CN119030824B - 一种车载can网络波特率自适应调整方法、系统、设备以及介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车载CAN网络波特率自适应调整方法、系统、设备以及介质，其中，方法包括：通过脉冲捕获端口对CAN总线上的接收信号的高低电平脉宽进行捕获采样；记录高低电平脉宽的最小值并判断大小；当高低电平脉宽的最小值相等时，基于高低电平脉宽的最小值之和生成一个通讯周期；当高低电平脉宽的最小值不相等时，基于由信号占空比和采样误差确定的高低电平脉宽的最小值的动态组合生成通讯周期；根据通讯周期求解出通讯波特率，并按照通讯波特率与目标节点进行握手或交互。本发明通过硬件级别的精确采样、智能的动态调整、灵活的通讯周期生成机制以及自适应的波特率设置，为车载CAN总线通讯提供了一种可靠、高效且自适应的解决方案。

Description

一种车载CAN网络波特率自适应调整方法、系统、设备以及 介质

技术领域

本发明涉及车载CAN网络控制技术领域，尤其涉及一种车载CAN网络波特率自适应调整方法、系统、设备以及介质。

背景技术

在工程机械或工程车辆领域，车载CAN网络（Controller Area Network，控制器局域网）已成为最常用的组网方式。通过CAN网络，运动控制器、智能分布式IO、车载显示屏以及操作面板等多种设备得以互相连接，形成了具有多个节点的复杂网络系统。然而，在这样的网络环境中，当子节点设备的波特率与CAN网络上的其他设备不匹配时，会导致通讯故障，甚至可能引发整个CAN网络的瘫痪，严重影响系统的正常运行。

为了解决这一问题，业内提出了一种波特率自适应方法。在这种方法中，子节点在启动后会默认向特定ID的设备发送数据或握手信号。接收设备则按照一定的规则，尝试以不同的波特率（如25kbit/s、50kbit/s、100kbit/s、125kbit/s、250kbit/s等）去接收这些数据。为了实现成功的通讯，子节点需要不断重复发送数据或握手信号，而接收设备也需持续尝试以不同的波特率进行接收，直至实现成功的握手。

然而，这种方法存在两个显著的缺点。首先，由于需要反复发送数据和测试不同的波特率，导致自适应的时间可能较长且不确定，这严重影响了系统的效率和实时性。其次，该方法仅支持特定的波特率，对于某些客户定制的特殊波特率，可能无法实现适配，从而限制了其应用的广泛性和灵活性。

发明内容

（一）要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种车载CAN网络波特率自适应调整方法、系统、设备以及介质，其解决了现有的波特率自适应方法存在自适应时间长且不确定，以及无法适配所有特定波特率的技术问题。

（二）技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明实施例提供一种车载CAN网络波特率自适应调整方法，包括：

通过脉冲捕获端口对CAN总线上的接收信号的高低电平脉宽进行捕获采样；

在一设定的采样周期内，记录采样的高低电平脉宽的最小值，并判断高低电平脉宽的最小值之间的大小；

当高低电平脉宽的最小值相等时，基于高低电平脉宽的最小值之和生成一个通讯周期；

当高低电平脉宽的最小值不相等时，基于由信号占空比和采样误差确定的高低电平脉宽的最小值的动态组合生成至少一个通讯周期；

根据生成的通讯周期求解出CAN总线的通讯波特率，并按照通讯周期对应的通讯波特率与CAN总线上的目标节点进行握手或交互。

可选地，通过脉冲捕获端口对CAN总线上的接收信号的高低电平脉宽进行捕获采样包括：

将第一脉冲捕获端口配置为上升沿触发模式，用于捕获CAN总线上的接收信号的高电平脉宽；

将第二脉冲捕获端口配置为下降沿触发模式，用于捕获CAN总线上的接收信号的低电平脉宽；

通过第一脉冲捕获端口和第二脉冲捕获端口持续跟踪和监视来自于任意节点的CAN总线上的接收信号；

当CAN总线上的接收信号出现上升沿时，通过已配置的第一脉冲捕获端口对CAN总线上的接收信号的高电平脉宽进行捕获采样；

当CAN总线上的接收信号出现下降沿时，通过已配置的第二脉冲捕获端口对CAN总线上的接收信号的低电平脉宽进行捕获采样。

可选地，在一设定的采样周期内，记录采样的高低电平脉宽的最小值，并判断高低电平脉宽的最小值之间的大小包括：

确定一个固定的采样周期；

在确定的采样周期内，获取通过第一脉冲捕获端口监测的一上升沿到下一个下降沿之间的计时或计数，根据一上升沿到下一个下降沿之间的计时或计数计算出初始高电平脉宽；

每当检测到一个新的高电平脉宽时，与初始高电平脉宽比较，如果新的高电平脉宽小于初始高电平脉宽，则将初始高电平脉宽的值更新为新的高电平脉宽的值，持续记录并更新初始高电平脉宽，最终得到该采样周期内的高电平脉宽的最小值；

在确定的采样周期内，获取通过第二脉冲捕获端口监测的一下降沿到下一个上升沿之间的计时或计数，根据一上升沿到下一个下降沿之间的计时或计数计算出初始低电平脉宽；

每当检测到一个新的低电平脉宽时，与初始低电平脉宽比较，如果新的低电平脉宽小于初始低电平脉宽，则将初始低电平脉宽的值更新为新的低平脉宽的值，持续记录并更新初始低电平脉宽，最终得到该采样周期内的低电平脉宽的最小值；

