专利名称：用于在可变位长度的情况下进行数据传输的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在CAN总线系统的至少两个用户之间传输数据的设备、方法以及接口，其中在数据帧内的所传输的位的持续时间可以呈现至少两个不同的值。
背景技术：
例如，在公开文献DE 100 00 305 Al中公开了控制器局域网(Controller AreaNetwork)以及称作“时间触发 CAN (Time Triggered CAN)，，(TTCAN)的对 CAN 的扩展。在CAN中使用的媒体访问控制方法基于逐位仲裁。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通道传输数据，而由此不干扰数据传输。此外，这些用户站可以在通过通道发送位时确定通道的逻辑状态(O或I)。如果所发送的位的值并不对应于通道的所确定的逻辑状态，那么用户站结束对通道的访问。在CAN中，逐位仲裁通常在经由通道要传输的数据中贞内的仲裁域(Arbitrierungsfeld)中进行。在用户站将仲裁域已完全发送给该通道之后，用户站知道对该通道排他地访问。因此，仲裁域的传输的结束对应于释放时间间隔的开始，在所述释放时间间隔内用户站可以排他地使用该通道。根据CAN的协议规范，不允许其他用户站访问该通道(也就是说将数据发送给该通道)，直至进行发送的用户站已传输数据帧的校验和域(CRC域)。因此，CRC域的传输的结束时刻对应于释放时间间隔的结束。通过逐位仲裁，实现了通过通道无毁坏地传输数据帧。由此得到CAN的良好的实时特征，而在媒体访问控制方法中(其中由用户站发送的数据帧在通过通道传输期间由于与其他站所发送的其他数据帧有冲突而可被毁坏)，具有明显更不利的实时特性，因为由于冲突和由此所需的重新传输数据帧而发生数据传输的延迟。CAN的协议和/或其扩展TTCAN特别适合于在实时条件下传输短消息。然而，如果要通过CAN域(Domaene)传输更大的数据块，那么通道的比较小的位率会成为进行限制的因数。为了保证逐位仲裁的正确运行，对于位的传输必须遵守最小持续时间，因为在仲裁期间所有总线用户必须具有总线状态(O或I)的统一映射并且平等地访问总线状态，其中该最小持续时间尤其是与总线系统的扩展、通道上的信号传播速度和总线用户的接口模块中的固有处理时间有关。因而，通过减小各个位的持续时间不能立即提高位率。尽管如此，为了能够将对于控制单元的编程所需的比较大的数据块通过实际为连接到CAN域所设置的通信接口足够快地传输，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其他通信模式，在该其他通信模式下，不执行逐位仲裁并且因此比较高的位率是可能的。然而，在这种情况下，必须将在CAN的协议的情况下通信中断一定的时间。例如，如果由于错误而不再能够根据CAN协议记录总线系统的运行，那么发生总线系统的故障。此外，由于传输比较大的数据块而发生随后根据CAN的协议要进行的传输的极大延迟，使得CAN的实时特性被损害。将该方法不仅用于在车辆或控制单元的制造过程结束时对控制单元进行编程而且用于在车辆运行期间进行编程因此并不是有意义的。DE 103 11 395 Al描述了可在CAN通信与不对称的串行通信协议之间转换的系统，该系统在异步模式下能够实现较高的传输率，其中然而该协议在CAN标准之外。
DE 103 40 165 Al建议了一种在CAN网络内的传感器与执行器之间的改进的同步。由此，然而在不提高传输率的情况下，实现了等待时间的降低。
发明内容
本发明的任务是给出一种方法，以及描述一种设备和一种接口，通过所述方法、所述设备和所述接口可以在CAN网络中比较快地传输更大的数据量，并且可以在通过总线传输消息时遵守实时条件。该任务通过具有权利要求1所述的特征的数据传输方法以及通过在独立权利要求中所描述的设备和接口来解决。发明优点
