一種星載can總線即插即用方法

2023-06-19 14:52:51 2

一種星載can總線即插即用方法
【專利摘要】一種星載CAN總線即插即用方法，接入CAN總線網絡的設備自動發送註冊信息請求，星務中心計算機主動獲取接入設備的註冊信息，根據接入設備的註冊信息，給各設備的CAN總線進行動態配置，根據接入設備的註冊信息對星務中心計算機的軟體進行重構，重構後的星務中心計算機與重新配置後的各設備進行正常的總線通信。本發明系統採用CAN總線作為通信網絡，通過對其協議進行更改，使得帶有CAN總線接口的設備能夠滿足即插即用的使用方法，其不需要更改軟硬體就能適應於不同的衛星型號，便於星載設備相對於衛星總體方案的並行開發或者先行開發。
【專利說明】-種星載CAN總線即插即用方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種星載CAN總線即插即用方法，屬於計算機總線通信領域。

【背景技術】
[0002] CAN總線的"即插即用"主要用於完成衛星星上各系統的快速的集成及應用。目 前，國內支持即插即用的星載CAN總線的研究還很少。一般都是針對不同的衛星型號，根據 型號類型特點，制定特定的CAN總線協議，然後星上各系統或者各設備依據協議更改或者 編寫各自的軟體，即每個衛星型號都有其特定的協議及軟體，一般都不能原樣的使用在其 他衛星型號上。各生產廠商將很大部分精力放在與星上其他設備的接口及匹配性上，無法 充分的把精力放在自家設備功能、性能的實現、提升上。然而隨著小衛星快速組裝、快速測 試以及研製周期大量縮短的發展趨勢，目前這種CAN總線的使用方法已經難以滿足發展要 求了。
[0003] 因此，有必要使用一種通用的CAN總線協議，使得不同的衛星型號在總線網絡這 塊，軟硬體不用更改就能直接使用。這樣，各生產廠商就不用關心與星上其他設備的接口及 匹配性，將更過的精力放在自家設備功能、性能的實現、提升上。


【發明內容】

[0004] 本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供了一種星載CAN總線即插 即用方法，本發明大大增加了各設備的通用性，使得設備能夠並行或者開發先行開發，甚至 批量的開發。
[0005] 本發明的技術解決方案是：一種星載CAN總線即插即用方法，步驟如下：
[0006] (1)接入CAN總線網絡的各設備即CAN節點，在加電後自動向星務中心計算機發送 CAN節點的註冊請求，即告知星務中心計算機：總線網絡有新的CAN節點加入；
[0007] (2)星務中心計算機在接收步驟⑴的CAN節點的註冊請求後，立即向各CAN節點 發送索取它們註冊信息詳細內容的命令字；
[0008] (3)CAN節點收到步驟⑵中的索取它們註冊信息詳細內容的命令字後，向星務中 心計算機發送該CAN節點自身註冊信息的詳細內容，包括：CAN節點遙測包類型、遙測包周 期；
[0009] (4)星務中心計算機將從步驟（3)收到的註冊信息中與協議配置有關的內容放入 協議約束緩衝區中；同時星務中心計算機將註冊信息中與星務中心計算機重構有關的內容 放入軟體約束緩衝區中；
[0010] (5)星務中心計算機在接收完所有CAN節點的註冊信息詳細內容後，依據協議約 束緩衝區，通過協議自動配置方法將各CAN節點進行重新配置，配置後的數據放入CAN配置 信息緩衝區中；協議自動配置方法是依據協議約束緩衝區，將各CAN節點的重新配置，以滿 足其註冊信息中所要求的內容及CAN總線通信協議；
[0011] (6)星務中心計算機將步驟（5)配置後的各CAN節點的CAN狀態信息順序發送給 相應的CAN節點，
[0012] (7)步驟（6)中相應的CAN節點正確收到配置信息後，依據接收到的配置信息對自 身CAN總線進行重新配置，並將配置結果反饋給星務中心計算機；
[0013] (8)在步驟（7)的同時，星務中心計算機依據軟體約束緩衝區中內容，對自身軟體 進行重構，以滿足與各CAN節點的總線通信要求，當所有CAN節點都正確配置後，星務中心 計算機也成功重構後，星務中心計算機按照各CAN節點註冊信息中的要求與各CAN節點進 行總線通信。
[0014] 本發明與現有技術相比的優點在於：
[0015] (1)本發明採用通用的CAN總線協議，使得不同的衛星型號在總線網絡這塊，軟硬 件不用更改就能直接使用。採用該方法的各設備在接入總線網絡後，不需人工幹預，在簡單 的自動配置後，即能正常與其他設備進行通信與工作。這樣，各生產廠商就不用關心與星上 其他設備的接口及匹配性，將更過的精力放在自家設備功能、性能的實現和提升上，增加了 各設備的通用性。
[0016] (2)本發明方法採用支持即插即用的CAN總線，使得星上各設備都能快速的集成 在一起工作。與傳統的設備在設計和投產前先籤署IDS表和數據約定相比，能有效降低設 備生產廠商與衛星總體之間的緊耦合關係，使得各設備能夠並行化或者批量化生產，易於 形成貨架式產品；也能減少設備接口每次更改時，溝通不充分、約束不規範、設計不合理等 人為因素帶來的各種問題，提高了設備的健壯性。
[0017] (3)本發明方法具有良好的可擴展性。隨著應用的不斷增長，設備間握手信息的增 力口，本發明可以通過修改步驟（3)中的即插即用設備詳細註冊信息，滿足應用的需要。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為本發明基於CAN總線的星上網絡拓撲結構圖；
[0019] 圖2為本發明方法的流程圖；
[0020] 圖3為本發明方法中協議自動配置方法的流程圖；
[0021] 圖4為本發明方法中軟體自動重構方法的流程圖；
[0022] 圖5為本發明整體流程圖。

