CN106656625B - 基于arm的列车用can通信转换控制方法及转换模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法及转换模块，所述方法的步骤为：CAN通信转换模块初始化，ARM处理器中断服务，主循环，主循环根据CAN网络拓扑不同采用主从结构形式的三种运行模式运行，通过主设备保证一个、两个或多个从设备与列车网络间接通信，控制方案灵活。所述转换模块包括ARM处理器、内嵌于ARM处理器中的三路CAN通信控制器以及与ARM处理器连接的数字量输入接口单元，每路CAN通信控制器均连接有一路用于连接CAN总线的CAN收发接口模块，以简单的电路实现数据的快速可靠传输，实现了设备级网络和设备内部模块级网络的可靠数据传输。

Description

基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法及转换模块
技术领域
本发明属于列车通信技术领域，涉及列车用CAN通信转换技术，具体地说，涉及一种基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法及转换模块。
背景技术
CAN(Controller Area Network的简称，即控制器局域网)总线是一种用于实时应用的多主方式串行通信总线协议，具有很多优越的特性。其优点包括：使用成本低；具有极高的总线利用率；数据的传输距离远，长达10km；数据传输速率高，可高达1Mbit/s；可根据报文的ID决定接收获屏蔽该报文；具有可靠的错误处理和检错机制；发送的信息遭到破坏后，可以自动重发；节点在错误严重的情况下可自动退出总线；报文不包含源地址或目标地址，仅用标识符来指示功能信息、优先级信息。因此，CAN总线通信在汽车工业、航空工业、工业控制和安全防护等领域中获得广泛的应用。
在轨道交通列车应用中，CAN总线最初仅仅用于设备级的网络中。随着车载设备的模块化设计，设备内部不同模块之间也需要快速可靠地进行通信。因此，CAN总线通信也可用于设备内部通信网络，即模块级网络。
为了实现设备级网络之间、模块级网络之间以及设备级网络与模块级网络之间的可靠数据传输，同时保证冗余或可扩展功能，转换设备需要具有至少三路CAN总线。现有的大多设备采用的CPU最多内嵌两个CAN控制器，仅具有两路CAN总线。单CPU不能满足三路CAN总线的要求，若增加外部CAN控制器，则控制速度太慢；若采用多个CPU，则增加了电路的复杂性和CPU总线间的数据交互。
发明内容
本发明针对现有技术存在CAN总线接口较少或控制速度慢、电路复杂、数据交互困难等上述问题，提供了一种基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法及转换模块，能够满足三路CAN总线的要求，以简单的电路实现数据的快速可靠传输，实现了设备级网络之间、模块级网络之间以及设备级网络与模块级网络之间的可靠数据传输。
为了达到上述目的，本发明提供了一种基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法，含有以下步骤：
CAN通信转换模块初始化，完成ARM处理器硬件、通用定时器模块、CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块以及变量初始化；
ARM处理器中断服务，提供由通用定时器模块所产生的主循环的时间周期以及CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块的数据接收；
主循环，主循环采用的CAN网络拓扑结构为：CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块分别连接两个从设备的设备级CAN总线，并采取点对点的方式传输数据，CAN3收发接口模块连接主设备内部的模块级CAN总线；主循环采用以下运行模式运行：ARM处理器将CAN3收发接口模块收到的数据重新打包，同时通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块发送至从设备；ARM处理器将CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块收到的数据重新打包，同时通过CAN3收发接口模块发送至主设备除模块级CAN总线外的其他模块。
优选的，主循环采用的运行模式运行的具体步骤如下：
(1)ARM处理器按照时间周期T1通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块分别同时通过CAN总线向两个从设备发送报文TX_MSG11和报文TX_MSG21，报文TX_MSG11和报文TX_MSG21为数据帧，触发从设备的响应；
(2)ARM处理器按照时间周期T2通过CAN3收发接口模块向主设备其它模块发送固定的报文TX_MSG31，报文TX_MSG31为数据帧，报文TX_MSG31中含有CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块的接收状态；
(3)当ARM处理器从CAN1收发接口模块接收到的报文具有符合配置要求的ID时，将报文中的数据放入ARM处理器的缓存区BUFF1，并设置CAN1收发接口模块的ID接收标志为有效；或当ARM处理器从CAN2收发接口模块接收到的报文具有符合配置要求的ID时，将报文中的数据放入ARM处理器的缓存区BUFF2，并设置CAN2收发接口模块的ID接收标志为有效；
