传输数据分组的方法及发送和接收数据分组的通信模块的制作方法

传输数据分组的方法及发送和接收数据分组的通信模块的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于经由将两个通信模块相互连接的传输介质在这两个通信模块之间传输数据分组的方法以及对应的通信模块。本发明建议在第一数据分组传输运行的情况下进行发送的通信模块将短期要发送的第二数据分组直接嵌入该运行的第一数据分组中，将第一数据分组的还未传输的剩余部分中间存储并且在传输了第二数据分组之后传输该第一数据分组的剩余部分，并且进行接收的通信模块中间存储所接收的第一数据分组的开始部分，接收第二数据分组并且转发以便继续处理并且在接收了第二数据分组之后接收第一数据分组的剩余部分，将其与中间存储的第一数据分组的开始部分连接并且将完整的第一数据分组转发以便继续处理。
【专利说明】传输数据分组的方法及发送和接收数据分组的通信模块
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于经由将两个通信模块相互连接的传输介质在这两个通信模块之间传输数据分组的方法。此外本发明还涉及用于经由传输介质向另一通信模块发送数据分组的通信模块，其中所述传输介质将这两个通信模块相互连接。最后本发明还涉及用于经由传输介质从另一通信模块接收数据分组的通信模块，其中所述传输介质将这两个通信模块相互连接。
【背景技术】
[0002]由现有技术已知多种不同类型的面向分组的数据传输。这种数据传输的一个例子是借助以太网连接的数据传输。但是本发明不局限于以太网通信连接，而是在意义上也适于任意其他面向分组的通信连接。面向分组的通信连接的通信模块包括发送/接收装置(所谓的“分组收发器”)用于发送和接收数据分组。传输段包括用于调节对传输介质的访问的装置(所谓的介质访问控制器，MAC)。该传输介质例如可以被构造为线缆。但是也可以考虑将传输介质构造为用于光传输数据分组的光导体或者构造为用于经由无线电或光学连接(例如红外连接)传输数据分组的无线传输介质。该传输介质由用于实现比特传输层的装置(所谓的物理接口，PHY层)来操作。PHY在MAC侧具有专用的数据接口(例如介质独立接口 MII ;千兆比特介质独立接口，GMII ;等)并且在朝着传输介质的侧上具有对应的传输接口。在PHY的物理层面上，尤其也可以实现错误识别，在该错误识别中PHY向MAC表明在接收数据分组时的错误。在以太网中，对于在两个数据分组之间的最小距离(所谓的帧间间隙)指定确定值。
[0003]MAC在以太网中顺序地处理分组。这导致:被分组收发器以高优先级发送的数据分组只有在传输介质在发送方向上空闲时才被MAC处理。接着带有所希望的高优先级或者所希望的低传输延迟的这样的数据分组被称为“快分组(Fast Paket (FP))”。
[0004]在由现有技术已知的面向分组的通信连接中，在传输介质空闲时立刻传输FP并且由进行接收的通信模块对应地无大的延迟地接收。但是如果恰好发送一个数据分组，则FP的发送一直延迟到传输介质又空闲为止。该延迟的持续时间基本上取决于:
-恰好被处理(也即传输)的数据分组的剩余大小，
-经由该传输介质的比特传输速率，以及 -FP数据分组的长度(数据比特的数量)。
[0005]数据分组的剩余大小在极端情况下可以对应于最大可能的数据分组大小。该值越高，FP的发送(并且从而FP的接收)就被延迟得越长。例如在以太网(最大分组长度1522字节)情况下最大延迟时间在考虑帧间间隙的情况下(在100M比特/秒传输速率时)为大约124 μ s或者(在1000Μ比特/秒传输速率时)为12.4 μ S。这种相对长的延迟时间恰好对于经常通过发生事件而被触发的高优先级FP的传输来说是不可接受的，因为该事件的发生应当尽可能快速地通知给进行接收的通信模块。
[0006]同样由现有技术已知的替换的用于传输高优先级FP的方法可以在于，还在正好被发送的数据分组完全传输之前就中断它并且直接地传输FP。但是这导致两个不希望的效应:
-正好被发送的数据分组的中断导致在通信网络中有错的分组。实际数据传输的质量可能因此不再能够被明确地评估，因为在接收侧有错的分组可能不仅仅归因于通信问题。因此如果没有附加的信息，传输错误的原因就不能被确定。
-有错的数据分组必须被进行接收的通信模块的“分组收发器”接收并且其传输已被中断的正好被发送的数据分组必须由进行发送的通信模块又一次地传输。由此提高了分组收发器的负荷，该分组收发器必须处理更多的数据分组。由于中断的数据分组的重新传输，降低了通信连接的可用带宽，其中很有可能发生冲突。冲突的数量取决于FP的频度和具有正常优先级的分组的频度。

【发明内容】

[0007]从所描述的现有技术出发，本发明的任务在于:在用于面向分组的数据传输的网络中实现高优先级数据分组的尽可能无延迟的传输，而这不会导致网络中有错的数据分组的上升，也不会由此导致有效数据传输速率的降低。
