СПОСОБ РАЗРАБОТКИ УСТРОЙСТВ ИНТЕРФЕЙСА CONTROLLER AREA NETWORK Российский патент 2024 года по МПК G06F11/07 H04L1/24 

Изобретение относится к способам обработки цифровых данных с помощью электрических устройств для обнаружения и исправления ошибок.

Известен способ контроля работоспособности систем массового обслуживания с шинной организацией обмена данных стандарта Controller area network (CAN) по точно известной передаваемой последовательности кодов с использованием однонаправленного устройства сопряжения (патент РФ №2656731). С помощью данного способа возможно проводить разработку устройств CAN.

Недостатком данного способа являются низкие живучесть, безотказность и долговечность разрабатываемых устройств (РУ) CAN, ввиду отсутствия функции контроля функционирования РУ CAN в режиме внесения ошибок, которые могут проявляться в процессе штатной эксплуатации. При разработке РУ CAN невозможно обнаружить определенные виды ошибок, а значит исправить их в ходе доработки, что на прямую влияет на живучесть, безотказность и долговечность РУ CAN.

Согласно ГОСТ 27.002.89, живучесть - это свойство объекта, состоящее в его способности противостоять развитию критических отказов из-за дефектов и повреждений при установленной системе технического обслуживания и ремонта, или сохранять ограниченную работоспособность при воздействиях, не предусмотренных условиями эксплуатации, или сохранять ограниченную работоспособность при наличии дефектов или повреждений определенного вида, а также при отказе некоторых компонентов.

Согласно ГОСТ 27.002-2015, безотказность - это свойство объекта непрерывно сохранять способность выполнять требуемые функции в течение некоторого времени или наработки в заданных режимах и условиях применения.

Согласно ГОСТ 27.002-2015, долговечность - это свойство объекта, заключающееся в его способности выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях использования, технического обслуживания и ремонта до достижения предельного состояния.

Известен способ испытаний устройств интерфейса CAN, описанный в статье (Hardware-in-Loop Test Platform for Electronic Control Unit of Fuel Cell System [Электронный ресурс] // Сайт издания Scientific.net. 2023. URL: https://www.scientific.net/AMM.529.465). С помощью данного способа возможно проводить разработку устройств CAN.

Недостатком данного способа являются низкие живучесть, безотказность и долговечность РУ CAN, ввиду отсутствия функции совокупного контроля параметров соответствия ответов и изначальной исправности РУ CAN в режиме внесении ошибок при его разработке. При разработке РУ CAN невозможно обнаружить определенные виды ошибок, а значит исправить их в ходе доработки, что на прямую влияет на живучесть, безотказность и долговечность РУ CAN.

Наиболее близким (прототипом) является способ разработки устройств интерфейса CAN, описанный в статье (Development of FPGA Based CAN Bus Error Generator System [Электронный ресурс] // Сайт журнала An International Scientific Journal of Sapientia Hungarian University of Transylvania. 2023. URL: https://acta.sapientia.ro/content/docs/development-of-fpga-based-can-bus-error-.pdf).

Недостатком данного способа являются низкие живучесть, безотказность и долговечность РУ CAN, ввиду отсутствия функции совокупного контроля параметров соответствия ответов и изначальной исправности РУ CAN в режиме внесении ошибок при его разработке. При разработке РУ CAN невозможно обнаружить определенные виды ошибок, а значит исправить их в ходе доработки, что на прямую влияет на живучесть, безотказность и долговечность РУ CAN.

Для заявленного способа выявлены основные общие с прототипом существенные признаки: способ разработки устройств интерфейса Controller area network заключающийся в том, что разрабатывают устройство CAN, контрольно-проверочную аппаратуру (КПА) для РУ CAN; при помощи разработанной КПА, формируют и выдают в РУ CAN электрический сигнал, реализующий сообщения, которые могут содержать ошибки.

Технической проблемой прототипа являются низкие живучесть, безотказность и долговечность РУ CAN, ввиду отсутствия функции совокупного контроля параметров соответствия ответов и изначальной исправности РУ CAN в режиме внесении ошибок при его разработке. При разработке РУ CAN невозможно обнаружить определенные виды ошибок, а значит исправить их в ходе доработки, что напрямую влияет на живучесть, безотказность и долговечность РУ CAN.