(4)ARM处理器检测到CAN1收发接口模块的ID接收标志有效或CAN2收发接口模块的ID接收标志有效，则会将缓存区BUFF1或缓存区BUFF2中的数据通过CAN3收发接口模块对应的报文TX_MSG3X转发出去，下标X对应于不同的ID接收标志；
(5)当ARM处理器从CAN3收发接口模块接收到有效报文时，根据该报文同时更新报文TX_MSG11和报文TX_MSG21的数据内容；
(6)ARM处理器以时间周期T3检测CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块的接收状态，根据CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块的接收状态更新报文TX_MSG31中的相关数据。
为了达到上述目的，本发明另提供了一种基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法，含有以下步骤：
CAN通信转换模块初始化，完成ARM处理器硬件、通用定时器模块、CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块以及变量初始化；
ARM处理器中断服务，提供由通用定时器模块所产生的主循环的时间周期以及CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块的数据接收；
主循环，主循环采用的CAN网络拓扑结构为：主设备、CAN1收发接口模块、以串联方式形成链路的多个设备、CAN2收发接口模块依次以点对点的方式首尾连接形成环路，CAN3收发接口模块连接主设备内部的模块级CAN总线；主循环采用以下运行模式运行：ARM处理器通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块接收整个环路上全部从设备的数据，CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块接收的数据互为冗余，经ARM处理器校验数据的有效性后，通过CAN3收发接口模块转发至主设备除模块级CAN总线外的其他模块；ARM处理器通过CAN3收发接口模块接收来自内部模块级CAN总线的主设备控制器命令时，ARM处理器通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块向相邻的从设备转发。
优选的，主循环采用的运行模式运行的具体步骤如下：
(1)ARM处理器按照时间周期T1通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块分别同时通过CAN总线向从设备发送报文TX_MSG11和报文TX_MSG21，报文TX_MSG11和报文TX_MSG21为数据帧，触发从设备的响应；
(2)ARM处理器按照时间周期T2通过CAN3收发接口模块向主设备发送固定的报文TX_MSG31，报文TX_MSG31为数据帧，报文TX_MSG31中含有从设备链路的连接状态；
(3)当ARM处理器从CAN1收发接口模块或CAN2收发接口模块接收到的报文具有符合配置要求的ID时，将报文中的数据放入ARM处理器的缓存区BUFF，并设置外部数据接收标志为有效；
(4)ARM处理器检测到外部数据接收标志有效，则以周期T3将ARM处理器的缓存区BUFF中的数据通过CAN3收发接口模块对应的报文TX_MSG3X转发出去，下标X对应于不同的ID接收标志；
(5)当ARM处理器从CAN3收发接口模块接收到有效报文时，将其通过CAN1收发接口模块的报文TX_MSG11和CAN2收发接口模块的报文TX_MSG21分别转发出去；
(6)ARM处理器以时间周期T3检测检测整个链路从设备的连接状态，并根据该状态更新报文TX_MSG31中的相关数据。
为了达到上述目的，本发明又提供了一种基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法，含有以下步骤：
CAN通信转换模块初始化，完成ARM处理器硬件、通用定时器模块、CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块以及变量初始化；
ARM处理器中断服务，提供由通用定时器模块所产生的主循环的时间周期以及CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块的数据接收；
主循环，主循环采用的CAN网络拓扑结构为：主设备通过CAN1收发接口模块连接至主设备的设备级CAN1总线，主设备通过CAN2收发接口模块与从设备点对点连接，CAN3收发接口模块连接主设备内部的模块级CAN总线；主循环采用以下运行模式运行：ARM处理器通过CAN3收发接口模块接收主设备除模块级CAN总线外的其他模块的报文，并对报文数据进行逻辑处理后通过CAN1收发接口模块转发；ARM处理器通过CAN2收发接口模块接收从设备的报文，并将报文数据直接通过CAN1收发接口模块转发；当ARM处理器通过CAN1收发接口模块从设备级CAN1总线接收到报文时，ARM处理器将主设备需要的报文通过CAN3收发接口模块转发，将从设备需要的报文通过CAN2收发接口模块转发。
优选的，主循环采用的运行模式运行的具体步骤如下：
(1)ARM处理器按照时间周期T1通过CAN1收发接口模块向设备级CAN1总线发送报文TX_MSG11-TX_MSG1n，n为大于1的自然数，报文TX_MSG11-TX_MSG1n为数据帧；
(2)ARM处理器按照时间周期T2通过CAN2收发接口模块向从设备发送报文TX_MSG21-TX_MSG2n，n为大于1的自然数，报文TX_MSG21-TX_MSG2n为数据帧；
