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使用協議異常狀態的數據傳輸.pdf

摘要
申請專利號:

CN201380073328.X

申請日:

2013.12.19

公開號:

CN104995873A

公開日:

2015.10.21

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):H04L 12/40申請日:20131219|||公開
IPC分類號: H04L12/40; H04L29/06; G06F11/07 主分類號: H04L12/40
申請人: 羅伯特·博世有限公司
發明人: F.哈特維希
地址: 德國斯圖加特
優先權: 102012224024.1 2012.12.20 DE
專利代理機構: 中國專利代理(香港)有限公司72001 代理人: 杜荔南; 胡莉莉
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201380073328.X

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2015.11.18|||2015.10.21

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

用于在用戶之間交換數據的方法,這些用戶借助于總線系統相互連接,其中包含數據的消息根據第一通信協議來交換,其中這些消息由比特序列組成,其中具有在根據第一通信協議來交換的消息內的預給定位置的至少一個控制比特必須具有預給定值,其中對于每個消息來說一個用戶占據發送器的角色并且至少另一用戶作為接收器接收消息并且執行對于消息的錯誤監視,其特征在于,通過發送具有與預給定值不同的值的控制比特來將至少一個第一接收器轉送到協議異常狀態中,使得所述至少一個第一接收器中止錯誤監視,其中發送器在發送具有與預給定值不同的值的控制比特之后開始根據第二通信協議傳輸另外的數據到至少一個第二接收器。

權利要求書

權利要求書
1.  用于在用戶之間交換數據的方法,這些用戶借助于總線系統相互連接,
其中包含數據的消息根據第一通信協議來交換,
其中所述消息由比特序列組成,
其中具有在根據第一通信協議來交換的消息內的預給定位置的至少一個控制比特必須具有預給定值,
其中對于每個消息來說一個用戶占據發送器的角色并且至少另一用戶作為接收器接收消息并且執行對于消息的錯誤監視,
其特征在于,
通過發送具有與預給定值不同的值的控制比特來將至少一個第一接收器轉送到協議異常狀態中,使得所述至少一個第一接收器中止錯誤監視,
其中發送器在發送具有與預給定值不同的值的控制比特之后開始傳輸根據第二通信協議的另外的數據到至少一個第二接收器。

2.  根據權利要求1所述的方法,
其特征在于,
總線系統上的比特的值通過物理信號來表示,其中物理信號被用于根據第二通信協議的傳輸,所述物理信號不同于用于根據第一通信協議傳輸的物理信號。

3.  根據權利要求1或2所述的方法,
其特征在于,
至少一個第一接收器停留在協議異常狀態中,直到滿足使用第一通信協議的重新開始條件。

4.  根據權利要求3所述的方法,
其特征在于,
物理信號被用于根據第二通信協議的傳輸,所述物理信號被如此選取,使得在根據第二通信協議的傳輸期間不滿足使用第一通信協議的重新開始條件。

5.  根據權利要求3或4所述的方法,
其特征在于,
以下物理信號被用于根據第二通信協議的傳輸,所述物理信號關于第一通信協議如根據第一通信協議傳輸的確定的、避免重新開始條件發生的物理信號那樣被解釋。

6.  根據權利要求1至5之一所述的方法,
其特征在于,
發送器在發送具有與預給定值不同的值的至少一個控制比特之后傳輸這樣的信息:該發送器根據哪個通信協議來傳輸另外的數據,然后該發送器開始根據該通信協議傳輸所述另外的數據。

7.  根據權利要求1至6之一所述的方法,
其特征在于,
至少一個接收器通過執行協議控制單元或協議狀態機的重啟來占有協議異常狀態。

8.  根據權利要求3至7之一所述的方法,
其特征在于,
定義預給定或能夠預給定數目的具有預給定值的比特作為使用第一通信協議的重新開始條件。

9.  根據權利要求3至7之一所述的方法,
其特征在于,
定義總線上的消失的通信的預給定的或能夠預給定的持續時間作為使用第一通信協議的重新開始條件。

10.  根據權利要求1至9之一所述的方法,
其特征在于,
要根據第一通信協議傳輸的消息具有頭部、數據域和尾部,
其中根據包含在消息的頭部中的標志來確定:如果多個用戶同時嘗試發送消息,哪個用戶獲得對總線的發送訪問,
其中至少一個控制比特包含在頭部中。

11.  根據權利要求1至10之一所述的方法,
其特征在于,
根據第二通信協議在合適的開始信號之后作為任意的、定義的數據單元序列或以UART格式或以FlexRay格式或以以太網MAC格式來傳輸另外的數據。

12.  根據權利要求1至11之一所述的方法,
其特征在于,
并行地在使用多個相互能夠分開的頻帶的情況下根據第二通信協議傳輸另外的數據到多個接收器。

13.  根據權利要求1至12之一所述的方法,
其特征在于,
通過所述方法,為了冗余或加密的目的附加地作為數據根據第二通信協議來傳輸來自根據第一通信協議交換的消息的數據。

14.  用于在用戶之間交換數據的設備,這些用戶借助于總線系統相互連接,
該設備具有使得包含數據的消息根據第一通信協議來交換的裝置,
其中所述消息由比特序列組成,
其中具有在根據第一通信協議來交換的消息內的預給定位置的至少一個控制比特必須具有預給定值,
其特征在于,
其中所述設備包含用于在存在具有與預給定值不同的值的控制比特時根據第二通信協議傳輸另外的數據的裝置。

15.  根據權利要求14所述的設備,
其特征在于,
該設備具有如下裝置,該裝置用于作為發送器通過發送具有與預給定值不同的值的控制比特來將至少一個第一接收器轉送到協議異常狀態中,使得所述至少一個第一接收器中止對于消息的錯誤監視。