所描述的任务根据本发明通过如下方式被解决在有限的时间内、尤其是在数据帧内成功进行仲裁之后相对于针对仲裁所使用的值减小位长度(也就是位的持续时间)。换言之，对于在所传输的数据帧的数据域内的有限区段，相对于基本时钟率(Taktrate)提高总线的时钟率。在这种情况下，时钟率原则上也可以呈现多个不同的被提高的值并且在这些值之间进行转换的时刻可以任意地在数据帧内。一般而言，时钟率会呈现任意变化过程，只要总线用户关于该变化过程有统一的理解并且这样可以统一地解释在数据帧中包含的信肩、O数据帧在至少一个子区域中具有根据本发明改变的位长度的事实必须被通知给接收方，以便接收方可以正确解释所发送的数据。向接收方的通知通过标识来进行。在这种情况下，有利的可以是，根据用于位长度和位长度的变动的时刻的标识使用所存放的值。对此的例子会是通过在数据帧的头部区域内的所确定的尚未占用的位进行标识，其中针对该位的两个可能的值之一例如在完整的数据域中使用减小针对所有总线用户所确定的因数的位长度。另一可能性是，在标识内或在数据帧内的其他被确定的位置处将关于位长度和/或位长度的变动的时刻的信息传送给接收方。例如，可以在数据域的前三位中传送作为整数的针对位长度的减小因数或减小除数，并且在数据域的剩余持续时间内在确定的转换时间之后应用与该因数相乘的位长度。在另一有利的实施形式中，在之前的数据帧中的标识被发送，并且以该方式提示至少一个总线用户随后的指向其的数据帧将具有减小的位长度。此外，有利的是，数据帧的至少SOF位和仲裁域具有对应于总线的基本时钟率的位长度。在该情况下，根据仲裁的结果可以有针对性地仅在当前被传送的数据帧的发送方和接收方处进行位长度的减小并且节约能量，其中该能量是在所有总线用户处执行采样频率的相对应的提高所需的。未转换其位长度的其他总线用户接着可以暂时不参与通信。为了将实施根据本发明的方法的设备不仅使用在其用户普遍遵守对应于基本时钟率的位长度的总线系统中而且使用在其用户可以在根据本发明被减小的位长度的情况下工作的总线系统中，进一步有利的是例如通过合适的输入端可切换地构建这些设备。根据本发明工作的设备接着灵活地可使用在老式和新式网络中。为了避免在被减小的位长度的情况下所传输的位在不转换其位长度的总线用户处导致错误或发生有错误地再同步到在被减小的位长度的情况下所传输的位的边沿，可以是有利的是，在此处所描述的方法中至少在传输具有减小的位长度的数据期间，在一个或多个总线用户处、尤其是在不转换其位长度的总线用户处，停止再同步。例如，总线系统会具有全(Full)节点和Eco节点作为总线用户，其中全节点通过诸如较高品质的振荡器的合适装置来设立，以转换位长度，而Eco节点仅可以使用常规的位长度。如果全节点发送具有缩短的位长度的消息，则例如从最后的长的位起，Eco节点将停止其通信并且也不再执行位再同步。可能的是，与识别位长度的即将来临的减小有关地停止再同步，例如通过数据帧的标志或仲裁的结果和/或合适的标识的相关性来停止再同步。当Eco节点在可预给定的时间内观察隐性的总线状态，例如持续十个慢的位长度(这对应于具有三个随后的间歇位(Intermission-Bit)的巾贞结束(End-Of-Frame))时,这些Eco节点又开始通信。那么，不精确的、成本低廉的并且节能的振荡器足以进行相对应的识别。
随后依据附图介绍并且更为详细地阐述了本发明。图1示出了现有技术中的具有多个用户的CAN总线系统，所述用户通过总线能够交换数据帧。图2a示意性地示出了根据CAN标准ISO 11898-1的数据帧的结构。图2b示意性地示出了在根据本发明划分成不同位长度的区域的情况下的数据帧的结构。图3是针对标识在数据帧内的时间位置的例子，通过该标识给接收方通知关于位长度的变动的所需信息。图4a和4b示出了用于在数据帧与根据本发明的总线用户之间分配关于位长度的变动的所需信息的不同可能性。`