(3)ARM处理器按照时间周期T3通过CAN3收发接口模块向主设备发送固定的报文TX_MSG31-TX_MSG3n，n为大于1的自然数，报文TX_MSG31-TX_MSG3n为数据帧；
(4)当ARM处理器从CAN1收发接口模块接收到的报文具有符合配置要求的ID时，将报文中的数据放入ARM处理器的缓存区BUFF1；
(5)当ARM处理器从CAN2收发接口模块接收到的报文具有符合配置要求的ID时，将报文中的数据放入ARM处理器的缓存区BUFF2；
(6)当ARM处理器从CAN3收发接口模块接收到的报文具有符合配置要求的ID时，ARM处理器对报文中的数据进行逻辑处理后，将处理完毕的数据放入ARM处理器的缓存区BUFF3；
(7)ARM处理器以时间周期T4检测CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块的接收状态；
(8)ARM处理器以时间周期T5更新CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块待发送数据，包括用缓存区BUFF2中的数据、缓存区BUFF3中的数据、CAN2收发接口模块的接收状态和CAN3收发接口模块的接收状态更新TX_MSG11-TX_MSG1n，用缓存区BUFF1中的数据更新TX_MSG21-TX_MSG2n，以及用缓存区BUFF1中的数据、CAN1收发接口模块的接收状态和CAN2收发接口模块的接收状态更新TX_MSG31-TX_MSG3n。
为了达到上述目的，基于上述转换控制方法，本发明还提供了一种基于ARM的列车用CAN通信转换模块，包括ARM处理器、内嵌于ARM处理器中的三路CAN通信控制器以及与ARM处理器连接的数字量输入接口单元，每路CAN通信控制器均连接有一路用于连接CAN总线的CAN收发接口模块，分别为CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块和CAN3收发接口模块；ARM处理器分别与三路CAN收发接口模块之间均连接有0V或3.3V的脉冲信号，用于CAN接收和CAN发送，ARM处理器与数字量输入接口单元之间连接有0V或3.3V的数字量信号，用于提供数字量输入状态。
优选的，三路CAN收发接口模块中，CAN1收发接口模块和CAN2收发接口模块均为隔离的CAN收发电路，均包括一个隔离式CAN总线收发器以及由+5V转+5V的电源隔离模块，将CAN1总线接收、CAN1总线发送的信号转换为符合CAN通信标准的差分信号CAN1H、CAN1L，以及CAN2总线接收、CAN2总线发送的信号转换为符合CAN通信标准的差分信号CAN2H、CAN2L；CAN3收发接口模块为非隔离的CAN收发电路，包括一CAN总线收发器，将CAN3接收、CAN3发送的信号转换为符合CAN通信标准的差分信号CAN3H、CAN3L。
优选的，所述数字量输入接口单元包含数字量隔离器，将外部的+5V电平转换为隔离的适用于ARM处理器的+3.3V电平。
优选的，连接CAN1收发接口模块的CAN1总线和连接CAN2收发接口模块的CAN2总线为设备级CAN总线，用于负责设备之间的通信；连接CAN3收发接口模块的CAN3总线为模块级CAN总线，用于负责单个设备内部模块间的通信。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
(1)本发明提供的CAN通信转换控制方法，采用ARM处理器实现CAN通信，将数据转发与数据处理相结合，能够扩展出多种控制方案，采用主从结构形式的三种运行模式：单个从设备可通过设备级CAN总线接到主设备，并通过主设备模块级CAN总线接入主设备上一级CAN网络模块；两个从设备可通过设备级CAN总线接到主设备，并通过主设备模块级CAN总线接入主设备列车网络模块；多个从设备可通过设备级CAN总线接到主设备，并通过主设备模块级CAN总线接入主设备列车网络模块，控制方案灵活。
(2)本发明提供的CAN通信转换模块电路结构简单，以简单的电路实现了设备级网络之间、模块级网络之间以及设备级网络与模块级网络之间的可靠数据传输，并且能够实现冗余或可扩展，具有三路CAN收发接口，能够满足三路CAN总线的要求，控制方案灵活，采用主从结构，通过主设备保证一个或多个从设备与列车网络间接通信，使整车的网络简化且清晰，***安全可靠，降低了整车的成本。
(3)本发明提供的CAN通信转换模块采用模块化设计，推动了列车网络设备的模块化设计，CAN通信转换模块中的CAN收发接口模块可以为符合CAN通信标准的不同模块，维护时只需更换需要维修的模块即可，降低了设计和维护成本，同时便于设备维护人员进行维护和维修。
(4)本发明提供的CAN通信转换模块及控制方法，采用适合于铁路应用的ARM处理器，该处理器具有双ARM Cortex-R4F核架构、双核锁步运行检、FLASH和RAM校验和保护机制、时钟和电压监控等，用硬件提供安全特性、检测是否有随机故障，避免***出错，支持IEC61508最高等级的SIL-3安全标准，适用于列车轴温监测装置、烟火报警装置、充电机等列车网络设备。
附图说明
图1为本发明一实施例中基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法的主循环CAN网络拓扑结构图。
图2为本发明图1实施例中基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法的主循环流程图。
图3为本发明另一实施例中基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法的主循环CAN网络拓扑结构图。
图4为本发明图3实施例中基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法的主循环流程图。