【具體實施方式】
[0023] 本發明的基本思路：目前太空飛行器研製周期長、研製費用高、風險大，如果一顆衛星 失靈需要幾個月甚至幾年才能完成一顆新衛星來替代；又比如發生突發性的自然災害需要 空間資源時，迫切需要一顆或幾顆能快速研製、發射、應用的衛星，目前的研製流程顯然滿 足不了要求。因此，一種新型的基於即插即用的衛星得到了廣泛的關注。本文提出了一種 星載CAN總線即插即用方法，來實現一種星上總線的即插即用方式。
[0024] 本發明的一種星載CAN總線即插即用方法，如圖5所示，主要涉及星上網（採用 CAN總線）、星務中心計算機（數管單元）、帶有CAN總線接口的各單機設備。星上網通常由 完全獨立的雙冗餘CAN(Controller Area Network)總線構成，這樣在物理上可以保證在一 條總線故障時，另一條總線仍可進行通信，確保了信息迴路的暢通、安全、可靠。各單機設備 實現衛星的各個獨立的功能。星務中心計算機為目前小衛星上的星務中心計算機，對外主 要是提供遙測、遙控接口和星上網絡接口。
[0025] 下面結合附圖對本發明進行詳細說明。
[0026] 如圖1所示，信息系統中包括星務調度單元、多個星載設備以及星載CAN總線。
[0027] 本發明中小衛星星務中心計算機與其他設備的通信採用CAN總線的方式，CAN總 線的數據鏈路層和物理層都符合CANBUS2. 0協議，即插即用協議僅針對應用層的協議。
[0028] 設備加電後，自動發送註冊信息請求，星務中心計算機接收到註冊信息請求後，向 發送請求的設備索取註冊信息，星務中心計算機收到所有的註冊信息後，根據註冊信息的 內容分配各設備的站地址、屏蔽碼等信息，同時重構自己的軟體。之後在星務中心計算機的 調度下，各設備依據新分配的站地址等信息與星務中心計算機進行通信，開展自身的工作。
[0029] 如圖2所示，CAN總線即插即用設計方法的工作流程。
[0030] S201接入總線網絡的CAN節點設備自動向星務中心計算機發送註冊信息請求，請 求信息發出後進入S202 ;
[0031] S202星務中心計算機接收CAN節點的註冊信息請求，正確接收請求後向請求的 CAN節點發送標識已收到請求的信息；
[0032] S203星務中心計算機判斷是否所有的請求信息都被接收到，如果沒有則進入 S204,如果都接收完進入S205 ;
[0033] S204沒有收到星務中心計算機發送的標識已收到請求的CAN節點，則從新發送注 冊信息請求信號，直到星務中心計算機接收到；
[0034] S205星務中心計算機順序向各發送請求的CAN節點發送獲取註冊信息的命令字；
[0035] S206收到命令字的各CAN節點向星務中心計算機返回其自身的註冊信息詳細內 容；
[0036] S207如果星務中心計算機收到了所有發出請求CAN節點的註冊信息，則進入 S209 ;如果還有未收到的註冊信息的CAN節點，則進入S208 ;
[0037] S208重新向未收到註冊信息的CAN節點發送獲取註冊信息的命令字，直到星務中 心計算機接收到其註冊信息；
[0038] S209星務中心計算機將接收的各CAN節點的註冊信息中與總線協議有關的內容 放入協議約束緩衝區中；
[0039] S210星務中心計算機將接收的各CAN節點的註冊信息中與軟體有關的內容放入 軟體約束緩衝區中；
[0040] S211星務中心計算機根據協議約束緩衝區，通過協議自動配置方法將各CAN節點 的CAN信息重新配置；
[0041] S212星務中心計算機將CAN重新生成的配置信息放入CAN配置信息緩衝區中，配 置後的CAN信息能滿足各CAN節點註冊信息中的要求；
[0042] S213星務中心計算機將各CAN節點的配置信息順序發送到各對應CAN節點中；
[0043] S214各CAN節點根據星務中心計算機發送的配置信息重新配置自身的CAN總線狀 態，配置完成後各CAN節點都按照配置後的CAN狀態進行通信；
[0044] S215如果各CAN節點的CAN總線都配置完畢則進入S217 ;如果還有未配置成功的 CAN節點，則進入S216對該CAN節點重新發送配置信息，直到其配置成功；
[0045] S217星務中心計算機根據軟體約束緩衝區對其自身軟體進行重構，以滿足各CAN 節點註冊信息中的通信要求；
[0046] S218重構後的星務中心計算機軟體是否滿足整星的約束條件，比較遙測量、通信 量等，不滿足的話重新對星務中心計算機軟體進行重構，直到滿足整星的約束條件，進入 S219 ；
[0047] S219星務中心計算機根據註冊信息中的要求與各CAN節點進行正常的通信，結 束。
[0048] 要實現基於CAN總線接口設備的即插即用，需要將各CAN節點的相關信息傳送給 星務中心計算機，然後星務中心計算機根據各CAN節點的註冊信息來進行統一的分配與調 度。本發明採用了一種統一的註冊信息表的方式將CAN節點的相關信息匯總起來。註冊信 息表如表1所不。
[0049] 表1註冊信息表
[0050]

