用于利用可转换的数据编码进行串行数据传输的方法和装置制造方法

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用于利用可转换的数据编码进行串行数据传输的方法和装置制造方法
【专利摘要】说明了用于在具有至少两个数据处理单元的网络中进行数据传输的方法和装置,所述处理单元通过该网络交换消息,其中所交换的消息具有根据CAN规范ISO11898-1的逻辑结构,其中为所交换的消息内的至少一个可预先给定的第一区域按照根据CAN标准ISO11898-1的方法进行位编码,并且其中在存在转换条件时为所交换的消息内的至少一个可预先给定的第二区域按照与CAN标准ISO11898-1不同的方法进行位编码。
【专利说明】用于利用可转换的数据编码进行串行数据传输的方法和装
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于在总线系统的至少两个用户之间传输消息或者数据帧中的数据的方法以及装置。
【背景技术】
[0002]例如由DE10000305A1已知控制器域网络以及称作“时间触发CAN”(TTCAN)的CAN扩展。在CAN中使用的介质访问控制方法以逐位仲裁为基础。在逐位仲裁的情况下,多个用户站可以同时通过总线系统的信道传输数据,而不因此干扰数据传输。此外,用户站可以在通过信道发送位时求取信道的逻辑状态(O或I)。如果所发送的位的值与所求取的信道逻辑状态不对应,则用户站结束对信道的访问。在CAN情况下,通常在要通过信道传输的消息内的仲裁字段中进行逐位仲裁。在用户站已经将仲裁字段完全发送给信道之后,该用户站知道,其具有对该信道的专属访问。因此,仲裁字段传输的结束对应于释放间隔的开始,在所述释放间隔内用户站能够专属地使用信道。根据CAN的协议规范,其他用户站一直不被允许访问该信道、也即向该信道发送数据,直至发送用户站传输了消息的校验和字段(CRC字段)。因此,CRC字段的传输的结束时刻对应于释放间隔的结束。
[0003]通过二进制仲裁实现通过信道无干扰地传输消息。在CAN总线上传输的消息也被称为数据帧。通过无干扰的传输得出CAN的良好的实时特性,而在介质访问控制方法中——其中由用户站发送的消息由于与由另一个站发送的另一消息发生冲突而可能在通过信道传输期间受到干扰一具有明显较不利的实时特性,因为由于冲突以及由此所需的重新传输消息导致了数据传输的延迟。
[0004]CAN的协议特别适合用于在实时条件下传输简短的消息。如果要通过CAN域传输更大的数据块,则信道的相对小的位速率变成一个限制因素。为了保证逐位仲裁的正确运行,必需在位传输的仲裁期间保持主要取决于总线系统的范围、信道上的数据传播速度以及总线用户的接口模块的固有处理时间的最小持续时间,因为所有的总线用户必须具有总线状态(O或I)的统一形态和对总线状态的权利同等的访问。
[0005]但是为了可以足够快地通过原本为连接到CAN域所设置的通信接口传输为控制单元的编程所需的相对大的消息块,DE10153085A1建议,将用于传输数据块的通信接口暂时转换到另一个通信模块中,在该通信模块中不执行逐位仲裁,并且因此可以实现相对高的位速率。但是在此情况下利用CAN协议的通信必需被中断一定的时间。如果例如由于错误根据CAN协议不再接收总线系统的运行,则这导致总线系统的停止。此外由于相对大的数据块的传输导致后续的根据CAN的协议进行的传输发生显著的延迟,从而损害CAN的实时特性。
[0006]DE10311395A1描述一种系统,在所述系统中能够替代地通过非对称的物理CAN协议或通过对称的物理CAN协议进行异步串行通信,并且由此可为异步通信实现更高的数据传输速率或数据传输安全性。[0007]DE102007051657A1提出,在TTCAN协议的专属时间窗中应用异步的、快速的、不符
合CAN的数据传输,以便提高传输的数据量。
[0008]G.Cena 和 A.Valenzano 在 “Overclocking of controller areanetworks”(Electronics Letters,第 35 卷,第 22 其月(1999 年),第 1924 页)中探讨了消息子区域中的总线频率超频对有效实现的数据速率的影响,但是没有探讨方法的细节和总线用户的不同状态和状态转变。
[0009]从所引用的文献显示出,现有技术不能在每个方面都提供令人满意的结果。

【发明内容】