Поставленная техническая проблема изобретения решается тем, что способ разработки устройств интерфейса CAN реализуется следующим образом. Разрабатывают устройство CAN. Разрабатывают КПА для РУ CAN. Формируют и выдают из КПА в РУ CAN электрический сигнал, реализующий первое сообщение с кадром данных, которое не содержит ошибок. Затем формируют и выдают в РУ CAN электрический сигнал, реализующий второе сообщение с кадром данных из первого сообщения, со сформированной ошибкой составляющих этого электрического сигнала, реализующих произвольные информационные биты. Затем формируют и выдают в РУ CAN электрический сигнал, реализующий третье сообщение с кадром данных, которое не содержит ошибок и повторяет первое сообщение. После выдачи каждого электрического сигнала из КПА в РУ CAN, при помощи КПА, принимают и контролируют ответные электрические сигналы от РУ CAN. Контроль принятых электрических сигналов, содержащих сообщения, проводят по следующим трем критериям:

- после первого сообщения должен быть ответ с наличием информационной составляющей электрического сигнала, содержащей подтверждение приема;

- после второго сообщения должен быть ответ с наличием информационной составляющей электрического сигнала, содержащей кадр ошибки и отсутствием информационной составляющей подтверждения приема;

- после третьего сообщения должен быть ответ с наличием информационной составляющей электрического сигнала, содержащей подтверждение приема.

Если РУ CAN не соответствует, хотя бы, одному из трех критериев, то устраняют обнаруженную ошибку РУ CAN путем его доработки и снова повторяют процесс обмена электрическими сигналами между КПА и РУ CAN с проведением соответствующего контроля. Повторяют итерации доработки и контроля РУ CAN до тех пор, пока оно не будет соответствовать всем трем критериям. Если РУ CAN соответствует всем трем критериям, то завершают его разработку и передают его в эксплуатацию потребителями.

Способ осуществляют следующим образом.

Способ разработки устройств интерфейса CAN, заключающийся в том, что разрабатывают устройство CAN. Разработка заключается в анализе технического задания, проектировании электрических схем, монтаже электрорадиоизделий и прочее. На сегодняшний день, интерфейс CAN применяется в аппаратуре различного назначения, в том числе в бортовой электронной аппаратуре космических аппаратов. Разрабатывают КПА для РУ CAN. Например, такую КПА возможно изготовить из следующей модульной аппаратуры: PXIe-1095 (https://www.ni.com/ru-ru/shop/model/pxie-1095.html), PXIe-8861 (https://www.ni.com/ru-ru/shop/model/pxie-8861.html), PXI-8513 (https://www.ni.com/ru-ru/shop/model/pxi-8513.html). Примененную аппаратуру соединяют кабелями с РУ CAN.

Далее формируют и выдают из КПА в РУ CAN электрический сигнал, реализующий первое сообщение по ГОСТ Р ИСО 11898-1-2015 с кадром данных, которое не содержит ошибок. Затем формируют и выдают в РУ CAN электрический сигнал, реализующий второе сообщение по ГОСТ Р ИСО 11898-1-2015 с кадром данных из первого сообщения, со сформированной ошибкой составляющих этого электрического сигнала, реализующих произвольные информационные биты, например искажение CRC. Затем формируют и выдают в РУ CAN электрический сигнал, реализующий третье сообщение по ГОСТ Р ИСО 11898-1-2015 с кадром данных, которое не содержит ошибок и повторяет первое сообщение. После выдачи каждого электрического сигнала из КПА в РУ CAN, разработчики и операторы испытаний РУ CAN, при помощи КПА, принимают и контролируют ответные электрические сигналы от РУ CAN.

