专利名称：一种通过can总线扩展监控量的检测装置及方法
技术领域：
本发明涉及监控技术，尤其涉及一种通过CAN (Control 1 Area Network)总线扩展 监控量的检测装置及方法。
背景技术：
随着监控技术的发展以及自动化程度地不断提高，在工业控制、通讯、汽车、消费
电子等领域和产品中，越来越多的信号需要进行实时监控，以达到无人值守的目的。 但是，由于监控需求的不断增加，不可能把原有的监控设备都替换掉，这样不论在
时间上或成本上都是不允许的，所以，希望能够在原有的监控设备基础上再扩展出新的监
控量的检测系统。
目前，对于扩展监测量的检测方法主要有以下几种
1)通过并行总线扩展；
2)通过串行总线扩展；
3)通过CPU+CAN控制器扩展。 虽然以上这几种方式能够实现在满足监控需求的同时，从一定程度上节省时间及 成本，但是，通过并行、串行总线扩展要求原有系统必须留有并行或串行总线且有相应的接 口 ，通过CPU+CAN控制器扩展则要求原有系统并须具有CPU,才能实施相应的扩展，所以，通 过并行总线扩展、通过串行总线扩展、通过CPU+CAN控制器扩展均受原有系统的制约，在扩 展性上有局限性，同时使用硬件资源比较多，灵活性不强。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种通过CAN总线扩展监控量的检测装置 及方法，能够提高设计的灵活性，且具有较好的扩展性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的 —种通过CAN总线扩展监控量的检测装置，包括CAN主设备和可编程逻辑控制器 FPGA扩展系统，CAN主设备和可编程逻辑控制器FPGA扩展系统之间通过CAN总线通信，所 述FPGA扩展系统具体包括CAN IP核、信息过滤器、命令控制器，其中，
所述CAN主设备，用于通过CAN总线发送控制命令数据以及获取需要的数据；
所述CAN IP核，用于接收CAN总线上的数据，并将所接收的数据发送至信息过滤 器；以及将命令控制器返回的数据通过CAN总线发送给CAN主设备； 所述信息过滤器，用于对来自CAN IP核的数据进行过滤，并在判断所述数据是本 FPGA扩展系统接收的数据时，将所述数据发送至命令控制器； 所述命令控制器，用于根据来自信息过滤器的数据，执行相应的操作，以及向CAN IP核返回操作结果数据。 所述FPGA扩展系统还包括数据存储器， 所述命令控制器，还用于根据来自信息过滤器的数据向数据存储器获取数据；
所述数据存储器，用于向命令控制器提供实时变化的数据。 所述FPGA扩展系统还包括采样模块， 所述命令控制器，还用于根据来自信息过滤器的数据通知采样模块实现选通； 所述采样模块，用于根据命令控制器的通知实现选通。 该装置还包括AD转换器件， 所述采样模块，还用于直接对数字量进行采样，以及通过AD转换器件对模拟量进
行采样，并将采样结果保存至数据存储器； 所述AD转换器件，用于为实现模拟量采样进行转换。 该装置还包括电源模块，用于为FPGA扩展系统及AD转换器件供电。 —种通过CAN总线扩展监控量的检测方法，FPGA扩展系统包括CAN IP核、信息过
滤器、命令控制器，该方法包括 CAN IP核检测CAN总线上有数据时，接收所述数据，并将所述数据发送至信息过 滤為； 信息过滤器判断所述数据为本FPGA扩展系统接收的数据，则将所述数据发送至 命令控制器； 命令控制器根据所述数据执行相应的操作，并向CAN IP核返回操作结果数据； CAN IP核将所述操作结果数据通过CAN总线发送至CAN主设备。 将FPGA扩展系统的地址设置为一个固定的地址，所述信息过滤器判断数据是否为本
FPGA扩展系统接收的数据为判断所述数据的接收地址是否跟本FPGA扩展系统的地址一致。 FPGA扩展系统还包括数据存储器，所述命令控制器根据接收的数据执行相应的操