在该采样周期结束时，记录和比较最终的高电平脉宽的最小值和低电平脉宽的最小值，确定大小关系。

可选地，当高低电平脉宽的最小值不相等时，基于由信号占空比和采样误差确定的高低电平脉宽的最小值的动态组合生成至少一个通讯周期包括：

根据获取的高电平持续时间与对应采样周期的比例，得到信号占空比；

根据多次采样结果的统计分布或者已知的采样接收器特性和信号特性，得到采样误差；

根据存储的历史数据，针对不同的占空比和采样误差组合，测量或计算出相应的高电平脉宽最小值 和低电平脉宽最小值 ；

将每一种占空比和采样误差的组合以及对应的高电平脉宽最小值和低电平脉宽最小值记录在一个记录表中；

使用得到的占空比和采样误差作为输入，从记录表中检索相应的高电平脉宽最小值和低电平脉宽最小值的动态组合；

根据查找到的动态组合或者输入的组合指令，输出至少一种高低电平脉宽的最小值的动态组合，并根据动态组合生成对应数量的通讯周期；

持续监测信号的占空比和采样误差，并根据监测结果，实时调整动态组合规则；

其中，动态组合规则包括：

选择高电平脉宽的最小值和低电平脉宽的最小值中的任意一个的比例值；

计算高电平脉宽的最小值和低电平脉宽的最小值的和的比例值。

可选地，高低电平脉宽的最小值的动态组合包括：

根据高电平脉宽的最小值和低电平脉宽的最小值之和的比例值，生成第一组合值；

根据高电平脉宽的最小值的比例值，生成第二组合值；

根据高电平脉宽的最小值的比例值，生成第三组合值；

输出包含第一组合值、第二组合值以及第三组合值的动态组合。

可选地，根据生成的通讯周期求解出CAN总线的通讯波特率，并按照通讯周期对应的通讯波特率与CAN总线上的目标节点进行握手或交互包括：

根据生成的通讯周期求解出CAN总线的通讯波特率；

以求解得到的通讯波特率向CAN总线上的目标节点发送握手或交互请求，以使目标节点在接收到请求后，以相同的通讯波特率进行响应；

确定握手成功后，按照得到的通讯周期和通讯波特率与目标节点进行数据的发送和接收。

可选地，根据生成的通讯周期求解出CAN总线的通讯波特率，并按照通讯周期对应的通讯波特率与CAN总线上的目标节点进行握手或交互之后，还包括：

若在上一采样周期内与目标节点的握手或交互失败，则在后续的采样周期，则返回通过脉冲捕获端口对CAN总线上的接收信号的高低电平脉宽进行捕获采样这一步骤，再次与目标节点进行握手或交互，直至与目标节点握手或交互成功；

若与目标节点握手或交互失败达到设定阈值，触发包含发出警报、记录错误日志错以及请求人员介入的误处理机制。

第二方面，本发明实施例提供一种车载CAN网络波特率自适应调整系统，包括：

捕获采样模块，用于通过脉冲捕获端口对CAN总线上的接收信号的高低电平脉宽进行捕获采样；

脉宽对比模块，用于在一设定的采样周期内，记录采样的高低电平脉宽的最小值，并判断高低电平脉宽的最小值之间的大小；

通讯周期生成模块，用于当高低电平脉宽的最小值相等时，基于高低电平脉宽的最小值之和生成一个通讯周期；以及，当高低电平脉宽的最小值不相等时，基于由信号占空比和采样误差确定的高低电平脉宽的最小值的动态组合生成至少一个通讯周期；

通讯波特率求取模块，用于根据生成的通讯周期求解出CAN总线的通讯波特率；

通信建立模块，用于按照通讯周期对应的通讯波特率与CAN总线上的目标节点进行握手或交互。

第三方面，本发明实施例提供一种车载CAN网络波特率自适应调整设备，包括：

一个主控节点，包括收发器和处理器，收发器用于与CAN总线进行数据交互，处理器用于执行如上所述的车载CAN网络波特率自适应调整方法；

以及，通过CAN总线与主控节点交互的至少一个子节点。

第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机可执行指令，可执行指令被处理器执行时实现如上所述的车载CAN网络波特率自适应调整方法。

（三）有益效果

本发明的有益效果是：

首先，本发明通过脉冲捕获端口对CAN总线上的接收信号的高低电平脉宽进行捕获采样，确保了采样数据的准确性和实时性。这种硬件级别的采样方式，相较于软件采样，具有更高的效率和精度。

在设定的采样周期内，记录采样的高低电平脉宽的最小值，并通过比较这些最小值来判断信号状态，这能够快速识别并适应CAN总线上的信号变化。当高低电平脉宽的最小值相等时，能够迅速生成一个稳定的通讯周期，从而确保通讯的稳定性和可靠性。

而当高低电平脉宽的最小值不相等时，能够智能地根据信号占空比和采样误差来确定高低电平脉宽的最小值的动态组合，进而生成至少一个通讯周期。借助这种动态调整的能力能够在复杂的通讯环境中保持高效和稳定。

最终，根据生成的通讯周期求解出CAN总线的通讯波特率，并按照通讯周期对应的通讯波特率与CAN总线上的目标节点进行握手或交互。这种自适应的波特率设置方式不仅提高了通讯效率，还大大降低了通讯失败的风险。

