用于串行总线系统的用户站和用于在串行总线系统中的通信的方法与流程

本发明涉及一种用于串行总线系统的用户站和一种用于在串行总线系统中的通信的方法，该串行总线系统以高数据率以及高灵活性和高容错能力来进行工作。

背景技术：

1、例如在车辆中的用于在传感器与控制设备之间的通信的总线系统旨在根据技术系统或车辆的功能数目来实现对大数据量的传输。在此，通常要求数据能比以前更快地从发送方被传输到接收方并且在需要时也能传输大数据包。

2、在车辆方面，目前总线系统处于引进阶段，在该引进阶段，数据在作为具有can fd的can协议规范的iso 11898-1：2015标准下作为消息被传输。这些消息在总线系统的用户站、如传感器、控制设备、发送器等等之间被传输。为此，消息在帧中被发送到总线上，在该帧中在两个通信阶段之间进行切换。在第一通信阶段(仲裁)，协商总线系统的用户站中的哪个用户站允许在随后的第二通信阶段(数据阶段或对有效数据的发送)将它的帧发送到总线上。在车辆中，can fd由大多数制造商在第一步以500kbit/s仲裁比特率和2mbit/s数据比特率来被使用。即，在总线上传输时，要在慢速运行模式与快速运行模式之间来回切换。

3、为了在第二通信阶段仍能够实现更高的数据率，目前正在开发can fd的后继总线系统，该后继总线系统称为can xl并且目前正在can in automation(cia)组织处被标准化。除了经由can总线的纯数据传输之外，can xl也旨在支持其它功能，如功能安全(safety)、数据安全(security)和服务质量(qos＝quality of service)。这是在自主驾驶车辆中所需的基本特性。

4、can xl旨在在数据阶段支持高比特率，例如高达15mbit/s或者甚至20mbit/s。为了实现这一点，使用发送/接收装置，这些发送/接收装置的运行模式可以被切换，以便在数据阶段实现所需要的高比特率。另一方面，在仲裁阶段的比特率保持在大约500kbit/s，以便能够实现仲裁。为了能够在数据阶段中使用特别高的比特率，目前针对can xl标准化的发送/接收装置可以切换其运行模式。为了不需要其它连接端(引脚)来用信号通知(signalisierung)运行模式切换，在通信控制装置(尤其是其协议控制器)与发送/接收装置之间使用mici模块(mici＝media independent can interface(媒体独立can接口))。

5、在can xl的情况下，通信控制装置、尤其是其协议控制器向发送/接收装置用信号通知：该发送/接收装置要将其运行模式从慢速切换到快速或者从快速切换到慢速。对于这种用信号通知，通信控制装置、尤其是其协议控制器，或者下游的mici模块，使用借助于脉冲宽度调制的编码，这也称为pwm编码。发送/接收装置执行pwm解码，以便能够将各个位驱动为在can总线上的差分电压。

6、问题是：在通信控制装置中的pwm编码和在发送/接收装置中的相对应的pwm解码都需要时间。因而，从发送的通信控制装置到接收的通信控制装置的渡越时间在数据阶段以及在该数据阶段的末尾处的adh位期间比在仲裁阶段期间更长。在从数据阶段转变到仲裁阶段时在can xl帧中提供的das字段期间，目前只是经由总线传输的消息的接收方(接收节点)的用户站必须与在发送用户站(发送节点)与该接收节点之间的缩短的渡越时间同步。然而，das字段中的为此所提供的位由于渡越时间缩短而可能过早结束。由此，接收节点无法在所有情况下都能够可靠地对该位进行采样，并且这样也无法正确同步。

7、结果，在接收节点中存在相位误差，该相位误差是由于在从数据阶段切换到仲裁阶段时的渡越时间缩短所形成的。由此，can xl协议无法正常工作，或者无法进行可靠且鲁棒的通信。

8、另外，可能的是：如果接收节点将das字段中的ah1位采样为0，则该接收节点识别出当前发送的帧的格式错误。这导致：该帧在接收节点中视为无效而被丢弃。这是一个系统性错误，并且意味着：在can xl的情况下无法进行某些比特率设置，并且其它比特率设置不会鲁棒地起作用。