具体实施例方式随后描述了用于根据本发明的方法和设备的实施例。具体的例子被用于阐述实施方案，但并不限制本发明构思的范围。图1示出了现有技术中的CAN总线100，其具有多个用户110、120、130、140，如在图1中所示。在这些用户之间，根据CAN标准ISO 11898-1交换数据帧。例如，对于该总线适用的是为500k波特的时钟率，即位长度在此例中为2 μ S。图2a示出了数据帧200的示意性结构，该数据帧200可以通过总线100被传输。该数据帧原则上能被再分成头部区域201 (通常包括“帧开始”、“仲裁域”和“控制域”这些域)以及数据域202和端部区域203 (通常包括CRC域、ACK域和“帧结束”)。针对在此所示的情况，在时刻t5开始传输数据域，而在时刻t6开始传输端部区域。对于整个数据帧，时钟率是恒定的。图2b示例性地示出了数据帧210的根据本发明不同的结构，该数据帧210包括头部区域211、数据域212和脚部区域(Fussbereich)213。附加地示出了时刻t3和t4,这些时刻t3和t4表征转换位长度的开始和结束。在这里所示的情况下，对于整个数据域而言例如将时钟率提高3倍，或例如将位长度减小倒置的因数到O. 5 μ S。与此相应地，时刻t3与数据帧的数据域的开始t5叠合，并且时刻t4与数据帧的端部区域的开始t6叠合。但是，时刻t3和t4在其他实现形式(Auspraegung)中也会在其他位置上,例如在该数据域之内。
图3重新示出了根据本发明的数据帧210的结构。附加地示出了根据本发明的标识310示例性地在数据帧的头部区域内的位置。在这里所示的实现形式中，在头部区域内的一个或多个位会被用于标识。例如，被预留的位会被用作为原位长度的四分之一的位长度的标识。在该情况下，所标明的时刻tl和t2会是被预留的位的开始和结束，时刻t3和t4如前地对应于位长度的转换的开始和结束。根据本发明的标识的特殊情况是如下可能性根据在CAN矩阵的定义的范围中的数据帧的标志确定被用于传输的减小的位长度。当在确定时已知相应数据帧的潜在的发送方和接收方时，也已知了是否针对具有给定的标志的消息的所有发送方和接收方被设立用于使用减小的位长度，即所谓的“全节点”，或它们是否不被设立为此，即涉及“Eco节点”。据此接着可以确定，带有确定的标志或由一组标志(尤其是仅在全节点之间被交换的那些标志)构成的数据帧在确定的区域中使用减小的位长度。这接着仅通过标志本身被通知给相应的接收方。另一但是在此未进一步实施的可能性是发送在之前的数据帧中的标识310并且以此方式向至少一个总线用户提示，跟随的指向其的数据帧将具有减小的位长度。在这种情况下，标识不必在每个根据本发明的数据帧中被一同发送，而是仅一次性地或偶尔地被
一同发送。图4a和4b研究标识的信息内容。在此，存在如下可能性，针对不同类型的数据帧，在总线用户处储存在数据帧内的关于位长度的相应变化过程的信息并且仅传送在标识的范围中的类型信息。可替换地，描述位长度的减小的特征量也可以与标识一起被发送。在所示的情况下，只存在两种类型的数据帧，并且仅使用数据帧210的一位作为标识310，以便在A类型(例如如图2a的具有根据标准CAN的统一位长度的数据帧)和B类型(例如如图2b的在数据域中具有为原位长度的四分之一的位长度的数据帧)之间转换。发送和/或接收A类型的数据帧的Eco总线用户405和406认识到标准位长度LI。发送和/或接收B类型的数据帧的全(Full)总线用户410和420认识到出现的位长度LI和L2的两个值，标识[tl，t2]的位置和具有减小的位长度的区域的开始时刻和结束时刻t3和t4与其发送和接收特性以合适的方式相匹配。为了必要时暂时中断接收并且可以关断位再同步，Eco用户405和406附加地认识到标识[tl，t2]的位置。结合图3b所讨论的根据本发明的位长度减小与数据帧的标志的相关性同样要求对在用户405和406中的进行标识的区域[tl，t2]的认知，所述进行标识的区域[tl，t2]在该情况下隐含地在数据帧的标志中。自然也可能的是，仅将B类型的数据帧用在总线上，并且与此相应地，所有总线用户都作为全用户来表现并且其发送和接收特性调节到被缩短的位长度上。在图4b中示出了另一可能性。在此除了标识310之外，也传送关于位长度的变动的信息的部分，尤其是传送要提高总线速率或要减小位长度的因数F。发送和/或接收B类型的数据帧的全总线用户430和440在该例子中认识到标识[tl，t2]的位置和具有减小的位长度的区域的开始和结束时刻t3和t4，将改变的位长度计算为L2=L1/F并且使其发送和接收特性以合适的方式相匹配。