通信組件的製作方法
2023-08-02 08:45:46
專利名稱：通信組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於連接串行總線的通信組件，尤其是用於與多個串 行現場總線連接的網關的通信組件。
背景技術：
控制器，傳感器和執行元件藉助於網絡或者由通信線路，尤其總 線和相應的通信組件組成的通信系統的聯網，近年在現代汽車製造業 或機械製造業，尤其在工具機領域以及自動化領域迅速增長。通過將功 能分布到多個用戶，尤其控制器，就可以實現協同作用。人們稱之為 分布的系統。這種分布的系統或網絡因此由用戶和連接這些用戶的一 個或者多個總線系統組成。不同的站或者用戶之間的通信因此越來越 多地通過這種通信系統，總線系統或者網絡進行，通過所述通信系統， 總線系統或者網絡，待傳輸的數據以通知方式傳送。將這種在總線系 統，存取和接收機構上的通信交流以及錯誤處理通過相應的協議進行 調節，其中各個協議的名稱常常也同時被作為網絡或總線系統本身的 同義詞應用。
例如在汽車領域，將CAN總線(Controller Area Network)制定 為協議。該協議是一種事件控制協議，也就是說，協議的活動性，如 消息的發送是由起源於通信系統之外的事件觸發的。進入通信系統或 總線系統的唯一通道是由以優先權為基礎的位仲裁開啟的。其前提條 件是，給傳輸的數據以及因此涉及的每個通知賦予優先權。CAN協議非 常靈活；只要還存在空閒的優先權(信息標識符)，那麼增加其他的 用戶和通知將不成問題。所有在網絡中待發送的具有優先權的通知及 其發送或接收用戶或者相應的通信組件的集合，被存放在列表中，即 所謂的通信陣列中。
作為事件控制的自發的通信的備選方案，是純時間控制的方案。 在總線上的所有通信活動都是嚴格周期性的。協議活動，如通知的發 送，只能由適用於整個總線系統的時間的流逝觸發。進入該介質的通 道是以發送者具有獨家發送權的時間範圍的分配為基礎的。其中通知 順序通常在運行之前已經確定。因此制定一個能滿足有關重複率，冗餘度，截止日期等等通知要求的運行時刻表。人們稱之為所謂總線進
度表。這種總線系統例如是TTP/C。
兩個所述總線類型的優點在時間控制的CAN解決方案，即所謂的 TTCAN (Time Triggered Controller Area Network)中得以結合。該 TTCAN滿足了上述以示意圖表示的對時間控制的通信的要求以及對某 種程度靈活性的要求。TTCAN通過在所謂的唯一時間窗中為特定通信用 戶的周期性通知以及在所謂的仲裁時間窗中為多個通信用戶的自發通 知構建通信循環來滿足這些。其中TTCAN基本上基於以時間控制的周 期性通信，該通信由提供主要時間的用戶或者通信組件(即所謂的時 間主機)藉助於時間基準消息提供時鐘。
FlexRay協議提供了結合不同傳輸方式的另一種可能，因此對尤其 被採用在汽車中的快速的，決定性的和容錯的總線系統加以說明。該 協議按照時分多址(TDMA Time-Division-Multiple-Access )的方法
工作，其中給用戶或待傳輸的通知賦予固定的時隙，在所述時隙中他 們獨家訪問具有總線的通信線路.同時使所述時隙以固定的周期重複， 從而可以準確預報通知通過總線被傳輸的時刻，並且決定性地實現總 線訪問。為了優化利用總線系統上傳輸通知的帶寬，將該周期細分為 靜態的和動態的部分。其中固定的時隙位於總線周期開始時的靜態部 分。在動態部分，動態地安排時隙。其中獨家的總線訪問分別只能用 於短時間。如果沒有訪問，則為下一個用戶釋放訪問。該時間間隔被 稱為Mini slot,在所述Mini slot中等待第一個用戶的訪問。
