檢測缺陷節點的方法

2023-10-11 22:55:04 3

專利名稱：檢測缺陷節點的方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測連接到總線的缺陷節點的方法，具體是一種檢測連接到CAN 總線的缺陷節點的方法。
背景技術：
DE 39 28 537 Al描述了一種檢測或定位數據傳輸中錯誤的方法。檢測到與總線 連接的缺陷節點。當檢測到錯誤時，內部錯誤計數器在正常操作狀態下會增加。如果節點 的錯誤計數器超出預定的錯誤閾值，則節點切換到隔離操作狀態，在隔離操作狀態下，節點 不會經由總線交換任何報文。當條件滿足時，節點從隔離操作狀態切換到正常操作狀態。DE 10 2007 004 701描述了一種用於操作加熱裝置的混合器的方法，其中對狀態 改變進行評價。CAN總線(CAN 控制器區域網)的節點或參與者根據CAN總線協議彼此通信。CAN 總線是用於對控制設備進行聯網的異步串行總線系統。所連接的參與者或節點的數目取決 於所使用的總線驅動器模塊。CAN總線是多主使能(multimasterfahig )的，也就是說，總線系統的每個獨立的
節點都能夠發起通信。CAN總線使用訪問技術CSMA/CD+CR(載波偵聽多路訪問/衝突檢測 +衝突解析)。總線訪問藉助於以經由總線傳輸的報文的識別為基礎的仲裁來實現。節點 之間的通信由還稱作幀的報文或電文來實現。在CAN總線中，可以傳輸四種不同類型的幀 或報文。除用於傳送報文的數據報文之外，還在所謂的遠程幀、過載幀和錯誤幀之間進行區 分。遠程幀或遠程報文用於從另一參與者或節點請求數據幀。過載幀用作數據幀與遠程幀 之間的強制停頓。錯誤幀用信號通知在數據傳輸期間檢測到錯誤的節點。節點或CAN控制器能夠在傳輸期間檢測錯誤。例如，可以檢測位錯誤、位填充 (stuffing)錯誤、CRC錯誤、電文中的格式錯誤以及應答錯誤。如果節點檢測到這些錯誤之 一，則該節點以該節點發送錯誤幀的方式通知總線系統的其餘節點以及電文或報文的傳輸 者。在接收到錯誤幀後，所有的參與者或節點評價所接收的報文，並且也開始發送錯誤幀。缺陷報文可能由總線系統外部的外來中斷源或由CAN參與者的故障引起。為了 確保整個網絡或整個總線系統免於被不能夠正確接收報文的缺陷節點阻塞，在總線系統的 每個節點或每個CAN控制器中執行算法，藉助於該算法，節點在錯誤發生的情況下逐步從 總線活動中撤回。如果CAN控制器或節點檢測到其是發送錯誤幀的第一個網絡參與者或 節點，則該CAN控制器或節點增加內部錯誤計數器TEC (發送錯誤計數器)。只要錯誤計 數器的值保持低於閾值，則CAN控制器在錯誤發生的情況下發送錯誤幀。錯誤計數器的閾 值例如為127。該操作模式為節點的正常操作狀態，並且也稱作錯誤主動(Error-Active) 操作狀態。如果錯誤計數器TEC的值高於閾值127，則CAN控制器切換到所謂的錯誤被動 (Error-Passiv)操作模式。在該操作模式下，CAN控制器發送具有隱性信號電平的6位 錯誤幀。當錯誤計數器TEC已達到255的狀態時，CAN控制器被切換到所謂的總線關閉 (Bus-off)操作狀態，並且不再經由CAN總線參與通信。在總線關閉操作模式下，節點處於隔離操作狀態，在隔離操作狀態下，節點不會經由總線交換任何報文。因為錯誤計數器在另 一參與者或節點首先檢測到錯誤的情況下被減少，所以CAN控制器可以將其自身從錯誤被 動模式中釋放。圖1是用於示出傳統CAN控制器內異常或錯誤處理操作的狀態圖。CAN控制器具 有兩個計數器，即TEC計數器(TEC 發送錯誤計數器)和REC計數器(REC 接收錯誤計數 器)。CAN節點發送並接收報文或電文，該節點對報文或電文進行正確性校驗。