16.  根據權利要求14或15所述的設備,
其特征在于,
該設備具有如下裝置,該裝置用于作為接收器在接收具有與預給定值不同的值的控制比特時根據第二通信協議接收另外的數據。

17.  根據權利要求14至16之一所述的設備,
其特征在于,
該設備具有如下裝置,該裝置用于在發送具有與預給定值不同的值的控制比特之后傳輸這樣的信息:根據哪個第二通信協議來傳輸另外的數據。

18.  用于與根據權利要求14至17之一所述的設備一起使用的總線連接單元,
其特征在于,
該總線連接單元具有使得物理信號被用于根據第二通信協議的傳輸的裝置,所述物理信號不同于用于根據第一通信協議的傳輸的物理信號。

19.  根據權利要求18所述的總線連接單元,
其特征在于,
用于根據第二通信協議的傳輸的物理信號被如此選取,使得在根據第二通信協議的傳輸期間不滿足使用第一通信協議的重新開始條件。

20.  根據權利要求18至19之一所述的總線連接單元,
其特征在于,
以下物理信號被用于根據第二通信協議的傳輸,所述物理信號關于第一通信協議如根據第一通信協議的傳輸的唯一物理信號那樣被解釋。

說明書

說明書使用協議異常狀態的數據傳輸
背景技術
本發明從用于在用戶之間交換數據的方法出發,這些用戶借助于總線系統相互連接,其中包含數據的消息根據第一通信協議來交換,其中這些消息由比特序列組成以及具有在根據第一通信協議所交換的消息內的預給定位置的至少一個控制比特必須具有預給定的值,其中對于每個消息來說一個用戶占據發送器的角色并且至少另一其它用戶作為接收器接收消息并且執行對于該消息的錯誤監視。
這種方法例如出現在控制器域網絡(Controller Area Network(CAN))的通信控制器中。該方法例如在可以從羅伯特博世有限公司(Robert Bosch GmbH)網站http://www.semiconductors.bosch.de下載的BOSCH CAN規范2.0中作了描述。總線系統在該情況下通常是諸如扭絞的銅芯電纜的線路對。CAN協議例如在汽車工業中、在工業自動化中或者也在建筑物網絡化中廣泛傳播。要在CAN協議中傳輸的消息具有頭部、數據域以及尾部,其中要傳輸的數據包含在數據域中。消息的頭部包含幀開始比特(Start-Of-Frame-Bit)、仲裁字段(Arbitration Field)以及控制字段(Control Field)。該仲裁字段包括確定消息的優先級的標識符。CAN支持11比特(“標準格式(Standard Format)”或“基本格式(Base Format)”)以及29比特(“擴展格式(Extended Format)”)長度的標識符。該控制字段包括預給定數據域長度的數據長度碼(Data Length Code)。消息的尾部具有CRC字段(CRC Field)、確認字段(Acknowledge Field)以及幀結束字段(End-Of-Frame Field)。下面稱這種CAN協議為“標準CAN(Norm CAN)”。比特率通過標準CAN達到直至1Mbit/s。
發送器和接收器針對要傳輸的消息的角色根據來自消息頭部的信息通過仲裁方法在用戶中分配。仲裁方法在該上下文中意味著,根據包含在消息中的標志協定:在多個用戶同時嘗試發送消息時,哪個用戶獲得對總線的發送訪問,其中在單義地分配的標志情況下通過仲裁方法給恰好一個用戶授予發送訪問。對于本發明來說為前提的至少一個控制比特在CAN的情況下包含在頭部中并且例如是仲裁字段中或控制字段中的保留比特,該保留比特必須以預給定值例如一直顯性地傳輸。
許多其它通信系統知道一直以固定值傳輸的類似的保留比特。下面從CAN出發示出發明構思。但是本發明不由此受限于CAN總線系統,而是可以基于滿足所要求保護的方法的前序部分的特征的所有總線系統來實施。
引入不斷更強地網絡化的應用——例如車輛中的輔助系統或工業設備中的網絡化的控制系統——導致了這樣的一般性需求:必須提高用于串行通信的帶寬。
兩個因素限制了標準CAN網絡中的有效數據速率,即一方面通過CAN總線仲裁方法的功能被向下限制的比特持續時間(也即比特的時間長度),以及另一方面在CAN消息中的數據比特和控制比特(也即包含非有效數據的比特)的數量之間的關系。
已知稱為“CAN with Flexible Data-Rate(具有靈活數據速率的CAN)”或CAN FD的另外的協議。該協議使用了從CAN中已知的總線仲裁方法,但是通過轉換到仲裁結束以后直至比特CRC定界符(Bit CRC Delimiter)的更短的比特持續時間來提高比特率。此外,通過允許更長的數據域來提高有效數據速率。CAN FD也是用于在用戶之間交換數據的方法,這些用戶借助于總線系統相互連接,其中包含數據的消息根據第一通信協議來交換,其中消息由比特序列組成并且在每個包含數據的消息內,具有在比特序列內的預給定位置的至少一個控制比特必須具有預給定的值。
CAN FD可以用于一般的通信,但也用在確定的運行方式中,例如用于軟件下載或行結束編程或用于維護工作。
CAN FD要求兩組比特時鐘配置寄存器,這些比特時鐘配置寄存器定義一個用于仲裁階段的比特持續時間以及另一個用于數據階段的比特持續時間。用于仲裁階段的比特持續時間具有與在標準CAN網絡中相同的限制,用于數據階段的比特持續時間可以關于所選取的收發器的效率以及CAN FD網絡的要求被選取得更短。
