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CN111885030A - CANFD总线与FlexRay总线的协议转换方法 - Google Patents

CANFD总线与FlexRay总线的协议转换方法 Download PDF

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CN111885030A
CN111885030A CN202010668403.9A CN202010668403A CN111885030A CN 111885030 A CN111885030 A CN 111885030A CN 202010668403 A CN202010668403 A CN 202010668403A CN 111885030 A CN111885030 A CN 111885030A
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flexray
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data
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刘晶
李晋
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Abstract

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种CANFD总线与FlexRay总线的协议转换方法。所述方法基于协议转换装置来实施，所述协议转换装置包括：CANFD相关硬件模块、协议转换模块、FlexRay相关硬件模块；本发明技术方案中，所述协议转换模块采用CPU裸核软件替代进程繁复的操作系统，用软协议替代路由选择，提升了总线转换效率，解决了工业控制系统设计中的转换延迟问题。本发明技术方案实现了CANFD到FlexRay的转换过程，以及FlexRay到CANFD的转换过程，CPU以裸核软协议的方式传输数据，消除了搭载操作系统执行路由选择带来了转换延迟问题，提高了总线传输的效率。

Description

CANFD总线与FlexRay总线的协议转换方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种CANFD总线与FlexRay总线的协议转换方法。
背景技术
FlexRay总线采用时间触发机制，静态段的每个时隙(slot)负责调度总线上一个节点到另一个节点的发送，这些slot组合在一起形成FlexRay总线的一个周期。由于通信协议的不同，两种总线的节点无法直接进行信息交互。传统的CAN转FlexRay装置的方法是CPU搭载操作系统，利用路由选择处理实现不同协议的转换，但随着节点数量的增加，路由选择处理会造成CPU转换延迟，引起吞吐量的恶化。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：针对为某一工业控制系统总线转换延迟问题，如何提供一种CANFD总线与FlexRay总线的协议转换方案。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种CANFD总线与FlexRay总线的协议转换方法，所述方法基于协议转换装置来实施，所述协议转换装置包括：CANFD相关硬件模块、协议转换模块、FlexRay相关硬件模块；所述CANFD相关硬件模块包括：CANFD总线及CANFD总线上各个节点设备；所述协议转换模块包括：CANFD收发子模块、控制子模块及FlexRay收发子模块；所述FlexRay相关硬件模块包括：FlexRay总线及FlexRay总线上各个节点设备；所述CANFD收发子模块包括：CANFD物理层收发电路和CANFD协议控制芯片；所述控制子模块包括：CPU及其内部RAM；所述FlexRay收发子模块包括：FlexRay物理层收发电路和FlexRay协议控制芯片；
在CANFD总线向FlexRay总线传输数据时，进行协议转换的所述协议转换方法包括如下步骤：
步骤11：数据内容从CANFD总线节点设备到协议转换模块；
CANFD总线上的某节点设备向协议转换模块发送如表1所示软协议格式的数据内容，其中，命令字0xA1含义为更新某个FlexRay节点数据；