由此，本发明通过硬件级别的精确采样、智能的动态调整、灵活的通讯周期生成机制以及自适应的波特率设置，为车载CAN总线通讯提供了一种可靠、高效且自适应的解决方案。这不仅提高了数据传输的质量和速度，而且增强了整个系统的稳定性和兼容性，对于提升CAN总线在各种应用场景中的性能具有显著的有益效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种车载CAN网络波特率自适应调整方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种车载CAN网络波特率自适应调整方法的步骤S1的具体流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种车载CAN网络波特率自适应调整方法的步骤S2的具体流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种车载CAN网络波特率自适应调整方法的步骤S3的具体流程示意图；

图5为本发明实施例提供的一种车载CAN网络波特率自适应调整方法的步骤S4的具体流程示意图；

图6为本发明实施例提供的一种车载CAN网络波特率自适应调整方法的整体流程示意图；

图7为本发明实施例提供的一种车载CAN网络波特率自适应调整设备的组成示意图。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

如图1所示，本发明实施例提出的一种车载CAN网络波特率自适应调整方法，包括：通过脉冲捕获端口对CAN总线上的接收信号的高低电平脉宽进行捕获采样；在一设定的采样周期内，记录采样的高低电平脉宽的最小值，并判断高低电平脉宽的最小值之间的大小；当高低电平脉宽的最小值相等时，基于高低电平脉宽的最小值之和生成一个通讯周期；当高低电平脉宽的最小值不相等时，基于由信号占空比和采样误差确定的高低电平脉宽的最小值的动态组合生成至少一个通讯周期；根据生成的通讯周期求解出CAN总线的通讯波特率，并按照通讯周期对应的通讯波特率与CAN总线上的目标节点进行握手或交互。

首先，本发明通过脉冲捕获端口对CAN总线上的接收信号的高低电平脉宽进行捕获采样，确保了采样数据的准确性和实时性。这种硬件级别的采样方式，相较于软件采样，具有更高的效率和精度。

在设定的采样周期内，记录采样的高低电平脉宽的最小值，并通过比较这些最小值来判断信号状态，这能够快速识别并适应CAN总线上的信号变化。当高低电平脉宽的最小值相等时，能够迅速生成一个稳定的通讯周期，从而确保通讯的稳定性和可靠性。

而当高低电平脉宽的最小值不相等时，能够智能地根据信号占空比和采样误差来确定高低电平脉宽的最小值的动态组合，进而生成至少一个通讯周期。借助这种动态调整的能力能够在复杂的通讯环境中保持高效和稳定。

最终，根据生成的通讯周期求解出CAN总线的通讯波特率，并按照通讯周期对应的通讯波特率与CAN总线上的目标节点进行握手或交互。这种自适应的波特率设置方式不仅提高了通讯效率，还大大降低了通讯失败的风险。

由此，本发明通过硬件级别的精确采样、智能的动态调整、灵活的通讯周期生成机制以及自适应的波特率设置，为车载CAN总线通讯提供了一种可靠、高效且自适应的解决方案。这不仅提高了数据传输的质量和速度，而且增强了整个系统的稳定性和兼容性，对于提升CAN总线在各种应用场景中的性能具有显著的有益效果。

为了更好地理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

具体地，本发明实施例提供一种车载CAN网络波特率自适应调整方法，其包括：

S1、通过脉冲捕获端口对CAN总线上的接收信号的高低电平脉宽进行捕获采样。

进一步地，如图2所示，步骤S1包括：

S11、将第一脉冲捕获端口配置为上升沿触发模式，用于捕获CAN总线上的接收信号的高电平脉宽。

S12、将第二脉冲捕获端口配置为下降沿触发模式，用于捕获CAN总线上的接收信号的低电平脉宽。

S13、通过第一脉冲捕获端口和第二脉冲捕获端口持续跟踪和监视来自于任意节点的CAN总线上的接收信号。

S14、当CAN总线上的接收信号出现上升沿时，通过已配置的第一脉冲捕获端口对CAN总线上的接收信号的高电平脉宽进行捕获采样。

S15、当CAN总线上的接收信号出现下降沿时，通过已配置的第二脉冲捕获端口对CAN总线上的接收信号的低电平脉宽进行捕获采样。

具体来说，当CAN总线上的接收信号出现上升沿时，已配置的第一脉冲捕获端口触发脉冲捕获。记录上升沿发生的时间，并开始计时，直到信号变为低电平（即下降沿出现）。计算并记录高电平持续的时间，即高电平脉宽。同样地，当CAN总线上的接收信号出现下降沿时，已配置的第二脉冲捕获端口触发脉冲捕获。记录下降沿发生的时间，并开始计时，直到信号变为高电平（即上升沿出现）。计算并记录低电平持续的时间，即低电平脉宽。

S2、在一设定的采样周期内，记录采样的高低电平脉宽的最小值，并判断高低电平脉宽的最小值之间的大小。

进一步地，如图3所示，步骤S2包括：

S21、确定一个固定的采样周期。

S22、在确定的采样周期内，获取通过第一脉冲捕获端口监测的一上升沿到下一个下降沿之间的计时或计数，根据一上升沿到下一个下降沿之间的计时或计数计算出初始高电平脉宽。

当处理器MCU检测到上升沿时，MCU触发PI电平检测，内部通过定时器计数来实现脉冲宽度的计算，直到遇到下一个下降沿脉冲，才停止计时计数，从而得到脉冲宽度，只是这个脉冲宽度不一定恰好只有一个“数字1”，有可能是好几个“1”组成的，因此需要不断地迭代，反复去采集不同的周期或脉宽，去寻找最小值。