例如，通过使用数据域的前三位会传送八个不同的因数F、例如在I到8之间的值，并且在接收到因数之后的限定的时刻，例如在数据域的第四或第五位处，与此相应地转换位长度。该方法在通过图4a和4b所示的实施例中可以被实现为使得恰好当已得到传送具有减小的位长度的B类型的数据帧时才进行采样率的转换。在该情况下，需要在进行接收的总线用户处及时有关于减小的位长度的认知。尤其是，因此必须在具有减小的位长度的区域之前(在所示的例子中即在时间上在数据域之前)传输标识，或者在同一或之前的数据帧中的标识。此外，也可能的是，当具有减小的位长度的B类型的数据帧被传送时，用户中的仅一些、尤其是仅相应的发送方和接收方实施采样率的转换。全节点例如具有较高品质的振荡器用于实施本方法，而为了节约成本在Eco节点中可以省去相对应较为昂贵的振荡器。对于Eco节点，可以在传输具有减小的位长度的数据的时段中关断再同步，以便避免有错误地再同步到总线信号的通过传输具有减小的位长度的数据帧可出现的边沿上。也可以在Eco节点中完全中断接收过程，并且例如采取节能的静止状态，在所述静止状态下，例如选择性地Eco节点的各个模块不被供给有电压。关断和/或中断可以与位长度的即将来临的减小的识别有关地进行。为此，可以考虑数据帧的根据本发明的标识，即Eco总线用户在识别标识310时会关断针对所述数据帧的通信或再同步，其中标识310用信号通知具有缩短的位长度的A类型的数据帧。当Eco节点在可预给定的时间内观察隐性的总线状态，例如持续十个慢的位长度(这对应于具有三个随后的间歇位的帧结束)时，所述Eco节点例如又开始再同步或通信。同样可能的会是，数据帧的类型分类(在示例性示出的情况下按A类型或B类型)在CAN矩阵的定义的范围中被确定，例如根据相应数据帧的发送方和接收方是全节点还是Eco节点，并且是否关断针对以该方式确定的B类型数据帧的再同步。为此，总线用户中的相对应的地址列表和/或地址过滤器会必须被配备有相对应的类型信息。
权利要求
1.一种用于在总线系统中进行串行数据传输的方法，该总线系统具有至少两个总线用户，所述总线用户通过总线交换数据帧，其中所述总线用户根据标志判定所述总线用户接收哪些数据帧， 其中数据帧具有根据CAN标准ISO 11898-1的逻辑结构， 其特征在于，在数据帧内的时间位长度(LI，L2)能够呈现至少两个不同的值，其中针对在数据帧内的至少一个第一预给定的或可预给定的区域，时间位长度(LI)符合CAN标准ISO 11898-1 的规定， 其中在至少一个第二预给定的或可预给定的区域中，时间位长度(L2)相对于第一区域被减小， 其中时间位长度的变动由发送方通过在同一数据帧中或在之前的数据帧之一中所包含的标识(310)来用信号通知。
2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于，标识(310)在所标识的数据帧的第一预给定的或可预给定的区域内。
3.根据权利要求1或2所述的方法， 其特征在于，第一区域至少包括SOF位和仲裁域。
4.根据权利要求2或3所述的方法， 其特征在于，标识(310)由所标识的数据帧的标志的部分或整体得到。
5.根据权利要求2或3所述的方法， 其特征在于，标识(310)通过在第一区域内的单个位进行。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，时间位长度能够恰好呈现两个不同的值(LI，L2)。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，除了标识(310)之外，传输至少一个信息(F)，根据所述至少一个信息(F)能够导出在所述至少一个第二区域中要使用的位长度。
8.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，第一区域包括数据域的数个位并且在所述位中传输至少一个信息(F)。
9.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于，在之前的数据帧中的标识(310)被发送，并且通过所述标识使至少一个总线用户对跟随的指向其的数据帧将具有减小的位长度有准备。