数据内容从CANFD物理层收发电路以差分信号的形式转换成单端信号的形式，进入CANFD协议控制芯片并由CANFD协议控制芯片进行协议控制操作，然后CPU提取CANFD协议控制芯片内的CANFD格式的数据内容并存储在CPU内部RAM中；
步骤12：数据内容从协议转换模块到FlexRay总线节点设备；
CPU取出内部RAM中CANFD格式的数据内容；若命令字为0xA1，则依据表1所示软协议格式从数据内容中提取FlexRay目的节点号以确定对应的FlexRay总线的时隙slot；
将更新的FlexRay节点数据在相应的slot中填入FlexRay协议控制芯片以组成数据包；FlexRay物理层收发电路将FlexRay协议控制芯片输出的数据包以单端信号的形式转换成差分信号的形式，将数据包发送到相应的FlexRay总线的节点设备；
表1数据内容软协议
Figure BDA0002581310690000021
Figure BDA0002581310690000031
其中，在FlexRay总线向CANFD总线传输数据时，进行协议转换的所述协议转换方法包括如下步骤：
步骤21：数据包从FlexRay总线节点设备到协议转换模块；
根据FlexRay总线时间触发的机制，FlexRay物理层收发电路将FlexRay总线上的各个节点设备周期性发送的数据包以差分信号的形式转换成单端信号的形式，输出到FlexRay协议控制芯片，由FlexRay协议控制芯片进行协议控制并输出，然后由CPU将FlexRay协议控制芯片的所有slot的数据包存放在CPU的内部RAM中；
步骤22：协议转换模块接收CANFD总线数据内容
CANFD总线上的某节点设备向协议转换模块发送表1所示软协议格式的数据内容，其中，0xA2命令含义为获取FlexRay总线上某个节点设备的数据；
数据内容从CANFD物理层收发电路以差分信号的形式转换成单端信号的形式，进入CANFD协议控制芯片并由CANFD协议控制芯片进行协议控制操作，CPU提取CANFD协议控制芯片的数据内容并存储在CPU内部RAM中；
步骤23：数据内容从协议转换模块到CANFD总线节点设备；
CPU取出内部RAM中CANFD格式的数据内容；若命令字为0xA2，则依据表1所示软协议格式从数据内容中提取FlexRay总线上的目的节点号以确定对应的FlexRay总线时隙slot，提取CANFD目的节点ID以确定目的CANFD节点设备；
从CPU的RAM中取出目的节点号对应的slot的数据包；
CPU依据表1所示软协议格式将相应slot的数据包及CANFD目节点ID组成数据包填入CANFD协议控制芯片；CANFD物理层收发电路将CANFD协议控制芯片输出的数据包以单端信号的形式转换成差分信号的形式，并将数据包发送到CANFD总线上的目的节点设备。
其中，通过以上步骤实现了CANFD到FlexRay的转换过程，以及FlexRay到CANFD的转换过程。CPU以裸核软协议的方式传输数据，消除了搭载操作系统执行路由选择带来了转换延迟问题，提高了总线传输的效率。
其中，所述FlexRay总线基于时间触发机制，FlexRay静态段一个周期由许多时隙slot组成；其中，时隙slot1～时隙slotN负责将数据从FlexRay收发子模块发送到FlexRay总线的N个节点；时隙slotN+1～时隙slot2N负责将数据从FlexRay总线的N个节点发送到FlexRay收发子模块。
其中，所述CANFD总线上的节点设备为与汽车底盘控制相关的设备。
其中，所述FlexRay总线上的节点设备为与汽车发动机控制相关的设备。
其中，所述协议转换模块将CANFD收发电路和FlexRay总线收发电路连接在同一个CPU上，作为两种总线设备间信息交互的媒介。
其中，所述协议转换模块采用CPU裸核软件替代进程繁复的操作系统，用软协议替代路由选择，提升了总线转换效率，解决了工业控制系统设计中的转换延迟问题。
其中，所述CANFD总线上的节点设备向协议转换模块发送的数据内容中，包括编号为1～64位的数据字。
其中，所述编号为1～64位的数据字中，1～2位为0x55aa；
3位为命令字；3位为0xA1表示更新某个FlexRay节点数据；0xA2表示获取某个FlexRay节点数据；
4～7位为FlexRay目的节点号；
8～11位为CANFD目的ID号；
12～64位为：若3位的命令字是0xA1，则12～64位的内容为更新的FlexRay节点数据；若3位的命令字是0xA2，则12～64位的内容为空。
(三)有益效果