收發器或總線連接單元在網絡中的任務是,將通信控制器的邏輯信號根據所設置的物理傳輸層轉化為相應傳輸介質上的所屬物理信號。經常地,例如也針對CAN,在此進行邏輯信號的表示,其方式是生成或傳輸合適的電壓差作為物理信號。這在下面為了說明以CAN為例來實施。
對于CAN來說通常將邏輯信號“0”和“1”表示為總線系統的兩個一般為金屬(例如銅)的線路之間的電壓差。收發器在該情況下通常針對表示“0”主動地調整例如2伏特的預給定的第一差電壓電平,其方式是該收發器例如借助于合適的電流源使電流流動,使得出現期望的電壓差。該所驅動的第一差電壓電平不能被另一用戶重寫。該電平和相應的總線狀態因此稱為“顯性的(dominant)”。
為了表示邏輯“1”不進一步驅動電流。電流流過設置在總線系統的兩個線路之間的總線線路的末端處的一個或多個終端電阻,使得出現與邏輯“1”相對應的第二差電壓電平。該第二差電壓電平可以是零,但也可以由合適的電壓源調整到不同于零的值。該出現的第二差電壓電平可以由另一用戶用顯性的電平來重寫。該第二電平和相應的總線狀態因此稱為“隱性的(rezessiv)”。
收發器此外連續地確定兩個線路之間的電壓差,以便例如通過與閾值比較來確定:剛剛是否存在顯性的或隱性的總線電平。
CAN FD消息由與標準CAN消息相同但是細節上不同的元素組成。因此,數據域和CRC域在CAN FD消息中可以更長。標準CAN和CAN FD消息的示例在圖1中示出。
CAN FD支持CAN協議的兩種標識符長度,11比特長的、也稱為“基本格式”的“標準格式”和29比特長的“擴展格式”。CAN FD消息具有與標準CAN消息相同的結構。通過保留比特來進行在標準CAN消息和CAN-FD消息之間的區分,該保留比特在標準CAN中總是顯性地傳輸,攜帶名稱“r0”和“r1”并且位于數據長度碼之前的控制字段中。在CAN FD消息中該比特被隱性地傳輸并且叫做EDL。與標準CAN消息相比在CAN FD消息中附加地跟隨例如BRS比特的控制字段比特,該控制字段比特說明這樣的位置:在該位置上如果BRS比特具有相應的值,則CAN FD消息中的比特持續時間轉換成更短的值。這在圖2中通過箭頭示出,該箭頭將這些消息劃分成具有標記“CAN FD Daten-Phase(CAN FD數據階段)”的一個片段(在這些片段中使用高比特率或短的比特持續時間)以及具有名稱“CAN FD Arbitration-Phase(CAN FD仲裁階段)”的兩個片段,在該處使用較低的比特率或更長的比特持續時間。
數據域中的字節的數量通過數據長度碼來指明。該碼是4比特寬的并且在控制域中傳輸。該編碼在CAN FD中不同于在標準CAN中。前九個碼(0x0000至0x1000)是相同的,但是下面的碼(0x1001至0x1111)對應CAN FD消息的更大的數據域,例如12、16、20、24、32、48和64比特。
標準CAN收發器可以用于CAN FD,專門的收發器是可選的并且可以在必要時有助于進一步提升數據階段中的比特率。
CAN FD協議在具有標題“CAN with Flexible Data-Rate specification”的協議規范(下面稱為CAN FD規范)中作了描述,該規范可以在羅伯特博世有限公司網站http://www.semiconductors.bosch.de上下載。
只要使用未修改的標準CAN控制器,標準CAN用戶和CAN FD用戶的混合網絡就可以只以標準CAN格式通信。也就是說,網絡中的所有用戶必須具有CAN-FD協議控制器,以便執行CAN FD通信。但是所有的CAN FD協議控制器能夠參與標準CAN通信。
返回到混合網絡中的更慢通信的原因是通過通信用戶監視通信,所述通信用戶對于例如CAN總線系統中的高的傳輸安全性共同負責。因為未修改的標準CAN控制器不能正確地接收CAN FD消息的更快的數據比特,該未修改的標準CAN控制器會通過錯誤消息(所謂的錯誤幀(Error-Frames))來破壞該消息。CAN FD控制器消息會以相似的方式通過錯誤幀被破壞,這些消息在成功仲裁后會嘗試例如使用相對CAN FD規范再次縮短的比特持續時間或者使用其它的比特編碼或不同的協議來傳輸。因此,傳輸速率一般可以被網絡中的更慢的用戶之一或者其監視機制限制。
尤其當應該在兩個確定的用戶之間進行被設置用于不同的、例如更快的通信協議的數據傳輸時,所述限制不總是必要的,并且尤其當在該不同的通信協議的情況下可以放棄會導致破壞不同的或更快的消息的監視機制時可以是不利的。
因此,如果通過錯誤幀導致破壞消息的監視機制在確定的假設下被合適的機制中止,則至少在確定的應用情況中可以實現顯著更高的傳輸速率。
發明內容
本發明提供消除所述缺點的方法,其方式是,在更快地傳輸的消息不被其它總線用戶破壞的情況下使用現有總線系統的線路來實現到更快的或以其它方式修改的通信上的轉換。
本發明的優點