技术实现思路

1、因而，本发明的任务是提供一种用于串行总线系统的用户站和一种用于在串行总线系统中的通信的方法，该用户站和该方法解决了上述问题。尤其旨在提供一种用于串行总线系统的用户站和一种用于在串行总线系统中的通信的方法，其中，即使在高数据率(对于某些比特率来说没有例外)并且每个帧的有效数据量增加的情况下，也能实现通信的高容错性。

2、该任务通过一种具有权利要求1的特征的用于串行总线系统的用户站来被解决。该用户站具有：通信控制装置，用于控制该用户站与总线系统的至少一个另外的用户站的通信，并且用于评估从总线系统的总线接收到的信号，在该信号中，在第一通信阶段中的位时间可以不同于在第二通信阶段中的位时间，其中，该通信控制装置被设计为：按照预定帧，对从总线接收到的信号进行采样和评估，该信号基于由另一用户站产生的发送信号，其中，在该预定帧中，表明从第二通信阶段到第一通信阶段的转变的预定字段在该预定字段的开始与随后的下降沿之间具有逻辑值为1的两个或三个位，其中，该通信控制装置被设计为：无论在该字段的开始与随后的下降沿之间采样到了逻辑值为1的仅仅一个位还是两个连续的位，都将该通信控制装置从从总线接收到的信号中所采样到的帧评价为预定帧并且因而评价为关于该预定字段有效，而且其中，该通信控制装置被设计为：在该预定字段的下降沿处执行同步。

3、在该用户站中，实现针对在数据阶段的末尾处的das字段的采样规则，基于该采样规则，can xl接收节点可以在das字段中鲁棒地被同步。借此，该同步不再取决于发送信号的位定时配置或者脉冲宽度调制(pwm)的配置。在此，在从第二通信阶段(数据阶段)转变到第一通信阶段(仲裁阶段)的情况下，在第二通信阶段(数据阶段)之后的比特率切换也非常可靠地起作用。

4、借此，利用该用户站，使用can xl才能够实现可靠且鲁棒的通信。这也适用于如时钟容差、pwm符号长度、位定时设置或者总线系统的其它参数等系统参数的极端设置。

5、还有利的是：用于解决上述任务的用户站的所描述的设计方案能简单且借此成本低廉地被实现。

6、因此，利用该用户站，在总线系统中能够在第一通信阶段维持从can已知的仲裁并且仍然相对于can或can fd而言再次显著提高传输率。

7、如果在总线系统中还存在根据can协议和/或can fd协议来发送消息的至少一个can用户站和/或至少一个can fd用户站，则也可以使用由该用户站所执行的方法。

8、该用户站的其它有利的设计方案在从属权利要求中说明。

9、按照一个设计方案，该预定字段具有四个位，这四个位具有第一通信阶段的位时间，其中，该预定字段具有逻辑值为1101的位序列，而且其中，该通信控制装置被设计为：在从总线接收到的信号中在该字段的开始与随后的下降沿之间采样到逻辑值为1的位之后，将在从总线接收到的信号中以逻辑值0被采样到并且最迟所预期的位序列1101的第三位被采样到的下一位评估为所预期的位序列1101的第三位。

10、在这种情况下，按照一个实施例，该通信控制装置可以被设计为：如果该预定字段的第一位未曾被采样为逻辑1，则将该通信控制装置从从总线接收到的信号中采样到的帧评价为有错误。该通信控制装置还可以被设计为：如果该预定字段的第一位被采样为逻辑1，则激活硬同步。

11、按照一个实施例，该通信控制装置还可以被设计为：如果该预定字段的第一位和第二位都未曾被采样为逻辑1，则将该通信控制装置从从总线接收到的信号中采样到的帧评价为有错误。在这种情况下，该通信控制装置可以被设计为：如果该预定字段的第一位已被采样为逻辑0并且该预定字段的第二位已被采样为逻辑1，或者如果该预定字段的第一位已被采样为逻辑1并且该预定字段的第二位已被采样为逻辑0，则将该通信控制装置从从总线接收到的信号中采样到的帧不是评价为有错误，而是评价为关于该预定字段有效。在这种情况下，该通信控制装置可以被设计为：如果该预定字段的第一位被采样为逻辑1或者如果该预定字段的第二位被采样为逻辑1，则激活硬同步或者同步。