[0010]本发明描述了一种方法,通过该方法可以在CAN网络中在更短的时间中传输消息,并且同时保持CAN在错误识别和错误处理以及网络范围内的数据一致性方面的基本特性。为此建议一种相对于根据IS011898-1至4的CAN协议(在下文中称为标准CAN)经过修改的数据传输方法,在下文中称为AC( “alternate coding(替换编码)”)-CAN。
[0011]所述的任务通过具有权利要求1的特征的数据传输方法,以及通过在独立权利要求中描述的装置得到解决。
[0012]本发明的优点
[0013]所描述的任务根据本发明通过如下方式解决,即消息内的位编码通过至少两种不同的方法进行,其中对于所交换的消息内的至少一个可预先给定的第一区域通过根据CAN标准IS011898-1的方法进行位的编码,并且在所交换的消息内对于至少一个可预先给定的第二区域存在转换条件的情况下,根据与CAN标准IS011898-1不同的方法进行位的编码。
[0014]该方法的优点是,CAN消息的逻辑结构在很大程度上、即至少对于SOF和CRC分隔符之间的区域保存下来。用于应用程序的接口可以相应地保持不变。AC-CAN控制器也可以使用在标准CAN网络中。在仅仅包括具有AC-CAN控制器的用户的网络中,所有用户在仲裁之后切换到快速模式中,从而所有的同步和错误识别机制可以继续履行其任务。此外有利的是,在第二区域中所使用的编码可以选择为,使得达到提高的数据传输速率、提高的数据传输安全性或者更小的电磁波辐射。
[0015]有利地,在所述的第二区域中存在转换条件的情况下使用具有更小的电压提升的NRZ编码和由发送的用户站弱驱动的隐性电平或者NRZI编码,其中信号边缘的出现被解释为显性位。使用频率调制或者幅度调制或频率键控或者幅度键控来表示隐性位和显性位同样是有利的。在此特别有利的是,应用第三频率或幅度来发信号通知数据传输中所识别的错误。
[0016]在一个特别有利的实施方式中,在存在转换条件的情况下使总线线路之间的电阻通过可变电阻匹配于用于位编码的方法。
[0017]此外有利的是,与根据与标准不同的方法传输位并行地,也根据按照标准的编码方法传输位。
[0018]为了实现该优点,即提高数据传输速率,可能的是,在由第二区域包括或者与第二区域一致的第三区域中提高总线时钟,例如通过相对于最小的时间单位或者振荡器频率匹配用于调节总线时间单位的缩放系数。[0019]特别是为了保证错误安全性有利的是,在识别到用于启动错误帧的原因时或者在达到规定用于反向转换的位时,第二或第三区域以经修改的传输结束。
[0020]有利地,第二区域在通过仲裁分发总线访问时最早利用数据长度码的第一位开始,并且最迟利用CRC分隔符结束,并且通过合适的标记发信号通知转换条件的存在,以便在总线范围内保证用于准确分发总线访问的数据一致性。在时间控制的总线通信情况下可以有利的是,让第二区域也更早地开始,最早利用帧开始位开始。
[0021]最后有利的是,通信协议如下改变,使得发送的总线用户至少在存在相对于规范IS011898-1的转换条件时接受通过一个或者多个接收器准确接收消息的迟一位的确认(Acknowledge)和/或最大两位长的确认槽并且不作为错误处理。由此,当由于信号传播时间或者内部处理时间在不同总线用户中的传输方法之间的状态转变在不精确一致的时间点发生时,避免了不必要的错误报告。
【专利附图】

【附图说明】
[0022]本发明在下文中借助图示进一步阐述。
[0023]图1示意性地示出了具有不同状态的状态图以及转变条件,其可以包含关于根据本发明方法的AC-CAN控制器。
[0024]图2示出了用于位编码的可能方法的两个例子。
[0025]图3a和3b示意性示出了适合用于表示根据本发明的方法的总线连接单元的结构。
[0026]图3c示出了这样的总线连接单元,其具有附加的装置,用于将所连接的总线线路之间的电阻匹配于传输方法。
[0027]图4示出了标准格式和扩展格式的CAN消息的结构,具有根据本发明的到不同位编码的区域的划分和具有通过保留位的标记。
[0028]图5示出了在所述方法与根据TTCAN协议的时间控制的传输方法相组合的情况下扩展位长减小的区域的例子,这通过系统矩阵来表示。
[0029]图6示出了用于在专属的TTCAN时间窗中将消息划分到不同位编码的区域中的可能性。
[0030]图7示出了相对现有技术扩展的、在使用替换的位编码时对于CRC分隔符或者确认位的接受标准。
【具体实施方式】