Контроль принятых электрических сигналов, содержащих сообщения, проводят по следующим трем критериям: после первого сообщения должен быть ответ с наличием информационной составляющей электрического сигнала, содержащей подтверждение приема. После второго сообщения должен быть ответ с наличием информационной составляющей электрического сигнала, содержащей кадр ошибки и отсутствием информационной составляющей подтверждения приема. После третьего сообщения должен быть ответ с наличием информационной составляющей электрического сигнала, содержащей подтверждение приема. Если РУ CAN не соответствует, хотя бы, одному из трех критериев, то устраняют обнаруженную ошибку РУ CAN путем его доработки и снова повторяют процесс обмена электрическими сигналами между КПА и РУ CAN с проведением соответствующего контроля.

Повторяют итерации доработки и контроля РУ CAN до тех пор, пока оно не будет соответствовать всем трем критериям. Если РУ CAN соответствует всем трем критериям, то завершают его разработку и передают его в эксплуатацию потребителями. Доработку РУ проводят путем исправления его электрических схем или его управляющего программного обеспечения и пр.

Техническое улучшение процесса разработки РУ CAN по предложенному способу происходит, в том числе, за счет совокупного контроля параметров соответствия ответов и изначальной исправности РУ CAN в режиме внесения ошибок. Это заключается в том, что для проверки того, как реагирует РУ CAN на наличие ошибок в сообщениях (отработать нештатные ситуации), необходимо сначала убедиться в том, что оно правильно реагирует на сообщения по ГОСТ Р ИСО 11898-1-2015, которые не содержат ошибок. Это делается, например, для избегания ситуации, описанной далее. Например, было принято решение проводить испытания сразу с внесенной ошибкой сообщения. После его приема, РУ активировало заложенный в него алгоритм живучести и парировало обнаруженную ошибку. По результатам испытаний заключили, что алгоритмы обеспечения живучести исправны и работоспособны. РУ CAN приняли в штатную эксплуатацию, в ходе которой, было выяснено, что алгоритмы обеспечения живучести активируются при приеме РУ CAN любых сообщений, в том числе не содержащих ошибок. Причем такое (неправильное) функционирование РУ CAN может наблюдаться не постоянно, а время от времени, в зависимости от сложной совокупности условий эксплуатации, что еще более затрудняет обнаружение факта не правильного функционирования на Земле. Вышеописанного неправильного вывода об исправности РУ CAN можно было избежать путем применения алгоритмов совокупного контроля параметров соответствия ответов и изначальной исправности РУ CAN, предложенных в рамках данной заявки на изобретение, когда этапу внесения ошибки непосредственно (практически одновременно) предшествует этап контроля реагирования РУ CAN на сообщения не содержащее ошибок. Причем правильность реагирования определяется ГОСТ Р ИСО 11898-1-2015, то есть при приеме сообщения не содержащего ошибок, РУ CAN должно отправить на шину CAN подтверждение приема, а при приеме сообщения, содержащего ошибку - отправить кадр ошибки и не отправлять подтверждение приема. Третью итерацию испытаний, а именно повторную отправку в РУ CAN сообщения, не содержащего ошибок, проводят для подтверждения того, что РУ CAN все еще (то есть на всем протяжении испытаний) находится в исправном состоянии и правильно реагирует на сообщения, не содержащие ошибок, что подтверждает адекватность эксперимента при выдаче второго сообщения. Как разъяснено выше, предложенный способ позволяет обнаруживать определенные виды ошибок, которые невозможно обнаружить при использовании способа прототипа, а значит, предложенный способ обеспечивает:

- возможность обнаружения ошибок функционирования алгоритмов и средств обеспечения живучести, встроенных в РУ, что позволяет проводить доработки РУ в части устранения обнаруженных ошибок и тем самым повышать живучесть РУ;

- возможность обнаружения ошибок РУ, не связанных с активацией алгоритмов живучести, но позволяющих проверить функции правильного реагирования на наличие ошибок (например, отсутствие ответа на принятое сообщение, содержащее ошибки), что позволяет проводить доработки РУ в части устранения обнаруженных ошибок и тем самым повышать безотказность, а равно и долговечность РУ (ГОСТ 27.002.89). Кроме того, правильное функционирование алгоритмов обеспечения живучести само по себе являются одной из основных функций РУ CAN, а значит, их неработоспособность также является отказом, а значит, нарушает работоспособность и долговечность.

