用于总线系统的用户站和用于在总线系统中以不同比特率发送消息的方法与流程

本发明涉及用于总线系统的用户站和用于在总线系统中以不同比特率发送消息的方法。

背景技术：

例如在车辆中，为了在传感器与控制设备之间的通信，经常使用总线系统，在所述总线系统中数据作为消息以作为具有canfd的can协议规范的标准iso11898-l:2015传输。消息在总线系统的总线用户、如传感器、控制设备、传送器（geber）等等之间传输。

在典型can消息格式中，比特率通过如下方式受限制：在帧或消息开始时的位仲裁和在帧或消息结束时的应答只有在位时间明显多于在两个任意总线用户之间的信号传输时间的两倍长时才是可能的。在仲裁中确定：总线用户中的哪个总线用户作为下一个在预先确定的时间中具有对总线系统的总线的排他访问。通过应答通知：接收器在所接收的帧或消息中是否已发现错误。

为了还是能够以较高比特率传输数据，在canfd消息格式中创建了用于在消息之内切换到更高比特率的选项。在这种技术中，最大可能的数据率通过在数据字段的范围中使用较高的时序（taktung）被提高超过1mbit/s的值。这种消息随后也被称为canfd帧或canfd消息。在canfd中，有效数据长度从8字节被扩展到高达64字节并且数据传输率明显比在can中高。

在fd帧格式或fd消息格式的消息之内切换到更高比特率并且切换回来在仲裁结束与在应答之前之间进行，如在所提到的can协议（iso11898-1:2015）中所定义的那样。在该范围中，位时间的下限不再由信号传输时间确定，但是位时间还必须为在模拟信号传输中可能的不对称性以及为由时钟公差引起的在总线用户之间的相位偏移提供足够的储备。

所述相位偏移在can帧中通过在从隐性到显性总线电平的边沿处的定期同步来补偿。在此情况下，在硬同步与再同步之间进行区分。

在典型can帧中，硬同步仅在帧或消息开始时进行一次。在此情况下，除了最大一个时间量子的剩余之外，可能的相位误差被补偿。该时间量子是can协议的时间单位。在再同步的情况下，在相位误差大于了所配置的同步跳跃距离sjw时，剩余误差保持剩余。同步跳跃距离因此必须至少与在两个同步之间累加的相位误差一样大。在为df的时钟公差的情况下，发送器和接收器之间的最大时钟差为2*df。这意味着，在两个总线用户之间的相位误差可以在10个位时间（在两个再同步之间的最大距离）中在例如df=1%的情况下累加到位时间的20%。

在canfd消息中从慢的比特率到更快的比特率的切换分两级进行。在仲裁期间其他同步规则适用，使得在标识符或identifier的最后一位中才失去仲裁的总线用户可能未充分同步到保持剩余的发送器。

因此，所有接收器借助在从canfd消息的隐性fdf位到canfd消息的后续的显性保留位的边沿处的硬同步而同步到所述消息的发送器。此后出现brs位，其电平决定是否切换比特率。切换时间点位于该位的采样点或sample-point处。

所描述的方法要求：所有总线用户的时钟和配置设定在如下程度上彼此协调：所有总线用户的采样点都位于位时间之内的相同位置处。在fdf位的末尾处的硬同步将在总线用户之间的切换时间点的偏差限制于在硬同步之后的剩余误差。与位时间相比，该相位误差在切换到更高的比特率之后随着然后更短的位时间而变得更严重。视所发送的值而定，在切换之后的首次再同步在esi位中或在数据长度码中进行。在总线用户中采样点位置的不同设定将增大在切换时间点的相位误差并且剩下用于补偿时钟公差的更少储备。

在从更快的比特率切换回到更慢的比特率时，所转交的相位误差与然后更长的位时间相比变得不太重要。因此，该切换与从更慢的比特率到更快的比特率的切换相比更鲁棒。

技术实现要素：

因此，本发明的任务是提供一种用于总线系统的用户站和一种用于在总线系统中以不同的比特率发送消息的方法，其解决先前所提到的问题。尤其，应提供一种用于总线系统的用户站和一种用于在总线系统中以不同的比特率发送消息的方法，在该用户站和该方法的情况下可以实现比特率切换的更大的鲁棒性和在数据字段中的比特率的提高。