S23、每当检测到一个新的高电平脉宽时，与初始高电平脉宽比较，如果新的高电平脉宽小于初始高电平脉宽，则将初始高电平脉宽的值更新为新的高电平脉宽的值，持续记录并更新初始高电平脉宽，最终得到该采样周期内的高电平脉宽的最小值。

S24、在确定的采样周期内，获取通过第二脉冲捕获端口监测的一下降沿到下一个上升沿之间的计时或计数，根据一上升沿到下一个下降沿之间的计时或计数计算出初始低电平脉宽。

在下降沿时启动采集低电平脉冲宽度，当上升沿来临时，结束采样，从而得到低电平脉冲宽度，只是这个脉冲宽度不一定恰好只有一个数字1，有可能是好几个“0”组成的，因此需要不断地迭代，反复去采集不同的周期或脉宽，去寻找最小值。

S25、每当检测到一个新的低电平脉宽时，与初始低电平脉宽比较，如果新的低电平脉宽小于初始低电平脉宽，则将初始低电平脉宽的值更新为新的低平脉宽的值，持续记录并更新初始低电平脉宽，最终得到该采样周期内的低电平脉宽的最小值。

S26、在该采样周期结束时，记录和比较最终的高电平脉宽的最小值和低电平脉宽的最小值，确定大小关系。

在另一实施例中，考虑到在设定时间之内采集到的高电平宽度（或低电平）有可能是CAN-RX TTL电平的一个收发周期，也有可能是多个收发周期（即多个1或多个0），如果是多个收发周期，要得到CAN周期，则取1/n，如果是一个收发周期，就有可能是高电平宽度或低电平宽度，或者两者的加权平均（考虑到采样过程中的误差）。

因此，后续CAN通讯周期的计算可以根据CAN-RX上的TTL电平中一个高电平宽度“1”或者一个低电平宽度“0”来得到，由于在一段时间，有可能传输的数据可能存在多个“1”或多个“0”连续的情况，因此在采样得到的高电平宽度或低电平宽度可能是多个CAN收发周期的叠加。

S3、当高低电平脉宽的最小值相等时，基于高低电平脉宽的最小值之和生成一个通讯周期。当高低电平脉宽的最小值不相等时，基于由信号占空比和采样误差确定的高低电平脉宽的最小值的动态组合生成至少一个通讯周期。

进一步地，高低电平脉宽的最小值相等时，较佳地，能够采取高低电平脉宽的最小值之和乘以一个系数α，该系数α可以取值1/2、1/3等。

进一步地，如图4所示，当高低电平脉宽的最小值不相等时，基于由信号占空比和采样误差确定的高低电平脉宽的最小值的动态组合生成至少一个通讯周期包括：

S31、根据获取的高电平持续时间与对应采样周期的比例，得到信号占空比。

根据采样数据，计算出信号的占空比，这里的占空比是指一个周期内高电平所占的时间与整个周期时间的比值。例如，如果一个周期中高电平持续时间是低电平持续时间的两倍，那么占空比就是2/3。

S32、根据多次采样结果的统计分布或者已知的采样接收器特性和信号特性，得到采样误差。

根据采样接收器的特性和采样过程中的实际情况，评估采样误差。采样误差可能来源于采样频率的限制、设备的非线性响应、噪声干扰等因素。可以通过多次采样取平均值、分析采样数据的统计分布或使用其他误差估计技术来确定采样误差的范围。

S33、根据存储的历史数据，针对不同的占空比和采样误差组合，测量或计算出相应的高电平脉宽最小值 和低电平脉宽最小值。

S34、将每一种占空比和采样误差的组合以及对应的高电平脉宽最小值和低电平脉宽最小值记录在一个记录表中。这个表可以是一个多维数组、数据库表格或其他数据结构，便于快速检索。

S35、使用得到的占空比和采样误差作为输入，从记录表中检索相应的高电平脉宽最小值和低电平脉宽最小值的动态组合。

值得注意的是，如果查找表中的条目不是连续的，或者如果需要的占空比和采样误差的组合位于两个表条目之间，则可以使用插值来计算中间值。插值可以是线性的、双线性的、三次的或任何其他适合的插值方法。

S36、根据查找到的动态组合或者输入的组合指令，输出至少一种高低电平脉宽的最小值的动态组合，并根据动态组合生成对应数量的通讯周期。

在该步骤中，首先，查找或接收一组动态组合指令或用户输入的组合指令。这些指令可能来自于预设的规则库，用户的实时输入，或者是通过某种算法动态生成的，这些指令来自于预设的规则库，用户的实时输入，或者是通过预设的算法动态生成的。基于查找到或输入的组合指令，计算出至少一种高低电平脉宽的最小值动态组合。根据确定的高低电平脉宽最小值动态组合，生成相应数量的通讯周期。通讯周期是通信过程中的基本时间单位，它决定了数据传输的速率和频次。

S37、持续监测信号的占空比和采样误差，并根据监测结果，实时调整动态组合规则。这种调整是为了优化信号质量，减少失真，确保通讯的稳定性和可靠性。

继而，动态组合规则包括：选择高电平脉宽的最小值和低电平脉宽的最小值中的任意一个的比例值；以及，计算高电平脉宽的最小值和低电平脉宽的最小值的和的比例值。

同时，高低电平脉宽的最小值的动态组合包括：根据高电平脉宽的最小值和低电平脉宽的最小值之和的比例值，生成第一组合值；根据高电平脉宽的最小值的比例值，生成第二组合值；根据高电平脉宽的最小值的比例值，生成第三组合值；输出包含第一组合值、第二组合值以及第三组合值的动态组合。