[0008]为了解决该任务，从开始描述的用于传输数据分组的方法出发建议:在第一数据分组的传输运行的情况下进行发送的通信模块将短期要发送的第二数据分组直接嵌入该运行的第一数据分组中，将第一数据分组的还未传输的剩余部分中间存储并且在传输第二数据分组之后传输该第一数据分组的剩余部分，并且进行接收的通信模块中间存储所接收的第一数据分组的开始部分，接收第二数据分组并且转发以便继续处理并且在接收了第二数据分组之后接收第一数据分组的剩余部分，将该剩余部分与中间存储的第一数据分组的开始部分连接并且将完整的第一数据分组转发以便继续处理。
[0009]利用本发明能够实现，在面向分组的网络中将紧急或者高优先级的数据分组(所谓的快分组，FP)立刻实时地从一个用户(进行发送的通信模块)向另一个用户(进行接收的通信模块)传输，而同时FP的运行时间分散(Laufzeitstreuung)(所谓的抖动)的最小。运行时间分散在此与按照相应的协议规范的“正常的”数据分组传送无关，在该网络中数据分组根据该协议规范被传输。
[0010]如果例如将以太网作为传输系统，则对于带有2字节有用数据的FP的传输得到下面的传输时间:
-以太网比特率100M比特/秒:大约0.8 μ S，
-以太网比特率1000Μ比特/秒:大约0.4 μ S。
[0011]作为对实时性的质量度量的运行时间分散与传输时间无关并且例如为:
-以太网比特率100Μ比特/秒:大约0.12 μ S (与此相比在现有技术中:123.4 μ S)，
-以太网比特率1000Μ比特/秒:大约0.024 μ s (现有技术:12.4 μ S)。
[0012]这些说明适用于“快分组”的一次性传输。对于带有同样特性的后面的“快分组”的传输，优选作出下面的约定:两个“快分组”的出现具有时间间隔，所述时间间隔至少对应于一个“快分组”的传输时间，因为否则第二“快分组”的传输时间会由于第一“快分组”的正好进行的传输而延长。对于具有例如2字节有用数据的快分组由此得到大约0.8 μ S (在100Μ比特/秒的以太网中)或者大约0.4μ s (在1000Μ比特/秒的以太网中)的、两个“快分组”的最小间隔。但是这种约定在大多数情况下不是限制并且因此可以针对许多应用来作出。为了实现该约定，随着另外的FP的传输简单地等待如此长时间，直到在前的FP的传输结束。
[0013]由此另一方面也得到，对于应当实现尽可能高的FP分组频率的情况FP应该尽可能小，以便将两个这种FP的可能的时间间隔保持得尽可能小。
[0014]由于通过传输“快分组”而中断的第一数据分组的中间存储，实现了:正常数据分组的传输不被干扰。这些数据分组的传送不必被中断。这些数据分组也不必在传输FP之后被重新完整传输。由此，传输介质的全部带宽可以被用于“正常”分组和FP的传输。
[0015]“正常分组”这里是指不是高优先级的、要直接传输的“快分组”的所有数据分组。
[0016]但是本发明方法例如不仅仅允许下面的经由以太网的应用，其中出现的事件(所谓的Events)作为FP传输:
-检测在通信模块中的事件，以FP形式向一个或多个接收器传输这些事件。接收器位于一个或多个其他模块中。由此在所述一个或多个接收机中触发活动(例如测量数据检测)。在多个连接的接收器中可以同时触发该活动(在所说明的运行时间分散的范围中)。利用本发明，可以将事件的出现从进行发送的通信模块实时传输给进行接收的通信模块，而不必为此存在附加的、单独的线路。更确切地，使用例如以太网连接形式的无论如何现有的传输介质来通知该事件的出现。
-传输请求，对于所述请求，发送器(进行发送的通信模块)期望快速的应答。以同样的方法将该应答从接收器(进行接收的通信模块)传输给发送器。
-周期性地传输事件，其中可以从事件优先级中导出速率，这最终对应于频率传输。这例如可以被用于，将接收器(进行接收的通信模块)中的时钟与发送器(进行发送的通信模块)的时钟以如下方式进行同步，即以接收的速率时钟(或者由此导出的参量)来对接收器的时钟继续计数并且使用该事件的数据，以便例如传输时间信息。
[0017]本发明的有利的实施方式在从属权利要求中提出。
【专利附图】

【附图说明】
[0018]下面借助附图进一步阐述本发明的其他特征和优点。但是本发明不局限于在附图中所示的实施例。更确切地，权利要求的范围中的本发明也延伸到这样的实施例，即其仅仅具有在图中所示实施例的一些特征和优点和/或包括各种实施例的组合的特征和优点。其中:
图1示出用于实现本发明方法的双向的面向分组的通信连接的框图；
图2示出用于实现本发明方法的装置作为图1的通信连接的进行发送的通信模块和/或进行接收的通信模块的组成部分；
图3示出按照优选的实施方式的、用于经由图1的通信连接发送“快分组”的流程的例
子;
图4示出按照另一优选的实施方式的、用于经由图1的通信连接发送“快分组”的流程的例子；
图5示出按照优选的实施方式的、用于经由图1的通信连接接收“快分组”的流程的例
子； 图6示出本发明的实际的应用例子；
图7示出由现有技术已知的双向的面向分组的通信连接的框图；
图8示出按照图7的用于传输数据分组的已知通信连接上的流程；
图9示出了经由按照图7的由现有技术已知的通信连接的“快分组”的传输的时间特性的例子；以及