[0031]下面描述根据本发明的方法和装置的实施例。这些具体的例子被用于阐述实施方式,但是不对发明思想的范围进行限制。
[0032]首先在第一实施例中借助图1至3描述根据本发明的AC-CAN控制器的状态和所属的数据传输特性,及其转变和为此所需的转变条件。
[0033]图1示出了 AC-CAN控制器的三种运行状态:标准CAN101,AC-CAN仲裁102和AC-CAN数据103。在标准CANlOl的运行状态下,AC-CAN控制器按照标准CAN协议工作。在AC-CAN仲裁102的运行状态下,AC-CAN控制器如标准CAN控制器那样工作,但是也可以转换到AC-CAN数据状态103。在AC-CAN数据状态103下,AC-CAN控制器的特性偏离标准CAN控制器,因为通过总线待传输的数据根据替换的方法被编码。如果应用程序要求这一点,则根据本发明的控制器在接通之后位于AC-CAN仲裁模式102中。否则所述控制器在接通之后位于标准CAN模式101中。
[0034]作为已改变的位编码的一部分或者附加与此地,也可以在AC-CAN数据状态103下修改总线时钟速率。可以设置在运行状态下对总线时钟和振荡时钟之间的缩放因数(预缩放器)进行改变。由此调节总线时间单位的长度。在状态AC-CAN仲裁102和标准CANlOl下使用长的总线时间单位,在状态AC-CAN数据103下使用短的总线时间单位。在状态AC-CAN数据中用于传输数据——例如数据长度码、数据字段和CRC字段——总共所需的持续时间也就是可以不同于在符合标准的数据传输情况下需要的持续时间。
[0035]在一种替换的实施例中也可以使用替换的位编码并且互相独立地改变总线时钟,只要所使用的编码仍然可以参考一个总线时钟速率,也就是按照时间顺序先后传输消息的各个位。与图1类似的状态图于是相应地是较耗费的,因为它由此必须包含传输方法(标准的/修改的编码,标准的/修改的时钟速率)及其转变的可能改变的不同组合。在下文中从根据图1的简单状态图出发。
[0036]在AC-CAN仲裁状态102中例如作为标志隐性地发送“保留位”R0,该保留位在CAN帧中位于数据长度码DLC前面。在标准CAN协议中规定,该位必须被显性地发送。当AC-CAN控制器显性地接收了该位并且当其通过应用程序被如此调节,则该AC-CAN控制器持久地变换到标准CAN状态中(状态变换Tl或者T2)。由此保证了 AC-CAN和标准CAN控制器可以使用在相同的网络中并且由此两者都在标准CAN协议下工作。也可以选择另一个位作为标记,针对该标记在标准CAN协议中规定了固定的值。另一个用于持久地变换到标准CAN状态(状态变换Tl或者T2)的转换标准可以例如是超过CAN错误计数器的特定的状态。
[0037]状态AC-CAN仲裁102中的AC-CAN控制器作为标记例如在DLC之前隐性地接收“保留位” RO或者成功地隐性地发送该“保留位” R0,该AC-CAN控制器从该位的采样点开始转换到替换的位编码上,例如具有更小电压偏移的NRZ (Non Return To Zero,不归零)编码,并切转换到状态AC-CAN数据103 (状态换换T3)。该AC-CAN控制器附加地提高了总线时钟速率,其方式是它转换了缩放因数。状态转换也可以利用至少近似恒定的时间间隔或者在采样点之后已定义数量的总线时间单位结束之后进行。
[0038]状态AC-CAN数据103中的AC-CAN控制器保持在该状态中,直到达到以下两个条件中的一个:
[0039](A)该AC-CAN控制器发现开始CAN错误帧的原因,或者
[0040](B)在CAN帧内到达CRC分隔符。
[0041]当满足(A)或⑶时,控制器切换回状态AC-CAN仲裁102 (状态转换T4)。
[0042]在DLC和CRC分隔符之间的区域内根据CAN协议存在两个开始错误帧的原因:(Al)传送器发现位错误或者(A2)接收器发现填充错误。这些原因独立于所使用的用于位编码的方法,CAN协议的错误监视机制因此可以与此相关地继续使用。在可能重合的错误标记的结尾,即错误分隔符的开始,网络中所有控制器都处于状态AC-CAN仲裁102中。
