CN109802878A - 一种can设备与can总线波特率自动匹配方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CAN设备与CAN总线波特率自动匹配方法，包括以下步骤：在预设的时间内通过第一定时器的PWM输入捕获模式不间断捕获脉宽时间；通过排序法将每一次捕获的脉宽时间与内存中的最小脉宽时间进行排序，更新内存中的最小脉宽时间，得到最终的最小脉宽时间；根据最小脉宽时间计算CAN设备的波特率，并将该波特率与CAN总线波特率进行自动匹配。本发明提供的一种CAN设备与CAN总线波特率自动匹配方法，能够快速且准确得到CAN总线的波特率并进行匹配，且匹配过程中不会干扰到原系统的通信，有效地提高了匹配的精度和匹配的速度，从而有效地提高了波特率匹配的效率，进而有效地提高了CAN总线与CAN设备之间的通信效率。

Description

一种CAN设备与CAN总线波特率自动匹配方法及装置

技术领域

本发明涉及现场总线通信技术领域，尤其涉及一种CAN设备与CAN总线波特率自动匹配方法及装置。

背景技术

CAN是控制器局域网络(ControllerAreaNetwork,CAN)的简称，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线。各种操作系统本身已经集成了许多板级支持包，并且很多厂商已经提供了对应的板级驱动，也提供对CAN总线协议的支持，同时也支持字符设备形式的CAN设备驱动。但CAN总线的波特率不是唯一的，当CAN总线与某个CAN设备的波特率不相匹配时，就无法进行正常通讯。厂商提供的CAN设备底层驱动一般只支持接收和发送功能，并不提供波特率不匹配时的自适应功能，故当CAN总线与所连接的CAN设备的波特率不相匹配时，就会导致报文接收或发送错误中断，导致CAN设备无法正常运行。

现有的CAN总线波特率匹配方法通过输入捕捉和定时器模块测量CAN总线的矩形波时间，再根据CAN总线每5个连续相同值的位，就会在位流里插入1个补充位的特性，计算出1～5倍的波特率值，再逐个测试，筛选出正确的波特率进行自动匹配。

使用现在的CAN总线波特率匹配方法进行CAN总线波特率匹配，存在如下问题：

测量得出正确波特率的过程速度较慢，从而使得匹配的速度较慢；匹配的精度较低，且需要测试总线报文，在进行匹配时容易干扰到原系统的通信。

发明内容

本发明实施例提供的一种CAN设备与CAN总线波特率自动匹配方法，能够快速且准确得到CAN总线的波特率并进行匹配，且不需要测试总线报文，在匹配过程中不会干扰到原系统的通信，有效地提高了匹配的精度和匹配的速度，从而有效地提高了波特率匹配的效率，进而有效地提高了CAN总线与CAN设备之间的通信效率。

为实现上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种CAN设备与CAN总线波特率自动匹配方法，包括以下步骤：