图5为本发明又一实施例中基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法的主循环CAN网络拓扑结构图。
图6为本发明图5实施例中基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法的主循环流程图。
图7为本发明一实施例中基于ARM的列车用CAN通信转换模块的硬件结构简图。
图8为本发明一实施例中基于ARM的列车用CAN通信转换模块的ARM处理器的逻辑框架图。
具体实施方式
下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
本发明一实施例，提供了一种基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法，含有以下步骤：
S1、CAN通信转换模块初始化，完成ARM处理器硬件、通用定时器模块、CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块以及变量初始化；所述的变量包括ID接收标志、发送的报文数据和接收的报文数据。
更具体的说，将ARM处理器硬件、通用定时器模块、CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块初始化为工作前的初始状态，将变量进行初始化是指将所有变量初始化为零。
S2、ARM处理器中断服务，提供由通用定时器模块所产生的主循环的时间周期以及CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块的数据接收。
S3、主循环，根据以下CAN网络拓扑结构及运行模式运行；参见图1，CAN网络拓扑结构为：CAN1收发接口模块连接从设备1的设备级CAN总线，并采取点对点的方式传输数据；CAN2收发接口模块连接从设备2的设备级CAN总线，并采取点对点的方式传输数据；CAN3收发接口模块连接主设备内部的模块级CAN3总线；运行模式为：ARM处理器将CAN3收发接口模块收到的数据重新打包，同时通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块发送至从设备；ARM处理器将CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块收到的数据重新打包，同时通过CAN3收发接口模块发送至主设备除模块级CAN总线外的其他模块。
参见图2，主循环的具体步骤如下：
S31：ARM处理器按照时间周期T1通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块分别同时通过CAN总线向两个从设备发送报文TX_MSG11和报文TX_MSG21，报文TX_MSG11和报文TX_MSG21为数据帧，触发从设备的响应。
S32：ARM处理器按照时间周期T2通过CAN3收发接口模块向主设备发送固定的报文TX_MSG31，报文TX_MSG31为数据帧，报文TX_MSG31中含有CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块的接收状态。
S33：当ARM处理器从CAN1收发接口模块接收到的报文具有符合配置要求的ID时，将报文中的数据放入ARM处理器的缓存区BUFF1，并设置CAN1收发接口模块的ID接收标志为有效；或当ARM处理器从CAN2收发接口模块接收到的报文具有符合配置要求的ID时，将报文中的数据放入ARM处理器的缓存区BUFF2，并设置CAN2收发接口模块的ID接收标志为有效。
S34：ARM处理器检测到CAN1收发接口模块的ID接收标志有效或CAN2收发接口模块的ID接收标志有效，则ARM处理器会将缓存区BUFF1或缓存区BUFF2中的数据通过CAN3收发接口模块对应的报文TX_MSG3X转发出去，下标X对应于不同的ID接收标志，并清除CAN1收发接口模块的ID有效接收标志或CAN2收发接口模块的ID有效接收标志。
S35：当ARM处理器从CAN3收发接口模块接收到有效报文时，根据该报文同时更新报文TX_MSG11和报文TX_MSG21的数据内容；
S36：ARM处理器以时间周期T3检测CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块的接收状态，根据CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块的接收状态更新报文TX_MSG31中的相关数据。
本实施例上述控制方法适用于单个从设备与主设备之间的通信。
为了便于工作人员查看ARM处理器的运行状况以及三个收发接口模块的接收状态，及时了解ARM处理器及CAN收发接口模块的工作状态，进一步保证数据传输的可靠性。参见图2，在本发明一优选实施例中，在步骤S36之后，ARM处理器以时间周期T4通过指示灯显示ARM处理器运行状况以及CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块的接收状态。本实施例所述控制方法同样适用于单个从设备与主设备之间的通信。
本发明另一实施例，提供了一种基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法，含有以下步骤：
S1：CAN通信转换模块初始化，完成ARM处理器硬件、通用定时器模块、CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块以及变量初始化；所述的变量包括ID接收标志、发送的报文数据和接收的报文数据。