考虑到第一脉冲捕获端口和第一脉冲捕获端口采样的主要目的就是为了采样接收到的CAN_RX信号上的高低电平的脉宽宽度，从而得到通讯周期，但是由于采样的高低电平脉宽有可能在某一段时间内的最小的值不一定只有一个0或只有一个1，因此在那一段时间之内只单独采样高电平或采样低电平都不能保证采样值能得到通讯周期，因此，采用的办法是多次迭代采样，需要强调的是，除了采样高电平还得采样低电平，因为在实际采样过程中，采样精度的原因，即使只有一个1或者一个0，也可能处理器MCU对该采样时间采集出来的脉宽不同，因此在处理该周期时，用其中高电平脉宽采样值或低电平脉宽采样值作为通讯周期，也可以采用两者的加权平均来作为其中的高电平脉宽采样值或低电平脉宽的值，加权系数由机器学习算法或专家打分来确定。

S4、根据生成的通讯周期求解出CAN总线的通讯波特率，并按照通讯周期对应的通讯波特率与CAN总线上的目标节点进行握手或交互。

进一步地，如图5所示，步骤S4包括：

S41、根据生成的通讯周期求解出CAN总线的通讯波特率。

S42、以求解得到的通讯波特率向CAN总线上的目标节点发送握手或交互请求，以使目标节点在接收到请求后，以相同的通讯波特率进行响应。

S43、确定握手成功后，按照得到的通讯周期和通讯波特率与目标节点进行数据的发送和接收。

进一步地，步骤S4之后，还包括：若在上一采样周期内与目标节点的握手或交互失败，则在后续的采样周期，则返回通过脉冲捕获端口对CAN总线上的接收信号的高低电平脉宽进行捕获采样这一步骤，再次与目标节点进行握手或交互，直至与目标节点握手或交互成功；若与目标节点握手或交互失败达到设定阈值，触发包含发出警报、记录错误日志错以及请求人员介入的误处理机制。

在一具体实施例中，如图6所示，上述方法的整体实施流程为：

首先，一节点N与主控节点0发送CAN数据时，主控节点通过处理器MCU的脉冲捕获端口跟踪监视CAN_RX信号，同时进入脉冲捕获端口PI00/PI01，处理器MCU对PI00和PI01分别初始化为脉冲捕获，其中PI00为上升沿触发，PI01为下降沿触发。

其次，处理器MCU通过PI00输入信号的连续两个上升沿之间的时间进行统计计算，得到电平脉宽宽度D_h0，如果下一个值D_h1＜D_h0，则将原D_h0的值覆盖为D_h1，持续统计时间Ts，得到该段时间内的脉宽宽度最小值T0_min。

接着，处理器MCU通过PI01输入信号的连续两个下降沿之间的时间进行统计计算，得到电平脉宽宽度D_L0，如果下一个值D_L1＜D_L0，则将原D_L0的值覆盖为D_L1，持续统计时间Ts，得到该段时间内的脉宽宽度最小值T1_min。

如果T0_min=T1_min，则CAN通讯周期TC0=1/2（T0_min+T1_min）。

如果T0_min≠T1_min，考虑到实际采样脉冲可能的毛刺引起的采样精度变化，能够得到3个周期TC0=1/2（T0_min+T1_min），TC1=T0_min，TC2=T1_min，分别对应三个通讯频率f₀=1/TC0，f₁=1/TC1，f₂=1₁/TC2。

处理器MCU逐次以上述生成的频率与节点N进行通讯，通讯成功，即确定CAN总线的频率f，否则重新进行下一个采样周期Ts下通过对PI00/PI01对CAN_RX上的脉冲宽度进行捕获采样，从而实现最终CAN通讯频率的自适应。

另外地，本发明实施例提供一种车载CAN网络波特率自适应调整系统，包括：

捕获采样模块，用于通过脉冲捕获端口对CAN总线上的接收信号的高低电平脉宽进行捕获采样。

脉宽对比模块，用于在一设定的采样周期内，记录采样的高低电平脉宽的最小值，并判断高低电平脉宽的最小值之间的大小。

通讯周期生成模块，用于当高低电平脉宽的最小值相等时，基于高低电平脉宽的最小值之和生成一个通讯周期；以及，当高低电平脉宽的最小值不相等时，基于由信号占空比和采样误差确定的高低电平脉宽的最小值的动态组合生成至少一个通讯周期。

通讯波特率求取模块，用于根据生成的通讯周期求解出CAN总线的通讯波特率。

通信建立模块，用于按照通讯周期对应的通讯波特率与CAN总线上的目标节点进行握手或交互。

此外，本发明实施提供一种车载CAN网络波特率自适应调整设备，包括：一个主控节点，包括收发器和处理器，收发器用于与CAN总线进行数据交互，处理器用于执行如上所述的车载CAN网络波特率自适应调整方法；以及，通过CAN总线与主控节点交互的至少一个子节点。

如图7所示，CAN总线上有主控节点0，其余节点1，节点2，延伸至节点N，终端电阻R2、R3，分别是120Ω，整个总线采用菊花链布局，主控节点0通过CAN收发器U1与其余各个节点进行CAN通讯。在主控节点内部，收发器U1与CAN总线进行数据交互后，转为TTL电平的TxD和RxD信号分别与处理器U2的CAN_TX和CAN_RX相连，同时RxD又进入处理器内部的脉冲捕获端口PI00和PI01。