与现有技术相比较，本发明技术方案中，CANFD总线上的节点设备为与汽车底盘控制相关的设备，FlexRay总线上的节点设备为与汽车发动机控制相关的设备，通过协议转换模块将CANFD收发电路和FlexRay总线收发电路连接在同一个CPU上，作为两种总线设备间信息交互的媒介。所述协议转换模块采用CPU裸核软件替代进程繁复的操作系统，用软协议替代路由选择，提升了总线转换效率，解决了工业控制系统设计中的转换延迟问题。
本发明技术方案实现了CANFD到FlexRay的转换过程，以及FlexRay到CANFD的转换过程，CPU以裸核软协议的方式传输数据，消除了搭载操作系统执行路由选择带来了转换延迟问题，提高了总线传输的效率。
附图说明
图1是本发明技术方案的原理结构图。
图2是本发明技术方案的协议转换流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
CANFD总线采用事件触发机制，总线上各节点通过总线消息的ID判断该消息是否接收，CANFD数据传输速率是CAN的5～8倍，数据帧有效载荷从CAN总线的8个字节增加到64个字节。CANFD总线在数据速率、数据载荷方面相对传统的CAN总线而言具有明显的优势，CAN总线有被CANFD总线取代的趋势，因此，需要一种CANFD总线与FlexRay总线的转换装置。
为解决现有技术问题，本发明提供一种CANFD总线与FlexRay总线的协议转换方法，所述方法基于协议转换装置来实施，如图1所示，所述协议转换装置包括：CANFD相关硬件模块、协议转换模块、FlexRay相关硬件模块；所述CANFD相关硬件模块包括：CANFD总线及CANFD总线上各个节点设备；所述协议转换模块包括：CANFD收发子模块、控制子模块及FlexRay收发子模块；所述FlexRay相关硬件模块包括：FlexRay总线及FlexRay总线上各个节点设备；所述CANFD收发子模块包括：CANFD物理层收发电路和CANFD协议控制芯片；所述控制子模块包括：CPU及其内部RAM；所述FlexRay收发子模块包括：FlexRay物理层收发电路和FlexRay协议控制芯片；
在CANFD总线向FlexRay总线传输数据时，进行协议转换的所述协议转换方法包括如下步骤：
步骤11：数据内容从CANFD总线节点设备到协议转换模块；
如图2所示，CANFD总线上的某节点设备向协议转换模块发送如表1所示软协议格式的数据内容，其中，命令字0xA1含义为更新某个FlexRay节点数据；
数据内容从CANFD物理层收发电路以差分信号的形式转换成单端信号的形式，进入CANFD协议控制芯片并由CANFD协议控制芯片进行协议控制操作，然后CPU提取CANFD协议控制芯片内的CANFD格式的数据内容并存储在CPU内部RAM中；
步骤12：数据内容从协议转换模块到FlexRay总线节点设备；
CPU取出内部RAM中CANFD格式的数据内容；若命令字为0xA1，则依据表1所示软协议格式从数据内容中提取FlexRay目的节点号以确定对应的FlexRay总线的时隙slot；
将更新的FlexRay节点数据在相应的slot中填入FlexRay协议控制芯片以组成数据包；FlexRay物理层收发电路将FlexRay协议控制芯片输出的数据包以单端信号的形式转换成差分信号的形式，将数据包发送到相应的FlexRay总线的节点设备；
表1数据内容软协议
Figure BDA0002581310690000071
其中，在FlexRay总线向CANFD总线传输数据时，进行协议转换的所述协议转换方法包括如下步骤：
步骤21：数据包从FlexRay总线节点设备到协议转换模块；
根据FlexRay总线时间触发的机制，FlexRay物理层收发电路将FlexRay总线上的各个节点设备周期性发送的数据包以差分信号的形式转换成单端信号的形式，输出到FlexRay协议控制芯片，由FlexRay协议控制芯片进行协议控制并输出，然后由CPU将FlexRay协议控制芯片的所有slot的数据包存放在CPU的内部RAM中；
步骤22：协议转换模块接收CANFD总线数据内容
如图2所示，CANFD总线上的某节点设备向协议转换模块发送表1所示软协议格式的数据内容，其中，0xA2命令含义为获取FlexRay总线上某个节点设备的数据；
数据内容从CANFD物理层收发电路以差分信号的形式转换成单端信号的形式，进入CANFD协议控制芯片并由CANFD协议控制芯片进行协议控制操作，CPU提取CANFD协议控制芯片的数据内容并存储在CPU内部RAM中；