[0043]不仅在(Al)和(A2)中,而且在⑶中都进行转换T4到状态AC-CAN仲裁102中,并且由此实现在达到该条件的采样点处转换缩放因数,或者具有与该采样点至少近似恒定的时间间隔。该状态变换也可以在采样点之后已定义数量的总线时间单位结束之后进行。[0044]在通过标准CAN传输信号时位编码的一个基本特性是,每个总线用户可以通过显性位覆盖其他总线用户的所有隐性位。在标准CAN中该特性通过如下方式实现,即隐性电平通过放电电流流经已定义的终端电阻进行调节,而显性电平由用户通过驱动电流引起。该特性使得每个总线用户都能够参与错误监视,并且在数据传输中注意到错误时通过发送显性的活跃的错误标记(六个相继的显性位,参考IS011898-1章节10.4.4.2)使其他所有总线用户同样转移到错误状态中。这个特性在选择合适的用于位编码的替换方法时被保
&3甶O
[0045]一种适合用于减小电磁辐射的替换方案是使用NRZ编码,该NRZ编码相对CAN标准具有更小的电压偏移并且为了加速电平转换利用弱驱动的隐性电平来运行。由此同时缩短了用于调节相应总线电平所需的时间,并将流经的电流和由此造成的电磁场保持得小。“弱驱动”在该上下文中意味着,为了例如短时间地调节隐性电平通过进行发送的用户驱动电流,该用户平行于流经终端电阻的放电电流加速对隐性电平的调节。通过短的电流传输的充电量例如通过使用边缘触发的或者阈值触发的脉冲发生器或者通过合适的调节或控制装置如下进行限制,使得此外其他的总线用户保持以下可能性,即隐性发送的位在错误情况下由在相反方向上——也即与经由终端电阻的放电电流和附加地由隐性发送的总线用户驱动的电流相反的方向上——具有相应更强和/或更长的电流的显性位覆盖。
[0046]另一种用于标准CAN的NRZ位编码的可能替换方案在图2中示意性地在两个不同的作为原理草图的实现中示出。所示的方法可以使用在根据本发明的AC-CAN控制器的状态AC-CAN数据中,该方法是一种根据NRZI (Non Return to Zero Invert,反转不归零)方法的编码。
[0047]在例子AC-CANl中在所建议的编码方法情况下在状态AC-CAN数据中位电流内的O (其在标准CAN中是显性位)被表示为差电压Ul和U2或总线电平之间的边缘转换,而1、也即隐性位被表示为保持不变的电平。每个用户可以在识别出当前的总线状态情况下通过驱动合适的电流强迫从Ul向U2或者相反方向上的边缘转换,并且由此覆盖其他总线用户的隐性位(在此情况下不驱动电流)。
[0048]在替换的例子AC-CAN2中,在状态AC-CAN数据中位电流内的I被表示为差电压Ul和U2或总线电平之间的边缘转换,而I被表示为保持不变的电平。如果O应该和通常一样被显性地传输,也即可以相对于所传输的I来实施,则在该实施例中例如每个用户可以通过产生两个总线线路与合适的电压源的低欧姆连接(所述电压源保持当前的差电压Ul或者U2)来阻止从Ul向U2或者相反方向上的边缘转换,并且由此覆盖其他总线用户的隐性位,其中以改变差电压Ul或者U2为目标驱动电流。也可能的是,显性地传输I并且隐性地传输0,但是为此需要在协议规范中进行附加的匹配。
[0049]另一种替换方案是使用调频调制或频率键控来位编码。在这种实施例中,在状态AC-CAN数据中消息的位电流的显性和隐性的位被表示为具有至少两个不同频率、例如FD和FR的信号,所述信号被施加到总线线路上。也可以使用频率组合或者频率区域来表示两个位。所述频率在此情况下如下选择,使得它们互相间具有足够的间距,从而可以可靠地分开。幅度、频率和线路布置如此选择,使得不会造成不允许的电磁波辐射。为此扭绞的双线线路尤其是有利的,其可能被附加地屏蔽。为了保证在总线上实现显性的错误标记,可以附加地确定第三频率FE,该第三频率在发现错误时被发送。由此可以实现对发现了错误的信息进行更快地传播。
[0050]在使用频率调制作为位编码方法时也可以有利的是,分别对一条消息的多个待发送的位进行组合并转换成一个频率消息。例如可以将每两个位组合在一起并使用四个不同的频率消息、尤其是单个的频率、频率组合或者频率组来表示两个位的四个不同的值。在将每三个位组合在一起时相应地需要八个不同的频率、频率组合或者频率组,总的来说在将N个位组合在一起时需要2N个不同的频率消息来进行映像。于是在接收器中将所接收的频率消息又转换为串行的位序列,从而可以基本不作改变地进行下文中的处理。
[0051]在另一种可能的结构形式中,在这种情况下可以中断根据标准CAN对于其中使用频率调制作为替换编码方法的区域的位填充。该填充(参考IS011898-1章节10.5)在标准CAN数据传输中通过插入附加的相反的位来阻止出现具有相同总线电平的多于五个相继的位,并且由此尤其是保证了以不过大的间距将用于同步位定时的边缘提供给总线上的不同总线用户。当应用频率调制方法时在一些实施方式中可以不再考虑具有相同总线电平的相继的位。与此对应地于是不再需要将填充位通过相应发送器插入在其中将频率调制用作为替换编码方法的区域中。在接受器中必须对用于该区域的接收程序进行类似地匹配。