在傳輸的報 文中發生錯誤的情況下，內部計數器TEC也對檢測到的錯誤的數目進行計數，使得節點可 以繼續圖1中示出的狀態。如果節點處於隔離操作狀態(總線關閉)，則該節點在切換到正 常操作狀態(錯誤主動)的條件滿足之前不會參與通信。該條件涉及例如在數據總線上出 現連續的隱性位。圖1中示出的CAN總線數據傳輸協議的錯誤處理(錯誤對付)確保可以發生最小 量的通信。錯誤處理確保功能性CAN總線與一個或多個缺陷節點的通信。然而，圖1中示出的根據現有技術的錯誤處理具有許多的缺點。從圖1中可以看 出，總線系統的缺陷節點或缺陷參與者可以在不記錄或指示其缺陷行為的情況下中斷經由 總線的通信達相當長的時間段。在傳統錯誤處理的情況下，既不會對錯誤頻率進行評價，也 不會對發生的錯誤與其可能的結果一起進行定性估算。經常性的缺陷節點可能在其缺陷行 為沒有適時檢測到的情況下穿過圖1中示出的三個操作狀態。由於並不針對經常性的缺陷 CAN總線節點執行錯誤評價，因此該節點也不會被選擇性的替換。由於不能立即檢測到經 常性的缺陷CAN節點，因此具體而言在安全性嚴格的應用中需要提供額外的冗餘節點。如 果CAN總線位於運載工具內部，則運載工具的總重量由於額外數目的冗餘節點而增加。增 加的總重量會導致運載工具的燃料消耗增加。CAN總線的持續的缺陷行為可能進一步導致 設備故障，並且降低相應總線系統的可用性。

發明內容
因此，本發明的目的在於提供一種適時檢測總線的缺陷節點的方法。根據本發明，該目的通過具有權利要求1中列出的特徵的方法來實現。本發明提供一種檢測連接到總線的缺陷節點的方法，在檢測到錯誤時，該節點在正常操作狀態下增加內部錯誤計數器，如果所述節點的所述內部錯誤計數器超出預定的錯誤閾值，則所述節點切換到隔 離操作狀態，所述節點在該隔離操作狀態下不經由所述總線交換任何報文，所述節點在條件滿足時從所述隔離操作狀態切換到所述正常操作狀態，並且該狀 態改變被檢測到，並且如果檢測到的狀態改變的速率超出可調整的改變速率或多個檢測到的狀態改變 超出狀態改變閾值，所述節點被檢測為有缺陷。在根據本發明的方法的一個實施例中，如果檢測到從所述隔離操作狀態到所述正 常操作狀態的狀態改變，則增加狀態改變計數器。在根據本發明的方法的一個實施例中，在每個節點中提供狀態改變計數器。在根據本發明的方法的可替代性實施例中，在主節點中為每個節點提供相關的狀 態改變計數器。
在根據本發明的方法的一個實施例中，節點藉助於經由所述總線發送的報文或借 助於與所述總線分離的通信信道來向所述主節點指示從所述隔離操作狀態到所述正常操 作狀態的狀態改變。在根據本發明的方法的一個實施例中，當在經由所述總線傳輸報文期間檢測到錯 誤時，所述節點經由所述總線傳輸錯誤報文。本發明進一步提供一種用於總線的節點，所述節點具有在檢測到錯誤時增加的內 部錯誤計數器，如果所述內部錯誤計數器超出預定的計數器閾值，則處於正常操作狀態的 所述節點切換到隔離操作狀態，所述節點在該隔離操作狀態下不經由總線交換任何報文，當條件滿足時，所述節點從所述隔離操作狀態切換回到所述正常操作狀態，提供 有狀態改變計數器，所述狀態改變計數器與所述節點相關，並且每當所述節點的狀態從所 述隔離操作狀態改變到所述正常操作狀態的情況下增加所述狀態改變計數器，如果所述相關的狀態改變計數器超出可調整的狀態改變閾值，則所述節點被檢測 為有缺陷。在根據本發明的節點的一個實施例中，所述狀態改變計數器集成在所述節點中。在根據本發明的節點的可替代性實施例中，所述狀態改變計數器集成在經由所述 總線連接到所述節點的主節點中。在根據本發明的節點的一個實施例中，所述節點為連接到在運載工具內部安裝的 CAN總線的CAN節點。在根據本發明的節點的一個實施例中，所述運載工具為飛機。