该任务通过具有权利要求1的特征的用于总线系统的用户站来解决。该用户站包括通信控制装置，用于为总线系统的至少一个另外的用户站创建消息，在所述总线系统中至少暂时地保证用户站对所述总线系统的总线线路的排他的、无冲突的访问，其中所述通信控制装置被设计为，在所述消息中设置应以第一比特率发送的第一阶段，并且设置应以快于或慢于第一比特率的第二比特率发送的第二阶段，其中所述通信控制装置被设计为，在所述消息中在所述第一和第二阶段之间设置用于在所述第一和第二比特率之间的比特率切换的预先确定的位模式，并且其中所述预先确定的位模式不仅在所述比特率切换之前而且在所述比特率切换之后具有用于同步的边沿，作为接收器的所述至少一个另外的用户站可以借助所述边沿同步到作为发送器的用户站。

所述用户站的通信控制装置也可以被设计用于在所接收的消息在所述第一和第二阶段之间包含用于在所述第一和第二比特率之间的比特率切换的预先确定的位模式时，使作为消息的接收器的用户站同步到进行发送的用户站，其中所述预先确定的位模式不仅在所述比特率切换之前而且在所述比特率切换之后具有用于同步的边沿。

利用用户站，比特率切换是可能的，在所述比特率切换的情况下在切换时间点之前和后面进行同步。利用在切换时间点处所使用的固定的位模式，在发送可变的有效数据之前，在总线系统中可以执行用户站与其他总线用户的更好同步。

如果在两个同步边沿处进行硬同步，如例如在上面所提到的关于canfd协议的规范中针对从fdf到保留位的边沿所指定的那样，所述同步尤其良好地起作用。

通过在切换时间点之前和后面的多次同步，允许更大的时钟容差和在配置设定方面的更多自由度。

而且，由用户站执行的方法提供比特率切换的更大的鲁棒性和数据字段中的比特率的提高。

由用户站执行的方法可以事后插入到canfd协议中。例如，该插入也可以作为选项，所述选项可选地安装。

用户站的其他有利的设计方案在从属权利要求中予以说明。

根据一个特定的实施变型方案，至少在比特率切换之后的边沿是用于硬同步的边沿。

根据另一特定的实施变型方案，在比特率切换之前和之后的边沿是用于再同步的边沿。

在一个实施例中，用于同步的边沿可以是从隐性到显性的边沿，使得如果隐性=1并且显性=0，则预先确定的位模式是1010。

根据另一实施例，通信控制装置可以被设计为，在消息中设置切换位u，所述切换位的值决定是否应将第一比特率切换到第二比特率，其中第二比特率快于第一比特率。在此情况下，如果隐性=1并且显性=0，则预先确定的位模式可以是10u10。替代地，通信控制装置可以被设计为，将切换位u设置为隐性或1，以便用信号通知，在消息中应从第一比特率切换到第二比特率，并且如果隐性=1并且显性=0，则将预先确定的位模式设置为10u0。

可设想的是，消息是canfd消息，在所述canfd消息中预先确定的位模式包含在仲裁阶段之后第一比特率到数据阶段中的更快的第二比特率的切换，在所述数据阶段中包括消息的有效数据，和/或在所述canfd消息中预先确定的位模式包含在应答之后第二比特率到用于仲裁阶段的更慢的第一比特率的切换。

可能地，预先确定的位模式具有canfd消息的brs位作为第一与第二比特率之间的切换位。

此外，先前所描述的用户站可以具有发送/接收装置，用于在仲裁阶段结束或开始时同步到消息的预先确定的位模式中的边沿。在此情况下，发送/接收装置可能被设计为，将数据以第二比特率利用与数据以第一比特率相比不同的总线电平发送到总线线路上。