Таким образом, предложенный в рамках данной заявки способ разработки устройств интерфейса CAN, позволяет повысить живучесть, безотказность и долговечность РУ CAN, путем совокупного контроля параметров соответствия ответов и изначальной исправности РУ CAN в режиме внесении ошибок при его разработке. Что позволяет обнаружить определенные виды ошибок, а значит исправить их в ходе доработки, что повышает живучесть, безотказность и долговечность РУ CAN.

Предложенный способ разработки устройств интерфейса CAN применен при разработке бортовой электронной аппаратуры космических аппаратов АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва» и подтвердил повышение ее живучести, безотказности и долговечности.

Способ разработки устройств интерфейса Controller area network (CAN) заключающийся в том, что разрабатывают устройство CAN и контрольно-проверочную аппаратуру (КПА) для него. При помощи разработанной КПА, формируют и выдают в разработанное устройство (РУ) CAN сообщения по следующему алгоритму:

первый раз - первое сообщение, которое не содержит ошибок;

второй раз - второе сообщение, со сформированной ошибкой произвольных битов;

третий раз - снова первое сообщение, которое не содержит ошибок.

Далее контролируют состояние РУ CAN по следующим критериям, после каждого отправленного выше сообщения:

первый раз - подтверждение приема;

второй раз - отсутствие подтверждения приема и наличие кадра ошибки;

третий раз - подтверждение приема.

РУ CAN считают прошедшим испытания, если оно соответствует всем трем критериям.

Если РУ CAN не соответствует хотя бы одному критерию, то РУ CAN дорабатывают и затем повторяют итерацию испытаний и контроля. Данный алгоритм и соответствующая ему КПА позволяют проводить совокупный контроль параметров соответствия ответов от РУ CAN и его изначальной исправности.

Техническим результатом изобретения является повышение живучести, безотказности и долговечности РУ CAN, что обусловлено возможностью определения необходимых доработок РУ CAN путем применения специальных устройств и алгоритмов обнаружения ошибок.

Способ разработки устройств интерфейса Controller area network (CAN), заключающийся в том, что разрабатывают устройство CAN; разрабатывают контрольно-проверочную аппаратуру (КПА) для разработанного устройства (РУ) CAN; при помощи разработанной КПА формируют и выдают в РУ CAN электрический сигнал, реализующий сообщения, которые могут содержать ошибки, отличающийся тем, что после разработки устройства CAN и его КПА формируют и выдают из КПА в РУ CAN электрический сигнал, реализующий первое сообщение с кадром данных, которое не содержит ошибок; затем формируют и выдают в РУ CAN электрический сигнал, реализующий второе сообщение с кадром данных из первого сообщения, со сформированной ошибкой составляющих этого электрического сигнала, реализующих произвольные информационные биты; затем формируют и выдают в РУ CAN электрический сигнал, реализующий третье сообщение с кадром данных, которое не содержит ошибок и повторяет первое сообщение; после выдачи каждого электрического сигнала из КПА в РУ CAN, при помощи КПА, принимают и контролируют ответные электрические сигналы от РУ CAN; контроль принятых электрических сигналов, содержащих сообщения, проводят по следующим трем критериям:

после первого сообщения должен быть ответ с наличием информационной составляющей электрического сигнала, содержащей подтверждение приема;

после второго сообщения должен быть ответ с наличием информационной составляющей электрического сигнала, содержащей кадр ошибки, и отсутствием информационной составляющей подтверждения приема;

после третьего сообщения должен быть ответ с наличием информационной составляющей электрического сигнала, содержащей подтверждение приема;

если РУ CAN не соответствует хотя бы одному из трех критериев, то устраняют обнаруженную ошибку РУ CAN путем его доработки и снова повторяют процесс обмена электрическими сигналами между КПА и РУ CAN с проведением соответствующего контроля; повторяют итерации доработки и контроля РУ CAN до тех пор, пока оно не будет соответствовать всем трем критериям; если РУ CAN соответствует всем трем критериям, то завершают его разработку и передают его в эксплуатацию потребителями.