本發明進一步提供一種電腦程式產品，具有用於執行檢測連接到總線的缺陷節 點的方法的程序命令，在檢測到錯誤時，處於正常操作狀態的所述節點增加內部錯誤計數 器，如果所述節點的所述內部錯誤計數器超出預定的錯誤閾值，則所述節點切換到隔離操 作狀態，所述節點在該所述隔離操作狀態下不經由所述總線交換任何報文，當條件滿足時，所述節點從所述隔離操作狀態切換到所述正常操作狀態，並且該 狀態改變被檢測到，並且如果檢測到的狀態改變的速率超出可調整的改變速率或多個檢測到的狀態改變 超出可調整的狀態改變閾值，則所述節點被檢測到有缺陷。本發明進一步提供一種數據載體，該數據載體存儲有上述類型的電腦程式產品。


為了說明本發明的必要特徵，下面將參照附圖描述根據本發明的方法的優選實施 例和根據本發明的總線節點，附圖中圖1是示出根據現有技術的CAN總線中錯誤處理的狀態圖；圖2是示出根據本發明的用於檢測缺陷節點的方法的第一實施例中錯誤處理的 框圖；圖3是示出根據本發明的用於檢測缺陷節點的方法的另一實施例中錯誤處理的 框圖；圖4是示出根據本發明的用於檢測缺陷節點的方法的另一實施例中錯誤處理的框圖；圖5是示出根據本發明的方法的狀態圖。
具體實施例方式圖2示出根據本發明第一實施例的總線系統1。多個節點2-1、2-1、2_3、[...]2n 連接到公共總線3。進一步連接到總線3的還有至少一個主節點4。總線3例如可以是現 場總線，具體而言是CAN總線。節點2-i例如由CAN控制器形成。這些CAN控制器可以集 成在任何設備中。從圖2中可以看出，每個節點具有一內部錯誤計數器FZ。當節點2處於正常操作 狀態時，該節點的相關內部錯誤計數器FZ在檢測到錯誤時增加。錯誤檢測可以在各種層 上執行。例如，在報文層上，錯誤檢測藉助於在報文中傳輸的CRC校驗和(CRC 循環冗餘校 驗)來實施。錯誤檢測也可以提供在物理傳輸層上。如果在經由總線傳輸信息時檢測到錯 誤，則在一種可能的實施例中，節點2經由總線3傳輸錯誤報文(錯誤幀)並且增加所集成 的錯誤計數器FZ。如果節點2的所集成的錯誤計數器FZ超出預定的錯誤閾值，則節點2切換到隔 離操作狀態(總線關閉)，在隔離操作狀態下，節點2不會經由總線3與其它節點交換任何 報文，如圖5所示。在一種可能的實施例中，錯誤閾值是預定的，並且在CAN總線中例如是 255。在可替代性實施例中，可以對錯誤閾值進行調整。可以根據應用將不同節點的閾值調 整為相同或不同。在另一實施例中，不同節點2的錯誤計數器FZ的閾值以相應的報文從主 節點4傳輸到各個節點2的方式通過主節點4經由總線2來調整。在另一實施例中，錯誤 計數器FZ的閾值可以在各個節點2處經由接口直接進行調整。在已經超出錯誤閾值後，各個節點不再參與通信且處於隔離操作狀態。在從隔離 操作狀態到正常操作狀態(錯誤主動)的狀態轉變或改變的條件滿足之前，處於隔離操作 狀態(總線關閉)下的節點2不會參與通信。在根據本發明的方法中檢測節點或參與者從 隔離操作狀態改變或切換回到正常操作狀態的該狀態改變。如果缺陷節點2重複地從隔離 操作狀態變回到正常操作狀態，則這會在根據本發明的方法中檢測到。如果原因節點2在 結構上不能夠指示該信息或不能夠將該信息轉發到其它節點，則這也可以由其它節點檢測 到。在根據本發明的方法中，如果檢測到的狀態改變的速率超出可調整的改變速率， 則節點2被檢測為有缺陷。在根據本發明的方法的可替代性實施例中，如果檢測到的狀態 改變的絕對數目超出可調整的狀態改變閾值，則節點2被檢測為有缺陷。為此，在根據本發 明的方法的一個實施例中，為待監控的每個節點2提供相關的狀態改變計數器ZWZ。該狀態 改變計數器ZWZ例如可以如圖2示出的實施例中的那樣在主節點4中實施。從圖2中可以 看出，主節點4包含多個寄存器或計數機制，為總線系統1中待監控的N個節點2中的每個 節點都提供相關的狀態改變計數器ZWZ。