先前所描述的用户站可以是如下总线系统的一部分：该总线系统此外包括并行的总线线路和至少两个用户站，所述至少两个用户站经由总线线路彼此连接，使得所述至少两个用户站能够彼此通信。在这种情况下，所述至少两个用户站中的至少一个是先前所描述的用户站。

此外，先前所提到的任务通过根据权利要求13的用于在总线系统中以不同的比特率发送消息的方法来解决。该方法具有步骤：利用总线系统的用户站的通信控制装置为总线系统的至少一个另外的用户站创建消息，在所述总线系统中至少暂时地保证用户站对所述总线系统的总线线路的排他的、无冲突的访问，其中所述通信控制装置在所述消息中设置应以第一比特率发送的第一阶段，并且设置应以快于或慢于第一比特率的第二比特率发送的第二阶段，其中所述通信控制装置在所述消息中在所述第一和第二阶段之间设置用于在所述第一和第二比特率之间的比特率切换的预先确定的位模式，并且其中所述预先确定的位模式不仅在所述比特率切换之前而且在所述比特率切换之后具有用于同步的边沿，作为接收器的所述至少一个另外的用户站可以借助所述边沿同步到作为发送器的用户站。

该方法提供如先前关于用户站所提到的相同优点。

本发明的其他可能的实施方案也包括先前或在下文中关于所述实施例所描述的特征或者实施方式的未明确提到的组合。在此，本领域技术人员也将添加单个方面作为对本发明的相应基本形式的改进或者补充。

附图说明

随后参照所附的附图并且依据实施例更详细地描述本发明。

图1示出根据第一实施例的总线系统的简化的方框图；

图2示出用于阐明消息的结构的图表，所述消息能够由根据第一实施例的总线系统的用户站发送；

图3示出在根据第一实施例的总线系统的发送/接收装置中用于消息的一部分的总线信号can_h和can_l的差分电压vdiff的时间变化的示例的图示；

图4示出在根据第二实施例的总线系统的发送/接收装置中用于消息的一部分的总线信号can_h和can_l的差分电压vdiff的时间变化的示例的图示；以及

图5示出在根据第三实施例的总线系统的发送/接收装置中用于消息的一部分的总线信号can_h和can_l的差分电压vdiff的时间变化的示例的图示。

在这些图中，相同的或功能相同的元件只要未另作说明就配备有相同的附图标记。

具体实施方式

图1作为示例示出总线系统1，该总线系统尤其被设计用于can总线系统、canfd总线系统等。总线系统1可以在车辆、尤其机动车、飞机等中或者在医院等中使用。

在图1中，总线系统1具有尤其并行的总线线路3，多个用户站10、20、30连接到所述总线线路上。消息4、5可以以信号的形式经由总线线路3在各个用户站10、20、30之间串行地传输。用户站10、20、30例如是机动车的控制设备、传感器、显示设备等。

如在图1中所示出的那样，用户站10具有通信控制装置11和发送/接收装置12。而用户站20具有通信控制装置21和发送/接收装置22。用户站30具有通信控制装置31和发送/接收装置32。用户站10、20、30的发送/接收装置12、22、32分别直接连接到总线线路3上，即使这在图1中未阐明。

通信控制装置11、21、31分别用于控制相应的用户站10、20、30经由总线线路3与连接到总线线路3上的用户站10、20、30中的另一用户站的通信。

通信控制装置11可以如常规can控制器那样来实施。通信控制装置11创建和读取第一消息4、例如典型can消息4。典型can消息4根据典型基本格式来构建，其中在消息4中可以包括数目高达8个的数据字节，如在图2的上面部分中所示出的。

图1中的通信控制装置21除了随后还更详尽地描述的区别之外可以如常规canfd控制器那样来实施。通信控制装置21创建和读取第二消息5，该第二消息例如是修改过的canfd消息5。在此情况下，修改过的canfd消息5基于canfd格式来构建，其中在消息5中可以包括数目高达例如64个的数据字节，如在图2的下面部分中所示出的。