[0052]同样可能的是,使用幅度调制或幅度键控用于位编码。在该实施例中在状态AC-CAN数据中消息的位电流的显性和隐性的位被表示为预先给定频率的信号,它具有至少两个不同的幅度,例如AD和AR,该信号被施加到总线线路中。也可以使用幅度范围来表示两个位。所述幅度在该情况下这样选择,使得它们互相间具有足够大的间距,从而可以可靠地区分。基频和线路布置如此选择,使得不会造成不允许的电磁波辐射。为此扭绞的双线线路尤其是有利的,所述双线线路可能附加地被屏蔽。为了保证在总线上实现显性的错误标记,可以附加地确定第三幅度AE,尤其是特别高的幅度,该幅度在发现错误时被发送。由此又可以更快地传播发现了错误的信息。
[0053]也可以使用其他为专业人士所知的编码方法或调制方法。在任何情况下,对于所选的位编码与上述实施例类似地引入一种机制,该机制允许总线用户在错误情况下通过显性位或者由多个显性位组成的错误标记覆盖在仲裁之后有发送权的总线用户的隐性发送的位。
[0054]根据本发明的AC-CAN控制器必须与一个或者多个合适的总线连接单元或者收发器连接地通过总线线路传输不同编码的信号。这里可以有不同的布置。
[0055]在图3a中示例性地示出了所属的总线连接单元100或者AC-CAN收发器的框图。该装置具有带电路元件的电路,该电路可以划分为发送部分电路110和接收部分电路120。发送和接收部分电路可以互相连接或者也具有相同的电路元件。该装置此外具有所需的连接可能性,尤其是用于总线连接的连接端CANH、CANL、用于从AC-CAN控制器接收逻辑数据以及将逻辑数据发送给AC-CAN控制器的连接端RxD和TxD、用于提供供给电压的连接端Vcc、以及用于提供接地的GND。其他可能的连接端可以根据现有技术例如包括:使能输入端、唤醒输入端、待命输入端等等。这些在这里为了简单都省略了。发送部分电路110至少基于AC-CAN控制器的发送信号TxD产生用于总线连接端CANH和CANL的输出信号。接收部分电路120至少基于总线连接端CANH和CANL的输入信号的差产生用于AC-CAN控制器的接收信号RxD。
[0056]在图3a中所示的情况下,AC-CAN控制器生成串行的位信号并且通过线路TxD传输到收发器100。在状态AC-CAN数据中,通过线路TxD传送的信号例如按照NRZI方法被编码并以更高的时钟速率被传输。在该例子中示出的收发器100通过开关线路SW可以被CAN控制器转换,从而该收发器按照编码方法产生总线线路上的相应电压电平。该布置例如对于相对CAN标准具有更小的电压偏移的NRZ编码或者NRZI编码的应用来说是可能的。
[0057]可选地,AC-CAN控制器也可以如图3b中所示的通过分开的开关线路SW-R和SW-T与收发器100相连,从而有目的地在状态“AC-CAN传送”或者“AC-CAN接收”中接通该收发器。如果编码例如存在于以下中,即隐性电平由进行发送的总线用户弱驱动并且由在接收路径中的总线用户采用稍微不同的阈值或者滤波器,则有意义的是,收发器分开地在状态“AC-CAN传送”或者“AC-CAN接收”中接通,因为进行接收的总线用户虽然应该使用其他阈值或者滤波器,但是不应该同样弱驱动隐性电平,因为否则结果产生的由多个总线用户驱动的隐性电平不再能够被显性位覆盖。
[0058]在其他的情况下,例如在使用幅度或频率键控或调制时也考虑另一种布置,在该布置中使用单独的总线连接单元、例如单独的收发器来产生经调制的交流电压并将其施加到总线线路上,其中所述总线连接单元或者收发器由AC-CAN控制器通过单独的连接进行控制。AC-CAN控制器可以为此可选地具有第二 RxD输入端,在其上连接了单独的第二AC-CAN收发器的输出端,而在发送情况下控制通过与两个收发器相连的TxD输出端进行。但是也可以为所连接的每个收发器单独设置TxD输出端以及RxD输入端。
[0059]在所有所描述的编码方法中可以有意义的是,标准CAN的所定义的终端电阻可通过可切换的终端单元、例如位于总线连接单元中的可切换电阻(其与AC-CAN控制器相连)替换。以这种方式可以在状态AC-CAN数据中对起作用的电阻值进行调制,或者电阻可以被完全与总线线路分离。