12、按照另一设计方案，该预定字段具有五个位，这五个位具有第一通信阶段的位时间。在这种情况下，该预定字段可能具有逻辑值为11101的位序列，而且其中，该通信控制装置(11；31)被设计为：在从总线接收到的信号中针对该位序列的第二位采样到逻辑值为1的位之后，将在从总线接收到的信号中以逻辑值0被采样到并且最迟所预期的位序列的第四位被采样到的下一位评估为所预期的位序列的第四位。

13、该通信控制装置还可以被设计为：在该通信控制装置从从总线接收到的信号中采样到的帧中，忽略该预定字段的第一位的采样值，并且针对该预定字段的第三位将任意值评价为没有错误，其中，该通信控制装置被设计为：如果该预定字段的第二位已被采样为逻辑0，则将该通信控制装置从从总线接收到的信号中采样到的帧评价为有错误。另外，该通信控制装置可以被设计为：如果该预定字段的第二位被采样为逻辑1，则激活硬同步。

14、该用户站还可能具有发送/接收装置，用于将发送信号发送到总线系统的总线上和/或用于从总线系统的总线接收信号。在这种情况下，该通信控制装置可以被设计为：产生发送信号，其中，该通信控制装置还被设计为：借助于在发送信号中的脉冲宽度调制来向发送/接收装置用信号通知：该发送/接收装置要将其运行模式切换到用于在第一通信阶段中进行发送的运行模式或者切换到用于在第二通信阶段中进行发送的运行模式。

15、另外，该用户站可以具有信号改善模块，用于加快在总线上在第一通信阶段中从显性总线电平到能被该显性总线电平覆盖的隐性总线电平的转变，其中，该发送/接收装置可以被设计为：如果该用户站是到总线上的发送信号的发送方，并且该发送/接收装置从其中该通信控制装置在第二通信阶段中将该发送信号发送到总线系统的总线上的运行模式切换到其中该通信控制装置在第一通信阶段中将该发送信号发送到总线系统的总线上的运行模式，则激活该信号改善模块，附加地用于加快从第二通信阶段的总线电平之一到第一通信阶段的隐性电平的转变。

16、该预定帧能够与can fd兼容地被构造，其中，在第一通信阶段协商：总线系统的用户站中的哪个用户站在随后的第二通信阶段获得对总线的至少临时独占的、无冲突的访问。

17、上述用户站可以是总线系统的一部分，该总线系统还包括总线和至少两个用户站，所述至少两个用户站通过该总线来彼此连接，使得所述至少两个用户站能够彼此进行串行通信。在这种情况下，所述至少两个用户站中的至少一个用户站是上述用户站。

18、上述任务还通过一种根据权利要求16所述的用于在串行总线系统中的通信的方法来被解决。利用总线系统的用户站来执行该方法，该用户站具有通信控制装置，其中该方法具有如下步骤：利用该通信控制装置，控制该用户站与总线系统的至少一个另外的用户站的通信，并且评估从总线系统的总线接收到的信号，在该信号中，在第一通信阶段中的位时间可以不同于在第二通信阶段中的位时间，其中，该通信控制装置按照预定帧来对从总线接收到的信号进行采样和评估，该信号基于由另一用户站产生的发送信号，其中，在该预定帧中，表明从第二通信阶段到第一通信阶段的转变的预定字段在该预定字段的开始与随后的下降沿之间具有逻辑值为1的两个或三个位，其中，无论在从总线接收到的信号中在该字段的开始与随后的下降沿之间采样到了逻辑值为1的仅仅一个位还是两个连续的位，该通信控制装置都将该通信控制装置从从总线接收到的信号中所采样到的帧评价为预定帧并且因而评价为关于该预定字段有效，而且其中，该通信控制装置在该预定字段的下降沿处执行同步。

19、该方法提供了与之前关于该用户站所提到的优点相同的优点。

20、本发明的其它可能的实现方案也包括之前或者在下文关于实施例所描述的特征或者实施方式的没有明确提到的组合。在此，本领域技术人员也将把单个方面作为改进方案或补充方案添加到本发明的相应的基本形式。