图10示出了按照IEEE802.3的由现有技术已知的以太网数据块格式以太网II的例子。
【具体实施方式】
[0019]下面参照以太网通信连接进一步阐述本发明。然而本发明不局限于此。更确切地，本发明可以用于任何类型的面向分组的通信连接，尤其是考虑本发明在GPRS网络、UMTS网络、IP网络和ATM网络或其他分组交换的网络范围中的使用。
[0020]典型的由现有技术已知的以太网连接在图7中被示出。该示图和后面的示图和描述意义上也适用于其他面向分组的通信连接。该通信连接包括进行发送的通信模块I以及进行接收的通信模块2，它们经由传输介质3相互连接。通信模块1、2这里仅仅为了阐述的目的而被称为进行发送和进行接收的。当然，通信模块2也可以发送数据分组，而通信模块I也可以接收数据分组。在所示的实施例中，传输介质3被构造为线缆。当然，传输介质3也可以被构造为光学连接或被构造为无线连接(例如无线电或IR连接)。
[0021]通信模块1、2分别拥有发送-接收装置4 (所谓的分组收发器)用于发送和/或接收数据分组。传输段包括用于调节对传输介质3的访问的装置(所谓的介质访问控制器，MAC)。传输介质3由用于实现比特传输层的装置6(所谓的物理接口，PHY)操作。用于接收或发送数据分组的分组接口在分组收发器4和MAC5之间通过虚线7来表示。PHY6在MAC侧上具有专用的数据接口 8，该数据接口例如被构造为Mil、GMII等等。在传输介质3那侧，PHY6具有对应的传输接口 9。在PHY6的物理层面上尤其是还可以实现错误识别，利用该错误识别PHY6可以向MAC5表明在接收数据分组时的错误。
[0022]在以太网情况下，对于在两个数据分组10、11、12之间的最小间距(参见图8)、即所谓的帧间间隙(IFG)，指定了定义的预先给的值。在图8中，用参考标记13来表示在两个相继的数据分组10、11、12之间的IFG或最小间距。
[0023]MAC5顺序地处理数据分组。这导致，被分组收发器4发送的数据分组只有在传输介质3在发送方向上空闲时才被MAC 5处理。这也特别适用于具有高发送优先级的数据分组。在图9中，具有所希望的高优先级或者所希望的低传输延迟的这样的数据分组被称为快分组(FP)14。在传输介质3空闲时，FP 14立刻被传输并且被对应部位(进行接收的通信模块2)对应地及时(zeitnah)接收。
[0024]但是如果正好发送一个数据分组，例如分组11，由此传输介质3被占用，则FP 14的发送被延迟到该传输介质3又空闲为止(参见图9，上部)。在那里，FP 14准备发送的时刻用tFP表不，由于被占用的传输介质3的延迟用Td表不。延迟Td基本上取决于:
-正好处理的数据分组11的剩余大小，
-经由传输介质3的比特传输速率，和 -FP 14的长度(数据比特的数量)。[0025]数据分组11的剩余大小在极端情况下可以对应于最大可能的分组大小。该值越大，FP 14的发送(以及由此接收)就被延迟得越长。例如在传统以太网(数据分组的最大大小为1522字节)情况下，该最大延迟为大约123.4μ s (在100Μ比特/秒时)或者为大约
12.4 μ s (在1000Μ比特/秒时)。
[0026]同样由现有技术已知的用于发送高优先级FP 14的替换方法可以在于，不完全地中断正好发送的“正常”的数据分组11并且(在保持对IFG 13的请求情况下，只要被应用的传输协议要求IFG 13)紧跟着该中断的并且仅仅不完全发送的数据分组11*来传输FP 14(参见图9下部)。在图9中下部用tFP表示FP 14被形成并且由此可用于数据传输的时刻。但是在图9中下部所示的替换方法具有两个明显缺点:
-数据分组11*的中断导致在网络中有错的数据分组。实际的传输的质量由此不再能够明确地被确定，因为在接收侧(在进行接收的通信模块2中)有错的数据分组不能仅仅归因于通信问题。
-有错的数据分组11*必须由在接收侧2的分组收发器4接收并且数据分组11必须由发送侧(进行发送的通信模块I)又一次地完整传输。由此，提高了必须处理更多数据分组11*的分组收发器4的负荷。由于数据分组11*，11的重复传输，降低了通信连接的可用带宽，其中很有可能发生冲突。冲突的数量取决于FP 14出现的频度和具有“正常”优先级的数据分组10、11、12的频度。
[0027]在图9中示意性示出的数据分组的传输在图7中在发送模块I中或在接收模块2中在MAC5和PHY6之间进行。
