一种基于休眠模式的低功耗分布式CAN总线网络及方法与流程

一种基于休眠模式的低功耗分布式can总线网络及方法
技术领域
1.本发明涉及can总线通信网络，属于网络通信、现场总线技术领域，具体涉及一种基于休眠模式的低功耗分布式can总线网络及方法。


背景技术：

2.can总线通信网络由于其高性能和可靠性已被广泛应用于工业自动化、船舶、航空、医疗设备、工业设备等方面。目前，随着对can总线网络应用的复杂程度增大，在大多数应用场景，can总线网络的总线节点不断增多，总线网络功耗增大成为系统带来了越来越多的应用问题，主要表现为，can总线网络能量消耗激增、can总线网络散热设计难度增大、can总线网络电磁环境复杂度提升、can总线网络功能可靠性降低，设计基于休眠模式的低功耗分布式can总线网络，能够有效降低can总线网络功耗、降低系统发热、减少体统电磁环境干扰、提高can总线网络功能可靠性，对解决大规模can总线网络应用的技术问题具有重要意义。


技术实现要素：

3.本发明的目的是：提供了一种基于休眠模式的低功耗分布式can总线网络及方法。本发明能够实现对分布式can总线网络功耗的管控和降低。
4.本发明的技术方案是：一种基于休眠模式的低功耗分布式can总线网络，总线网络由主控can单元、一对以上的相互独立的冗余can总线线路、一个以上的受控can单元组成；主控can单元的每2个can总线接口与1对冗余can总线线路连接，用以与1块受控can单元进行总线数据交互；每个所述的受控can单元由1个can通信模块和一个以上的受控can节点组成；can通信模块与组网的各受控can节点通过内部can总线连接；can通信模块和各受控can节点均包含休眠模式可控的处理器；can通信模块包含4个can通信接口，其中2个作为受控can单元对外与主控can单元通信的接口，另外2个作为受控can单元的对内通信接口，用于与各受控can节点通过组网的方式进行通信。
5.主控can单元，以总线数据作为工作模式控制指令，需要通信时，向对应的受控can单元发送总线数据，使对应受控can单元各处理器由默认的低功耗工作模式唤醒为正常工作模式，并完成通信；当无通信任务时，主控can单元不向任意受控can单元发送总线数据，以保证若干受控can单元的处理器均处于休眠状态，以降低任务周期内总线网络功耗。
6.1个can通信模块与若干受控can节点通过组网的方式连接，且使can通信模块作为受控can单元的对外数据交互接口，以增加can总线网络的可扩展性。
7.前述的基于休眠模式的低功耗分布式can总线网络中，每对冗余can总线线路的任意1条can总线线路，一端与主控can单元的1个can接口连接，另一端与对应的受控can单元can通信模块的一个外部can接口连接。通过两条can总线线路的冗余设计，提高总线网络的可靠性。
8.前述的基于休眠模式的低功耗分布式can总线网络中，每张受控can单元由1个can
通信模块、2条内部can总线线路和若干受控can节点组成，所述can通信模块通过1对冗余can总线线路与主控can单元通信，通过2条内部can总线与组网的若干受控can节点进行通信；can通信模块的处理器具备休眠工作模式和正常工作模式；can通信模块的处理器工作模式受主控can单元控制，当总线数据来到时，can通信模块的处理器处于正常工作模式，当无总线数据时，can通信模块的处理器处于休眠工作模式。
9.前述的基于休眠模式的低功耗分布式can总线网络中，任意1条内部can总线线路，1端连接can通信模块，另1端连接若干受控can节点。通过两条内部can总线线路的冗余设计，提高受控can单元总线网络的可靠性。
10.前述的基于休眠模式的低功耗分布式can总线网络中，各受控can节点，通过组网的方式，与内部can通信模块通信；受控can节点的处理器具备休眠和正常两种工作模式，个受控can节点的处理器的工作模式，以组网的方式，受内部can通信模块控制，当总线数据来到时，受控can节点的处理器处于正常工作模式，当无总线数据时，受控can节点的处理器处于休眠工作模式。