正如剛才所說明的，存在眾多不同的傳輸技術和因此涉及的總線 系統或網絡的類型。多到以至於相同或不同類型的多個總線系統必須 互相連接。為此採用總線接口單元，即所謂的網關。網關因此可以是 相同或者不同類型的不同總線之間的接口 ，其中網關將通知從一個總 線傳輸到另 一個或多個其他的總線。已知的網關由多個獨立的通信組 件組成，其中信息的交換是通過每個用戶的處理器接口 (CPU接口)或 者每個通信組件的相應的接口組件實現的。其中該CPU接口由於除了 要傳遞到用戶本身的通知之外的這種數據交換而被強烈地加載，由此 與因此而產生的傳輸結構一起獲得相對低的數據傳輸速度。此外存在 對共同的通知存儲器，即所謂的消息存儲器或消息RAM進行分配，以 因此補償結構缺陷的集成的通信控制器或者通信組件。當然，這種集成的通信組件因而對於數據傳輸來說是非常不靈活的，並且尤其規定 了總線連接的確切數量並且大部分還必須是相同的總線系統。
圖1示出了用於如在圖2中示出的傳統網關的傳統的通信組件或 通信控制器CC 。通信組件CC具有用於內部外設總線或者網關的系統總 線的接口和用於外部串行總線的其他接口 。系統總線包括地址總線，
數據總線和控制總線，並被用於網關內部的內部數據傳輸。在系統總 線上，除了通信組件，還連接了具有數據存儲器RAM的主CPU (Host-CPU)以及網關單元。主CPU被用於內部的數據處理，而網關 單元控制內部數據從一個通信組件CC傳輸到另 一個通信組件CC。通信 組件CC與主CPU以及網關單元按照主/從原則進行通信，其中通信組 件CC是從單元，而主CPU和網關分別構成主單元。
正如從圖1可以識別的那樣，至系統總線的通信組件的內部接口 由一個兩層接口構成，即一個用戶接口和一個通用接口。用戶接口連 接系統總線和通用接口，其中用戶接口是製造商特有的並且可輕易更 換。通用接口可通過用戶接口連接到大量用戶特有的系統總線上。按 照現有技術的通信組件CC如在圖l所示出的那樣，還包含用於暫存待 傳輸數據的緩衝存儲器。所述緩衝存儲器例如由RAM或者數據寄存器 構成。通信組件CC此外還包含能在至少一個消息存儲器和通信協議單 元的消息之間進行中繼傳輸的消息中繼傳輸單元或者消息處理器。消 息存儲器或者消息RAM被用作消息存儲器並且對待傳輸的信息體以及 配置和狀態信息數據加以暫時保存。消息中繼傳輸單元承擔了所有緩 衝存儲器，通信協議單元和消息暫存器之間數據流的控制。在圖1中 示出的傳統的通信組件CC的通信協議單元(PRT),按照所採用的數據 傳輸協議進行通信。其中通信協議單元PRT承擔了通過外部串行總線 傳輸的數據包DP的數據格式和通信組件內部所使用的消息MSG之間的 轉換或轉變。此處由消息中繼傳輸單元或者消息處理器中繼傳輸的消 息MSG至少由一個數據字DW組成，其中數據字DW的字長度或位數例 如與網關內部設定的數據總線的總線寬度相一致。如果系統總線具有 例如32位寬的內部數據總線，則數據字DW同樣包含32位。消息MSG 可以由預定數量的數據字DW組成。緩衝存儲器的存儲容量與例如包含 預定數量數據字DW的消息的數據規模相一致。