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用于控制器局域网络的鲁棒性增强的路由器

阅读:638发布:2020-05-11

专利汇可以提供用于控制器局域网络的鲁棒性增强的路由器专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种通过接收至少一部分传入 帧 ,路由CAN或CAN-FD帧的方法;在任何可以根据传入帧对策略进行评估的时候,甚至在传入帧被完整地接收之前,应用一个编好程序的策略来确定传入帧应该被转发到一个或多个目标 接口 中的哪一个接口上;然后有可能在传入帧完整地被接收之前,就将目标接口上接收到的帧加入队列或立即传输。该方法可以包括将编好程序的策略应用于速率受到限制的传入帧,并 指定 策略将会转发帧的速率。并且还可以包括在接收或传输期间实施对帧的 修改 ,该修改也会在所述CAN帧接收或传输时的修改编程策略的过程中进一步被编码。,下面是用于控制器局域网络的鲁棒性增强的路由器专利的具体信息内容。

1.一种路由CAN或CAN-FD的方法,其特征在于,所述方法包括:
接收传入帧的至少一部分;
在可以根据传入帧对已编程的策略进行评估的任何时候,甚至在所述传入帧被完整地接收之前,应用所述策略来决定所述传入帧被转发到的一个或多个目标接口;以及可能在完整地接收所述传入帧之前,在所述目标接口对接收到的帧发起排队或立即传输。
2.根据权利要求1的方法,其特征在于,进一步包括:
将已编程的策略应用于包含速率限制的所述传入帧,所述速率限制指定所述策略转发帧的速率。
3.根据权利要求2的方法,其特征在于,进一步包括:
在所述接收或所述传输的期间实施对所述帧的修改,所述修改进一步编码在所述CAN帧的所述已编程的策略的修改内,因为在已完整地接收到或已完整地传输所述CAN帧之前,所述CAN帧可能被接收或传输。
4.根据权利要求3的方法,其特征在于,进一步包括:
将接收或传输的帧定向到本地处理设备的策略指定的可选重定向,其中,内部处理设备执行用于响应所述帧的进一步处理,包括记录统计信息、存储信息以供以后使用,发送用于响应的帧、进一步修改所述帧以进行重传,和/或修改将在未来的路由中应用的转发策略。
5.根据权利要求4的方法,其特征在于,进一步包括:
一个或多个接口被限定为被动分接头,其中在被动分接头接收的帧不会被转发到其他的接口。
6.一种路由CAN或CAN-FD帧的系统,其特征在于,该系统包括:
多个CAN或CAN-FD接口;
可以作出帧的路由决策的设备,其中,通过以下方式使得所述设备不可变:使用固定配置的电子设备、使用存储在存储器中的并在安装后变为只读的指令、和/或存储在存储器中的并在安装后变为只读的配置数据;
可以执行帧的路由决策的设备,其中,通过以下方式使得所述设备不可变:使用固定配置中的电子设备、使用存储在安装后变为只读的存储器中的指令、和/或存储在安装后变为只读的存储器中的配置数据;和
存储帧的路由策略的设备,被所述设备使用以做出帧的路由决策。
7.根据权利要求6的系统,其特征在于,进一步包括:
帧的路由决策的限定被存储在存储器,通过如下方式使得所述存储器不可变:使用固定配置中的电子设备、使用存储在安装后变为只读的存储器中的指令、和/或存储在安装后变为只读的存储器中的配置数据。
8.一种响应请求-响应协议的方法,包括CAN或CAN-FD路由器中的OBD-II协议其特征在于,所述方法包括:
从传入接口接收请求帧;
在所述路由器中解码请求帧;和
在所述路由器中发起应答帧。
9.根据权利要求8的方法,其特征在于,进一步包括:
利用缓存在所述路由器的存储器内的数据,生成应答帧。
10.根据权利要求9的方法,其特征在于,进一步包括:
基于由所述路由器在与发起的接口不同的接口上发起的代理事务请求,生成应答帧数据。
11.根据权利要求10的方法,其特征在于,进一步包括:
在给定的时间段内,由所述路由器生成代理请求的最大数量的限制,其中,所述限制被编码在所述路由器的策略中。
12.根据权利要求11的方法,其特征在于,进一步包括:
基于所述路由器的策略中配置的固定响应,生成应答帧数据。

说明书全文

用于控制器局域网络的鲁棒性增强的路由器

技术领域

[0001] 本发明主要涉及控制器局域网络的路由器。

背景技术

[0002] 控制器局域网络(比如那些用控制器局域网络(CAN)总线和可变速率控制器局域网络(CAN-FD)总线技术实现的控制器局域网络)被用于连接传感器制动器、控制器、监视器、以及工业机器人电子汽车系统领域的故障检测组件,故障检测组件可以是工业机器人、电子汽车系统领域的,也可以是以及其他需要电子监控的领域的。虽然CAN总线和CAN-FD总线的电气规范和协议规范被设计用于,在当设备被正确操作时来确保鲁棒的网络的正常运行,但是设备自身可能会发生故障,使它们的安全性和完整性容易受到影响,或者设备自身也可能会连接到带有恶意的网络。此外,对操作或安全关键过程至关重要的设备通常与不太稳健的监控和诊断设备互连。那些需要操作性或者安全性的设备都常常连接少量的鲁棒监视器和故障检测设备。可能是因为与不安全或者不可靠的通用计算机硬件连接是不可避免的,或者因为对无线的或者公共的计算机网络访问量激增,或者因为预算的限制,使得延长共享的或者老式的硬件的生命周期延长了。

