测量值在标准波特率表中对应的转化值为中心，初始化左右向索引；左向索引指向标准波特率表最大值方向，右向索引指向标准波特率表最小值方向；
Ⅳ-12、判断搜索方向；
若前次搜索为右向，且左向搜索未达到最大值，切换为左向，提取下一波特率；
若前次搜索为右向，但左向搜索最大值已试用，当前仍保持右向，提取下一波特率；
若前次搜索为左向，且右向搜索未达到最小值，切换为右向，提取下一波特率；
若前次搜索为左向，但右向搜索最小值已试用，当前仍保持左向，提取下一波特率。
与现有技术相比，本发明一种CAN总线波特率自适应的方法的优点为：通过测量波特率位时间得到接近匹配的波特率测量值，进而用波特率测量值及其对应的可能值进行匹配，可以快速获得匹配的波特率。即使可能的1至5倍波特率测量值匹配失败，在标准波特率表中以波特率测量值为中心，二分法左右两边轮询搜索也可较快得到匹配波特率。相比较普通的波特率轮询法，本发明可以快速地定位到实际的波特率，几乎不可能出现遍历整个标准波特率表才找到匹配波特率的情况，节省了自适应的时间，提高了效率。
附图说明
图1为本CAN总线波特率自适应的方法实施例的流程图；
图2为本CAN总线波特率自适应的方法实施例测量波特率的流程图；
图3为本CAN总线波特率自适应的方法实施例二分法左右轮询获得下一个波特率值的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的描述。
本CAN总线波特率自适应的方法实施例，主控器通过串行外设接口连接CAN设备，控制CAN设备工作，CAN设备连接于CAN总线，接收来自CAN总线的数据或发送数据到CAN总线；本方法流程图如图1所示，具体步骤如下：
Ⅰ、测量波特率
主控器配有输入捕捉模块和定时器，输入捕捉模块和定时器测量CAN总线上的波特率位时间，得到波特率测量值；
所述CAN总线上的波特率位时间测量方法的流程如图2所示，具体如下：
Ⅰ-1、主控器的输入捕捉模块设定为每个边沿都捕捉定时器值，CAN设备的接收管脚连接到主控器的输入捕捉模块的管脚，启动定时器，并开启输入捕捉中断；
Ⅰ-2、在输入捕捉中断处理中，保存捕捉到的定时器时刻值N个，本例N＝60；
Ⅰ-3、以相邻定时器时刻值的差值为捕捉到的波特率位时间，捕捉N-1个波特率位时间样本，取波特率位时间样本中最小值的倒数作为波特率测量值；
Ⅱ、测量波特率表
主控器计算步骤Ⅰ所得波特率测量值的1～5倍的值，并将这5个值分别转化为标准波特率表中最接近的值，其中超出标准波特率表范围的视为无效值，其余的A个转化值组成测量波特率表；
Ⅲ、试用测量波特率表
Ⅲ-1、主控器以测量波特率表中某个未经试用的值设置CAN设备波特率，试用计数加1；
Ⅲ-2、接收CAN总线上的报文，判断CAN设备收到的报文正确与否；
若接收的CAN总线的报文正确，进入Ⅲ-3；若收到CAN总线的报文错误，进入Ⅲ-4、
Ⅲ-3、判断CAN设备收到的报文正确，正确计数C累加1，当正确计数C的值未达到正确阈值Y，返回步骤Ⅲ-2；当正确计数C的值达到正确阈值Y，波特率匹配成功；自适应完成；本例正确阈值Y＝3；
Ⅲ-4、判断CAN设备收到的报文有误，内置于主控器的计数器的错误计数n累加1，正确计数C清零；判断此时错误计数n的值是否达到计错阈值X，若未达至计错阈值X，返回Ⅲ-2；若n达到计错阈值X，进入步骤Ⅲ-5，本例计错阈值X＝3；
Ⅲ-5、判断试用计数是否达到测量波特率表的A值，
若测量波特率表的A个值未全部试用，主控器的计数器的错误计数n清零，返回步骤Ⅲ-1；
若测量波特率表的A个值已全部试用，进入步骤Ⅳ；
Ⅳ、二分***询查找
Ⅳ-1、以步骤Ⅱ中所得一倍波特率测量值在标准波特率表中对应的转化值为中心，按二分法在该中心左右两侧依次轮询查找下一个波特率值，重新设置主控器的波特率；
Ⅳ-2、返回步骤Ⅲ-2。
所述步骤Ⅳ-1的二分法左右轮询获得下一个波特率值的流程如图3所示，具体步骤如下：
Ⅳ-11、以步骤Ⅱ中所得一倍波特率测量值在标准波特率表中对应的转化值为中心，初始化左右向索引；左向索引指向标准波特率表最大值方向，右向索引指向标准波特率表最小值方向；
Ⅳ-12、判断搜索方向；
若前次搜索为右向，且左向搜索未达到最大值，切换为左向，提取下一波特率；