步骤23：数据内容从协议转换模块到CANFD总线节点设备；
CPU取出内部RAM中CANFD格式的数据内容；若命令字为0xA2，则依据表1所示软协议格式从数据内容中提取FlexRay总线上的目的节点号以确定对应的FlexRay总线时隙slot，提取CANFD目的节点ID以确定目的CANFD节点设备；
从CPU的RAM中取出目的节点号对应的slot的数据包；
CPU依据表1所示软协议格式将相应slot的数据包及CANFD目节点ID组成数据包填入CANFD协议控制芯片；CANFD物理层收发电路将CANFD协议控制芯片输出的数据包以单端信号的形式转换成差分信号的形式，并将数据包发送到CANFD总线上的目的节点设备。
其中，通过以上步骤实现了CANFD到FlexRay的转换过程，以及FlexRay到CANFD的转换过程。CPU以裸核软协议的方式传输数据，消除了搭载操作系统执行路由选择带来了转换延迟问题，提高了总线传输的效率。
其中，所述FlexRay总线基于时间触发机制，FlexRay静态段一个周期由许多时隙slot组成；其中，时隙slot1～时隙slotN负责将数据从FlexRay收发子模块发送到FlexRay总线的N个节点；时隙slotN+1～时隙slot2N负责将数据从FlexRay总线的N个节点发送到FlexRay收发子模块。
其中，所述CANFD总线上的节点设备为与汽车底盘控制相关的设备。
其中，所述FlexRay总线上的节点设备为与汽车发动机控制相关的设备。
其中，所述协议转换模块将CANFD收发电路和FlexRay总线收发电路连接在同一个CPU上，作为两种总线设备间信息交互的媒介。
其中，所述协议转换模块采用CPU裸核软件替代进程繁复的操作系统，用软协议替代路由选择，提升了总线转换效率，解决了工业控制系统设计中的转换延迟问题。
其中，所述CANFD总线上的节点设备向协议转换模块发送的数据内容中，包括编号为1～64位的数据字。
其中，所述编号为1～64位的数据字中，1～2位为0x55aa；
3位为命令字；3位为0xA1表示更新某个FlexRay节点数据；0xA2表示获取某个FlexRay节点数据；
4～7位为FlexRay目的节点号；
8～11位为CANFD目的ID号；
12～64位为：若3位的命令字是0xA1，则12～64位的内容为更新的FlexRay节点数据；若3位的命令字是0xA2，则12～64位的内容为空。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种CANFD总线与FlexRay总线的协议转换方法，其特征在于，所述方法基于协议转换装置来实施，所述协议转换装置包括：CANFD相关硬件模块、协议转换模块、FlexRay相关硬件模块；所述CANFD相关硬件模块包括：CANFD总线及CANFD总线上各个节点设备；所述协议转换模块包括：CANFD收发子模块、控制子模块及FlexRay收发子模块；所述FlexRay相关硬件模块包括：FlexRay总线及FlexRay总线上各个节点设备；所述CANFD收发子模块包括：CANFD物理层收发电路和CANFD协议控制芯片；所述控制子模块包括：CPU及其内部RAM；所述FlexRay收发子模块包括：FlexRay物理层收发电路和FlexRay协议控制芯片；
在CANFD总线向FlexRay总线传输数据时，进行协议转换的所述协议转换方法包括如下步骤：
步骤11：数据内容从CANFD总线节点设备到协议转换模块；
CANFD总线上的某节点设备向协议转换模块发送如表1所示软协议格式的数据内容，其中，命令字0xA1含义为更新某个FlexRay节点数据；
数据内容从CANFD物理层收发电路以差分信号的形式转换成单端信号的形式，进入CANFD协议控制芯片并由CANFD协议控制芯片进行协议控制操作，然后CPU提取CANFD协议控制芯片内的CANFD格式的数据内容并存储在CPU内部RAM中；
步骤12：数据内容从协议转换模块到FlexRay总线节点设备；
CPU取出内部RAM中CANFD格式的数据内容；若命令字为0xA1，则依据表1所示软协议格式从数据内容中提取FlexRay目的节点号以确定对应的FlexRay总线的时隙slot；
将更新的FlexRay节点数据在相应的slot中填入FlexRay协议控制芯片以组成数据包；FlexRay物理层收发电路将FlexRay协议控制芯片输出的数据包以单端信号的形式转换成差分信号的形式，将数据包发送到相应的FlexRay总线的节点设备；