數據流的仲裁由消息中 繼傳輸單元或消息處理器執行。傳統的網關如在圖2中所示出的那樣包含多個主機單元，即主CPU 和網關單元。因為兩個主機單元通過相同的系統總線或者外設總線和 共同的接口訪問通信組件CC內部的數據，所以會產生訪問衝突。例如 當不同的主機單元想通過其系統總線接口同時訪問通信組件CC的數據 時，就有可能產生訪問衝突。在這種情況下，主機單元必須等侯數據 訪問，直至其他的主機單元結束其數據訪問。這種數據訪問可以是寫 入，但也可以是從通信組件CC的緩衝存儲器中讀取數據。
發明內容
因此本發明要解決的技術問題是，為網關創建一種通信組件，它 能使不同主機單元在同時進行數據訪問時的等待時間最短。
該技術問題按照本發明是由具有在權利要求1中所述特徵的通信 組件解決。
本發明創建了一種通信組件，用於連接以數據包方式將數據傳輸 到多個其他通信組件並且逐字地中繼傳輸到網關的多個系統總線的串 行總線，其中通信組件具有
-連接到串行總線的通信協議單元，用於在分別由多個數據字組成 的數據包和消息之間進行轉換，
-消息中繼傳輸單元，用於對至少一個消息存儲器和通信協議單元 以及緩衝存儲器之間的消息進行中繼傳輸，
-多個分別連接到網關的附屬系統總線的接口單元，其中每個接口 單元與至少一個暫存消息的附屬緩衝存儲器連接，
-其中數據字通過多個系統總線及其附屬接口單元傳出和傳入接 口單元的緩衝存儲器是同時且沒有等待時間地。
在按照本發明的通信組件的實施形式中，串行總線是現場總線。
在按照本發明的通信組件的實施形式中，現場總線由CAN (Controller Area Network,控制器域網絡)總線構成。
在按照本發明的通信組件的備選實施形式中，現場總線是FlexRay 總線。
在按照本發明的通信組件的其他實施形式中，現場總線是MOST總線。
在按照本發明的通信組件的其他備選實施形式中，串行總線由以 太網總線構成。
7在按照本發明的通信組件的實施形式中，每個系統總線優選具有 附屬的系統總線主機。
在按照本發明的通信組件的實施形式中，消息中繼傳輸單元將對 通過系統總線逐字地傳輸的消息的接收，用信號傳遞到系統總線的系
統總線主機(Sustembus-Master )。
在按照本發明的通信組件的備選實施形式中，在系統主機詢問信 息後，消息中繼傳輸單元通過信號向系統主機確認接收到傳遞的消息。
在按照本發明的通信組件的其他實施形式中，為了將由串行總線 所作的發送準備信號化，使暫存在緩衝存儲器中並且被消息中繼傳輸 單元中繼傳輸到消息存儲器上的被系統總線接收的消息具有至少一個 特徵位。
此外本發明還提供了在以數據包方式傳輸數據的串行總線和逐字 地傳輸數據的系統總線之間雙向地傳輸數據的方法，具有下列步驟 -將通過串行總線傳輸的數據包轉換成具有多個數據字的消息， -將消息暫存在緩衝存儲器中，並且
-將數據字通過多個系統總線同時且沒有等待時間地傳出和傳入 緩沖存儲器。
接下來參考用於闡述本發明主要特徵的附圖，對按照本發明的通 信組件和按照本發明的用於雙向數據傳輸的方法加以詳細說明。 附圖中
圖1:示出按照現有技術的通信組件； 圖2:示出按照現有技術的網關；
圖3:示出包含按照本發明的通信組件的多處理器網關； 圖4:示出按照本發明的通信組件的可能實施形式的框圖； 圖5:示出為了與按照本發明的通信組件建立兼容性，對傳統的通 信組件所作的電路技術的擴展.