10.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，第一组总线用户根据标识(310)实施位长度的减小，并且第二组总线用户根据标识(310)停止位再同步和/或中断接收过程和/或米取静止状态。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，第一组总线用户包括所有总线用户，所述所有总线用户被设计为全节点并且因而被设立用于应用缩短的位长度。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，第一组总线用户包括所有总线用户，所述所有总线用户被设计为全节点并且因而被设立用于应用缩短的位长度，而且所述所有总线用户是恰好被传输的数据帧的发送方或接收方。
13.一种用于在总线系统中进行串行数据传输的设备，该总线系统具有至少两个总线用户，所述总线用户通过总线交换数据帧，其中所述总线用户根据标志判定所述总线用户接收哪些数据帧， 其中数据帧具有根据CAN标准ISO 11898-1的逻辑结构， 其特征在于，设置有装置，以便将在数据帧内的时间位长度(L1，L2)在至少两个不同的值之间转换， 其中针对在数据帧内的至少一个第一预给定的或可预给定的区域，时间位长度(LI)对应于CAN标准ISO 11898-1的规定， 其中在至少一个第二预给定的或可预给定的区域中，时间位长度(L2)相对于第一区域被减小，其中时间位长度的变动由发送方通过在同一数据帧中或在之前的数据帧之一中所包含的标识(310)来用信号通知。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，设置有装置，以便实施根据权利要求2至9之一所述的数据传输方法。
15.一种用于在总线系统中进行串行数据传输的设备，该总线系统具有至少两个总线用户，所述总线用户通过总线交换数据帧，其中所述总线用户根据标志判定所述总线用户接收哪些数据帧， 其中数据帧具有根据CAN标准ISO 11898-1的逻辑结构， 其特征在于，由发送方通过在同一数据帧中或在之前的数据帧之一中所包含的标识(310)用信号通知时间位长度的变动， 其中设置有装置，以便根据标识(310)停止位再同步和/或中断接收过程和/或采取静止状态。
16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，只要依据标识(310)识别出包含所述标识的数据帧在至少两个区域中具有位长度的至少两个不同的值，就停止位再同步和/或中断接收过程和/或米取静止状态。
17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，只要依据标识识别出通过标识来标明的数据帧不必被该设备读入，就停止位再同步和/或中断接收过程和/或采取静止状态。
18.根据权利要求13至17之一所述的设备，其特征在于，该设备通过输入信号可切换地被实施，并且能够在根据CAN标准ISO 11898-1的特性与根据本发明被修改的特性之间被转换。
全文摘要
介绍了一种用于在总线系统中进行串行数据传输的方法，该总线系统具有至少两个总线用户，所述总线用户通过总线交换数据帧，其中总线用户根据标志判定这些总线用户接收哪些数据帧，其中数据帧具有根据CAN标准ISO11898-1的逻辑结构，其中在数据帧内的时间位长度(L1，L2)能够呈现至少两个不同的值，其中针对在数据帧内的至少一个第一预给定的或可预给定的区域，时间位长度(L1)符合CAN标准ISO11898-1的规定，其中在至少一个第二预给定的或可预给定的区域中，时间位长度(L2)相对于第一区域被减小，并且其中时间位长度的变动由发送方通过在同一数据帧中或在之前的数据帧之一中所包含的标识(310)来用信号通知。
文档编号G06F13/42GK103038757SQ201180040859
公开日2013年4月10日 申请日期2011年6月22日 优先权日2010年6月23日
发明者C.博泽, D.霍佩尔特, S.魏森迈耶 申请人:罗伯特·博世有限公司