更具体的说，将ARM处理器硬件、通用定时器模块、CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块初始化为工作前的初始状态，将变量进行初始化是指将所有变量初始化为零。
S2：ARM处理器中断服务，提供由通用定时器模块所产生的主循环的时间周期以及CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块的数据接收。
S3：主循环，根据以下CAN网络拓扑结构及运行模式运行；参见图3，CAN网络拓扑结构为：主设备、CAN1收发接口模块、以串联方式形成链路的多个设备、CAN2收发接口模块依次以点对点的方式首尾连接形成环路，CAN3收发接口模块连接主设备内部的模块级CAN3总线；运行模式为：ARM处理器通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块接收整个环路上全部从设备的数据，CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块接收的数据互为冗余，经ARM处理器校验数据的有效性后，通过CAN3收发接口模块转发至主设备除模块级CAN总线外的其他模块；ARM处理器通过CAN3收发接口模块接收来自内部模块级CAN3总线的主设备控制器命令时，ARM处理器通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块向相邻的从设备转发。
参见图4，主循环的具体步骤如下：
S31：ARM处理器按照时间周期T1通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块分别同时通过CAN总线向从设备发送报文TX_MSG11和报文TX_MSG21，报文TX_MSG11和报文TX_MSG21为数据帧，触发从设备的响应；
S32：ARM处理器按照时间周期T2通过CAN3收发接口模块向主设备发送固定的报文TX_MSG31，报文TX_MSG31为数据帧，报文TX_MSG31中含有从设备链路的连接状态；
S33：当ARM处理器从CAN1收发接口模块或CAN2收发接口模块接收到的报文具有符合配置要求的ID时，将报文中的数据放入ARM处理器的缓存区BUFF，并设置外部数据接收标志为有效；
S34：ARM处理器检测到外部数据接收标志有效，则以周期T3将ARM处理器的缓存区BUFF中的数据通过CAN3收发接口模块对应的报文TX_MSG3X转发出去，下标X对应于不同的ID接收标志，并清除CAN1收发接口模块的ID有效接收标志或CAN2收发接口模块的ID有效接收标志。
S35：当ARM处理器从CAN3收发接口模块接收到有效报文时，将其通过CAN1收发接口模块的报文TX_MSG11和CAN2收发接口模块的报文TX_MSG21分别转发出去；
S36：ARM处理器以时间周期T3检测检测整个链路从设备的连接状态，并根据该状态更新报文TX_MSG31中的相关数据。
本实施例上述所述控制方法适用于两个从设备与主设备之间的通信。
为了便于工作人员查看ARM处理器的运行状况以及三个收发接口模块的接收状态，及时了解ARM处理器及CAN收发接口模块的工作状态，进一步保证数据传输的可靠性。参见图4，在本发明另一优选实施例中，在步骤S36之后，ARM处理器以时间周期T4通过指示灯显示ARM处理器运行状况以及CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块的接收状态。本实施例所述控制方法同样适用于两个从设备与主设备之间的通信。本发明又一实施例，提供了一种基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法，含有以下步骤：
S1：CAN通信转换模块初始化完成ARM处理器硬件、通用定时器模块、CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块以及变量初始化；所述的变量包括ID接收标志、发送的报文数据和接收的报文数据。
更具体的说，将ARM处理器硬件、通用定时器模块、CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块初始化为工作前的初始状态，将变量进行初始化是指将所有变量初始化为零。
S2：ARM处理器中断服务，提供由通用定时器模块所产生的主循环的时间周期以及CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块的数据接收。
S3：主循环，根据以下CAN网络拓扑结构及运行模式运行；参见图5，CAN网络拓扑结构为：主设备通过CAN1收发接口模块连接至主设备的设备级CAN1总线，主设备通过CAN2收发接口模块与从设备点对点连接，CAN3收发接口模块连接主设备内部的模块级CAN3总线；运行模式为：ARM处理器通过CAN3收发接口模块接收主设备除模块级CAN总线外的其他模块的报文，并对报文数据进行逻辑处理后通过CAN1收发接口模块转发；ARM处理器通过CAN2收发接口模块接收从设备的报文，并将报文数据直接通过CAN1收发接口模块转发；当ARM处理器通过CAN1收发接口模块从设备级CAN1总线接收到报文时，ARM处理器将主设备需要的报文通过CAN3收发接口模块转发，将从设备需要的报文通过CAN2收发接口模块转发。
参见图6，主循环的具体步骤如下：
S31：ARM处理器按照时间周期T1通过CAN1收发接口模块向设备级CAN1总线发送报文TX_MSG11-TX_MSG1n，n为大于1的自然数，报文TX_MSG11-TX_MSG1n为数据帧；