本發明的主題是用于在用戶之間交換數據的方法,這些用戶借助于總線系統相互連接,其中包含數據的消息根據第一通信協議來交換,其中所述消息由比特序列組成,其中具有在根據第一通信協議來交換的消息內的預給定位置的至少一個控制比特必須具有預給定值,其中對于每個消息來說一個用戶占據發送器的角色并且至少另一用戶作為接收器接收消息并且執行對于消息的錯誤監視。該方法的特征在于,發送器通過發送具有與預給定值不同的值的控制比特來將至少一個第一接收器轉送到協議異常狀態中,使得所述至少一個第一接收器中止錯誤監視,其中發送器在發送具有與預給定值不同的值的控制比特之后開始根據第二通信協議傳輸另外的數據到至少一個第二接收器。因此,具有不同值的控制比特用信號通知:總線線路上的通信應該被轉換到不同的、例如更快的通信協議上,對于該通信協議可以中止錯誤監視。因此,可以通過根據本發明的特性來實現如下優點:至少一個接收器的錯誤監視不干擾或不阻止對更快的數據傳輸的使用。
在一個特別有利的實施方式中,總線系統上的比特的值通過物理信號來表示,其中物理信號被用于根據第二通信協議的傳輸,這些物理信號不同于用于根據第一通信協議傳輸的物理信號。這簡化了在接收器側將根據第一協議的通信與根據第二協議的通信分開并且最小化或避免兩個協議的相互干擾。
有利地,至少一個第一接收器停留在協議異常狀態中,直到滿足使用第一通信協議的重新開始條件。通過合適地選取重新開始條件以及第二通信協議可以阻止重新開始條件的無意的出現,使得可以有針對性地在第一和第二通信協議之間來回切換。
如果將物理信號——這些物理信號被如此選取使得在根據第二通信協議的傳輸期間不滿足使用第一通信協議的重新開始條件——用于根據第二通信協議的傳輸,則可以在不發生重新開始條件的情況下不受限地進行根據第二協議的傳輸。對此特別有利的構型是將這樣的物理信號用于根據第二通信協議的傳輸,這些物理信號關于第一通信協議如根據第一通信協議傳輸的確定的、避免重新開始條件發生的物理信號那樣被解釋。于是由此確保不在根據第二通信協議的通信結束之前發生重新開始條件。
此外,可以有利的是:發送器在發送具有與預給定值不同的值的至少一個控制比特之后傳輸這樣的信息:該發送器根據哪個通信協議來傳輸另外的數據,然后該發送器開始根據該通信協議傳輸另外的數據到至少一個第二接收器。尤其如果設置發送器和/或所設置的接收器以用于附加于第一通信協議使用多個通信協議,則可以有意義的是:在開始傳輸之前通知:這些通信協議中的哪個用于隨后的傳輸,使得接收器例如可以對此調整,其方式是所述接收器激活合適的接收單元或實施轉換機制,該轉換機制將隨后根據第二通信協議接收的信號輸送給對此合適的通信裝置。
對于該方法來說可以有利的是,至少一個第一接收器通過執行協議控制單元或協議狀態機的重啟來占有協議異常狀態。還有利的是,定義預給定或可預給定數目的具有預給定值的比特或者總線上的消失的通信的預給定的或可預給定的持續時間作為使用第一通信協議的重新開始條件。這減少了在這些接收器中實施該方法的耗費,因為通常總歸設置執行重啟的相應機制。在此,在諸如CAN的有些總線系統中通常等待一定數目的具有預給定值的比特、尤其是隱性比特的出現,以便再次同步現有的總線通信。
有利地,要根據第一通信協議傳輸的消息具有頭部、數據域和尾部,其中根據包含在消息的頭部中的標志來確定:如果多個用戶同時嘗試發送消息,哪個用戶獲得對總線的發送訪問,其中該至少一個控制比特包含在頭部中。由此總線上的訪問對每個消息來說可追溯地分配給定義的用戶并且不出現消息的沖突,所述沖突導致兩個沖突的消息的破壞。
如果根據第二通信協議將另外的數據在合適的開始信號之后作為任意的、定義的數據單元序列——諸如字節序列或16位、32位或64位單元序列——或以UART格式或以FlexRay格式或以以太網MAC格式來傳輸,則可以快速地傳輸數據。此外,使用這些已知的消息格式可以導致所使用的硬件以及軟件的更高的安全深度。
對于包含用于實施所要求保護的方法的設備來說相同的優點類似地適用。
有利地,定義預給定或可預給定數目的具有預給定值的比特或者確定總線上的消失的通信的預給定的或可預給定的持續時間作為使用第一通信協議的重新開始條件。
至少一個接收器尤其可以在重啟以后在針對具有預給定值的比特的出現而使用邊沿識別裝置和計數器的情況下監視重新開始條件的發生,其中在出現邊沿的情況下重啟該計數器。這從掌控第一通信協議的實現出發進一步減少了用于轉化所述方法的耗費,因為所述用戶通常以這種方式在錯誤引起的重啟以后或在數據傳輸開始時與總線通信同步。
有利地,要根據第一通信協議傳輸的消息具有頭部、數據域和尾部,其中要傳輸的數據包含在數據域中并且至少一個控制比特包含在頭部中。由此可以提早地在消息內在讀取控制比特之后占有協議異常狀態并且必要時將發送器轉換到不同的通信協議上。
只要通過仲裁方法在用戶之間分配了發送器和收發器的角色,其中根據包含在消息的頭部中的標志來規定哪個用戶獲得對總線的發送訪問,如果多個用戶同時嘗試發送消息,則以有利的方式確保在總線通信中不出現沖突。這尤其可以通過以下方式實現:根據CAN標準ISO 11898-1來實施仲裁方法并且消息的頭部包括幀開始比特、仲裁字段、控制字段并且消息的尾部具有CRC字段、確認字段和幀結束字段。
具有用于實施方法的合適裝置的設備——該方法是權利要求1或其從屬權利要求的主題——具有相應的優點。這種設備尤其可以有利地在混合網絡中使用并且在那里有助于快速的以及無摩擦的數據傳輸。
附圖說明
圖1a示出了標準CAN和CAN-FD消息的共同的基本結構。說明了消息片段的順序和名稱(幀開始比特、仲裁字段、控制字段、數據字段、CRC字段、確認字段(Ack Field)以及幀結束字段)。總線在消息之后和之前處于沒有數據傳輸的狀態中,這通過概念“Interframe Space(幀間空間)”來表示。通常使用如在ISO 11898標準中規定的英文名稱。可以在CAN FD消息的情況下進行的比特速率轉換通過具有“標準比特速率(Standard Bit Rate)”以及具有“可選高比特速率(optional High Bit Rate)”的片段來繪入。