作为数据读取，则命令控制器到数据存储器中读取相应的数据。 FPGA扩展系统还包括采样模块，所述命令控制器根据接收的数据执行相应的操作 为控制模拟通道的选通时，则命令控制器通知采样模块实现选通。 该方法还包括采样模块直接对数字量进行采样，以及通过AD转换器件对模拟量 进行采样，并将采样结果保存至数据存储器。 所述采样模块直接对数字量进行采样，以及通过AD转换器件对模拟量进行采样 时，进行滤波。 本发明通过CAN总线扩展监控量的检测装置及方法，基于可编程逻辑控制器 (FPGA)，并通过硬件描述语言实现数字量和模拟量的扩展采样。由于本发明对原有系统的 依赖关系很小，只要有CAN总线，就可以使用，所以具有较好的扩展性；另外，本发明使用的 硬件资源少，很多逻辑可通过硬件逻辑语言实现，从而可最大程度的实现设计的灵活性。
图1为本发明通过CAN总线扩展监控量的检测装置结构示意图；
图2为本发明通过CAN总线扩展监控量的检测方法流程示意图；
图3为采样模块工作流程示意图。
具体实施例方式
本发明的基本思想是基于可编程逻辑控制器(FPGA)，并通过硬件描述语言实现数字量和模拟量的扩展采样。 图1为本发明通过CAN总线扩展监控量的检测装置结构示意图，如图l所示，本发 明通过CAN总线扩展监控量的检测装置包括CAN主设备11和可编程逻辑控制器(FPGA)扩 展系统12， CAN主设备11和FPGA扩展系统12之间通过CAN总线通信，所述FPGA扩展系统 12具体包括CAN IP核121、信息过滤器122、命令控制器123，其中，
CAN主设备ll，用于通过CAN总线发送控制命令数据以及获取需要的数据。
CAN IP核121，用于接收CAN总线上的数据，并将所接收的数据发送至信息过滤器 122 ;以及将命令控制器123返回的数据通过CAN总线发送给CAN主设备11。该部分逻辑 不需要从头设计，可采用已有的商业逻辑模块进行功能的选配和裁减，以适应我们的系统 需要，由于我们的系统是作为模拟量和数字量检测的一个扩展系统，因此该系统只需要配 置为CAN总线上的一个从设备即可。 信息过滤器122，用于对来自CAN IP核121的数据进行过滤，并在判断所述数据是 本FPGA扩展系统接收的数据时，将所述数据发送至命令控制器123 ; 命令控制器123，用于根据来自信息过滤器122的数据，执行相应的操作，以及向
CAN IP核121返回操作结果数据。 FPGA扩展系统12还包括数据存储器124， 命令控制器123，还用于根据来自信息过滤器122的数据向数据存储器124获取数 据； 数据存储器124，用于向命令控制器123提供实时变化的数据。
FPGA扩展系统12还包括采样模块125， 命令控制器123，还用于根据来自信息过滤器122的数据通知采样模块125实现选 通； 采样模块125，用于根据命令控制器123的通知实现选通。
该装置还包括AD转换器件13， 采样模块125，还用于直接对数字量进行采样，以及通过AD转换器件13对模拟量
进行采样，并将采样结果保存至数据存储器124 ; AD转换器件13，用于为实现模拟量采样进行转换。 该装置还包括电源模块14，用于为FPGA扩展系统12及AD转换器件13供电。
需要说明的是，对应一个CAN主设备的FPGA扩展系统可以有多个。
下面基于图1所示的装置对其工作原理进行描述。 图2为本发明通过CAN总线扩展监控量的检测方法流程示意图，如图2所示，本发 明通过CAN总线扩展监控量的检测方法一般包括以下步骤 步骤201 :CAN IP核检测CAN总线上是否有数据，如果是，执行步骤202 ;否则，返 回步骤201。 需要说明的是，实际应用中，将一个FPGA扩展系统挂到CAN总线上时，需要设定好 系统的地址、通信速率以及CAN的通信方式等。之后，CAN主设备便可以通过CAN总线发送 控制命令给该FPGA扩展系统. 步骤202 :CAN IP核接收所述数据，并将所述数据发送至信息过滤器。 步骤203 :信息过滤器判断所述数据是否为本FPGA扩展系统接收的数据，如果是，执行步骤204 ;否则，执行步骤207。 为简化系统逻辑，一般将各FPGA扩展系统的地址设置为一个固定的特殊地址， FPGA扩展系统的信息过滤器收到来自CAN IP核的数据后，通过判断所述数据的接收地址 是否跟本FPGA扩展系统的地址一致，来判断所述数据是否为本FPGA扩展系统接收的数据。 如果一致，则继续接收，如果不一致，则丢弃该数据包。
