用于以可转换的数据速率进行串行数据传输的方法和装置的制造方法
【专利说明】用于以可转换的数据速率进行串行数据传输的方法和装置
[0001 ] 本申请是申请日为2011年9月20日、申请号为201180045425.9(国际申请号为PCT/EP2011/066326)以及发明名称为“用于以可转换的数据速率进行串行数据传输的方法和装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及用于在总线系统的至少两个用户之间传输数据的一种方法和一种装置，其中所传输的位的持续时间可以在至少两个不同的值之间转换。
【背景技术】
[0003]例如从公开文献DE100 00 305 Al中公知控制器域网络以及称作为“时间触发的CAN” (TTCAN)的CAN扩展方案。在CAN中适用的介质访问控制方法基于逐位的判优。在逐位的判优时，多个用户站可以经过总线系统的信道同时传输数据，而没有由此干扰数据传输。用户站还可以在经过信道发送位时确定信道的逻辑状态(O或I)。如果所发送的位的值不对应于该信道的所确定的逻辑状态，则用户站终止对信道的访问。在CAN中，逐位判优通常在要经过信道传输的数据帧内的判优字段中进行。在用户站已向信道完整地发送了判优字段之后，该用户站知道其具有对该信道的排他访问。因此，判优字段的传输的终止对应于释放区间的开始，在所述释放区间内用户站可以排他地利用信道。根据CAN的协议规范，其他用户站一直不准访问该信道，即不准向信道发送数据，直至进行发送的用户站已传输了数据帧的校验和字段(CRC字段)为止。CRC字段的传输的终止时刻因此对应于释放区间的结束。
[0004]通过逐位的判优，实现了数据帧经过信道的无破坏的传输。由此产生了CAN的良好的实时特性，而在介质访问控制方法中一一其中由一个用户站所发送的数据帧由于与由另一个站所发送的另外的数据帧的冲突而在经过信道的传输期间可能受到破坏一一却具有明显更不利的实时特性，因为由于冲突和数据帧的由此所需的新的传输导致了数据传输的延迟。
[0005 ] CAN的协议特别适用于在实时条件下传输短的消息。如果应经过CAN域传输较大的数据块，则信道的比较小的位速率变成了限制性的因素。为了确保逐位的判优的正确功能，在位传输的判优期间，必须遵守首先与总线系统的规模、信道上的信号传播速度和总线用户的接口模块中的固有的处理时间有关的最短持续时间，因为所有的总线用户必须具有总线状态(O或I)的统一的图像和对总线状态的权利平等的访问。因此，位速率不能通过缩短各个位的持续时间而容易地提尚。
[0006]为了仍然可以经过本来被设置用于连接到CAN域的通信接口足够快地传输对控制单元编程所需的比较大的数据块，DE 101 53 085 Al建议，将用于传输数据块的通信接口暂时转换到另一种通信模式下，在该通信模式下不执行逐位的判优，并且因此可能有比较高的位速率。不过在此情况下，必须将利用CAN协议的通信中断一定的时间。如果例如由于故障而不再能按照CAN协议记录总线系统的运行，则导致总线系统的失效。此外，通过比较大的数据块的传输，导致了随后的要根据CAN协议进行的传输的显著延迟，以至于损害了CAN的实时特性。
[0007]DE 103 11 395 Al描述了一种系统，在该系统中，可以替代地经过非对称的物理的CAN协议或经过对称的物理的CAN协议来进行异步的串行的通信，并且因此可以达到异步通信的更高的数据传输速率或数据传输安全性。
[0008]DE 10 2007 051 657 Al建议，在TTCAN协议的排他的时间窗中应用异步的、快速的、不符合CAN的数据传输，以便提高所传输的数据量。
[0009]G.Cena和A.Valenzano在“Overclocking of controller area networks”(Electronics Letters，35卷，22期(1999)，1924页)中从理论上论述了总线频率的超频在数据帧的子区域中对于有效达到的数据速率的影响，但却没有深入探讨方法的细节和总线用户的不同的状态和状态过渡。
[0010]从所引用的文献中证明了，现有技术从各方面来看都未提供令人满意的结果。
【发明内容】
[0011 ]本发明的任务是描述一种方法，通过该方法，在CAN网络中可以以较短的时间来传输数据帧并且同时保持了 CAN在故障识别和故障处理以及遍及网络的数据一致性方面的基本特性。为此建议一种相对于按照ISO 11898-1至-4的CAN协议(以下称标准CAN)所修改的数据传输方法(以下称快速CAN)。
[0012]通过根据本发明的数据传输方法以及通过根据本发明的装置来解决所述的任务。
[0013]本发明的优点
所述的任务根据本发明通过如下方式来解决，一个数据帧内的时间位长度可以采纳至少两个不同的值，其中对于数据帧内的可预先给定的区域，时间位长度对于总线上的所有用户保持相等，通过在同一数据帧中所含有的标记来用信号通知时间位长度的变换，并且通过使用总线时间单元和最小时间单元或者振荡器节拍之间的至少两个不同的缩放比例因子在持续运行中实现时间位长度的变换。
[0014]该方法的优点是，在此将CAN协议的修改限制到最小的程度，并且尤其是将CAN数据帧的结构至少对于在SOF和CRC定界符之间的区域保持不变。用于应用程序的接口保持不变。快速CAN控制器也可以用在标准CAN网络中。在仅仅包括具有快速CAN控制器的用户的网络中，所有的用户在判优之后转换到快速模式下，使得所有的同步机制和故障识别机制可以继续完成它们的任务。
[0015]该方法的另一优点在于，只须最小地改变标准CAN控制器，以便可以作为快速CAN控制器来工作。也可以作为标准CAN控制器工作的快速CAN控制器只是不显著地大于标准CAN控制器。应用程序不必改变，其也可以承担CAN符合性测试(ISO 16845)的广泛的部分。
[0016]在实现了判优之后才对于具有判优的事件控制的通信进行位长度的缩短，因为如上面所描述的那样，对于判优需要遍及总线的数据一致性。但是除此之外也可能的是，将快速CAN协议与TTCAN协议相组合，因为在TTCAN中也在其原理构造符合ISO 11898-1的规定的CAN数据帧中传输所有数据。在此情况下，至少在TTCAN矩阵的在其中没有发生判优、而是排他地分发总线访问的排他性时间窗中，也可以完全或部分地用缩短的位长度来传输地址字段和控制字段。
[0017]此外有利的是，可以通过具有可简单转换的传输条件的简单状态模型来描述在不同的位长度之间的过渡。
[0018]同样有利的是，可以例如借助预分比例器(Prescaler)的波特率通过对在振荡器周期或最小时间单元和总线时间单元之间的缩放比例因子简单地进行匹配来进行位长度的转换。在此情况下的前提当然是振荡器周期是足够短的。
【附图说明】
[0019]以下借助附图来详细阐述本发明。
[0020]图1示意性地示出具有有关本发明方法的快速CAN控制器可以占有的不同状态以及过渡条件的状态图表。
[0021]图2示出位定时的与传输速率有关的不同调节的实例。
[0022]图3示出在标准格式下以及在具有根据本发明划分为不同位长度的区域和具有通过保留位的标记的扩展格式下的CAN数据帧的结构。
[0023]图4示出在本方法与TTCAN协议的时间控制的传输方法相组合时扩展位长度减小的区域的示例，通过系统矩阵来示出。
[0024]图5示出用于将在排他性TTCAN时间窗中的数据帧划分成不同位长度的区域的可能性。
[0025]