【權利要求】
1. 一種星載CAN總線即插即用方法，其特徵在於步驟如下： (1) 接入CAN總線網絡的各設備即CAN節點，在加電後自動向星務中心計算機發送CAN 節點的註冊請求，即告知星務中心計算機：總線網絡有新的CAN節點加入； (2) 星務中心計算機在接收步驟（1)的CAN節點的註冊請求後，立即向各CAN節點發送 索取它們註冊信息詳細內容的命令字； (3) CAN節點收到步驟（2)中的索取它們註冊信息詳細內容的命令字後，向星務中心計 算機發送該CAN節點自身註冊信息的詳細內容，包括：CAN節點遙測包類型、遙測包周期； (4) 星務中心計算機將從步驟（3)收到的註冊信息中與協議配置有關的內容放入協議 約束緩衝區中；同時星務中心計算機將註冊信息中與星務中心計算機重構有關的內容放入 軟體約束緩衝區中； (5) 星務中心計算機在接收完所有CAN節點的註冊信息詳細內容後，依據協議約束緩 衝區，通過協議自動配置方法將各CAN節點進行重新配置，配置後的數據放入CAN配置信息 緩衝區中；協議自動配置方法是依據協議約束緩衝區，將各CAN節點的重新配置，以滿足其 註冊信息中所要求的內容及CAN總線通信協議； (6) 星務中心計算機將步驟（5)配置後的各CAN節點的CAN狀態信息順序發送給相應 的CAN節點， (7) 步驟（6)中相應的CAN節點正確收到配置信息後，依據接收到的配置信息對自身 CAN總線進行重新配置，並將配置結果反饋給星務中心計算機； (8) 在步驟（7)的同時，星務中心計算機依據軟體約束緩衝區中內容，對自身軟體進行 重構，以滿足與各CAN節點的總線通信要求，當所有CAN節點都正確配置後，星務中心計算 機也成功重構後，星務中心計算機按照各CAN節點註冊信息中的要求與各CAN節點進行總 線通信。
【文檔編號】G06F13/42GK104063350SQ201410295715
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月26日 優先權日:2014年6月26日
【發明者】張德全, 施思寒, 李孝同, 孔令波 申請人:航天東方紅衛星有限公司