11.前述的基于休眠模式的低功耗分布式can总线网络中，具有分布式的网络架构，主控can单元通过若干对相互独立的冗余can总线线路分别与若干受控can单元的can通信模块进行通信，使各受控can单元之间具有物理隔离。
12.一种如前所述的基于休眠模式的低功耗分布式can总线网络的工作方法，包括被动唤醒控制策略：主控can单元基于通信需求向受控can单元发送总线数据，通过总线数据控制受控can单元的can通信模块处理器和各受控can节点的处理器的工作模式，使can通信模块的处理器和各受控can节点的处理器，在需要执行通信任务时，处于正常工作模式，在无需执行通信任务时，处于默认的休眠模式，实现总线网络任务周期内的功耗降低。
13.前述的基于休眠模式的低功耗分布式can总线网络的工作方法，还包括主动唤醒控制策略：受控can单元的can通信模块的处理器和若干受控can节点的处理器，默认状态下处于低功耗工作模式，can通信模块在总线自检周期来到时，主动唤醒为正常工作模式，向主控can单元上报自身状态，向若干受控can节点下发总线自检数据。若干受控can节点接收到can通信模块发来的总线自检数据，被动唤醒为正常工作模式，向can通信模块上报自身状态，can通信模块接收到若干受控can节点发来的状态后，将若干受控can节点的状态信息发送给主控can单元。主控can单元接收到can通信模块的状态信息后，由低功耗模式唤醒为正常工作模式，在等待延时内收到若干受控can节点的状态信息后，恢复为低功耗工作模式，否则，在等待延时后，恢复为低功耗工作模式。
14.本发明的优点是：本发明的基于休眠模式的低功耗分布式can总线设计方法，应用在现场通信总线领域，以工作模式可控的can节点处理器为核心设计can总线单元，使can总线网络各单元可在休眠模式和正常工作模式间灵活配置，令can总线网络能够适应各种功能场景(如通信、自检等)，并基于不同的功能场景灵活配置总线能量，使can总线网络功耗充分降低。此外，本文提出的被动唤醒策略和主动唤醒策略，为低功耗分布式can总线实现低功耗的总线通信、总线自检功能场景提出了低功耗控制方案，既保证了can总线网络在相关功能场景下的功能实现，又使can总线网络在工作周期内功耗能够充分降低。
15.基于休眠模式的低功耗分布式can总线网络，具有功耗低、控制逻辑可灵活配置、部署简单、功耗控制成本低等优点。
16.对于方案实施过程中的问题，在can总线网络功耗难以系统性降低方面，本发明通过使用工作模式可控的处理器搭建can单元的方式，使can总线网络具有分布式、通用化的能量控制接口，可灵活配置不同的控制策略系统性降低总线功耗；此外，在解决功耗控制电路自身引入功耗、总线硬件电路复杂度上升的问题方面，本发明设计以总线数据作为can单元唤醒信号，避免了在can总线网络中配置额外的硬件电路，充分降低了can总线网络的引入功耗、硬件复杂程度以及部署成本。
附图说明
17.图1是基于休眠模式的低功耗分布式can总线网络架构图；
18.图2是总线网络基于被动唤醒策略的通信任务流程图；
19.图3是总线网络基于主动唤醒策略的总线自检任务流程图。
具体实施方式
20.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