发明内容

[0003] 本发明可以体现为一种方法,该方法在CAN和CAN-FD与任何接收过程中的和接收过程结束后的路由策略匹配时,只要路由策略能够合理评估,允许帧(或者路由策略修改的版本)的重传,并且不需要满足帧优先完整地被接收的要求。除了帧自身的来源和内容,路由策略也可能会包含接收或传输的速率。当需要对帧路由或者响应的复杂进程增多时,如果需要的话,帧会被送到路由器中的本地处理设备,而不是CAN接口。此外,路由器的一个或者多个接口会被指定为被动分接头(passive taps),从被动分接头接收的帧不会被转发到其他接口,但是从其他接口接收的帧可能会被转发到被动分接头。
[0004] 本发明可以体现在一种系统,该系统用于路由CAN和CAN-FD帧,包括多个CAN或CAN-FD接口、一个不可重配置且不可重编程的路由元件、一个不可重配置且不可重编程的策略决定元件、和一个策略储存区。如果需要,还可以进一步地将策略存储区设置为不可重编程。
[0005] 本发明可以体现在一种方法,该方法响应例如在CAN或CAN-FD路由器内的OBD-II的请求-响应协议()。响应来自于路由器本身,而不是目标OBD-II设备。响应中的数据可以被以下内容填充:以原始请求者名义发送的代理请求响应事务、以前收到的缓存数据、或路由器策略中描述的固定有效负载。
[0006] 本发明的优选实施例的路由器增强了控制器局域网(例如那些建立在CAN和CAN-FD总线技术上的网络)的鲁棒性。优选实施例结合了各种提高系统鲁棒性的技术,提高了包括在故障、受损或恶意总线节点情况下的恢复能。这只是本发明提出的方法和装置的其中一个实施例;基于不同逻辑、处理器、和/或存储器技术,以及使用本发明提出的主题的某些子集的路由器的实施例,也是可以实现的。
[0007] 路由器通过调节由路由器连接的CAN或CAN-FD总线之间的信息类型、信息内容、信息速率和信息流方向,增强了控制器局域网的鲁棒性。在配置的路由策略可以被评估后,消息可以被路由,这意味着在目标接口上的传输开始之前,不需要完整地接收消息。这可以防止路由器中断延迟和抖动敏感的通信。
[0008] 为了进一步增强鲁棒性,作为请求-响应协议如OBD-II(基于CAN的常用汽车诊断协议))的一部分,发出的请求可以由路由器本身进行服务,而不会在目标总线上产生流量,或者会在目标总线上生成精心控制的流量。作为响应返回的数据可以由路由器通过代理请求、从以前在另一个接口上接收到的缓存数据或在策略中配置的固定响应来获取。请求-响应代理通过控制请求的内容、速率和类型进一步增强了鲁棒性。如果缓存的数据或固定的响应可以返回到请求设备,那么请求流量将在目标总线上完全消除。
[0009] 此外,一个或多个接口可以被指定为被动分接头,因此来自被动分接头的流量不会转发到其他接口。具有从另一个接口缓存的数据或具有固定响应的请求-响应代理可以与OBD-II和其他请求-响应协议兼容,但不违背此被动分接头性质。被动分接头允许不受信任的设备(可能在监管检查或服务期间暂时连接)和易受攻击的设备(如暴露于无线网络或互联网连接的设备)连接到敏感网络,如车辆动力传动系统电子控制单元
[0010] 在优选实施例中,通过不可重配置和不可重编程的方式实现路由/队列、代理和策略查找过程,可以防止恶意、受损或故障的设备更改路由功能。有许多众所周知的技术可以做到这一点,那些特别适合的技术包括使用固定电路配置,固定功能的集成电路(如ASIC和不可重配置的阵列),用于存储配置数据的只读存储器、硬件和软件,只可编程一次的存储器,或仅在制造时可编程的存储器。如果应用程序允许,路由策略可以进一步存储在类似的不可重配置的逻辑电路、只可编程一次的存储器,或仅在制造时可编程的存储器中。附图说明
[0011] 图1是本发明的优选实施例中各组件的连接示意图。
[0012] 图2是本发明的优选实施例执行的组合逻辑的流程图