圖1b分別以標準或基本格式以及以擴展格式示出了根據標準CAN協議和CAN FD協議的消息的包括幀開始比特、仲裁字段和控制字段的頭部。在CAN FD消息的情況下在數據階段可以進行比特速率轉換。
圖2示出了由第一用戶200和第二用戶250組成的混合網絡。這些用戶通過總線系統100連接,該總線系統例如可以構造為雙芯銅芯線路。導線末端例如可以通過合適的終端電阻來端接,以便避免消息的反射。也可以設想其它的導線拓撲,諸如環形的、星形的或樹形的拓撲。第一和第二用戶通過第一和第二接口201、251與總線系統連接。這些接口例如包括諸如CAN收發器的總線連接單元以及諸如CAN控制器或CAN FD控制器的通信單元。這些接口也可以全部地或部分地與用戶的另外的構件集成地示出。常規的組合例如是將通信單元集成到用戶的同樣存在的微處理器中。
第一用戶通過如下方式顯得突出:所述第一用戶根據本發明可以占有協議異常狀態,而第二用戶通過如下方式顯得突出:所述第二用戶使用第二通信協議或能夠轉換到第二通信協議。只要另外的用戶不干擾所描述的方法,則也可以在網絡上連接這些另外的用戶。在圖2中示出的用戶中的若干用戶也可以是可選的用戶,這些用戶僅在確定的情況下——例如在維護工作的情況下或在編程工作的情況下——被連接。
圖3示例性示出了具有接口201的第一用戶200的示意性框圖。接口包括總線連接單元210以及通信控制器220。通信控制器220包含計數器221和邊沿識別裝置222。
圖4示例性示出具有接口251的第二用戶250的示意性框圖。接口包括總線連接單元260以及通信控制器270,該通信控制器被設置用于實施根據本發明的方法。該通信控制器270為此包含第一協議控制單元271以及第二協議控制單元272。也可以設置兩個單獨的通信控制器,這些通信控制器分別包含協議控制單元之一。
圖5示出了物理信號的示例,所述物理信號在使用根據本發明的方法以及合適的總線連接單元的情況下在從第一通信協議過渡到第二通信協議時在總線線路上通過發送器發送。在第一時間范圍410中在總線上發送的物理信號(在此電壓R和D)不同于在第二時間范圍420中發送的物理信號D和M。
下面描述多個實施例,在這些實施例中第一用戶和第二用戶分別使用不同的通信協議。
具體實施方式
用于相對CAN FD消息容許CAN實現的協議異常狀態:
下面根據圖2和3示出協議異常狀態的從標準CAN網絡出發的示例。在圖2中示出的網絡的第一用戶200在該情況下例如是控制設備,這些控制設備具有帶有修改的標準CAN實現的通信控制器220作為接口201的一部分。在圖2中示出的網絡的第二用戶在此例如是控制設備,這些控制設備具有帶有CAN FD實現的通信控制器作為接口251的一部分。
實現指的是按照硬件或按照軟件實現通信協議,也即例如CAN通信控制器或含有CAN通信控制器并且可以集成在更大的半導體組件中的IP模塊。
通過修改,標準CAN實現——也即按照定義不能用于發送和接收CAN FD消息的標準CAN實現——能夠容許根據不同的第二通信協議實施的通信。在此示出的實施方式中,該不同的第二通信協議是CAN FD。容許不同的通信協議意味著,該修改的標準CAN實現通過其例如產生錯誤幀來忽略并且不干擾根據第二通信協議(在該情況下也即CAN FD)運行的通信。這具有這樣的優點:實現從標準CAN協議到更快的第二協議(也即CAN FD)的轉換,而且是在使用相同的總線芯線的情況下。如果滿足使用第一通信協議(也即標準CAN)的重新開始條件,在根據第二通信協議CAN FD的快速通信結束之后進行到原始的標準CAN協議的反轉換。
針對在此所描述的協議異常狀態組合CAN協議的兩個現有功能,以便使這樣修改的標準CAN實現容許CAN FD。第一,使用設置在標準CAN實現中的計數器221,以便在標準CAN實現同步到總線通信時檢測11個相繼跟隨的隱性比特的出現。這例如在重啟以后或在執行所謂的“總線斷開恢復序列”時在標準CAN中進行(參見CAN規范2.0的第七章“Fault Confinement”,第12條)。第二,使用邊沿識別裝置222,其每CAN總線時間單元在邊沿方面檢驗一次CAN總線側的輸入,以便加入所檢測的邊沿作為比特同步的基礎。(比特的長度在CAN總線的情況下由多個、例如8和25之間的CAN總線時間單元或“時間份額(Time Quanta)”組成,所述CAN總線時間單元或“時間份額”的長度又從相應總線用戶的內部振蕩器時鐘導出。可以從CAN規范2.0提取細節。)
根據在此描述的示例所修改的CAN實現使用了下面的機制:所修改的CAN實現首先照常參與通信,也就是說該修改的CAN實現嘗試在存在要發送的消息時通過發送消息的頭部在仲裁范圍內獲得對總線的訪問。如果沒有要發送的或該修改的CAN實現丟掉仲裁,則該修改的CAN實現將總線通信視為接收器。直接在識別具有標準格式的所接收的標準CAN消息中的比特位置r0處的隱性比特之后,或在識別具有擴展格式的所接收的標準CAN消息中的比特位置r1處的隱性比特之后(根據CAN FD消息的EDL比特的位置,參見圖1a和1b),該修改的標準CAN實現在不改變其錯誤計數器的情況下以及在不發送錯誤幀的情況下重啟其負責協議解碼的狀態機(協議狀態機)或為此設置的協議控制單元,例如以硬件實現的協議控制機構。通過這種方式,該修改的標準CAN實現占有協議異常狀態,在該協議異常狀態中該修改的標準CAN實現等待重新開始條件的發生。在重新開始條件發生時如下面進一步描述的那樣執行重新開始過程。