S32：ARM处理器按照时间周期T2通过CAN2收发接口模块向从设备发送报文TX_MSG21-TX_MSG2n，n为大于1的自然数，报文TX_MSG21-TX_MSG2n为数据帧；
S33：ARM处理器按照时间周期T3通过CAN3收发接口模块向主设备发送固定的报文TX_MSG31-TX_MSG3n，n为大于1的自然数，报文TX_MSG31-TX_MSG3n为数据帧；
S34：当ARM处理器从CAN1收发接口模块接收到的报文具有符合配置要求的ID时，将报文中的数据放入ARM处理器的缓存区BUFF1；
S35：当ARM处理器从CAN2收发接口模块接收到的报文具有符合配置要求的ID时，将报文中的数据放入ARM处理器的缓存区BUFF2；
S36：当ARM处理器从CAN3收发接口模块接收到的报文具有符合配置要求的ID时，ARM处理器对报文中的数据进行逻辑处理后，将处理完毕的数据放入ARM处理器的缓存区BUFF3；
S37：ARM处理器以时间周期T4检测CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块的接收状态；
S38：ARM处理器以时间周期T5更新CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块待发送数据，包括用缓存区BUFF2中的数据、缓存区BUFF3中的数据、CAN2收发接口模块的接收状态和CAN3收发接口模块的接收状态更新TX_MSG11-TX_MSG1n，用缓存区BUFF1中的数据更新TX_MSG21-TX_MSG2n，以及用缓存区BUFF1中的数据、CAN1收发接口模块的接收状态和CAN2收发接口模块的接收状态更新TX_MSG31-TX_MSG3n。
本实施例上述所述控制方法适用于多个从设备与主设备之间的通信。
为了便于工作人员查看ARM处理器的运行状况以及三个收发接口模块的接收状态，及时了解ARM处理器及CAN收发接口模块的工作状态，进一步保证数据传输的可靠性。参见图2，在本发明又一优选实施例中，在步骤S38之后，ARM处理器以时间周期T6通过指示灯显示ARM处理器运行状况以及CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块的接收状态。本实施例所述控制方法同样适用于多个从设备与主设备之间的通信。
参见图7、图8，本发明一实施例中，基于上述实施例所述CAN通信转换控制方法,提供了一种基于ARM的列车用CAN通信转换模块，包括ARM处理器、内嵌于ARM处理器中的三路CAN通信控制器以及与ARM处理器连接的数字量输入接口单元，CAN1通信控制器连接有用于连接CAN1总线的CAN1收发接口模块，CAN2通信控制器连接有用于连接CAN2总线的CAN2收发接口模块，CAN3通信控制器连接有用于连接CAN3总线的CAN3收发接口模块；ARM处理器分别与三路CAN收发接口模块之间均连接有0V或3.3V的脉冲信号，用于CAN接收和CAN发送，ARM处理器与数字量输入接口单元之间连接有0V或3.3V的数字量信号，用于提供数字量输入状态。
为了实现三路CAN收发接口模块的对总线发送的信号进行转换并转发出去，在本发明一优选实施例中，三路CAN收发接口模块中，CAN1收发接口模块包括一个隔离式CAN总线收发器和一个由+5V转+5V的电源隔离模块，电源隔离模块为隔离式CAN总线收发器供电，隔离式CAN总线收发器将CAN1总线接收、CAN1总线发送的信号转换为符合CAN通信标准的差分信号CAN1H、CAN1L转发出去。同样地，CAN2收发接口模块包括一个隔离式CAN总线收发器和一个由+5V转+5V的电源隔离模块，电源隔离模块为隔离式CAN总线收发器供电，隔离式CAN总线收发器将CAN2总线接收、CAN2总线发送的信号转换为符合CAN通信标准的差分信号CAN2H、CAN2L转发出去。CAN3收发接口模块为非隔离的CAN收发电路，包括一CAN总线收发器，CAN总线收发器将CAN3接收、CAN3发送的信号转换为符合CAN通信标准的差分信号CAN3H、CAN3L转发出去。在本发明一更优选实施例中，所述隔离式CAN总线收发器采用CAN总线收发器IS01050DUB，电源隔离模块采用电源隔离模块DRC010505U,CAN总线收发器采用CAN总线收发器SN65HVD232D。
为了使外部数字量输入电平转换为适于ARM处理器使用的电平输入，在本发明一优选实施例中，所述数字量输入接口单元包含数字量隔离器，将外部的+5V电平转换为隔离的适用于ARM处理器的+3.3V电平。在本发明一更优选实施例中，所述数字量隔离器采用数字量隔离器IS07240CDWR。
为了实现设备的外部通信和内部通信，参见图7，在本发明一优选实施例中，连接CAN1收发接口模块的CAN1总线和连接CAN2收发接口模块的CAN2总线为设备级CAN总线，用于负责设备之间的通信，CAN1总线和CAN2总线的波特率均设置为100kbit/s或125kbit/s；连接CAN3收发接口模块的CAN3总线为模块级CAN总线，用于负责单个设备内部模块间的通信，CAN3总线的波特率设置为500kbit/s。
在本发明上述实施例中，所述ARM处理器为采用双ARM Cortex-R4F核架构的处理器，具有双核锁步运行检、FLASH和RAM校验和保护机制、时钟和电压监控等，用硬件提供安全特性、检测是否有随机故障，避免***出错，支持IEC61508最高等级的SIL-3安全标准，更适合于铁路应用。
上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法，其特征在于，含有以下步骤：CAN通信转换模块初始化，完成ARM处理器硬件、通用定时器模块、CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块以及变量初始化；