在预设的时间内通过第一定时器的PWM输入捕获模式不间断捕获脉宽时间；

通过排序法将每一次捕获的脉宽时间与内存中的最小脉宽时间进行排序，更新内存中的最小脉宽时间，得到最终的最小脉宽时间；

根据所述最小脉宽时间计算对应的波特率，并将所述波特率与CAN总线波特率进行自动匹配。

进一步地，所述在预设的时间内通过第一定时器的PWM输入捕获模式不间断捕获脉宽时间，包括：

通过在第二定时器中输入计时中断函数配置预设的时间，所述预设的时间为31.2毫秒；通过在所述第一定时器的PWM输入捕获模式中输入捕获中断函数不间断捕获脉冲时间。

进一步地，所述第一定时器及所述第二定时器为微控制器中自带的，所述微控制设置于CAN设备内。

进一步地，所述将每一次捕获的脉宽时间与内存中的最小脉宽时间进行排序，更新内存中的最小脉宽时间，得到最终的最小脉宽时间，包括：

通过输入捕获中断函数捕获脉宽时间；

读取内存中的最小脉宽时间；

判断所述最小脉宽时间是否大于捕获到的所述脉宽时间；

若否，则退出捕获中断函数；

若是，将所述脉宽时间保存在内存中，并更新为最小脉宽时间，更新完毕后，退出捕获中断函数；退出捕获中断函数后，返回步骤“通过输入捕获中断函数捕获脉宽时间”。

进一步地，所述根据所述最小脉宽时间计算CAN设备的波特率，包括：

计算所述最小脉宽时间的倒数，所述倒数为所述CAN设备的波特率。

另一方面，本发明的第二实施例提供了一种CAN设备与CAN总线波特率自动匹配装置，包括捕获模块、更新模块和匹配模块；其中，

所述捕获模块，用于在预设的时间内通过第一定时器的PWM输入捕获模式不间断捕获脉宽时间；

所述更新模块，用于通过排序法将每一次捕获的脉宽时间与内存中的最小脉宽时间进行排序，更新内存中的最小脉宽时间，得到最终的最小脉宽时间；

所述匹配模块，用于根据所述最小脉宽时间计算对应的波特率，并将所述波特率与CAN总线波特率进行自动匹配。

进一步地，所述捕获模块，包括用于：

通过在第二定时器中输入中断函数配置预设的时间，所述预设的时间为31.2毫秒；通过在第一定时器的PWM输入捕获模式中输入捕获中断函数捕获脉冲时间。

进一步地，所述第一定时器及所述第二定时器为微控制器中自带的，所述微控制设置于CAN设备内。

进一步地，所述更新模块，包括用于：

通过输入捕获中断函数捕获脉宽时间；

读取内存中的最小脉宽时间；

判断所述最小脉宽时间是否大于捕获到的所述脉宽时间；

若否，则退出捕获中断函数；

若是，将所述脉宽时间保存在内存中，并更新为最小脉宽时间，更新完毕后，退出捕获中断函数；

退出捕获中断函数后，返回步骤“通过输入捕获中断函数捕获脉宽时间”。

进一步地，所述匹配模块，包括用于：

计算所述最小脉宽时间的倒数，所述倒数为所述CAN设备的波特率，并将所述波特率与CAN总线波特率进行自动匹配。

本发明实施例提供的一种CAN设备与CAN总线波特率自动匹配方法，能够快速且准确得到CAN总线的波特率并进行匹配，且匹配过程中不会干扰到原系统的通信，有效地提高了匹配的精度和匹配的速度，从而有效地提高了波特率匹配的效率，进而有效地提高了CAN总线与CAN设备之间的通信效率。

附图说明

图1是本发明提供的一种CAN设备与CAN总线波特率自动匹配方法的流程示意图；

图2是本发明提供的定时器的中断函数处理流程示意图；

图3是本发明提供的定时器的PWM输入捕获模式的工作过程示意图；

图4是本发明提供的一种CAN设备与CAN总线波特率自动匹配装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的第一实施例：

请参阅图1。

本发明实施例提供的一种CAN设备与CAN总线波特率自动匹配方法，包括以下步骤：

S1、在预设的时间内通过第一定时器的PWM输入捕获模式不间断捕获脉宽时间；

S2、通过排序法将每一次捕获的脉宽时间与内存中的最小脉宽时间进行排序，更新内存中的最小脉宽时间，得到最终的最小脉宽时间；

S3、根据最小脉宽时间计算对应的波特率，并将该波特率与CAN总线波特率进行自动匹配。

在本发明实施例中，可以理解的是，本发明实施例根据CAN总线的帧结构特点，在最大帧时间内计算出当前CAN设备通信的波特率，在进行与CAN总线波特率自动匹配时，只需要启动微处理器的CAN总线模块的初始化，设置分频参数和采样参数，在总线上输出当前CAN设备通信的实际波特率，不需要经过试错的步骤。

本发明实施例通过在预设的时间内不间断捕获脉宽时间，能够保证捕获到最小脉宽时间；通过采用第一定时器的PWM输入捕获模式，能够实现通过硬件自动捕获脉宽时间，有效地避免了因软件处理延时导致的误差；通过排序法将每一次捕获到的脉宽时间与内存中的最小脉宽时间进行排序，得到帧时间内的最小脉宽时间，并根据CAN总线的帧结构特点，通过最小脉宽时间计算CAN设备的波特率，不需要计算总线报文，能够有效地降低计算波特率的运算量，从而能够提高获取当前CAN设备通信波特率的效率，进而能够有效地提高CAN设备与CAN总线波特率匹配的速度和精度且匹配过程中不会干扰到原系统的通信。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，在预设的时间内通过第一定时器的PWM输入捕获模式不间断捕获脉宽时间，包括：

通过在第二定时器中输入计时中断函数配置预设的时间，预设的时间为31.2毫秒；通过在第一定时器的PWM输入模式中配置输入捕获中断函数不间断捕获脉冲时间。

在本发明实施例中，根据CAN总线的帧结构特点，帧长度最长的是扩展数据帧，而且当传输8字节数据，并且出现了最极端情况下的共28个填充位时，帧长度会有156位。因此CAN总线通信系统帧时间最大值是(1/5000)*156＝0.0312秒，即31.2毫秒。由于CAN总线的特性，一个正常运行的系统，在一个完整的帧数据中，必定会至少有一次是只有一个位的脉宽。本发明通过在第二定时器中配置预设的时间为31.2毫秒，通过第一定时器配置输入捕获中断函数，在31.2毫秒内不间断进行脉宽时间的捕获，能够得到帧时间内的最小脉宽时间。