可替代地,也可以在標準格式的情況下在r0的位置處或在擴展格式的情況下在r1的位置處將標準CAN消息內的具有固定值的其它比特用于引進協議異常狀態,諸如擴展格式中的r0比特。
協議異常狀態:
在協議異常狀態中首先執行協議狀態機或協議控制單元的重啟。在重啟以后,用戶在使用為此設置的對具有預給定值的比特進行計數的計數器221的情況下等待在該示例中11個相繼跟隨的隱性比特的序列。不允許在該序列內出現隱性到顯性的邊沿,否則計數器221重啟。這通過現有的邊沿識別裝置222來監視。
重新開始過程:
如果例如在使用計數器221和邊沿識別裝置222的情況下識別重新開始條件,在本示例中也即11個相繼跟隨的隱性比特的序列,則用戶離開協議異常狀態并且與總線通信同步。因此用戶又準備好發送或者接收標準CAN消息,通過顯性的幀開始比特用信號通知該標準CAN消息的開始。
所示出的機制的優點在于因此確保:所修改的標準CAN用戶等待直到傳輸了CAN FD消息(或直到在由CAN FD用戶識別錯誤時所述CAN FD消息通過錯誤幀被中斷)。因為在傳輸CAN FD消息期間從不滿足11個相繼跟隨的隱性比特的序列的要求并且所修改的標準CAN用戶不像其在上面描述的那樣執行重新開始過程。因此所描述的方法使得該修改的標準CAN實現能夠容許所有CAN FD消息。
有利的是,CAN FD消息的數據階段內的比特持續時間(參見圖2)不比CAN FD仲裁階段的CAN總線時間單元短。否則可能出現的是,11個相繼跟隨的隱性比特由所修改的標準CAN用戶在CAN FD消息中在少數情況下隨機讀出。
檢測CAN FD消息不引起錯誤計數器的遞增,使得所修改的標準CAN實現直接在更快的CAN FD消息的末端之后可以繼續根據標準CAN協議的總線通信。
用于相對根據進一步開發的協議的消息容許修改的CAN FD實現的協議異常狀態:
下面再次參照圖2和3示出從CAN FD網絡出發的協議異常狀態的另一示例。在該情況下,在圖2中示出的網絡的第一用戶200例如是控制設備,這些控制設備具有設備、也即如在圖3中作為接口201的一部分示出的那樣具有帶有修改的CAN FD實現的通信控制器220。在圖2中示出的網絡的第二用戶250在該示例中是控制設備,這些控制設備具有包含另一通信協議的實現的通信控制器作為接口251的一部分。該另一通信協議例如可以是CAN FD協議的進一步開發,該進一步開發例如根據數據長度碼的內容允許比在CAN FD中設置的還更長的數據域。此外,可以設想控制字段中的附加的控制比特,例如為了數據安全的目的或為了在用戶之間傳輸附加的狀態信息。可替代地或附加地,該另一通信協議可以針對CRC字段的內容和/或CRC字段的不同大小設置經修改的計算。也可以設置多個通信控制器,這些通信控制器中的一個實施CAN FD通信并且第二個實施該另一通信協議。
根據公開的規范的CAN FD協議也在消息內的若干預給定位置處具有帶有預給定值的比特。如在圖1b中示出的那樣,標準格式以及擴展格式的CAN FD消息例如包含各一個保留比特r1作為仲裁字段中的最后比特并且在控制字段中包含跟隨EDL比特的保留比特r0。
與此對應,在上面針對修改的標準CAN實現所描述的機制類似于修改的CAN FD實現來應用。該修改的CAN FD實現必須對此包含兩種機制,為此使用所述兩種機制,即一方面用于在該示例中11個相繼跟隨的隱性比特的計數器221以及另一方面邊沿識別裝置222。這通常是給出的。在其它的實施例中可以使用其它機制,這些機制用于在重啟或錯誤識別以后重新開始通信并且這些機制又可以用于實施所述方法。
針對在此描述的協議異常狀態的示例所修改的CAN FD實現現在使用以下機制:修改的CAN FD實現首先照常參與通信,也就是說該修改的CAN FD實現在存在要發送的消息時嘗試通過發送消息的頭部在仲裁的范圍內獲得對總線的訪問。如果沒有要發送的或該修改的CAN FD實現丟掉仲裁,則該修改的CAN FD實現將總線通信視為接收器。直接在識別具有標準格式的CAN FD消息中的比特位置r0處的隱性比特之后,或在識別具有擴展格式的CAN FD消息中的比特位置r0處的隱性比特之后(參見圖1a和1b),該修改的CAN FD實現在不改變其錯誤計數器的情況下以及在不發送錯誤幀的情況下重啟其負責協議解碼的狀態機(協議狀態機)或為此設置的協議控制單元,例如以硬件實現的協議控制機構。通過這種方式該修改的CAN FD實現占有協議異常狀態,在該協議異常狀態中該修改的CAN FD實現等待重新開始條件的發生。該重新開始條件以及由此引進的重新開始過程看起來與已經在前面針對第一實施例描述的基本相同。CAN FD實現通常具有相似的機制,也即尤其可以為此使用的用于隱性比特的計數器221和邊沿識別裝置222。
可替代地,也可以在標準格式或擴展格式的情況下在r0比特的位置處將CAN FD消息內的具有固定值的其它比特用于引進協議異常狀態,諸如仲裁字段末端處的r1比特。