表1数据内容软协议
Figure FDA0002581310680000021
2.如权利要求1所述的CANFD总线与FlexRay总线的协议转换方法，其特征在于，在FlexRay总线向CANFD总线传输数据时，进行协议转换的所述协议转换方法包括如下步骤：
步骤21：数据包从FlexRay总线节点设备到协议转换模块；
根据FlexRay总线时间触发的机制，FlexRay物理层收发电路将FlexRay总线上的各个节点设备周期性发送的数据包以差分信号的形式转换成单端信号的形式，输出到FlexRay协议控制芯片，由FlexRay协议控制芯片进行协议控制并输出，然后由CPU将FlexRay协议控制芯片的所有slot的数据包存放在CPU的内部RAM中；
步骤22：协议转换模块接收CANFD总线数据内容
CANFD总线上的某节点设备向协议转换模块发送表1所示软协议格式的数据内容，其中，0xA2命令含义为获取FlexRay总线上某个节点设备的数据；
数据内容从CANFD物理层收发电路以差分信号的形式转换成单端信号的形式，进入CANFD协议控制芯片并由CANFD协议控制芯片进行协议控制操作，CPU提取CANFD协议控制芯片的数据内容并存储在CPU内部RAM中；
步骤23：数据内容从协议转换模块到CANFD总线节点设备；
CPU取出内部RAM中CANFD格式的数据内容；若命令字为0xA2，则依据表1所示软协议格式从数据内容中提取FlexRay总线上的目的节点号以确定对应的FlexRay总线时隙slot，提取CANFD目的节点ID以确定目的CANFD节点设备；
从CPU的RAM中取出目的节点号对应的slot的数据包；
CPU依据表1所示软协议格式将相应slot的数据包及CANFD目节点ID组成数据包填入CANFD协议控制芯片；CANFD物理层收发电路将CANFD协议控制芯片输出的数据包以单端信号的形式转换成差分信号的形式，并将数据包发送到CANFD总线上的目的节点设备。
3.如权利要求2所述的CANFD总线与FlexRay总线的协议转换方法，其特征在于，通过以上步骤实现了CANFD到FlexRay的转换过程，以及FlexRay到CANFD的转换过程。CPU以裸核软协议的方式传输数据，消除了搭载操作系统执行路由选择带来了转换延迟问题，提高了总线传输的效率。
4.如权利要求1所述的CANFD总线与FlexRay总线的协议转换方法，其特征在于，所述FlexRay总线基于时间触发机制，FlexRay静态段一个周期由许多时隙slot组成；其中，时隙slot1～时隙slotN负责将数据从FlexRay收发子模块发送到FlexRay总线的N个节点；时隙slotN+1～时隙slot2N负责将数据从FlexRay总线的N个节点发送到FlexRay收发子模块。
5.如权利要求2所述的CANFD总线与FlexRay总线的协议转换方法，其特征在于，所述CANFD总线上的节点设备为与汽车底盘控制相关的设备。
6.如权利要求5所述的CANFD总线与FlexRay总线的协议转换方法，其特征在于，所述FlexRay总线上的节点设备为与汽车发动机控制相关的设备。
7.如权利要求6所述的CANFD总线与FlexRay总线的协议转换方法，其特征在于，所述协议转换模块将CANFD收发电路和FlexRay总线收发电路连接在同一个CPU上，作为两种总线设备间信息交互的媒介。
8.如权利要求7所述的CANFD总线与FlexRay总线的协议转换方法，其特征在于，所述协议转换模块采用CPU裸核软件替代进程繁复的操作系统，用软协议替代路由选择，提升了总线转换效率，解决了工业控制系统设计中的转换延迟问题。
9.如权利要求1所述的CANFD总线与FlexRay总线的协议转换方法，其特征在于，所述CANFD总线上的节点设备向协议转换模块发送的数据内容中，包括编号为1～64位的数据字。
10.如权利要求9所述的CANFD总线与FlexRay总线的协议转换方法，其特征在于，所述编号为1～64位的数据字中，1～2位为0x55aa；
3位为命令字；3位为0xA1表示更新某个FlexRay节点数据；0xA2表示获取某个FlexRay节点数据；
4～7位为FlexRay目的节点号；
8～11位为CANFD目的ID号；
12～64位为：若3位的命令字是0xA1，则12～64位的内容为更新的FlexRay节点数据；若3位的命令字是0xA2，则12～64位的内容为空。
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