若前次搜索为右向，但左向搜索最大值已试用，当前仍保持右向，提取下一波特率；
若前次搜索为左向，且右向搜索未达到最小值，切换为右向，提取下一波特率；
若前次搜索为左向，但右向搜索最小值已试用，当前仍保持左向，提取下一波特率。
上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种CAN总线波特率自适应的方法，主控器通过串行外设接口连接CAN设备，控制CAN设备工作，CAN设备连接于CAN总线，接收来自CAN总线的数据或发送数据到CAN总线；具体步骤如下：
Ⅰ、测量波特率
主控器配有输入捕捉模块和定时器，输入捕捉模块和定时器测量CAN总线上的波特率位时间，得到波特率测量值；
Ⅱ、测量波特率表
主控器计算步骤Ⅰ所得波特率测量值的1～5倍的值，并将这5个值分别转化为标准波特率表中最接近的值，其中超出标准波特率表范围的视为无效值，其余的转化值组成测量波特率表；
Ⅲ、试用测量波特率表
Ⅲ-1、主控器以测量波特率表中某个未经试用的值设置CAN设备波特率；
Ⅲ-2、接收CAN总线上的报文，判断CAN设备收到的报文正确与否；
若接收的CAN总线的报文正确，进入Ⅲ-3；若收到CAN总线的报文错误，进入Ⅲ-4；
Ⅲ-3、判断CAN设备收到的报文正确，波特率匹配成功，自适应完成；
Ⅲ-4、判断CAN设备收到的报文有误，内置于主控器的计数器的错误计数n累加1，判断此时错误计数n的值是否达到计错阈值X，若未达至计错阈值X，返回Ⅲ-2；若n达到计错阈值X，进入步骤Ⅲ-5；
Ⅲ-5、判断测量波特率表中的值是否已全部试用，
若未全部试用，主控器的计数器的错误计数n清零，返回步骤Ⅲ-1；
若已全部试用，进入步骤Ⅳ；
Ⅳ、二分***询查找
Ⅳ-1、以步骤Ⅱ中所得一倍波特率测量值在标准波特率表中对应的转化值为中心，按二分法在该中心左右两侧依次轮询查找下一个波特率值，重新设置主控器的波特率；
Ⅳ-2、返回步骤Ⅲ-2。
2.根据权利要求1所述的CAN总线波特率自适应的方法，其特征在于：
所述步骤Ⅲ-4中的计错阈值X设置为2～4。
3.根据权利要求1所述的CAN总线波特率自适应的方法，其特征在于：
所述步骤Ⅰ所述CAN总线上的波特率位时间测量方法具体如下：
Ⅰ-1、主控器的输入捕捉模块设定为每个边沿都捕捉定时器值，CAN设备的接收管脚连接到主控器的输入捕捉模块的管脚，启动定时器，并开启输入捕捉中断；
Ⅰ-2、在输入捕捉中断处理中，保存捕捉到的定时器时刻值N个，本例N＝60；
Ⅰ-3、以相邻定时器时刻值的差值为捕捉到的波特率位时间个，捕捉N-1个波特率位时间样本，取波特率位时间样本中最小值的倒数作为波特率测量值。
4.根据权利要求1所述的CAN总线波特率自适应的方法，其特征在于：
所述所述步骤Ⅳ-1的二分法左右轮询获得下一个波特率值的具体步骤如下：
Ⅳ-11、以步骤Ⅱ中所得一倍波特率测量值在标准波特率表中对应的转化值为中心，初始化左右向索引；左向索引指向标准波特率表最大值方向，右向索引指向标准波特率表最小值方向；
Ⅳ-12、判断搜索方向；
若前次搜索为右向，且左向搜索未达到最大值，切换为左向，提取下一波特率；
若前次搜索为右向，但左向搜索最大值已试用，当前仍保持右向，提取下一波特率；
若前次搜索为左向，且右向搜索未达到最小值，切换为右向，提取下一波特率；
若前次搜索为左向，但右向搜索最小值已试用，当前仍保持左向，提取下一波特率。
5.根据权利要求1所述的CAN总线波特率自适应的方法，其特征在于：
所述步骤Ⅱ中标准波特率的范围为1Mbps～5Kbps；当计算所得波特率测量值的倍值大于或等于1.01M，认为该计算所得值超出标准波特率范围，视为无效值；而大于1M、小于1.01的值相应地转化为1M。
6.根据权利要求1所述的CAN总线波特率自适应的方法，其特征在于：
所述步骤Ⅲ-3判断CAN设备收到的报文正确后，正确计数C累加1，当正确计数C的值未达到正确阈值Y，返回步骤Ⅲ-2；当正确计数C的值达到正确阈值Y，确定波特率匹配成功，自适应完成；所述正确阈值Y设置为2～4；
所述步骤Ⅲ-4中当错误计数n累加1时，正确计数C清零。
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