[0060]终端电阻在标准CAN网络中典型地作为两个位于线路末端区域中的各120欧姆的电阻或者在两个相对彼此远离的总线用户上实现。在应用根据本发明的方法的总线系统中,终端电阻可以通过许多或者所有总线用户进行分布,其中各个电阻值针对每个总线用户被相应地匹配。根据本发明的AC-CAN控制器或者所属的总线连接单元或者收发器通过合适的输出端能够,在至少两个不同的终端单元、例如布置在总线线路之间的电阻之间进行转换。
[0061]在图3b中示出所属的总线连接单元或AC-CAN收发器的框图,其开关输入端SW附加地与开关元件130相连。该开关元件一方面与总线连接端CANL相连,另一方面与例如两个不同的电阻Rl和R2相连,这两个电阻又与总线连接端CANH相连。开关元件因此可以根据位于开关输入端SW上的控制信号改变总线线路之间的欧姆电阻。
[0062]对于假定的各自装备有AC-CAN控制器和AC-CAN收发器的50个用户,在总线系统上可以例如在每个用户中设置两个可切换的电阻Rl=6k欧姆和R2=60k欧姆。通过可切换性然后可以实现,在状态AC-CAN仲裁和标准CAN中像通常一样在总线线路之间存在I /50 X 6k欧姆、即120欧姆的的电阻,但是在状态AC-CAN数据中通过在所有总线用户中的转换使该电阻例如增大十倍。任意其他的电阻值也可以类似地表示。进行发送的总线用户于是必须在状态AC-CAN数据中在构造所设置的电压电平时不与流经终端电阻的放电电流相反地工作,并且由此可以更快地构造目标电压。为了可以灵活地置入到具有不同数量的总线用户的总线系统中,可切换电阻的值可以通过合适的装置被可配置地实施。[0063]根据图4在下文中根据控制器的相应状态和根据本发明的标记阐述所使用的消息的结构,尤其是具有不同位编码的区域。
[0064]图4示出根据IS011898-1的CAN消息的结构的两种可能的变型,即标准格式和扩展格式。对于两种变型绘出了其中根据本发明在状态AC-CAN仲裁102和AC-CAN数据103之间进行转换的区域。同样示出了随之而来的对所使用的位编码的转换,在所示的例子中从符合标准的NRZ方法转换到NRZI方法。其他可能的方法已经在上文中详细阐述。最后还示出在该实施例中根据本发明的标记在“保留位” RO中的所选位置,该“保留位”在DLC之前被传输。另一可能的标记诸如针对扩展格式消息通过SRR位给出。
[0065]根据本发明方法的所不的第一实施例因此是一种传输方法,在该方法中在完成仲裁之后成功得到总线访问权的那个总线用户从消息的一个预先给定或者可预先给定的位开始通过转换到已改变的位编码上来传输消息的其他位,使得更快地传输待传输的位和/或使传输抗干扰和/或减小在传输中产生的电磁波。该第一实施例代表了一整组实施方式,在其中在成功仲裁之后才转换到经改变的位编码上。对于待应用的位编码在这里如所示那样存在多种可能性。
[0066]根据本发明的方法的第二实施例在下文中借助图5和6示出,该地儿实施例代表了第二组实施方式。其特点是,通过至少对根据本发明的经调制消息中的一些进行时间控制来禁止同时的发送尝试,并且与此对应地可以在相应消息内更早地转换到替换的、例如更快的位编码上。尤其是可以在传输仲裁字段期间就已经进行转换。
[0067]图5示出根据IS011898-4的具有在那里描述的基本循环和时间窗的TTCAN网络的系统矩阵。存在用“消息A”、“消息C”等等表示的时间窗,所述时间窗独占地用于传输特定的消息,而在其他的用“仲裁”表示的时间窗中通过通常的CAN仲裁分发总线访问权。
[0068]在第二实施例中,按照第一实施例中的方法处理另外什么都没有描述的所有消息。此外对于特定的预先确定的独占地分发的时间窗,已经更早地、例如从SOF位开始进行位编码的转换并且例如保持到CRC字段的结束。图5中示出这样经过调制的传输的消息的一个例子。作为用于即将来临的经过调制的传输的标记可以例如考虑先前的参考消息的保留位。该位的设置在所述情况下被发信号通知:在接下来的基本循环中在独占时间窗中传输的消息已经从SOF位开始并且直到CRC字段的结束地利用已转换的位编码、例如根据NRZI方法或者通过幅度或者频率键控被传输。
[0069]在另一种实施方式中可以设想,仅仅是在每个基本循环中利用重复因子I被传输的独占消息通过该方法以经调制的方式被传输。该情况在图5中明确示出。在示例性示出的系统矩阵中于是根据所述方法利用分别先前的参考消息中的相应的标记来传输用“消息A”和“消息C”表示的消息。