在主控节点内部，收发器U1与CAN总线进行数据交互后，转为TTL电平的TxD和RxD信号分别与处理器U2的CAN_TX和CAN_RX相连，同时RxD又进入处理器内部的脉冲捕获端口PI00和PI01。当有节点往CAN总线上发送数据，想通过CAN总线与主控节点0进行通讯，则处理器U2首先通过脉冲捕获端口PI00和PI01对CAN_RX的TTL电平进行采样，其中PI00对CAN_RX的高电平脉宽信号进行采样，PI01对CAN_RX的低电平脉宽信号进行采样，且U2只记录PI00和PI01采样脉宽的最小值T0_min和T1_min，经过一段采样时间Ts后，若T0_min=T1_min，则CAN_RX上的通讯周期TC0=1/2（T0_min+T1_min），若T0_min≠T1_min，则需要生成多个周期TC0、TC1、TC2……，其中TC0=1/2（T0_min+T1_min），TC1=T0_min，TC2=T1_min，TC3=1/2T0_min或TC3=1/2T1_min……TCn=1/（n-1）T0_min或TCn=1/（n-1）T1_min，不相等的原因考虑到采样精度误差，以及信号本身的占空比问题，如果CAN_RX信号是50%占空比，则T0_min和T1_min相等。

获取到CAN总线上的波形周期后，即可换算出总线上CAN通讯波特率，至此，处理器U2即可按照包含TC0、TC1、TC2、TC3……TCn等多个周期对应的频率f₀=1/TC0、f₁=1/TC1和f₂=1/TC2分别进行CAN通讯，尝试与节点进行握手或交互，如果不成功，则重复上述过程，总会找到CAN_RX上的最小脉冲宽度，处理器U2通过周期计算出CAN总线通讯频率，从而实现主控节点与其余节点的CAN通讯。

通过上述方法，由于频率是通过MCU去捕获CAN_RX上的脉宽来计算得到的，因此，该方法适用于所有的CAN频率范围内的波特率自适应，这不仅提高了通讯的灵活性和通用性，还能够轻松应对不同环境下的通讯需求，并且由于脉冲捕获信号脉宽是通过MCU内部硬件来实现，因此整个自适应时间较短。

再者，本发明实施例提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机可执行指令，可执行指令被处理器执行时实现如上所述的一种车载CAN网络波特率自适应调整方法。

本发明实施例提供了一种特殊的计算机可读介质。这种介质上存储了计算机可以执行的指令。当这些指令被处理器执行时，它们会实现一种特定的功能，即车载CAN网络的波特率自适应调整方法。

简单来说，本发明允许存储在某种可读介质（如硬盘、闪存等）上的程序指令，在被计算机处理器读取并执行时，能够自动调整车载CAN网络的波特率。波特率是数据传输速率的单位，自适应调整意味着系统可以根据当前的网络环境和需求，自动选择最合适的传输速率，以保证数据的稳定、高效传输。

这种自适应调整方法对于车载网络系统尤为重要，因为它可以帮助车辆在复杂的电磁环境和多变的数据传输需求下，保持网络通信的稳定性和效率。通过这种方式，车辆的各种电子控制系统能够更加可靠地交换信息，从而提高车辆的整体性能和安全性。

综上所述，本发明实施例全面创新性地提出了一种车载CAN网络波特率自适应调整的方法、构建了相应的系统、设计了专用的设备，并提供了所需的存储介质。这一综合性的解决方案旨在优化车载CAN网络的通信效率和稳定性。具体来说：

本发明提出了一种车载CAN网络波特率自适应调整的方法。该方法能够根据实际通信环境和数据传输需求，智能地调整CAN网络的波特率，从而确保数据的高效、稳定传输。这种自适应调整方法不仅提升了数据传输速率，还有效降低了通信错误和数据丢失的风险。

为了实施上述方法，本发明还构建了一套完整的车载CAN网络波特率自适应调整系统。该系统集成了先进的监测机制、分析算法和调整策略，能够实时监控网络状态，准确评估通信质量，并根据实际情况自动调整波特率，确保CAN网络在各种复杂环境下都能保持最佳性能。

为了实现上述方法和系统的实际应用，本发明还设计了专用的车载设备。这些设备不仅具备强大的数据处理能力，还能与CAN网络无缝对接，实现波特率的实时、精准调整。同时，这些设备还具有良好的兼容性和可扩展性，能够轻松适应不同车型和CAN网络配置。

此外，本发明还提供了一种特殊的存储介质，用于保存和执行上述方法、系统所需的程序代码和数据。这种存储介质具有高可靠性、高性能和长寿命等特点，能够确保车载CAN网络波特率自适应调整功能的长期稳定运行。

总的来说，本发明实施例通过提供一种车载CAN网络波特率自适应调整的方法、系统、设备以及介质，这一创新方案旨在解决车载CAN网络在不同环境和应用需求下波特率固定不变的问题，实现波特率的动态自适应调整。这一创新不仅提升了车载通信系统的性能和稳定性，还为智能驾驶、车联网等先进技术的发展奠定了坚实基础。

由于本发明上述实施例所描述的系统/装置，为实施本发明上述实施例的方法所采用的系统/装置，故而基于本发明上述实施例所描述的方法，本领域所属技术人员能够了解该系统/装置的具体结构及变形，因而在此不再赘述。凡是本发明上述实施例的方法所采用的系统/装置都属于本发明所欲保护的范围。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，本发明应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明本发明及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。

Claims (6)