步骤204 :信息过滤器将所述数据发送至命令控制器。 步骤205 :命令控制器根据所述数据执行相应的操作，并向CAN IP核返回操作结 果数据。 命令控制器通过从来自信息过滤器的数据中读取命令字来解析命令，并执行相应 的命令，如收到读取数字量信息，则命令控制器到数据存储器中读取相应的数字量信息；需 要控制模拟通道的选通时，命令控制器具体通知采样模块实现选通。 图3为采样模块工作流程示意图，如图3所示，采样模块对数据的采样原则一般 为 在数字量采样端口，当检测到某个10 口发生状态的改变，就更新数据存储器该数 字量信息； 在模拟量采样端口 ，周期选通不同的模拟量通道，采样不同的模拟量数据，并实时 更新到数据存储器中。 需要说明的是，采样模块在对数字量及模拟量进行采样时，往往需要进行滤波，以 避免外界干扰对数据正确性的影响。 步骤206:CAN IP核将所述操作结果数据通过CAN总线发送至CAN主设备，流程接 束。 步骤207 :丢弃所述数据包，返回步骤201。 实施例 本实施例中，FPGA扩展系统具有8路数字量，8路模拟量的扩展能力，某通信组合 电源系统，具有CAN总线，将该FPGA扩展系统通过CAN数据线挂接到CAN总线上，作为从设 备。这样监控单元就是主设备。
该系统具体的工作过程如下 1)将FPGA扩展系统的CAN通信速率设置跟主设备一致，采用peli模式，这样
CAN-IP核输出的就是13字节的数据，同时设定该FPGA扩展系统的地址为OxFE，数字量存
储器DD，模拟量存储器AAO AA7，模拟量通道选择器R。 2)监控单元每隔50ms读取该扩展从设备的数字量和模拟量信息。 3)当FPGA扩展系统检测到CAN总线上有数据，先送往CAN-IP核进行解包处理，然
后送往信息过滤器，当检测数据包的地址字段等于OxFE，则接收该数据包，否则就将该数据
包丢弃。 4)如果有正确的读取信息量的数据包，则送往命令控制模块，进行命令解析。
5)从数据存储器中，读取8位的数字量信息DD，和1路模拟量信息AAn，然后将数 据打包，送往CAN-IP核模块，再发往总线。 6)同步的，在数字量采样模块，当检测到8位数字量中的任意一位发生状态改变，则实时的更新数字量存储器DD。 7)在模拟量采样模块，每隔10ms，进行模拟量通道R的切换，将读取的数据信息存 放到模拟量存储器AAr中。这样，一个读取数据的过程就完成了。 可以看出，采用本发明所述扩展数字量和模拟量的采样方法，通过现有的CAN总 线，可以很方便的扩展出很多数字量和模拟量，硬件设计简单，器件少；无需太多的使用条 件限制，可以用于很多监控系统。 以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
权利要求
一种通过CAN总线扩展监控量的检测装置，其特征在于，该装置包括CAN主设备和可编程逻辑控制器FPGA扩展系统，CAN主设备和可编程逻辑控制器FPGA扩展系统之间通过CAN总线通信，所述FPGA扩展系统具体包括CAN IP核、信息过滤器、命令控制器，其中，所述CAN主设备，用于通过CAN总线发送控制命令数据以及获取需要的数据；所述CAN IP核，用于接收CAN总线上的数据，并将所接收的数据发送至信息过滤器；以及将命令控制器返回的数据通过CAN总线发送给CAN主设备；所述信息过滤器，用于对来自CAN IP核的数据进行过滤，并在判断所述数据是本FPGA扩展系统接收的数据时，将所述数据发送至命令控制器；所述命令控制器，用于根据来自信息过滤器的数据，执行相应的操作，以及向CAN IP核返回操作结果数据。