21.实施例1。一种基于休眠模式的低功耗分布式can总线网络及工作模式进行总线自检配置，设置一个主控can单元，若干受控can单元；主控can单元通过若干对相互独立的冗余can总线与受控can单元进行连接，实现分布式can总线网络架构，并以总线数据作为受控can单元的工作模式控制信号。主控can单元基于与受控can单元的通信任务需求，对应受控can单元发出can总线数据；受控can单元的can通信模块的处理器和若干受控can节点的处理器默认处于低功耗工作模式，受控can单元的can通信模块的处理器收到主控can单元发来的总线数据，由低功耗工作模式被唤醒为正常工作模式，并通过内部can总线向若干受控can节点发送总线数据，若干受控can节点由低功耗工作模式被唤醒为正常工作模式。若干受控can节点的处理器接收到can总线数据，通过内部can总线向can通信模块的处理器发送总线数据，而后若干受控can节点由正常工作模式转换为低功耗模式；can通信模块的处理器接收到若干受控can节点发来的总线数据后，向主控can单元发出总线数据，而后由正常工作模式转换为低功耗模式。若干受控can节点若在段时间内未接收到总线数据，则根据主动唤醒策略，在既定周期内由低功耗模式转换为正常工作模式，并向can通信模块上报节点状态，can通信模块由低功耗模式转换为正常工作模式，并向主控can单元发送若干受控can节点状态信息。
22.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
23.图1所示为基于休眠模式的低功耗分布式can总线网络架构图，
24.图2所示为总线网络基于被动唤醒策略的通信任务流程图。
25.主控can单元作为总线网络通信任务的发起者，基于总线网络主动唤醒控制策略，对总线网络中全部受控can单元的各处理器进行工作模式控制，保证受控can节点在无通信任务时处于低功耗模式。上电后，主控can单元处理器周期性由低功耗工作模式主动唤醒为正常工作模式，确认需通信的目标受控can单元，并向需通信的受控can单元发出总线数据，唤醒受控can单元的通信模块处理器和若干受控can节点处理器并与受控can单元进行总线通信，主控can单元接收到受控can单元回复的总线数据后，主控can单元由正常工作模式恢
复至低功耗工作模式。
26.受控can单元作为总线网络通信任务的执行者，由can通信模块和若干受控can节点两部分组成。受控can单元，在总线通信任务阶段，基于总线网络被动唤醒控制策略，工作模式受主控can单元控制，受控制方式为can通信模块的处理器和若干受控can节点的处理器受控。当总线数据来到时，受控can单元的can通信模块的处理器由低功耗模式被唤醒为正常工作模式，can通信模块处理器通过广播的方式向若干受控can节点发送总线数据；接收到can通信模块发来的总线数据后，若干受控can节点的处理器由低功耗模式被唤醒为正常工作模式，若干受控can节点向can通信模块回复总线数据后，由正常工作模式恢复为低功耗模式；can通信模块接收到若干受控can节点回复的总线数据后，向主控can单元回复总线数据，而后由正常工作模式恢复为低功耗模式。受控can单元，在非总线通信任务阶段，基于总线网络主动唤醒控制策略，受控can单元的若干受控can节点的处理器周期性从低功耗工作模式恢复为正常工作模式，向can通信模块发送节点状态信息，而后由正常工作模式恢复为低功耗模式；can通信模块的处理器接收到若干受控can节点的发来的总线数据后，由低功耗工作模式被唤醒为正常工作模式，并向主控can单元转发若干受控can节点的状态信息，而后can通信模块的处理器由正常工作模式恢复为低功耗模式。该策略适用于总线通信任务的工作场景。
27.图3为总线网络基于主动唤醒策略的总线自检任务流程图。
28.受控can单元作为总线网络总线自检任务的执行者，在总线自检任务阶段，在自检周期来到时，主动唤醒为正常工作模式，向主控can单元上报自身状态，向若干受控can节点下发总线状态查询指令，收到若干can节点回复的总线状态信息后，将若干受控can节点的总线状态信息上报给主控can单元。主控can单元接收到can通信模块上报的总线状态信息后，由低功耗工作模式被动唤醒为正常工作模式，在接受到can通信模块的状态信息和若干受控can节点上报的状态信息，或设定的等待延时来到后，恢复为低功耗工作模式。该策略适用于总线自检任务的工作场景。