如果檢測到節點2的狀態從隔離操作狀態改變到 正常操作狀態，則節點2的狀態改變計數器ZWZ被增加。狀態改變計數器ZWZ或BOC計數 器(B0C 總線關閉計數器)的計數值可以由主節點4內部的CPU或微處理器讀出並進行評 價。為此，在一種可能的實施例中，主節點4的CPU執行相應的錯誤處理電腦程式。在一 種可能的實施例中，節點2通過經由總線3發送的報文來向主節點4指示從隔離操作狀態到正常操作狀態的狀態改變。在一種可能的實施例中，根據總線報文信號傳輸協議來使用 報文。例如，如果總線3為CAN總線，則節點2可以藉助於CAN報文內的位或標記來指示狀 態改變的發生。在檢測到狀態改變時，由節點2設置通常並不在報文內設置的位，並且以標 記的形式向主節點4指示節點2中已發生狀態改變。在可替代性的實施例中，並不藉助於經由總線3發送的報文，而是藉助於經由分 離的通信信道5發送的報文來指示狀態改變。圖3示出節點2經由與總線3分離的通信連 接5被連接到主節點4的實施例。節點2能夠經由與總線分離布線的控制線5來向主節點 4指示這樣的事實在節點2中已經發生從隔離操作狀態到正常操作狀態的狀態改變。分 離的通信信道5也可以是另一總線或現場總線。在圖3所示的實施例中，通信信道5是有 線的。在可替代性的實施例中，通信信道5還可以被實施為是無線的。在這種情況下，節點 2經由無線接口向主節點4傳輸表示各個節點2中已經發生狀態改變的報文。在圖2和圖 3所示的實施例中，狀態改變計數器ZWZ在主節點4中實施並在主節點4中進行評價。在圖4所示的實施例中，各種節點2的狀態改變計數器ZWZ在節點2內實施。如 果一節點2中集成的狀態改變計數器ZWZ超出可調整的狀態改變閾值，則該節點2被檢測 為有缺陷。如圖5所示，直到超出狀態改變閾值，節點2才經由總線3按順序傳輸相應的報 文以例如通知用戶關於必要的維護操作。在圖4所示的實施例中，所有的節點2具有相等 的訪問。在圖4所示的實施例中，節點2還可以經由與總線3分離布線的分離通信信道來 指示其狀態改變閾值已被超出。在可替代性的實施例中，節點2-i經由無線接口報告其中 集成的狀態改變計數器ZWZ已被超出。經由分離的通信信道5傳輸的信號可以是數字的、 模擬的或離散的。在一種可能的實施例中，發生的各種狀態改變不僅被計數，而且被記錄用 於隨後的評價。可以通過在不同時間存儲狀態改變計數器ZWZ的計數值來執行記錄。為 此，在一種可能的實施例中，節點2-i具有可讀存儲器，狀態改變計數值隨時間被記錄在可 讀存儲器中。在一種可能的實施例中，這些記錄的值可以在經由總線3的相應報文交換中 被讀出。在可替替代性的實施例中，記錄的值經由分離的通信信道被讀出。在另一實施例 中，記錄的值被存儲在可以從節點2中移走的本地數據載體中。如果節點2的傳輸質量由於錯誤而劣化，則其狀態改變速率加快。因此，各個節點 2的負責的狀態改變計數器ZWZ的值也增大。如果節點2的狀態改變計數器ZWZ超出為節 點2配置的狀態改變閾值，則圖2所示的主節點4例如可以傳輸指示缺陷節點2的維護信 息或警報報文。該維護報文或信息可以經由網絡傳輸到遠程維護伺服器。網絡可以是有線 或無線網絡。由於總線協議錯誤被連續記錄，因此可以清楚地識別錯誤的發生或缺陷節點2的 出現。根據本發明的方法允許在不對故障源進行功能性限制或不完全關閉故障源的情 況下在總線系統1中早期檢測故障源。結果，總線系統1可以在儘管報告有錯誤的情況下 繼續以非限制的方式進行操作。此外，可以以針對性的方式來計劃並執行相應的維護操作。可能的缺陷節點的早期檢測使得可以減少安全性嚴格的應用中冗餘節點2的數 目。如果總線系統被裝備到運載工具中，則運載工具的重量可以減輕。缺陷CAN總線參與者或節點2的早期檢測及其早期維修或替換，使得總線系統1的可用性增加。結果，可以防止由節點1的缺陷行為導致的設備故障。藉助於根據本發明 的方法，在設備的缺陷行為發生的情況下，維護操作被大大簡化並加速。