可以理解的是，请参阅图3，本发明实施例中第一定时器的PWM输入捕获模式的工作过程为：先采集T1时间值保存在内存中，然后再采集T2时间值保存在内存，并且在T2时间值完成时刻进入捕获中断函数，在捕获中断函数里面读取T1的时间值，T1时间值的倒数是系统波特率的N倍值。

重复上述步骤，在帧时间内采集到T1、T3、T5、T7的时间值，并且在计时中断函数里面用冒泡法取最小值，最后得到的是T5的时间值，所得的T5时间值是系统波特率的一倍值，而T1时间值和T7时间值是系统波特率的两倍值，T3时间值是系统波特率的三倍值。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，第一定时器及第二定时器为微控制器中自带的，微控制设置于CAN设备内。

请参阅图2，将每一次捕获的脉宽时间与内存中的最小脉宽时间进行排序，更新内存中的最小脉宽时间，得到最终的最小脉宽时间，包括：

通过输入捕获中断函数捕获脉宽时间；

读取内存中的最小脉宽时间；

判断最小脉宽时间是否大于捕获到的脉宽时间；

若否，则退出捕获中断函数；

若是，将脉宽时间保存在内存中，并更新为最小脉宽时间，更新完毕后，退出捕获中断函数；

退出捕获中断函数后，返回步骤“通过输入捕获中断函数捕获脉宽时间”。

在本发明实施例中，每完成一次捕获，第一定时器会产生一次中断，通过冒泡排序法将每一次捕获的脉宽时间与内存中的最小脉宽时间进行排序，更新内存中的最小脉宽时间，进行下一次捕获，直至31.2毫秒后第一定时器和第二定时器停止工作，完成对最小脉宽时间的捕获。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，根据最小脉宽时间计算当前CAN设备通信的波特率，包括：

计算最小脉宽时间的倒数，该倒数为当前CAN设备通信的波特率。

在本发明实施例中，可以理解的是，根据CAN总线的帧结构特点，CRC(循环冗余校验)段的最后一位是界定符，为隐性电平，位于CRC段后面的ACK(应答)段，包含一位ACK槽和一位ACK界定符，ACK界定符也必须是隐性电平，而对于一个正常通信的系统，ACK槽肯定会有应答，所以ACK槽肯定是显性电平。因此，在CRC段与ACK段肯定会有隐性电平和显性电平同时存在的情况，测量到此处的矩形波时间宽度，捕获得到最小脉宽时间，即得到了位时间，而位时间的倒数就是当前CAN设备通信的波特率。

实施本发明实施例，具有如下有益效果:

本发明实施例通过第一定时器的PWM输入捕获模式对脉宽时间进行捕获，能够实现通过硬件自动捕获脉宽时间，避免了因软件处理延时导致的误差，有效地提高了捕获到的最小脉宽时间的精度，从而有利于提高波特率匹配的精度；利用CAN总线帧结构的特点，在第二定时器中设置捕获的时间为CAN总线通信系统帧时间最大值，通过冒泡排序法将每一次捕获到的脉宽时间与内存中的最小脉宽时间进行排序，得到最小脉宽时间，并根据最小脉宽时间得到CAN总线帧结构的最小单位“位”的时间，不需要多次测试不同的波特率，能够快速且准确得到当前CAN设备通信的波特率，从而有利于提高CAN设备与CAN总线波特率匹配的速度和精度，而且能够有效地避免干扰原系统通信的情况，进而能够有效地提高CAN总线与CAN设备之间的通信效率。

本发明的第二实施例：

请参阅图4。

本发明实施例提供了一种CAN设备与CAN总线波特率自动匹配装置，包括捕获模块101、更新模块102和匹配模块103；其中，

捕获模块101，用于在预设的时间内不间断捕获脉宽时间；

更新模块102，用于将每一次捕获的脉宽时间与内存中的最小脉宽时间进行排序，更新内存中的最小脉宽时间，得到最终的最小脉宽时间；

匹配模块103，用于根据最小脉宽时间计算对应的波特率，并将该波特率与CAN总线波特率进行自动匹配。

在本发明实施例中，可以理解的是，本发明实施例根据CAN总线的帧结构特点，在最大帧时间内计算出当前CAN设备通信的波特率，在进行与CAN总线波特率自动匹配时，只需要启动微处理器的CAN总线模块的初始化，设置分频参数和采样参数，在总线上输出当前CAN设备通信的实际波特率，不需要经过试错的步骤。