[0028]在面向分组的通信连接中等待传输的“正常”数据分组10、11、12的例子在图10中借助以太网分组被进一步阐述。在其他传输协议中使用的数据分组可以与此不同。以太网数据帧(所谓的以太网帧(Ethernet-Frame))与前置的前导(例如7字节)和所谓的开始帧分界符(SFD)(例如I字节)一起得到以太网分组。以太网分组总是以前导开始，该前导由多个具有值0x55的字节和具有值0xD5的SFD字段构成。该以太网帧包括标识应当接收数据分组的通信模块2的目标MAC地址(例如6字节或48比特)。源MAC地址(例如6字节或48比特)标识进行发送的通信模块I。在根据IEEE 802.1q的所谓的加标签MAC帧中附加地跟随着4个字节作为VLAN (虚拟局域网)标签。接着的类型字段(例如2字节)给出关于在有用数据内部下一个较高层所使用的协议的消息。接着的是有用数据，其中每个数据分组可以传输最多1500字节的有用数据。这些有用数据由在类型字段中说明的协议来解释。接着有用数据的是所谓的PAD填充字段，其被使用来在需要时将以太网帧带到64字节的最小大小上。在此，在确定所需的最小帧长度时不将前导和SFD (8字节)计算在内，但是可能将可能存在的VLAN标签计算在内。因此当作为有用数据要传输少于46或者42字节(没有或者带有802.1q-VLAN-标签)时，需要PAD字段。最后在以太网分组的末尾处，设置有帧校验序列(FCS)，其包含CRC校验和(例如4字节)。所述CRC校验和在实际帧上被计算，也即以目标MAC地址开始并且以PAD填充字段结束。前导、SFD和FCS本身不在CRC校验和中被考虑。原则上，对于在其他传输协议中的数据传输可以应用与所描述的以太网分组不同地构建的数据分组。
[0029]与在图7中所示的、由现有技术已知的面向分组的通信连接不同，图1中的本发明通信连接的通信模块1、2分别具有布置在MAC5和PHY6之间的附加的功能块“快分组发射器/接收器”20。该功能块20具有与用MAC*表示的功能块21的另外的接口，该另外的接口例如是用于调节对传输介质3的访问的附加装置。功能块20逻辑上被看作MAC层的一部分，但是该功能块20另一方面也可以不被明确地分配。功能块21可以构造为MAC5的组成部分或者与MAC5分离地构造。此外，本发明的通信模块1、2分别具有附加的发送-接收装置4’(所谓的分组收发器)用于发送和/或接收数据分组，该发送-接收装置经由用于接收或发送数据分组的分组接口 7与附加的MAC*21连接。每个通信模块1、2的两个分组收发器4，4’可以实施为一个单元或者彼此分离。但是这里为了后面的阐述和更好地理解，对于附加的MAC’ 21和附加的分组收发器4’示出完全单独的路径。
[0030]本发明方法的前提是，在本发明意义上参与数据传输的两个通信模块1、2具有相同的功能扩展(“快分组发射器/接收器” 20，“MAC*” 21和“分组收发器”4’)。由此可以在通信模块1、2之间实现双向的连接。但是当然也可以设想，例如在单向运行的情况下仅仅设置在发送侧I上的“快分组发射器”和在接收侧2上的“快分组接收器”。
[0031]MAC5在发送器方向上尤其是负责针对PHY6的数据的序列化。其又在发送方向上按照为数据传输所使用的通信协议建立要传输的数据分组并且建立——只要按照所使用的协议规范规定——用于错误校正/错误识别的CRC校验和。
[0032]MAC*21基本上具有与MAC5相同的功能。但是重要的区别在于，MAC*21不一定生成按照为数据传输所使用的协议规范、例如按照以太网规范的数据分组。更确切地，由MAC*21生成的FP 14也可以是专有格式的。出于该原因，也要求:进行接收的通信模块2具有相同的MAC*21或者与其兼容的MA021，因为进行接收的通信模块2可能对应地处理进入的FP14。
[0033]出于该原因也有意义的是，在中断数据分组11的运行的传输以立刻传输高优先级的数据分组FP14之前，进行发送的通信模块I首先检验进行接收的通信模块2在硬件上是否完全能够实施本发明方法。优选只有当参与的通信模块1、2、尤其是进行接收的通信模块2能够实施该方法时，才实施本发明所建议的用于传输高优先级数据分组FP14的方法。如果进行发送的通信模块I确定，进行接收的通信模块2不能实施该方法(例如由于其具有非兼容的MAC*21)，则进行发送的通信模块I促使高优先级数据分组FP 14以开始描述的、由现有技术已知的传统方式和方法进行传输。这种已知的数据传输虽然有开始所述的现有技术的缺点，但至少可以实现在通信模块1、2之间的规则数据传输。如果要传输的数据被指定用于能够实施该方法的进行接收的通信模块2，则为了实现本发明方法而构造的进行发送的通信模块I可以以本发明的方式和方法传输高优先级数据分组FP 14。
[0034]图1中的没有被明确阐述并且具有与图7中的对应功能块相同参考标记的那些功能块被相同地构造并且具有相同的功能。参考关于图7的对应的阐述。
[0035]功能块“快分组发射器/接收器”20在图2中被详细示出。功能块20的内部结构在发送方向上包括控制单元22 (控制逻辑)、数据复用器(Mux)23并且在接收方向上包括数据解复用器(DeMux) 24。在与MAC5的分组接口上设置有两个中间存储器25、26 (“存储器收发器MT”或“存储器接收器MR”)。
[0036]原则上，MAC5可以由控制单元22控制以用于减少在发送路径中的MAC带宽(参见在图2中从控制单元22至MAC5的虚线箭头)。这例如当应当发送大量FP 14并且应当中断从MAC5到中间存储器25的数据分组流时可以是必须的。由此可以保持两个彼此相继的FP 14之间的时间间隔。该间隔例如可以至少相应于一个FP14的传输时间。由此，可以通过正好进行的第一 FP的传输来阻止第二 FP14的传输时间的延长。