權利要求
1.一種檢測連接到總線(3)的缺陷節點O)的方法，其中在檢測到錯誤時，所述節點( 在正常操作狀態下增加內部錯誤計數器(FZ)，其中如果所述節點(2)的所述內部錯誤計數器(FZ)超出預定的錯誤閾值，則所述節點 (2)切換到隔離操作狀態，所述節點(2)在該隔離操作狀態下不經由所述總線(3)交換任何 報文，其中所述節點(2)在條件滿足時從所述隔離操作狀態切換到所述正常操作狀態，並且 該狀態改變被檢測到，並且其中如果檢測到的狀態改變的速率超出可調整的改變速率或多個檢測到的狀態改變 超出可調整的狀態改變閾值，則所述節點(2)被檢測為有缺陷。
2.根據權利要求1所述的方法，其中如果檢測到所述節點(2)從所述隔離操作狀態到 所述正常操作狀態的狀態改變，則增加狀態改變計數器(ZWZ)。
3.根據權利要求2所述的方法，其中在每個節點(2)中提供狀態改變計數器(ZWZ)。
4.根據權利要求1所述的方法，其中在主節點(4)中為每個節點( 提供相關的狀態 改變計數器(ZWZ)。
5.根據權利要求4所述的方法，其中節點(2)藉助於經由所述總線(3)發送的報文或 藉助於與所述總線(3)分離的通信信道(5)來向所述主節點(4)指示從所述隔離操作狀態 到所述正常操作狀態的狀態改變。
6.根據權利要求1所述的方法，其中當在經由所述總線(3)傳輸報文期間檢測到錯誤 時，所述節點( 經由所述總線C3)傳輸錯誤報文。
7.一種用於總線(3)的節點O)，所述節點(2)具有在檢測到錯誤時增加的內部錯誤 計數器(FZ)，如果所述內部錯誤計數器(FZ)超出預定的錯誤閾值，則所述節點( 從正常操作狀態 切換到隔離操作狀態，當條件滿足時，所述節點(2)從所述隔離操作狀態切換回到所述正常操作狀態，其特徵在於提供有狀態改變計數器(ZWZ)，所述狀態改變計數器(ZWZ)與所述節點(2) 相關，並且每當所述節點(2)的狀態從所述隔離操作狀態改變到所述正常操作狀態的情況 下增加所述狀態改變計數器(ZWZ)，如果所述相關的狀態改變計數器(ZWZ)超出可調整的狀態改變閾值，則所述節點(2) 被檢測為有缺陷。
8.根據權利要求7所述的節點，其中所述狀態改變計數器(ZWZ)集成在所述節點(2) 中或者集成在經由所述總線(3)連接到所述節點(2)的主節點(4)中。
9.根據權利要求7或8所述的節點，其中所述節點(2)為連接到在運載工具內部提供 的CAN總線的CAN節點。
10.根據權利要求9所述的節點，其中所述運載工具為飛機。
11.一種電腦程式產品，具有用於執行根據權利要求1至6所述的方法的程序命令。
12.—種數據載體，其中存儲有根據權利要求11所述的電腦程式產品。
全文摘要
本發明涉及一種用於檢測連接至總線(3)的缺陷節點(2)的方法，在檢測到錯誤時，所述節點(2)在正常操作狀態下增加內部錯誤計數器(FZ)，並且如果所述節點(2)的所述內部錯誤計數器(FZ)超出預定的錯誤閾值，則所述節點(2)切換到隔離操作狀態，所述節點(2)在該隔離操作狀態下不經由所述總線(3)交換任何報文。根據本發明，所述節點(2)在條件滿足時從所述隔離操作狀態切換到所述正常操作狀態，並且該狀態改變被檢測到，並且如果檢測到的狀態改變的速率超出可調整的改變速率或多個檢測到的狀態改變超出可調整的狀態改變閾值，則所述節點(2)被檢測為有缺陷。
文檔編號H04L12/40GK102077514SQ200980124707
公開日2011年5月25日 申請日期2009年6月26日 優先權日2008年6月27日
發明者奧爾赫·布倫貝裡, 達留什·克拉科夫斯, 馬丁·奧伯邁爾 申請人:空中巴士作業有限公司