ARM处理器中断服务，提供由通用定时器模块所产生的主循环的时间周期以及CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块的数据接收；
主循环，根据CAN网络拓扑不同采用运行模式一、或运行模式二、或运行模式三运行，其中：
运行模式一：CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块分别连接两个从设备的设备级CAN总线，并采取点对点的方式传输数据，CAN3收发接口模块连接主设备内部的模块级CAN总线；ARM处理器将CAN3收发接口模块收到的数据重新打包，同时通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块发送至从设备；
ARM处理器将CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块收到的数据重新打包，同时通过CAN3收发接口模块发送至主设备除模块级CAN总线外的其他模块；
运行模式二：主设备、CAN1收发接口模块、以串联方式形成链路的多个设备、CAN2收发接口模块依次以点对点的方式首尾连接形成环路，CAN3收发接口模块连接主设备内部的模块级CAN总线；ARM处理器通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块接收整个环路上全部从设备的数据，CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块接收的数据互为冗余，经ARM处理器校验数据的有效性后，通过CAN3收发接口模块转发至主设备除模块级CAN总线外的其他模块；ARM处理器通过CAN3收发接口模块接收来自内部模块级CAN总线的主设备控制器命令时，ARM处理器通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块向相邻的从设备转发；
运行模式三：主设备通过CAN1收发接口模块连接至主设备的设备级CAN1总线，主设备通过CAN2收发接口模块与从设备点对点连接，CAN3收发接口模块连接主设备内部的模块级CAN总线；ARM处理器通过CAN3收发接口模块接收主设备除模块级CAN总线外的其他模块的报文，并对报文数据进行逻辑处理后通过CAN1收发接口模块转发；ARM处理器通过CAN2收发接口模块接收从设备的报文，并将报文数据直接通过CAN1收发接口模块转发；当ARM处理器通过CAN1收发接口模块从设备级CAN1总线接收到报文时，ARM处理器将主设备需要的报文通过CAN3收发接口模块转发，将从设备需要的报文通过CAN2收发接口模块转发。
2.如权利要求1所述的基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法，其特征在于，运行模式一的具体步骤如下：
(1)ARM处理器按照时间周期T1通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块分别同时通过CAN总线向两个从设备发送报文TX_MSG11和报文TX_MSG21，报文TX_MSG11和报文TX_MSG21为数据帧，触发从设备的响应；
(2)ARM处理器按照时间周期T2通过CAN3收发接口模块向主设备除模块级CAN总线外的其他模块发送固定的报文TX_MSG31，报文TX_MSG31为数据帧，报文TX_MSG31中含有CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块的接收状态；
(3)当ARM处理器从CAN1收发接口模块接收到的报文具有符合配置要求的ID时，将报文中的数据放入ARM处理器的缓存区BUFF1，并设置CAN1收发接口模块的ID接收标志为有效；或当ARM处理器从CAN2收发接口模块接收到的报文具有符合配置要求的ID时，将报文中的数据放入ARM处理器的缓存区BUFF2，并设置CAN2收发接口模块的ID接收标志为有效；
(4)ARM处理器检测到CAN1收发接口模块的ID接收标志有效或CAN2收发接口模块的ID接收标志有效，则会将缓存区BUFF1或缓存区BUFF2中的数据通过CAN3收发接口模块对应的报文TX_MSG3X转发出去，下标X对应于不同的ID接收标志；
(5)当ARM处理器从CAN3收发接口模块接收到有效报文时，根据该报文同时更新报文TX_MSG11和报文TX_MSG21的数据内容；
(6)ARM处理器以时间周期T3检测CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块的接收状态，根据CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块的接收状态更新报文TX_MSG31中的相关数据。
3.如权利要求1所述的基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法，其特征在于，运行模式二的具体步骤如下：
(1)ARM处理器按照时间周期T1通过CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块分别同时通过CAN总线向从设备发送报文TX_MSG11和报文TX_MSG21，报文TX_MSG11和报文TX_MSG21为数据帧，触发从设备的响应；
(2)ARM处理器按照时间周期T2通过CAN3收发接口模块向主设备除模块级CAN总线外的其他模块发送固定的报文TX_MSG31，报文TX_MSG31为数据帧，报文TX_MSG31中含有从设备链路的连接状态；