[0070]对于在第二实施例中描述的方法也可能的是,省去标记并且规定在所有独占的时间窗中原则上在确定的区域中、例如在SOF位和CRC字段的结尾之间利用已调制的位编码传输消息。由于这个原因在图5中给标记配备提示“可选的”。
[0071]因为在状态AC-CAN数据中转换位编码也可以随着更快地传输位或提高总线频率一起进行,因此传输所属位所需的持续时间也发生改变。由于在准确的转换时刻处的振荡不准确性和偏差,可能需要的是,应用相对于在ISOl 1898-1中规定的方法被调制的方法以用于处理发送确认(CRC分隔符和确认槽),如在图7中进一步阐述的那样。[0072]在图7中以“A”表示在非常短的内部处理和信号运行时间的情况下从状态AC-CAN数据向AC-CAN仲裁过渡的理想过程。发送器发送作为惟一一个隐性位的CRC分隔符,并且根据本发明的前面描述的实施例例如在CRC分隔符位的采样点上或者在经过确定的时间之后转换到AC-CAN仲裁状态。接收器例如在该位位置处也转换到状态AC-CAN仲裁。该状态过渡T4可以诸如由于信号运行时间或者内部处理时间在不同的总线用户中在不完全一致的时刻发生。参与的总线用户因此在不完全一致的时刻将用于位编码的方法重新置于输出状态。从中为总线用户得到下一个位的不同的开始时刻。
[0073]在接收CRC分隔符之后,每个接收器(如果其CRC检查是肯定的)发送一个单个的显性确认位。如果这发生得相对晚,例如因为接收器连接在总线的远端上,则隐性的CRC分隔符位可以比一个位看起来长。这种情况在图7中以“B”表示。此外,通过确认位的重叠确认槽可以比一个位看起来长,如图7中以“C”表示。为了如有必要对确认位的相移的发送时刻进行均衡,可以在AC-CAN控制器中如下改变对该位的处理,即在状态AC-CAN仲裁中将长度为一个或两个位的显性的确认槽承认为有效的确认,该确认槽直接在CRC分隔符之后或者迟一个位开始。
[0074]通过确认位的下降边缘然后在常见的再同步机制的范围内对总线用户再次进行同步。当由发送器在CRC分隔符的第一位之后不只接收一个、而是两个其他的隐性位时,则这对其是确认错误。当在第二显性确认位之后接收第三显性位,则这对于所有都是格式错误。
[0075]如在标准CAN中那样,在确认槽之后接着是长度为一个位的隐性的确认分隔符。如在标准CAN中,识别出CRC错误的AC-CAN接收器在确认分隔符之后的位中才开始错误帧。
[0076]总而言之通过所示发明提出了一种方法,通过该方法可以在CAN网络中通过经改变的位编码在更短时间中和/或在减小的电磁波辐射下和/或利用更高的抗干扰性传输消息,并且同时保持CAN在错误识别和处理以及网络范围内的数据一致性方面的基本特性。
【权利要求】
1.用于在具有至少两个数据处理单元的网络中进行数据传输的方法,所述处理单元通过网络交换消息,其中所交换的消息具有根据CAN规范IS011898-1的逻辑结构, 其中为所交换的消息内的至少一个可预先给定的第一区域按照根据CAN标准ISOl 1898-1的方法进行位编码, 其特征在于,在存在转换条件时为所交换的消息内的至少一个可预先给定的第二区域按照与CAN标准IS011898-1不同的方法进行位编码。
2.根据权利要求1的方法, 其特征在于,在第二区域中所使用的位编码如此选择,使得实现提高的数据传输速率和/或提高的抵抗外部干扰的安全性和/或更小的电磁波辐射。
3.根据权利要求1或2的方法, 其特征在于,在第二区域中所使用的编码是NRZ编码,其相对CAN标准具有更小的电压偏移,并且在该NRZ编码的情况下弱驱动隐性电平。
4.根据权利要求1或2的方法, 其特征在于,在第二区域中为了位编码使用NRZI编码,其中信号边缘的出现被解释为显性的,并且边缘的消失被解释为隐性的。
5.根据权利要求1或2的方法, 其特征在于,在第二区域中为了位编码应用频率调制或者频率键控,其中第一频率或者频率组或者第一 频率范围被解释为显性的,并且第二频率或者频率组或者第二频率范围被解释为隐性的。
6.根据权利要求5的方法, 其特征在于,在第二区域中应用第三频率或者频率组或者第三频率范围来发信号通知在数据传输中所识别的错误。
7.根据权利要求1或2的方法, 其特征在于,在第二区域中为了位编码应用幅度调制或者幅度键控,其中第一幅度或者第一幅度范围被解释为显性的,并且第二幅度或者第二幅度范围被解释为隐性的。
8.根据权利要求7的方法, 其特征在于,在第二区域中应用第三幅度或者第三幅度范围来发信号通知在数据传输中所识别的错误。