2. 根据权利要求l所述的通过CAN总线扩展监控量的检测装置，其特征在于，所述FPGA扩展系统还包括数据存储器，所述命令控制器，还用于根据来自信息过滤器的数据向数据存储器获取数据；所述数据存储器，用于向命令控制器提供实时变化的数据。
3. 根据权利要求1所述的通过CAN总线扩展监控量的检测装置，其特征在于，所述FPGA扩展系统还包括采样模块，所述命令控制器，还用于根据来自信息过滤器的数据通知采样模块实现选通；所述采样模块，用于根据命令控制器的通知实现选通。
4. 根据权利要求3所述的通过CAN总线扩展监控量的检测装置，其特征在于，该装置还包括AD转换器件，所述采样模块，还用于直接对数字量进行采样，以及通过AD转换器件对模拟量进行采样，并将采样结果保存至数据存储器；所述AD转换器件，用于为实现模拟量采样进行转换。
5. 根据权利要求1至4任一项所述的通过CAN总线扩展监控量的检测装置，其特征在于，该装置还包括电源模块，用于为FPGA扩展系统及AD转换器件供电。
6. —种通过CAN总线扩展监控量的检测方法，其特征在于，FPGA扩展系统包括CAN IP核、信息过滤器、命令控制器，该方法包括CAN IP核检测CAN总线上有数据时，接收所述数据，并将所述数据发送至信息过滤器；信息过滤器判断所述数据为本FPGA扩展系统接收的数据，则将所述数据发送至命令控制器；命令控制器根据所述数据执行相应的操作，并向CAN IP核返回操作结果数据；CAN IP核将所述操作结果数据通过CAN总线发送至CAN主设备。
7. 根据权利要求6所述的通过CAN总线扩展监控量的检测方法，其特征在于，将FPGA扩展系统的地址设置为一个固定的地址，所述信息过滤器判断数据是否为本FPGA扩展系统接收的数据为判断所述数据的接收地址是否跟本FPGA扩展系统的地址一致。
8. 根据权利要求6所述的通过CAN总线扩展监控量的检测方法，其特征在于，FPGA扩展系统还包括数据存储器，所述命令控制器根据接收的数据执行相应的操作为数据读取，则命令控制器到数据存储器中读取相应的数据。
9. 根据权利要求6所述的通过CAN总线扩展监控量的检测方法，其特征在于，FPGA扩展系统还包括采样模块，所述命令控制器根据接收的数据执行相应的操作为控制模拟通道的选通时，则命令控制器通知采样模块实现选通。
10. 根据权利要求9所述的通过CAN总线扩展监控量的检测方法，其特征在于，该方法还包括采样模块直接对数字量进行采样，以及通过AD转换器件对模拟量进行采样，并将采样结果保存至数据存储器。
11. 根据权利要求10所述的通过CAN总线扩展监控量的检测方法，其特征在于，所述采样模块直接对数字量进行采样，以及通过AD转换器件对模拟量进行采样时，进行滤波。
全文摘要
本发明公开一种通过CAN总线扩展监控量的检测装置，包括CAN主设备和可编程逻辑控制器FPGA扩展系统，FPGA扩展系统中，CAN IP核接收CAN总线上的数据，并发送至信息过滤器；以及将命令控制器返回的数据发送给CAN主设备；信息过滤器在判断数据是本FPGA扩展系统接收的数据时，将其发送至命令控制器；命令控制器根据来自信息过滤器的数据执行相应操作，并返回操作结果数据。本发明还相应地公开一种通过CAN总线扩展监控量的检测方法。由于本发明对原有系统的依赖关系很小，只要有CAN总线就可以使用，所以具有较好的扩展性；且使用的硬件资源少，可最大程度的实现设计的灵活性。
文档编号H04L12/26GK101702659SQ20091023590
公开日2010年5月5日 申请日期2009年10月29日 优先权日2009年10月29日
发明者刘明明, 周保航, 孟燕妮, 滕凌巧, 韦树旺 申请人:中兴通讯股份有限公司