通信控制装置31可以被实施，以便视需要而定为发送/接收装置32提供典型can消息4或修改过的canfd消息5或由发送/接收装置32接收典型can消息4或修改过的canfd消息5。通信控制装置21因此创建和读取第一消息4或第二消息5，其中第一和第二消息4、5通过其数据传输标准、即在此情况下can或修改过的canfd来区分。

发送/接收装置12可以如常规can收发器那样来实施。发送/接收装置22除了随后还更详尽地描述的区别之外可以如常规canfd收发器那样来实施。发送/接收装置32可以被实施，以便视需要而定为通信控制装置31提供根据当前的can基本格式的消息4或根据修改过的canfd格式的消息5或由通信控制装置31接收根据当前的can基本格式的消息4或根据修改过的canfd格式的消息5。

利用这两个用户站20、30可以利用修改过的canfd或也以与canfd相比更高的数据率实现消息5的形成和然后传输。

图2在其上面部分中针对消息4示出如由发送/接收装置12或发送/接收装置13所发送的can帧45，并且在其下面部分中针对消息5示出如能够由发送/接收装置22或32发送的can-fd帧450。can帧45和can-fd帧450为了在总线40上的can通信基本上被划分成两个不同的阶段或区域、即仲裁阶段451、453和数据区域452，所述数据区域在典型can中也被称作数据字段或在can-fd中也被称作数据阶段452。在数据字段452中，包含有can-fd帧或消息5的有效数据。

根据图2，在can-fd中与典型can相比在仲裁阶段451结束时针对后续的数据阶段452将比特率提高到例如2、4、8mbps。因此适用：在can-fd中，仲裁阶段451、453中的比特率小于在数据阶段452中的比特率。在can-fd中，数据阶段452相对于can帧的数据阶段452在时间上明显缩短。

图3更详尽地依据关于时间t的差分信号can_h和can_l的差分电压vdiff示出用于消息5的仲裁阶段451和数据阶段452之间的过渡。在该过渡中，进行在第一比特率与第二比特率之间的切换。在此情况下，在仲裁阶段451与数据阶段452之间设置有具有位序列46、48的预先确定的位模式。

根据图3，在仲裁阶段451中使用更慢的比特率，所述比特率随后也被称为第一比特率。在此情况下，逻辑“0”的电平是显性的并且可以覆写隐性电平，利用该隐性电平传输逻辑“1”。在同步位模式46、48中直接在切换时间点t1的比特率切换之前存在位序列46中的第一同步边沿49。直接在切换之后出现位序列48中的第二同步边沿49。这里，可选地除了比特率之外也可以将差分电压vdiff的总线电平从第一电平“rez”切换到第二电平“1”上，例如以便在更高的比特率的情况下能够实现更对称的位长度。更高的或更快的比特率随后也被称为第二比特率。总线电平的切换可以视需要而定以与在can协议中指定的方式不同的方式进行。

可以由在比特率切换之前或之后的边沿49使用用于硬同步的边沿中的至少一个。然而可能的是，两个边沿49被用于再同步。

位序列46和位序列48形成帧格式的一部分，在所述部分中比特率切换在固定的或预先确定的位模式46、48之内进行，所述位模式直接在切换时间点t1的切换之前和之后包含用于同步的各一个边沿49。在图3的示例中，预先确定的位模式是“1010”。由此，各个用户站20、30同步到从隐性（“1”）到显性（“0”）的边沿。图3的预先确定的位模式46、48是最简单的位模式，所述位模式能够实现在例如仲裁阶段451和数据阶段452的第一和第二比特率之间过渡时两个相继的同步。

如在图3中所示出的，在第一1→0边沿处还使用针对低比特率的配置，然而在第二1→0边沿处已经使用针对高比特率的配置。

在无比特率切换的情况下不需要第二同步。

相同的预先确定的具有位序列46和48的位模式46、48也可以被用于在消息5结束时，例如在canfd帧450中在其他总线用户20、30的可能的应答之前，即在数据阶段452结束时，更好地同步地切换回到更慢的比特率。通过应答通知，接收器在所接收的帧或消息5中是否已发现错误。