所示出的機制的優點因此確保:該修改的CAN FD用戶等待直到傳輸了根據該另一通信協議的消息(或直到在識別錯誤時該消息必要時通過相應機制被中斷了)。前提是,該另一通信協議被如此構造,使得在傳輸期間從不滿足11個相繼跟隨的隱性比特的序列的要求,并且修改的CAN FD用戶因此不像其在上面描述的那樣執行重新開始過程。因此所描述的方法使得該修改的CAN FD實現能夠容許根據該另一通信協議所傳輸的消息。
使用協議異常狀態用于相對協議轉換容許修改的標準CAN或CAN FD實現:
所描述的協議異常狀態可以根據本發明被用于在混合網絡中執行到不同通信協議的協議轉換,該不同通信協議與第一通信協議相比滿足不同的要求。由于在協議異常狀態中容許第一用戶,第二用戶可以在使用該不同通信協議的情況下交換或傳輸數據,而不被第一用戶干擾。這在下面示例性地實施。該示例從標準CAN或CAN FD網絡出發來示出,但是本發明也可以從滿足權利要求1的前序部分的特征的其它網絡出發來示出。
現在參照圖2、3和4在下面示出本發明的從標準CAN網絡或從CAN FD網絡出發的實施方式。在該情況下,在圖2中示出的網絡的第一用戶200例如是控制設備,這些控制設備如在圖3中作為接口201的一部分示出的那樣具有帶有修改的標準CAN實現或修改的CAN FD實現的通信控制器220。這些第一用戶基本上不同于針對協議異常狀態的兩個前述示例的第一用戶。修改的標準CAN實現以及修改的CAN FD實現也可以作為第一用戶存在。
在圖2中示出的網絡的第二用戶250在該另一示例中是控制設備,這些控制設備作為接口251的一部分具有通信控制器270,該通信控制器可以根據本發明在標準CAN通信或CAN FD通信和至少另一通信協議或通信模塊之間轉換。這種用戶在圖4中示意性示出。該通信控制器270包含用于標準CAN或CAN FD協議的第一協議控制單元271以及用于該至少另一通信協議的第二協議控制單元272。在本發明的未在圖4中示出的可替代的方式中,也可以設置多個單獨的通信控制器,這些通信控制器中的一個實施標準CAN或CAN FD通信并且至少另一通信控制器實施一個或多個另外的通信協議。在該情況下可以維持第一和第二通信控制器或另外的通信控制器之間的連接,使得如果存在使用第二或另外的通信協議的條件,則第一通信控制器可以通知第二或另外的通信控制器。
如果在本發明的上下文中提到第二通信協議,則該第二通信協議在多個另外的通信協議或通信控制器的情況下可以理解為另外的通信協議之一。
該另外的通信協議必須能夠通過針對CAN通信設置的總線線路傳輸并且不允許包含以下片段,這些片段針對修改的標準CAN控制器或針對CAN FD控制器看起來像11個相繼跟隨的隱性比特的序列。另外的數據可以在合適的開始信號以后作為任意的、定義的數據單元序列——諸如作為字節序列或16比特、32比特或64比特單元序列——或以UART格式或以FlexRay格式或以以太網MAC格式來傳輸。原理上可以使用如下每種通信協議,該通信協議可在雙芯線上表示為電壓電平序列并且滿足所提到的前提。
如果這種根據另一通信協議的第二用戶250想要通過網絡傳輸數據,則該第二用戶根據本發明的在此描述的示例使用下面的機制:該第二用戶參與根據標準CAN或CAN FD協議的通信并且嘗試通過發送標準CAN或者CAN FD消息的頭部在仲裁范圍內獲得對總線的訪問。通過選取足夠低值的標識符、根據足夠高的優先級可以確保這在需要時成功。總線通信的其它用戶在丟掉仲裁以后占有作為接收器的角色。
作為消息的發送器的第二用戶現在在消息中發送數據,這些數據導致第一用戶被轉送到協議異常狀態中。如在上面的示例中描述的那樣,這可以通過發送在具有標準格式的CAN FD消息中的比特位置r0或r1處的隱性比特或者通過發送具有擴展格式的CAN FD消息中的比特位置r0或r1處的隱性比特(參見圖1a和1b)來進行。如果修改的標準CAN用戶位于第一用戶200中,則這些修改的CAN用戶由于CAN FD消息的所發送的頭部的EDL比特的隱性電平已經占有協議異常狀態。第一用戶200中的CAN FD用戶由于r0或r1比特的位置處的隱性電平占有協議異常狀態。
在所有的第一用戶200被轉送到協議異常狀態中以后,作為消息的發送器的第二用戶使用該另外的通信協議開始數據傳輸。該第二用戶為此具有可轉換的通信控制器270或者具有用于在多個所設置的如已經實施的那樣的通信控制器之間轉換的轉換機制。所述轉換可以直接在發送最后的比特——該比特對于將第一用戶轉送到協議異常狀態中來說是必要的——以后進行,該比特例如在圖5中示出。所述轉換也可以利用例如預給定或可預給定數目的跟蹤比特的時間偏移來進行。這些跟蹤比特可以在該情況下關于比特持續時間或作為總線線路之間的電壓差的物理實現根據第一通信協議的邊緣條件來定義。通過設置這種追蹤比特也還可以例如傳輸以下信息,該信息說明:在轉換以后根據哪個另外的通信協議來傳輸數據。作為消息的發送器的第二用戶被設置用于根據多個另外的傳輸協議進行數據傳輸時是尤其有利的。