[0037]用于实现比特传输层的装置6 (PHY)在发送分组时通过控制逻辑22被控制为，使得数据分组10，11，12、部分分组11*和快分组FP14可以由接收器区分开来。为此可以优选使用MII/GMII接口的信号TX_EN，以便表明新的分组10，11，12、部分分组11*或FP14的开始并且由此使得对于接收器可以识别部分分组。
[0038]功能块20优选以硬件实施并且例如以所谓的现场可编程门阵列(FPGA)的形式来实现。特别优选的，至少控制单元22、复用器23和解复用器24以硬件、尤其是作为FPGA来实现。功能块20的以硬件实现的部分可以作为集成电路来实现或者作为可编程硬件来实施。功能块20原则上也可以以软件来实现。
[0039]控制单元22尤其是具有下面的任务:
-由MAC*21立刻传输等候传输的数据分组FP14，
-控制内部元件、也即尤其是复用器23、解复用器24、中间存储器25和中间存储器26
以及
-控制至MAC5和从MAC5来的分组流以及至MAC*21和从MAC*21来的分组流。
[0040]下面，首先详细阐述本发明通信连接的发送机制。在此，原则上可以区分两种情况:
1.(在FP14的完成和其准备用于传输的时刻tFP)不进行另外的数据分组传输(参见图3)。于是FP14可以立刻被传输。如果在传输FP14期间正常的数据分组由MAC5来放置(例如在图3中的数据分组11)，则该正常的数据分组11首先被记录(eingetaktet)在中间存储器25中。中间存储器25优选作为FIFO (先进先出)存储器工作。只要该高优先级数据分组FP14 —传输完毕，该控制单元22就负责将正常的数据分组11从中间存储器25读出并且将数据转发给PHY6以用于经由传输介质3进行传输。在此可以设想，在FP 14和数据分组11之间不设置帧间间隙(IFG) 13。
[0041]在图3中，除了所示的数据分组10、11、12和14之外还说明了带圆圈的不同数字，这些数字应当涉及并且说明图1的带圆圈的对应数字，在那里在通信连接中或者通过其功能块提供并且传输各个数据分组。
[0042]2.在第二种情况中，FP 14在正常数据分组(例如数据分组11)的目前进行的传输期间被传输(参见图4)。在该情况下14由控制单元22立刻嵌入到运行的正常数据分组11中。用参考标记11.1来表示数据分组11的在该时刻已经被发送的那个部分。在FP 14的嵌入期间，将数据分组11的剩余部分(用参考标记11.2表示)记录到中间存储器25中。在完成嵌入并且传输了 FP 14之后，数据分组11的剩余部分11.2从存储器25中被提取出来并且经由PHY6输出到传输介质3上。
[0043]可以设想，在正常数据分组11的剩余部分11.2中又嵌入FP 14(在图4中未被示出)，由此于是形成另外的分组部分(例如可以用11.3来表示)。后面的分组部分(也即11.2，11.3等)在经由传输介质3传送时在部分分组开始处添加了标识字段，以便对于进行接收的通信模块2来说可以将部分分组11.2，11.3等识别为数据分组11的部分分组。这在后面还进一步被阐述。
[0044]FP 14的嵌入和另外的部分分组的添加(例如部分分组11.2，11.3等)被控制单元22控制为，使得可以在在接收侧2的PHY6和MAC5之间将各个部分分组11.2，11.3识别为独立的块。由此，例如在使用以太网情况下在发送器I中的控制单元22必须负责使在接收侧2上能够根据对信号RX_DV的规范IEEE 802.3区分部分分组11.2，11.3等。接收的数据涉及何种类型分组的差别在(部分)分组10、11、12或者11.1,11.2,11.3等中用标识字段
来表示。
[0045]本发明的重要的方面在于，本发明通信模块1、2的功能块MAC5工作得正好与由现有技术已知的通信模块中一样。该功能块MAC5传输完整的数据分组11。该功能块MAC5不经历将数据分组11分成部分分组11.1和11.2。因此本发明方法对于MAC5在发送方向上是完全透明的。对应的自然也适用于在接收方向。分组收发器4和MAC5没有发现本发明方法，因此可以像之前一样完全正常发送和像以前一样接收。
[0046]下面，进一步阐述在进行接收的通信模块2中的接收机制。在此，考虑上面借助图4阐述的第二种情况，在该第二种情况中数据分组11被划分为两个部分分组11.1和11.2。为了阐述接收机制，参考图5。进行接收的通信模块2的控制单元22通过对应地操控解复用器24负责使数据分组部分11.1和11.2等被输送给中间存储器26并且FP 14被提取并且被传输给MAC*21。这里中间存储器26具有密钥角色，该中间存储器26同样可以实施为FIFO。控制单元22借助(部分)分组的已传输的标识字段来识别:接收的数据是新数据分组10、11、12的开始还是数据分组11的另外的数据分组部分11.2，在该数据分组11中已经接收了数据分组部分11.1。由此控制单元22能够将接收的部分分组11.1U1.2等写入到中间存储器26中并且能够将接收的数据分组11完整地传输给MAC5用于继续处理。