1.一种车载CAN网络波特率自适应调整方法，其特征在于，包括：

通过脉冲捕获端口对CAN总线上的接收信号的高低电平脉宽进行捕获采样；

在一设定的采样周期内，记录采样的高低电平脉宽的最小值，并判断高低电平脉宽的最小值之间的大小；

当高低电平脉宽的最小值相等时，基于高低电平脉宽的最小值之和乘以一个系数α生成一个通讯周期；其中，系数α为1/2或1/3；

当高低电平脉宽的最小值不相等时，基于由信号占空比和采样误差确定的高低电平脉宽的最小值的动态组合生成至少一个通讯周期；

根据生成的通讯周期求解出CAN总线的通讯波特率，并按照通讯周期对应的通讯波特率与CAN总线上的目标节点进行握手或交互；

其中，

通过脉冲捕获端口对CAN总线上的接收信号的高低电平脉宽进行捕获采样包括：

将第一脉冲捕获端口配置为上升沿触发模式，用于捕获CAN总线上的接收信号的高电平脉宽；

将第二脉冲捕获端口配置为下降沿触发模式，用于捕获CAN总线上的接收信号的低电平脉宽；

通过第一脉冲捕获端口和第二脉冲捕获端口持续跟踪和监视来自于任意节点的CAN总线上的接收信号；

当CAN总线上的接收信号出现上升沿时，通过已配置的第一脉冲捕获端口对CAN总线上的接收信号的高电平脉宽进行捕获采样；

当CAN总线上的接收信号出现下降沿时，通过已配置的第二脉冲捕获端口对CAN总线上的接收信号的低电平脉宽进行捕获采样；

在一设定的采样周期内，记录采样的高低电平脉宽的最小值，并判断高低电平脉宽的最小值之间的大小包括：

确定一个固定的采样周期；

在确定的采样周期内，获取通过第一脉冲捕获端口监测的一上升沿到下一个下降沿之间的计时或计数，根据一上升沿到下一个下降沿之间的计时或计数计算出初始高电平脉宽；

每当检测到一个新的高电平脉宽时，与初始高电平脉宽比较，如果新的高电平脉宽小于初始高电平脉宽，则将初始高电平脉宽的值更新为新的高电平脉宽的值，持续记录并更新初始高电平脉宽，最终得到该采样周期内的高电平脉宽的最小值；

在确定的采样周期内，获取通过第二脉冲捕获端口监测的一下降沿到下一个上升沿之间的计时或计数，根据一上升沿到下一个下降沿之间的计时或计数计算出初始低电平脉宽；

每当检测到一个新的低电平脉宽时，与初始低电平脉宽比较，如果新的低电平脉宽小于初始低电平脉宽，则将初始低电平脉宽的值更新为新的低平脉宽的值，持续记录并更新初始低电平脉宽，最终得到该采样周期内的低电平脉宽的最小值；

在该采样周期结束时，记录和比较最终的高电平脉宽的最小值和低电平脉宽的最小值，确定大小关系；

当高低电平脉宽的最小值不相等时，基于由信号占空比和采样误差确定的高低电平脉宽的最小值的动态组合生成至少一个通讯周期包括：

根据获取的高电平持续时间与对应采样周期的比例，得到信号占空比；

根据多次采样结果的统计分布或者已知的采样接收器特性和信号特性，得到采样误差；

根据存储的历史数据，针对不同的占空比和采样误差组合，测量或计算出相应的高电平脉宽最小值 和低电平脉宽最小值；

将每一种占空比和采样误差的组合以及对应的高电平脉宽最小值和低电平脉宽最小值记录在一个记录表中；

使用得到的占空比和采样误差作为输入，从记录表中检索相应的高电平脉宽最小值和低电平脉宽最小值的动态组合；

根据查找到的动态组合或者输入的组合指令，输出至少一种高低电平脉宽的最小值的动态组合，并根据动态组合生成对应数量的通讯周期；

持续监测信号的占空比和采样误差，并根据监测结果，实时调整动态组合规则；其中，动态组合规则包括：选择高电平脉宽的最小值和低电平脉宽的最小值中的任意一个的比例值；计算高电平脉宽的最小值和低电平脉宽的最小值的和的比例值；

以及，高低电平脉宽的最小值的动态组合包括：

根据高电平脉宽的最小值和低电平脉宽的最小值之和的比例值，生成第一组合值；

根据高电平脉宽的最小值的比例值，生成第二组合值；

根据高电平脉宽的最小值的比例值，生成第三组合值；

输出包含第一组合值、第二组合值以及第三组合值的动态组合。

2.如权利要求1所述的车载CAN网络波特率自适应调整方法，其特征在于，根据生成的通讯周期求解出CAN总线的通讯波特率，并按照通讯周期对应的通讯波特率与CAN总线上的目标节点进行握手或交互包括：

根据生成的通讯周期求解出CAN总线的通讯波特率；

以求解得到的通讯波特率向CAN总线上的目标节点发送握手或交互请求，以使目标节点在接收到请求后，以相同的通讯波特率进行响应；

确定握手成功后，按照得到的通讯周期和通讯波特率与目标节点进行数据的发送和接收。

3.如权利要求1或2所述的车载CAN网络波特率自适应调整方法，其特征在于，根据生成的通讯周期求解出CAN总线的通讯波特率，并按照通讯周期对应的通讯波特率与CAN总线上的目标节点进行握手或交互之后，还包括：

若在上一采样周期内与目标节点的握手或交互失败，则在后续的采样周期，则返回通过脉冲捕获端口对CAN总线上的接收信号的高低电平脉宽进行捕获采样这一步骤，再次与目标节点进行握手或交互，直至与目标节点握手或交互成功；