具体实施方式

[0013] 图1说明了本发明的优选实施例,然而,它仅代表本发明的可能实施例之一。本发明包括任何电子实施例,不论处理过程、逻辑、存储器或其他实现技术是什么。
[0014] 至少两个CAN或CAN-FD接口101-103通过路由/队列结构110相互连接,能够以任意延迟在CAN网络之间交换信息(本文称为CAN帧,是CAN信息的物理层体现),以便一旦针对传入消息成功评估路由策略后就可以开始帧转发。。结构的队列部分允许延迟消息,直到策略与即将传入的消息匹配(如果在结束之前没有策略可以匹配,则可能需要缓冲整个消息),或者在做出策略决定后目标接口是否繁忙。
[0015] 帧路由/队列结构110连接到路由策略查找逻辑104,以搜索路由策略存储105中编码的路由策略。路由策略存储器可以由随机存取储存器(RAM或线性可寻址ROM)、内容可寻址储存器(CAM或缓存)或其他形式的储存器组成,前提是在收到传入的CAN帧时,查找逻辑104能够查找到策略。在某些情况下(例如使用RAM),允许快速查找的已知数据结构可能会使结果更有效的实现。
[0016] 路由策略存储105可以基于帧的任何子集或整个帧,对帧的规则进行编码。在许多情况下,帧的规则只需要指定传入总线的规范、CAN帧的数据头(它对描述帧有效负载的CAN-ID进行编码)、或数据头的某些初始部分。在其他情况下,可能需要检查整个CAN帧、或其确定应用的策略的部分。在路由策略存储105中编码的帧的规则指定了应将相匹配的帧转发到哪个接口,转发期间应对帧进行哪些修改,以及是否应将帧转发到OBD-II代理处理106或管理处理107。策略还可以指定帧的规则在传入或传出消息的哪个速率范围内处于活动状态。
[0017] 帧的路由/队列结构103进一步连接到OBD-II代理处理106,该处理106可以接收OBD-II的请求并可能在不在目标总线上产生流量的情况下进行响应,或者通过在目标总线上生成精心控制的流量来进行响应。响应中的数据使用以下内容填充:之前在目标总线上接收到的缓存数据、路由策略中编码的固定响应、或OBD-II代理处理器为了传入请求发出的代理请求。OBD-II数据缓存108中的缓存数据可以根据对这些代理请求的响应或在目标总线上被动观察到的响应进行更新。与优选实施例中的所有元件一样,在从进线接口上接收到整个CAN帧之前,进程可以尽快开始。
[0018] 帧的路由/队列结构103进一步连接到管理处理107,该处理器可以执行任意的固件定义的计算,来对帧的路由结构指向的CAN帧做出响应。这些计算包括但不限于记录统计数据、执行安全或功能审核、传输附加帧、以及更新路由策略存储105以收纳通过观察活动的总线“学习”的信息。与优选实施例中的所有元素一样,在从进线接口上接收到整个CAN帧之前,进程可以尽快开始。
[0019] CAN或CAN-FD接口101-103、帧路由/队列结构110、路由策略查找逻辑104、OBD-II代理处理106、管理处理107、路由策略存储105和OBD-II数据缓存108可通过多种技术实现。虽然它们的功能在逻辑上是不同的,但它们可以在相同的设备或技术中实现,每个功能要么共享空间、时间,要么与其他功能组合在一起。在优选实施例中,这些元件的逻辑功能是通过使用不可重配置的电子元件来固定的。许多实现不可重配置特性的技术是众所周知的,但特别适合的技术包括使用固定电路配置,固定功能集成电路(如ASIC和不可重配置栅极阵列),用于存储配置、硬件和软件的只读存储器,及只能编程一次或仅在制造时可编程的存储器。此外,当应用程序允许时,路由策略存储105可以通过相同的技术进一步也变得不可重配置。
[0020] 图2以流程图的形式说明了优选实施例实现的组合逻辑。请注意,虽然这是从一个传入的CAN帧的度来看的,但是也可以多个CAN帧同时接收。
[0021] 对于每个CAN帧,首先接收到帧起始信号201,并启动该进程。接收到一个比特202(帧的开始本身就构成一个比特)。到目前为止,消息中接收到的所有比特都用于搜索204路由策略存储105。如果一条信息还没有全部被收到203,并且策略没有规定一个动作205,则不会立即采取任何行动,并且会进一步收到更多的比特202。如果在应用某个策略之前,一条信息已经全部被收到203,则将应用默认策略208。在发生错误的情况下(不论是由CAN或CAN-FD接口检测到,还是由另一个总线节点发出信号),应用错误策略206。错误策略对检测到错误时应采取的动作进行编码。策略的应用代表了应用于帧路由/队列结构110、OBD-II代理处理106或管理处理105的一个或多个动作的执行。应用一个策略后,该进程视为已完成209-211。
[0022] 注意,优选实施例试图在每个新比特的接收上找到匹配的路由策略。实际上,本发明包含的路由器可以不太频繁地搜索匹配策略,例如在接收到传入帧的数据头或CAN-ID之后开始搜索,而不需要在每个比特接收到之后均进行搜索。
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