[0047]按照本发明的一种可能的扩展方案，中间存储器26附加地还实现延迟功能。这例如可以通过具有延迟功能的FIFO来实现。在此，进入的数据分组不是立刻转发给MAC5，而是在延迟时间Tv之后(参见图5)才开始转发。存储器26的大小由所需的延迟时间Tv得到。通过该延迟能够实现，将数据分组11无中断地、也即完整地转发给MAC5。延迟时间Tv补偿可能已传输的FP 14的出现。在此根据所希望的系统设置来确定时间Tv的大小。对于Tv所需的值从FP 14的最大可能频度和其长度中来确定。对于具有1000M比特/秒的传输速率的以太网通信连接的确定大小的例子说明如下:
-正常以太网分组的最大大小例如为1500字节。由此得到传输持续时间为12 μ S。
-发送器(MAC*21)具有在12 μ s期间四个FP 14的最大可能发送特性。
-FP 14由最多10字节构成。由此，MAC分组在接收器侧2的延迟必须被设计为≥40字节(4FPX10字节)，也即中间存储器26必须能够容纳至少40字节。由此得到320ns的延迟时间Tv (40字节X8比特X Ins)。
[0048]在接收器侧2的MAC5将数据分组11在发送器侧I划分成部分分组11.1、11.2并且在接收器侧2不与什么组合。在接收器侧2的MAC5从功能块20获得整块的完整数据分组11。本发明的方法这里对于在接收器侧2的MAC5也完全是透明的。
[0049]为了能够在接收器侧区别FP 14和非FP (所谓的“正常”数据分组10、11、12)，FP优选包含FP标识。在以太网分组(参见图10)的例子中，FP标识例如可以如下地构造:以太网分组总是以前 导(0x55 )和SFD字段(0xD5 )开始。在一个或多个第一字节、或者在第一字节的一部分中与此不同的值可以被用来标识FP 14。以太网分组的第一(替换地也可以第二、第三等)字节因此可以被用作FP 14的标识字段。[0050]没有因为嵌入的FP 14而被划分的正常数据分组一例如数据分组10、12——在先前描述的例子中优选保持不变。由MAC5发送并且由于嵌入一个或多个FP 14而被划分的正常数据分组，例如被划分成部分分组11.1、11.2等等的数据分组11可以为了表示而例如进行如下改变:
-部分数据分组11.1:不变，
-部分数据分组11.2和所有后面的部分数据分组:该部分分组11.2等等可以在前导的第一字节27 (参见图10)中设置有唯一识别符(或者也在第一两个或更多个字节27、28中)。该识别符在此优选与0x55、0xD5并且与用于FP 14的识别符相区别。由此，进行接收的通信模块2能够将这些部分分组11.2等等又分配给确定的部分数据分组11.1或数据分组11，使得于是该数据分组11可以在由不同部分数据分组11.1、11.2等等进行组合之后作为整体被输送给MAC5。
[0051]高优先级FP 14可以包括任意数据。高优先级FP 14尤其是可以对应于以太网格式或者例如模拟CAN消息。
[0052]在图6中，示出了本发明的具体应用例子。在此，用“FP端口”31或者34来表示按照本发明来构建的以太网连接端。用“FP分组源”36来表示用于生成FP 14的单元。相应地，用“FP分组阱”37来表示用于接收FP14的单元。本发明方法涉及的所有功能块以硬件/FPGA来实现。
[0053]第一模块30具有多个FP端口 31并且对于正常以太网分组10、11、12拥有以太网交换机35。第二和第三模块32、33分别具有FP端口 34并且由此也可以理解为终端设备。正常以太网数据分组10、11、12经由终端设备32、33的各自的MAC5来发送/接收。处于其后面的、使用接收的FP 14的内容或者确定发送的FP 14的内容的基础设施在图6中未被示出。但是例如在那里可以连接至少一个计算设备(CPU)。在该第一模块30中的FP分组交换机38可以在如下意义上被实施为可配置的:根据接收的FP 14的内容将该FP14转发给FP端口 31的一个或多个或者也转发给FP分组阱37。
[0054]按照第一可能的实施例，本发明被使用于检测在模块——例如第一模块30——中的事件(所谓的Events)，并且被使用于将这些事件传输给一个或多个接收器——例如第二模块32和/或第三模块33。接收器32、33分别位于一个或多个模块中。在该一个或多个接收器32、33中，通过接收的事件来触发活动，例如测量数据检测。在多个连接的接收器32、33中可以同时触发该活动(在说明的运行时间分散的范围中)。在此一个显著的优点是，不必为事件的传输而在模块30、32、33之间设置单独的线路，而是可以一同使用无论如何存在的以太网连接3。
[0055]第一模块30例如具有按键(在图6中未被示出)。如果该按键被使用者按压，则这对应于事件的出现，并且FP 14的递送(“现在检测测量数据”)被触发。FP分组交换机38可以被配置为，使得其接收所述FP 14，经由所有FP端口 31发送而使得该FP 14 (在所说明的运行时间分散的范围中)同时被所有连接的模块——例如第二和第三模块32、33——接收。这能够实现在这些模块32、33中同时检测测量数据。