本发明实施例通过在预设的时间内不间断捕获脉宽时间，能够保证捕获到最小脉宽时间；通过采用第一定时器的PWM输入捕获模式，能够实现通过硬件自动捕获脉宽时间，有效地避免了因软件处理延时导致的误差；通过排序法将每一次捕获到的脉宽时间与内存中的最小脉宽时间进行排序，得到帧时间内的最小脉宽时间，并根据CAN总线的帧结构特点，通过最小脉宽时间计算当前CAN设备通信的波特率，能够有效地降低计算波特率的运算量，从而能够提高获取当前CAN设备波特率的效率，进而能够有效地提高CAN设备与CAN总线波特率匹配的速度和精度。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，捕获模块101，包括用于：

通过在第二定时器中输入中断函数配置预设的时间，预设的时间为31.2毫秒；通过在第一定时器中输入捕获中断函数捕获脉冲时间。

在本发明实施例中，根据CAN总线的帧结构特点，帧长度最长的是扩展数据帧，而且当传输8字节数据，并且出现了最极端情况下的共28个填充位时，帧长度会有156位。因此CAN总线通信系统帧时间最大值是(1/5000)*156＝0.0312秒，即31.2毫秒。由于CAN总线的特性，一个正常运行的系统，在一个完整的帧数据中，必定会至少有一次是只有一个位的脉宽。本发明通过在第二定时器中配置预设的时间为31.2毫秒，通过第一定时器配置输入捕获中断函数，在31.2毫秒内不间断进行脉宽时间的捕获，能够得到最小脉宽时间。

可以理解的是，请参阅图3，本发明实施例中第一定时器的PWM输入捕获模式的工作过程为：先采集T1时间值保存在内存中，然后再采集T2时间值保存在内存，并且在T2时间值完成时刻进入捕获中断函数，在捕获中断函数里面读取T1的时间值，T1时间值的倒数是系统波特率的N倍值。

重复上述步骤，在帧时间内采集到T1、T3、T5、T7的时间值，并且在计时中断函数里面用冒泡法取最小值，最后得到的是T5的时间值，所得的T5时间值是系统波特率的一倍值，而T1时间值和T7时间值是系统波特率的两倍值，T3时间值是系统波特率的三倍值。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，第一定时器及第二定时器为微控制器中自带的，微控制设置于CAN设备内。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，更新模块102，包括用于：

通过输入捕获中断函数捕获脉宽时间；

读取内存中的最小脉宽时间；

判断最小脉宽时间是否大于捕获到的脉宽时间；

若否，则退出捕获中断函数；

若是，将脉宽时间保存在内存中，并更新为最小脉宽时间，更新完毕后，退出捕获中断函数；

退出捕获中断函数后，返回步骤“通过输入捕获中断函数捕获脉宽时间”。

在本发明实施例中，每完成一次捕获，第一定时器会产生一次中断，通过冒泡排序法将每一次捕获的脉宽时间与内存中的最小脉宽时间进行排序，更新内存中的最小脉宽时间，进行下一次捕获，直至31.2毫秒后第一定时器和第二定时器停止工作，完成对最小脉宽时间的捕获。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，匹配模块103，包括用于：

计算最小脉宽时间的倒数，该倒数为CAN设备的波特率，并将该波特率与CAN总线波特率进行自动匹配。

在本发明实施例中，根据CAN总线的帧结构特点，CRC(循环冗余校验)段的最后一位是界定符，为隐性电平，位于CRC段后面的ACK(应答)段，包含一位ACK槽和一位ACK界定符，ACK界定符也必须是隐性电平，而对于一个正常通信的系统，ACK槽肯定会有应答，所以ACK槽肯定是显性电平。因此，在CRC段与ACK段肯定会有隐性电平和显性电平同时存在的情况，测量到此处的矩形波时间宽度，能够捕获得到最小脉宽时间，即得到了位时间，而位时间的倒数就是当前CAN设备通信的波特率。

实施本发明实施例，具有如下有益效果:

本发明实施例通过第一定时器的PWM输入捕获模式对脉宽时间进行捕获，能够实现通过硬件自动捕获脉宽时间，避免了因软件处理延时导致的误差，有效地提高了捕获到的最小脉宽时间的精度，从而有利于提高波特率匹配的精度；利用CAN总线帧结构的特点，在第二定时器中设置捕获的时间为CAN总线通信系统帧时间最大值，通过冒泡排序法将每一次捕获到的脉宽时间与内存中的最小脉宽时间进行排序，得到最小脉宽时间，并根据最小脉宽时间得到CAN总线帧结构的最小单位“位”的时间，不需要多次测试不同的波特率，能够快速且准确得到当前CAN设备通信的波特率，从而有利于提高CAN设备与CAN总线波特率匹配的速度和精度，而且能够有效地避免干扰原系统通信的情况，进而能够有效地提高CAN总线与CAN设备之间的通信效率。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各种方法的实施例的流程。其中，的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。

以上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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种CAN设备与CAN总线波特率自动匹配方法，其特征在于：包括以下步骤：

在预设的时间内通过第一定时器的PWM输入捕获模式不间断捕获脉宽时间；

通过排序法将每一次捕获的脉宽时间与内存中的最小脉宽时间进行排序，更新内存中的最小脉宽时间，得到最终的最小脉宽时间；

根据所述最小脉宽时间计算CAN设备的波特率，并将所述波特率与CAN总线波特率进行自动匹配。

2.如权利要求1所述的一种CAN设备与CAN总线波特率自动匹配方法，其特征在于：所述在预设的时间内通过第一定时器的PWM输入捕获模式不间断捕获脉宽时间，包括：

通过在第二定时器中输入计时中断函数配置预设的时间，所述预设的时间为31.2毫秒；通过在第一定时器中的PWM输入捕获模式输入捕获中断函数不间断捕获脉冲时间。

3.如权利要求2所述的一种CAN设备与CAN总线波特率自动匹配方法，其特征在于：所述第一定时器及所述第二定时器为微控制器中自带的，所述微控制设置于CAN设备内。

4.如权利要求1所述的一种CAN设备与CAN总线波特率自动匹配方法，其特征在于：所述将每一次捕获的脉宽时间与内存中的最小脉宽时间进行排序，更新内存中的最小脉宽时间，得到最终的最小脉宽时间，包括：

通过输入捕获中断函数捕获脉宽时间；

读取内存中的最小脉宽时间；

判断所述最小脉宽时间是否大于捕获到的所述脉宽时间；

若否，则退出捕获中断函数；

若是，将所述脉宽时间保存在内存中，并更新为最小脉宽时间，更新完毕后，退出捕获中断函数；

退出捕获中断函数后，返回步骤“通过输入捕获中断函数捕获脉宽时间”。

5.如权利要求1所述的一种CAN设备与CAN总线波特率自动匹配方法，其特征在于：所述根据所述最小脉宽时间计算CAN设备的波特率，包括：

计算所述最小脉宽时间的倒数，所述倒数为所述CAN设备的波特率。

6.一种CAN设备与CAN总线波特率自动匹配装置，其特征在于：包括捕获模块、更新模块和匹配模块；其中，

所述捕获模块，用于在预设的时间内通过第一定时器的PWM输入捕获模式不间断捕获脉宽时间；

所述更新模块，用于通过排序法将每一次捕获的脉宽时间与内存中的最小脉宽时间进行排序，更新内存中的最小脉宽时间，得到最终的最小脉宽时间；

所述匹配模块，用于根据所述最小脉宽时间计算CAN设备的波特率，并将所述波特率与CAN总线波特率进行自动匹配。

7.如权利要求6所述的一种CAN设备与CAN总线波特率自动匹配装置，其特征在于：所述捕获模块，包括用于：

通过在第二定时器中输入中断函数配置预设的时间，所述预设的时间为31.2毫秒；通过在第一定时器的PWM输入捕获模式中输入捕获中断函数捕获脉冲时间。

8.如权利要求7所述的一种CAN设备与CAN总线波特率自动匹配装置，其特征在于：所述第一定时器及所述第二定时器为微控制器中自带的，所述微控制设置于CAN设备内。

9.如权利要求6所述的一种CAN设备与CAN总线波特率自动匹配装置，其特征在于：所述更新模块，包括用于：

通过输入捕获中断函数捕获脉宽时间；

读取内存中的最小脉宽时间；

判断所述最小脉宽时间是否大于捕获到的所述脉宽时间；

若否，则退出捕获中断函数；

若是，将所述脉宽时间保存在内存中，并更新为最小脉宽时间，更新完毕后，退出捕获中断函数；

退出捕获中断函数后，返回步骤“通过输入捕获中断函数捕获脉宽时间”。

10.如权利要求6所述的一种CAN设备与CAN总线波特率自动匹配装置，其特征在于：所述匹配模块，包括用于：

计算所述最小脉宽时间的倒数，所述倒数为所述CAN设备的波特率，并将所述波特率与CAN总线波特率进行自动匹配。