第一用戶200保持在協議異常狀態中直到發生重新開始條件。由此作為消息的發送器的第二用戶可以根據另外的通信協議發送數據,一個或多個另外的用戶——只要這些用戶被為此設置——可以接收所述數據。不是發送器的另外的第二用戶根據該另外的通信協議接收所傳輸的數據。可以規定,另外的第二用戶在根據該另外的通信協議進行的數據傳輸結束以后同樣如第一用戶那樣等待針對根據第一通信協議的通信的重新開始條件。但是,所述另外的第二用戶也可以通過包含在傳輸的數據中的信息主動地又針對根據第一通信協議的通信被轉換。在該情況下前提是:在借助于該另外的通信協議的通信過程中,重新開始條件、也即例如11個相繼跟隨的隱性比特序列不出現。如果借助于該另外的通信協議的通信結束,總線線路停留為無數據的,使得重新開始條件出現并且第一用戶和第二用戶又可以進行根據標準CAN協議或CAN FD協議的通信。
網絡的各個用戶通過所示出的方式可以被設置用于快速地通信,而其它用戶、即網絡的第一用戶200只須如上述那樣被最小地改變。例如,包含例如用于控制通信的大量軟件的中央控制設備或中央網關可能利用為此所連接的至少一個編程設備、服務設備或輸入設備來交換數據或從其接收數據,而不被網絡處的其它用戶干擾。多個為此設置的控制設備也可能通過所描述的機制利用為此所連接的至少一個編程設備、服務設備或輸入設備來交換數據或從其接收數據。這些數據在該情況下可以相繼地或逐片段相繼地或交替地或者并行地(例如在所使用的另外的通信協議中使用多個相互可分開的頻帶)來傳輸。此外,可以設想該方法的使用,以便為了冗余或加密的目的附加地作為數據根據第二通信協議來傳輸來自根據第一通信協議交換的消息的數據。因此,確定的、所選擇的消息出于冗余的原因附加地以不同的格式來發送或者數據可以與加密(例如密鑰或加密的數據或加密信息)相關聯地來發送。
為了確保在借助于另外的通信協議的通信過程中重新開始條件(也即例如11個相繼跟隨的隱性比特序列)不出現,該另外的通信協議或這些另外的通信協議的物理傳輸層也可以相對第一通信協議的傳輸層來匹配:
為此例如可以采用新型收發器260,其被如此設置,使得該收發器附加于第一通信協議的物理信號還可以生成以及確定至少另一通信協議的另外的物理信號,這些物理信號被如此構造使得有效地避免對重新開始條件的響應。例如這可以通過如下方式實現,為了根據第二通信協議傳輸使用諸如差電壓電平的物理信號,這些物理信號關于第一通信協議(也即例如在針對第一通信協議設置的通信控制器中)如根據第一通信協議的傳輸的、避免發生重新開始條件的確定物理信號那樣被解釋。如果如上面所描述的那樣重新開始條件被定義為預給定或可預給定數目的具有預給定值的比特、例如相繼跟隨的隱性比特,則根據第二通信協議的傳輸例如可以使用以下物理信號,這些物理信號關于第一通信協議被解釋為與此不同的比特,也即例如解釋為顯性比特。這在下面示例中根據圖5還作進一步闡述。
例如從常規的CAN收發器出發可能引入:該新型的收發器不僅知道兩種CAN已知的“隱性”和“顯性”電平,而且知道至少一種附加電平(例如“最大”),例如:
- 隱性電平R:發送器的收發器不驅動電流。總線線路之間的電壓差例如是0伏特。
- 顯性電平D:發送器的收發器借助于例如電流源的合適裝置驅動電流,使得出現標準的標準CAN電壓差。總線線路之間的電壓差例如是2伏特。
- 最大電平M:發送器的收發器借助于例如電流源的合適裝置驅動更強的電流,使得出現更高的電壓差。總線線路之間的電壓差例如是4伏特。
前兩個電平被所有參與的標準CAN、CAN FD和新型收發器識別為隱性R或顯性D。該第三電平被所有常規CAN和CAN FD收發器識別為顯性D并且被新型收發器識別為最大M。
圖5示出了物理信號的示例,這些物理信號在從第一過渡到第二通信協議時在總線線路上可以通過發送器的新型收發器來產生。在第一片段410中進行根據第一通信協議的通信。物理信號根據隱性電平R或顯性電平D是0伏特或2伏特的差電壓值。在第二片段420中進行根據第二通信協議的通信。物理信號根據最大電平M或顯性電平D是2伏特或4伏特的差電壓值。
新型收發器260例如具有附加的輸出端,該輸出端連接到根據本發明修改的通信控制器,或必要時連接到實施一個或多個另外的通信協議的另外的通信控制器。例如可能將“Universal Asynchronous Receiver Transmitter(通用異步接收發射器)”(UART)或FlexRay用作協議,但是原理上也可能使用每個其它的串行傳輸協議、例如還有以太網MAC格式。根據總線電平是否被確定為“最大”M或“顯性”D,傳遞不同的邏輯信號到通信控制器。因此如果作為消息的發送器的第二用戶將第一用戶200轉送到協議異常狀態中,則隨后僅在“最大”和“顯性”兩個電平中發送。由此,標準CAN或CAN FD控制器在收發器的接收輸出端處總是僅確定一個顯性總線電平。只要以這種方式傳輸數據,就不發生11個相繼跟隨的隱性比特的重新開始條件。因此,在第二通信協議的可能的所傳輸的數據格式中不存在任何限制。自然也可以確定諸如“最大1”和“最大2”等等的多個附加電平。只要新型的收發器能夠可靠地區分所述電平,則可以將具有多個電平的相應編碼用于傳輸。相應的方法例如由以太網網絡已知。
至少兩個所驅動的電平“顯性”D和“最大”M之間的所描述的轉換具有另外的優點:可以用更短的比特持續時間傳輸所傳輸的比特,因為邊沿的陡度不再取決于如何通過終端電阻來調整電壓電平。
總線用戶僅需要裝備使用另外的通信協議的新型的收發器。其余的總線用戶可以使用常規的收發器。代替在顯性“電平”和“最大”電平之間轉換,也可以將CAN總線保持在顯性電平上并且將ASC數據通過合適的裝置來調制。

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