[0056]如果在第一模块30和第三模块33之间还中间连接有第一模块30类型的、将FP14转发给第三模块33的另一模块(在图6中未示出)，则第三模块33会比第二模块32晚地接收到FP 14。FP 14的运行时间由于这种附加的中间连接的模块而非常小并且最多处于一位数的μ s范围。尽管运行时间不是可忽略的，但是其可以被保证。通过本发明建议的方法还可以越过多个模块非常准确地预测并且保证在进行接收的通信模块2中——例如
在图6的第三模块33中-的针对FP 14的接收时间。如果例如考虑FP14在一个模块
中的延迟为5μ s并且取六个这种串联连接的模块，则直至最远点的传送持续时间最大为30 μ S0该值可以被保证。
[0057]按照另一建议的实施例，可以利用本发明借助一个或多个FP 14来传输任务或请求，进行发送的通信模块I对于这些任务或请求希望快速应答。所述应答根据本发明方法可以同样作为高优先级FP 14从进行接收的通信模块2传输给进行发送的通信模块I。
[0058]如果例如第一模块30想非常快速地检测其他模块32、33的状态，则第一模块30为此可以同时发送FP 14 (“读状态”)给第二模块32和第三模块33。模块32、33在其“FP分组阱”37上接收所述FP 14并且可以在自己一侧直接将FP 14 “状态=ΧΥ”发送回该第一模块30。通过功能块21、31或34、36、37、38以硬件/FPGA实现，可以将应答时间保持得小。
[0059]按照另一可能的实施例，可以借助本发明实现事件的周期性传输，其中可以由事件周期性导出速率，这最终对应于频率传输。这例如可以被用于以如下方式将在进行接收的通信模块2中的时钟与发送器I的时钟同步:接收器2的时钟以接收的速率时钟(或者以从中导出的时钟)来继续计数并且使用所述事件的数据，以便传输时间信息。
[0060]这里，例如第二模块32是系统的时间发生器。模块32周期地发送FP14“TimeSync”。为此的逻辑被实现为硬件/FPGA并且被连接到FP分组源36。FP 14的传输周期可以由模块32的本地时钟来推导。FP 14 “TimeSync”的一个或多个可以包括附加的有用数据，例如时间信息。第一模块30和第三模块33的FP分组阱37上的接收逻辑可以从FP 14的接收时刻中导出第二模块32的时钟的速率，使得模块30、33由此控制其自己的时钟并且必要时进行校正并且由此可以保证，自己的时钟与第二模块32的时钟同步地运行。在FP 14的有用数据中附加的包含的时间信息于是可以被用于，调节第一模块30或第三模块33的时钟时间。因此通过在FP 14中包含的有用数据，接收模块30、33的时钟时间可以被设定到绝对值，相反通过FP 14的接收时刻或者由其导出的时钟可以进行时钟时间的相对校正。替换地，第二模块32也可以仅仅操控第一模块30，第三模块33于是可以由第一模块30来操控。
[0061]除了对于时钟同步的特定应用之外，周期性事件适于各种任务:例如看门狗、周期地检测测量数据等等。
【权利要求】
1.用于经由将两个通信模块(1，2;30，32，33)相互连接的传输介质(3)在这两个通信模块(1，2 ;30，32，33)之间传输数据分组(10，11，12 ；14)的方法，其特征在于，在第一数据分组(11)的传输运行的情况下进行发送的通信模块(I ;32)将短期要发送的第二数据分组(14)直接嵌入该运行的第一数据分组(11)中，将第一数据分组(11)的还未传输的剩余部分(11.2，11.3，……)中间存储并且在传输了第二数据分组(14)之后传输该第一数据分组(11)的剩余部分(11.2，11.3，……)，并且进行接收的通信模块(2)中间存储所接收的第一数据分组(11)的开始部分(11.1)，接收第二数据分组(14)并且转发以便继续处理，并且在接收了第二数据分组(14)之后接收第一数据分组(11)的剩余部分(11.2，11.3，……)，将第一数据分组(11)的剩余部分(11.2，11.3，……)与中间存储的第一数据分组(11)的开始部分(11.1)连接并且将完整的第一数据分组(11)转发以便继续处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在实现该方法之前，首先检验参与的通信模块(1，2 ;30，32，33)在硬件上是否完全能够实施该方法，并且只有当参与的通信模块(1，2 ;30，32，33)能够实施该方法时，才实施该方法。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，以预先给定的延迟(T_V)转发所接收的完整的第一数据分组(11)以便继续处理。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，第一数据分组(11)的要传输的剩余部分(11.2，11.3，……)由进行发送的通信模块(I ;32)配备有用于表示作为部分分组的标识字段(27 ;28)，并且进行接收的通信模块(2 ;30，33)借助所述标识字段(27，28)的内容来识别:所接收的数据是具有第一数据分组(11)的剩余部分(11.2，11.3，……)的部分分组。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，根据以太网规范来构建数据分组(10，11，12)并且经由 所述传输介质(3)来传输所述数据分组。