(3)当ARM处理器从CAN1收发接口模块或CAN2收发接口模块接收到的报文具有符合配置要求的ID时，将报文中的数据放入ARM处理器的缓存区BUFF，并设置外部数据接收标志为有效；
(4)ARM处理器检测到外部数据接收标志有效，则以周期T3将ARM处理器的缓存区BUFF中的数据通过CAN3收发接口模块对应的报文TX_MSG3X转发出去，下标X对应于不同的ID接收标志；
(5)当ARM处理器从CAN3收发接口模块接收到有效报文时，将其通过CAN1收发接口模块的报文TX_MSG11和CAN2收发接口模块的报文TX_MSG21分别转发出去；
(6)ARM处理器以时间周期T3检测检测整个链路从设备的连接状态，并根据该状态更新报文TX_MSG31中的相关数据。
4.如权利要求2或3所述的基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法，其特征在于，在步骤(6)之后，ARM处理器以时间周期T4通过指示灯显示ARM处理器运行状况以及CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块的接收状态。
5.如权利要求1所述的基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法，其特征在于，运行模式三的具体步骤如下：
(1)ARM处理器按照时间周期T1通过CAN1收发接口模块向设备级CAN1总线发送报文TX_MSG11-TX_MSG1n，n为大于1的自然数，报文TX_MSG11-TX_MSG1n为数据帧；
(2)ARM处理器按照时间周期T2通过CAN2收发接口模块向从设备发送报文TX_MSG21-TX_MSG2n，n为大于1的自然数，报文TX_MSG21-TX_MSG2n为数据帧；
(3)ARM处理器按照时间周期T3通过CAN3收发接口模块向主设备发送固定的报文TX_MSG31-TX_MSG3n，n为大于1的自然数，报文TX_MSG31-TX_MSG3n为数据帧；
(4)当ARM处理器从CAN1收发接口模块接收到的报文具有符合配置要求的ID时，将报文中的数据放入ARM处理器的缓存区BUFF1；
(5)当ARM处理器从CAN2收发接口模块接收到的报文具有符合配置要求的ID时，将报文中的数据放入ARM处理器的缓存区BUFF2；
(6)当ARM处理器从CAN3收发接口模块接收到的报文具有符合配置要求的ID时，ARM处理器对报文中的数据进行逻辑处理后，将处理完毕的数据放入ARM处理器的缓存区BUFF3；
(7)ARM处理器以时间周期T4检测CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块的接收状态；
(8)ARM处理器以时间周期T5更新CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块待发送数据，包括用缓存区BUFF2中的数据、缓存区BUFF3中的数据、CAN2收发接口模块的接收状态和CAN3收发接口模块的接收状态更新TX_MSG11-TX_MSG1n，用缓存区BUFF1中的数据更新TX_MSG21-TX_MSG2n，以及用缓存区BUFF1中的数据、CAN1收发接口模块的接收状态和CAN2收发接口模块的接收状态更新TX_MSG31-TX_MSG3n。
6.如权利要求5所述的基于ARM的列车用CAN通信转换控制方法，其特征在于，在步骤(8)之后，ARM处理器以时间周期T6通过指示灯显示ARM处理器运行状况以及CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块、CAN3收发接口模块的接收状态。
7.一种基于ARM的列车用CAN通信转换模块，基于权利要求1所述的转换控制方法，其特征在于，包括ARM处理器、内嵌于ARM处理器中的三路CAN通信控制器以及与ARM处理器连接的数字量输入接口单元，每路CAN通信控制器均连接有一路用于连接CAN总线的CAN收发接口模块，分别为CAN1收发接口模块、CAN2收发接口模块和CAN3收发接口模块；ARM处理器分别与三路CAN收发接口模块之间均连接有0V或3.3V的脉冲信号，用于CAN接收和CAN发送，ARM处理器与数字量输入接口单元之间连接有0V或3.3V的数字量信号，用于提供数字量输入状态。
8.如权利要求7所述的基于ARM的列车用CAN通信转换模块，其特征在于，三路CAN收发接口模块中，CAN1收发接口模块和CAN2收发接口模块均为隔离的CAN收发电路，均包括一个隔离式CAN总线收发器以及由+5V转+5V的电源隔离模块，将CAN1总线接收、CAN1总线发送的信号转换为符合CAN通信标准的差分信号CAN1H、CAN1L，以及CAN2总线接收、CAN2总线发送的信号转换为符合CAN通信标准的差分信号CAN2H、CAN2L；CAN3收发接口模块为非隔离的CAN收发电路，包括一CAN总线收发器，将CAN3接收、CAN3发送的信号转换为符合CAN通信标准的差分信号CAN3H、CAN3L。
9.如权利要求8所述的基于ARM的列车用CAN通信转换模块，其特征在于，所述数字量输入接口单元包含数字量隔离器，将外部的+5V电平转换为隔离的适用于ARM处理器的+3.3V电平。
10.如权利要求7至9任意一项所述的基于ARM的列车用CAN通信转换模块，其特征在于，连接CAN1收发接口模块的CAN1总线和连接CAN2收发接口模块的CAN2总线为设备级CAN总线，用于负责设备之间的通信；连接CAN3收发接口模块的CAN3总线为模块级CAN总线，用于负责单个设备内部模块间的通信。
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