如果除了比特率之外也切换所谓的“物理层”，即如果针对更高比特率的传输使用与针对更低比特率的传输相比不同的总线电平，同步位模式46、48是特别有帮助的，如在图3中所阐明的那样。

图4关于第二实施例示出在用于消息50的仲裁阶段451与数据阶段452之间的过渡。这里也又针对消息50的一部分示出了关于时间t的差分信号can_h和can_l的差分电压vdiff，在所述部分中进行比特率的切换，如先前已经关于图3所描述的。

与图3的具有位序列46和48的预先确定的位模式46、48不同，在消息50中在仲裁阶段451与数据阶段452之间设置有具有位序列46和47和48的预先确定的位模式46、47、48。

位序列47对应于切换位u，该切换位的值决定，是否应切换比特率。因此，在图4的示例中得出预先确定的位模式“10u10”作为位序列46、47、48。

切换位“u”在canfd帧的情况下对应于canfd消息格式中的brs位。在此情况下，可以利用：根据iso11898-1:2015的canfd协议包含选项：如果在fdf位之后的“保留位”隐性地被看到，而不是如期望的那样显性地被看到，则将canfd控制器切换到协议异常状态或“protocolexceptionstate”中。该选项应允许引入新的帧格式或消息格式，该格式不被“老的”或已经存在的还不认识该格式的canfd控制器以错误帧（error-frames）破坏。

一个实施变型方案利用：在canfd帧或消息5中的esi位目前大多是显性的。因此，位模式fdf-res-brs-esi作为“1010”在canfd帧或消息5中提供两个良好的同步边沿49。针对esi位是隐性的情况，与dlc=“1111”一起得出“1011111o”的位模式，其中“o”是显性填充位。这里，第二同步边沿49晚出现。

针对“res”位或“保留位”被选择为隐性的并且插入两个显性同步位的情况，得出位模式fdf-res-sync-brs-sync-(esi=)=“11010”，其中“”是可自由选择的位状态的占位符。

即使所提到的变型方案非常有利，自然其他实施变型方案也是可能的。

如也在图3的示例中那样，也可以使用具有位序列46和47和48的相同的预先确定的位模式46、47、48，以便在消息50结束时，例如在其他总线用户的可能的应答之前，更好地同步地切换回到更慢的比特率。在此情况下，切换位“u”是多余的。

附加地或替代地，在消息5的格式中的同步位模式可以在消息5中被省略，在所述消息中在第一比特率切换位模式处已通过切换位“u”决定：在该消息5中比特率没有被切换。

在其他方面，与先前结合图3所描述的内容相同的内容适用。

图5关于第三实施例示出在用于消息500的仲裁阶段451与数据阶段452之间的过渡。如先前已经关于图4所描述的那样，这里也又针对消息500的一部分示出了关于时间t的差分信号can_h和can_l的差分电压vdiff，在所述部分中进行比特率的切换。

在消息500中，例如规定：第二实施例的切换位u的值“1”表示，应切换比特率。因此，在图4中针对位序列46和47和48具有值“10u10”的预先确定的位模式46、47、48在消息500中被缩短为位模式46、47、480并且因此缩短到“10u0”。

总之，利用先前所描述的实施例可以获得非常大的时钟公差和在总线系统1的配置设定方面的自由度。

总线系统1、用户站10、20、30和由这些用户站实施的方法的所有先前所描述的设计方案可以单独地或以所有可能的组合来使用。尤其，先前所描述的实施例和/或其修改方案的所有特征可以任意地组合。附加地或替代地，尤其可设想如下修改方案。

先前所描述的根据所述实施例的总线系统1依据基于can协议的总线系统来描述。然而，根据所述实施例的总线系统1也可以是其他类型的通信网络。有利的是，然而非强制性的前提是：在总线系统1中至少在确定的时间间隔内保证用户站10、20、30对共同的信道的排他的、无冲突的访问。

在所述实施例的总线系统1中的用户站10、20、30的数目和布置是任意的。尤其，在总线系统1中可以取消用户站10。可能的是，用户站20或30中的一个或多个用户站存在于总线系统1中。