6.根据权利要求4和5所述的方法，其特征在于，该标识字段(27;28)具有至少部分与以太网数据分组的传统前导不同的值。
7.用于经由传输介质(3)向另一通信模块(2;30，33)发送数据分组(10，11，12 ;14)的通信模块(I ;32)，其中所述传输介质将这两个通信模块(1，2 ;30，32，33)相互连接，其特征在于，进行发送的通信模块(I)具有用于中间存储要发送的第一数据分组(11)或该第一数据分组(11)的还未传输的剩余部分(11.2)的中间存储器(25)和布置在中间存储器(25)和传输介质(3)之间的复用器(23)，所述复用器用于将要施加到传输介质(3)上来传输的数据在被中间存储在该中间存储器(25)的第一数据分组(11)或该第一数据分组(11)的被中间存储的还未传输的剩余部分(11.2)与短期要发送的第二数据分组(14)之间进行切换。
8.根据权利要求7所述的通信模块(I;32)，其特征在于，该通信模块(I ;32)具有用于数据分组(4)的发送装置、用于调节对传输介质(3)的访问的装置(5)和用于实现比特传输层的装置(6)，其中该中间存储器(25)和该复用器(23)布置在用于调节对传输介质(3)的访问的装置(5 )和用于实现比特传输层的装置(6 )之间。
9.根据权利要求7或8所述的通信模块(I;32)，其特征在于，该通信模块(I ;32)具有用于数据分组(10，11，12)的 发送-接收装置(4)、用于要发送的数据分组(10，11，12)的中间存储器(25)和用于接收的数据分组(10，11，12)的另外的中间存储器(26)以及用于要发送的数据的复用器(23)和用于接收的数据的解复用器(24)。
10.用于经由传输介质(3)从另一通信模块(I;32)接收数据分组(10，11，12 ;14)的通信模块(2 ;30，33)，其中该传输介质将这两个通信模块(1，2 ;30，32，33)相互连接，其特征在于，进行接收的通信模块(2 ;30，33)具有用于中间存储接收的第一数据分组(11)的中间存储器(26)和布置在传输介质(3)和中间存储器(26)之间的解复用器(24)，所述解复用器用于将经由传输介质(3)接收的数据在用于第一数据分组(11)的中间存储器(26)与用于继续处理短期经由传输介质(3)发送的并且由所述通信模块(2 ;30，33)接收的第二数据分组(14)的装置(21)之间进行切换。
11.根据权利要求10所述的通信模块(2;30，33)，其特征在于，该通信模块(2 ;30，33)具有用于数据分组(10，11，12)的接收装置(4)、用于调节对传输介质(3)的访问的装置(5)和用于实现比特传输层的装置(6)，其中该中间存储器(26)和该解复用器(24)布置在用于调节对传输介质(3)的访问的装置(5)和用于实现比特传输层的装置(6)之间。
12.根据权利要求10或11所述的通信模块(2;30，33)，其特征在于，用于继续处理短期经由传输介质(3)发送的并且由所述通信模块(2 ;30，33)接收的第二数据分组(14)的装置(21)是用于调节对传输介质(3)的访问的装置(5)的集成的组成部分。
13.根据权利要求10或11所述的通信模块(2;30，33)，其特征在于，用于继续处理短期经由传输介质(3)发送的并且由所述通信模块(2 ;30，33)接收的第二数据分组(14)的装置(21)是用于数据分组(10，11，12)的接收装置(4)的集成的组成部分。
14.根据权利要求10至13之一所述的通信模块(2;30，33)，其特征在于，该通信模块(2;30，33)具有用于数据分组(10，11，12)的发送-接收装置(4)、用于要发送的数据分组(10，11，12)的中间存储器(25)和用于接收的数据分组(10，11，12)的另外的中间存储器(26)以及用于要发送的数据的复用器(23)和用于接收的数据的解复用器(24)。
15.根据权利要求10至14 之一所述的通信模块(2;30，33)，其特征在于，所述通信模块(2 ；30,33)以硬件、可编程硬件、尤其是以现场可编程门阵列FPGA的形式或以软件来实现。
16.根据权利要求11至15之一所述的通信模块(2;30，33)，其特征在于，用于实现比特传输层的装置(6)和通信模块(2 ;30，33)的计算设备集成在一个电子部件中，该计算设备尤其是中央处理单元CPU形式。
【文档编号】H04L12/865GK103812797SQ201310569420
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月13日 优先权日:2012年11月14日
【发明者】M.弗罗纳 申请人:罗伯特·博世有限公司