若与目标节点握手或交互失败达到设定阈值，触发包含发出警报、记录错误日志错以及请求人员介入的误处理机制。

4.一种车载CAN网络波特率自适应调整系统，其特征在于，包括：

捕获采样模块，用于通过脉冲捕获端口对CAN总线上的接收信号的高低电平脉宽进行捕获采样；

脉宽对比模块，用于在一设定的采样周期内，记录采样的高低电平脉宽的最小值，并判断高低电平脉宽的最小值之间的大小；

通讯周期生成模块，用于当高低电平脉宽的最小值相等时，基于高低电平脉宽的最小值之和乘以一个系数α生成一个通讯周期，其中，系数α为1/2或1/3；以及，当高低电平脉宽的最小值不相等时，基于由信号占空比和采样误差确定的高低电平脉宽的最小值的动态组合生成至少一个通讯周期；

通讯波特率求取模块，用于根据生成的通讯周期求解出CAN总线的通讯波特率；

通信建立模块，用于按照通讯周期对应的通讯波特率与CAN总线上的目标节点进行握手或交互；

其中，

通过脉冲捕获端口对CAN总线上的接收信号的高低电平脉宽进行捕获采样包括：

将第一脉冲捕获端口配置为上升沿触发模式，用于捕获CAN总线上的接收信号的高电平脉宽；

将第二脉冲捕获端口配置为下降沿触发模式，用于捕获CAN总线上的接收信号的低电平脉宽；

通过第一脉冲捕获端口和第二脉冲捕获端口持续跟踪和监视来自于任意节点的CAN总线上的接收信号；

当CAN总线上的接收信号出现上升沿时，通过已配置的第一脉冲捕获端口对CAN总线上的接收信号的高电平脉宽进行捕获采样；

当CAN总线上的接收信号出现下降沿时，通过已配置的第二脉冲捕获端口对CAN总线上的接收信号的低电平脉宽进行捕获采样；

在一设定的采样周期内，记录采样的高低电平脉宽的最小值，并判断高低电平脉宽的最小值之间的大小包括：

确定一个固定的采样周期；

在确定的采样周期内，获取通过第一脉冲捕获端口监测的一上升沿到下一个下降沿之间的计时或计数，根据一上升沿到下一个下降沿之间的计时或计数计算出初始高电平脉宽；

每当检测到一个新的高电平脉宽时，与初始高电平脉宽比较，如果新的高电平脉宽小于初始高电平脉宽，则将初始高电平脉宽的值更新为新的高电平脉宽的值，持续记录并更新初始高电平脉宽，最终得到该采样周期内的高电平脉宽的最小值；

在确定的采样周期内，获取通过第二脉冲捕获端口监测的一下降沿到下一个上升沿之间的计时或计数，根据一上升沿到下一个下降沿之间的计时或计数计算出初始低电平脉宽；

每当检测到一个新的低电平脉宽时，与初始低电平脉宽比较，如果新的低电平脉宽小于初始低电平脉宽，则将初始低电平脉宽的值更新为新的低平脉宽的值，持续记录并更新初始低电平脉宽，最终得到该采样周期内的低电平脉宽的最小值；

在该采样周期结束时，记录和比较最终的高电平脉宽的最小值和低电平脉宽的最小值，确定大小关系；

当高低电平脉宽的最小值不相等时，基于由信号占空比和采样误差确定的高低电平脉宽的最小值的动态组合生成至少一个通讯周期包括：

根据获取的高电平持续时间与对应采样周期的比例，得到信号占空比；

根据多次采样结果的统计分布或者已知的采样接收器特性和信号特性，得到采样误差；

根据存储的历史数据，针对不同的占空比和采样误差组合，测量或计算出相应的高电平脉宽最小值 和低电平脉宽最小值；

将每一种占空比和采样误差的组合以及对应的高电平脉宽最小值和低电平脉宽最小值记录在一个记录表中；

使用得到的占空比和采样误差作为输入，从记录表中检索相应的高电平脉宽最小值和低电平脉宽最小值的动态组合；

根据查找到的动态组合或者输入的组合指令，输出至少一种高低电平脉宽的最小值的动态组合，并根据动态组合生成对应数量的通讯周期；

持续监测信号的占空比和采样误差，并根据监测结果，实时调整动态组合规则；其中，动态组合规则包括：选择高电平脉宽的最小值和低电平脉宽的最小值中的任意一个的比例值；计算高电平脉宽的最小值和低电平脉宽的最小值的和的比例值；

以及，高低电平脉宽的最小值的动态组合包括：

根据高电平脉宽的最小值和低电平脉宽的最小值之和的比例值，生成第一组合值；

根据高电平脉宽的最小值的比例值，生成第二组合值；

根据高电平脉宽的最小值的比例值，生成第三组合值；

输出包含第一组合值、第二组合值以及第三组合值的动态组合。

5.一种车载CAN网络波特率自适应调整设备，其特征在于，包括：

一个主控节点，包括收发器和处理器，收发器用于与CAN总线进行数据交互，处理器用于执行如权利要求1-3任一项所述的车载CAN网络波特率自适应调整方法；

以及，通过CAN总线与主控节点交互的至少一个子节点。

6.一种计算机可读介质，其上存储有计算机可执行指令，其特征在于，可执行指令被处理器执行时实现如权利要求1-3任一项所述的车载CAN网络波特率自适应调整方法。