9.根据权利要求1至8之一的方法, 其特征在于,在第二区域中除了利用替换的编码传输位之外还附加地按照在CAN标准IS011898-1中设置的编码方法来传输数据。
10.根据权利要求1至9之一的方法, 其特征在于,在存在转换条件的情况下除了变换位编码之外也对可预先给定的第三区域中的总线时钟进行变换,其中第三区域由第二区域包括或者与第二区域一致。
11.根据权利要求10的方法, 其特征在于,通过使用至少两个不同的、用于在连续运行中相对于最小的时间单位或者振荡器时钟调节总线时间单位的缩放因数来实现总线时钟的变换。
12.根据权利要求1至11之一的方法, 其特征在于,在第二或者第三区域中使总线线路之间的电阻匹配于在该区域中所应用的传输方法。
13.根据权利要求1至12之一的方法, 其特征在于,第二区域由总线用户直接在识别开始错误帧的原因之后或者直接在达到为转换回来确定的位之后结束,并且位编码在总线用户中重新按照第一区域的方法进行。
14.根据权利要求11至13之一的方法, 其特征在于,第三区域由总线用户直接在识别开始错误帧的原因之后或者直接在达到为转换回来确定的位之后结束,并且总线时钟在总线用户中被重新置回到第一区域的值。
15.根据权利要求1至14之一的方法, 其特征在于,总线访问权通过在IS011898-1中描述的仲裁被分发,其中可预先给定的、在其中能够进行不同的位编码的第二区域在消息内最早利用消息长度码的第一个位开始并且最迟利用CRC分隔符的位结束。
16.根据权利要求1至15之一的方法, 其特征在于,由交换消息的数 据处理单元通过位于可预先给定的第一区域内的标记发信号通知转换条件的存在。
17.根据权利要求16的方法, 其特征在于,所述标记通过消息的控制字段或者仲裁字段内的保留位实现。
18.根据权利要求1至14之一的方法, 其特征在于,总线访问权通过在IS011898-4中描述的时间控制的方法被分发,并且用于可预先给定的消息的、在其中能够进行不同的位编码的可预先给定的第二区域在消息内最早利用消息的帧开始位开始并且最迟利用CRC分隔符的位结束。
19.根据权利要求18的方法, 其特征在于,在时间控制的总线通信的配置范围内确定用于可预先给定的消息的转换条件的存在。
20.根据权利要求18至19之一的方法, 其特征在于,由交换消息的数据处理单元通过位于之前所发送的参考消息中的标记发信号通知用于可预先给定的消息的转换条件的存在。
21.根据权利要求1至20之一的方法, 其特征在于,总线用户中到第二区域的过渡直接在识别为转换确定的标记之后或者为转换确定的位之后执行,并且调整位编码。
22.根据权利要求1至21之一的方法, 其特征在于,总线用户中到第三区域的过渡直接在识别为转换确定的标记之后或者为转换确定的位之后执行,并且调整总线时钟。
23.根据上述权利要求之一的方法, 其特征在于,如下改变通信协议,即进行发送的总线用户至少在存在转换条件时相对于规范IS011898-1接受由一个或者多个接收器对正确接收消息的迟一个位的确认(确认)和/或接受最大两个位长的确认槽并且不被作为错误处理。
24.用于在具有至少两个参与的数据处理单元和用于传输消息的连接的网络中进行数据传输的装置, 其特征在于,数据传输按照根据权利要求1至23之一的方法进行。
25.根据权利要求24的装置, 其特征在于,设置用于控制总线连接单元或者终端单元的装置,其中总线连接单元或者终端单元通过所述控制能够匹配于所使用的数据传输方法。
26.根据权利要求24的装置, 其特征在于,至少在接收路径中设置用于与多个总线连接单元相连的连接端,其中多个总线连接单元被设计用于实施所使用的不同数据传输方法。
27.用于在具有至少两个参与的数据处理单元和用于传输消息的连接的网络中进行数据传输的总线连接单元, 其特征在于,数据传输按照根据权利要求1至23之一的方法进行。
28.根据权利要求27的总线连接单元, 其特征在于,设置用于使总线连接单元匹配于所使用的数据传输方法的装置,其中该装置包括至少一个可切换的终端单元或者可切换的电阻。
【文档编号】H04L12/64GK103748571SQ201280019393
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2012年4月19日 优先权日:2011年4月20日
【发明者】F·哈特维希, T·林登克罗伊茨 申请人:罗伯特·博世有限公司
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