具體實施例方式
如可以從圖3所辨別的那樣，多處理器網關1具有多個分別可連 接到串行總線3-i上的按照本發明的通信組件2-i。所述串行總線3-i 例如是現場總線或者乙太網總線。數據以數據包的方式通過串行總線 3-i傳輸。所傳輸的數據包DP包含管理數據或標題數據以及有效數據或有效載荷數據。多處理器網關1具有多個主機單元或處理器4-1，
4- 2。這些主機單元可以承擔各種功能。在圖3所示出的例子中，第一 主機單元由對按照本發明的各種通信組件2-i之間的數據傳輸進行控 制的網關單元4-l組成。另一個處理器4-2是對內部傳輸的數據字DW 進行數據處理的主CPU。除此以外，多處理器網關1具有多個系統總線
5- 1， 5-2。優選每個主機單元4-1, 4-2具有自己的系統總線。每個系 統總線具有自己的數據總線，地址總線和控制總線。在多處理器網關l 內部，將數據逐字地傳輸，其中數據字的長度相當於相應數據總線的 總線寬度。按照本發明的通信組件2-i，在優選實施形式中，對於每個 系統總線5-i具有一個附屬的接口。
圖4示出按照本發明的通信組件2-i的可能的實施形式。通信組 件2被用於通過接口連接串行總線3,其中通信組件2-i對於多處理器 網關1的每個內部系統總線5-i都具有另一個分離的接口 2a，2b。在圖 4示出的實施形式中，通信組件2-i具有用於連接到系統總線5-1上的 第一接口 2a，所述系統總線5-1的主機單元由網關單元4-1構成。除 此以外，通信組件2-i還具有另一個用於連接到多處理器網關1的系 統總線5-2上的接口 2b，所述系統總線5-2的總線主機由處理器4-2 的主CPU構成。將通信組件的通信協議單元2c連接到外部串行數據總 線3-i上。通信協議單元2c執行被外部地通過串行數據總線3-i傳輸 的數據包DP和分別由一個或多個數據字DW組成的內部消息MSG之間 的轉換。
此外，通信組件2還包含消息中繼傳輸單元或消息處理器2d，以 通過內部數據線2a對至少一個內部的消息存儲器或消息RAM2e和通信 協議單元2c以及各種緩衝存儲器2f，2g之間的消息進行中繼傳輸。緩 衝存儲器2f，2g的存儲容量例如相當於所傳輸的消息的數據規模，也 就是預定的數據字DW的數量。
通信組件2-i具有多個分別連接到網關1的附屬系統總線5-i上 的接口單元2a， 2b。同時每個接口單元2a， 2b與至少一個可暫存至少一 個消息的附屬緩衝存儲器2f，2g連接。
數據字DW通過各種系統總線5-1， 5-2及其附屬的接口單元2a，2b 傳出和傳入接口單元的緩衝存儲器2f，2g，這在通信組件2-i上可以同 時且沒有等待時間地實現。數據傳送的仲裁，也就是數據被傳送到緩衝存儲器2f，2g和消息 緩衝存儲器2e或消息RAM的仲裁，由消息中繼傳輸單元2d執行。在 消息RAM2e中例如可存放128個消息MSG。消息中繼傳輸單元2d，在 通信組件2的實施形式中將對經過系統總線5-i逐字地傳輸到系統總 線的系統總線主機4-i上的消息MSG的接收，用信號傳遞。在備選的 實施形式中，在系統總線主機4-i詢問信息之後，消息中繼傳輸單元 2d通過信號向系統總線主機4-i確認接收到所傳輸的消息。使總線主 機4-i通過系統總線5-i的數據總線以及附屬的接口將數據寫入通信 組件2的緩衝存儲器，相對快速地執行，也就是說，總線主機4-i不 必等侯數據訪問。正如從圖4中可辨別的那樣，按照本發明的通信組 件2-i的仲裁不是在時間緊迫的系統一方，即在系統總線5 —方進行， 而是在時間不緊迫的外設一方，也就是在外部串行數據總線3 —方由 消息中繼傳輸單元2d執行。因此與傳統的通信組件比較，在按照本發 明的通信組件2上，等待時間在一定程度上從系統一方轉移到了外設 一方.在圖4所示的實施形式中，除了製造商和應用程式特有的接口 2b，還安置了網關接口 2a。該網關接口 2a為與處理器4-2的主CPU 並行工作的網關單元4-1提供了訪問消息數據對象或消息對象的可能 性。網關單元4-1例如由協處理器構成。網關單元4-1訪問對於網關
功能或通信組件之間的數據傳輸必需的所有功能/寄存器和消息對象。 CPU和網關單元4-1之間數據交流的仲裁，由通信組件2的消息處理器 或消息中繼傳輸單元2d執行。
在按照本發明的通信組件的實施形式中，為了將通過串行總線3 所作的發送準備信號化，暫存在緩衝存儲器中並且被消息中繼傳輸單 元2d中繼傳輸到消息存儲器2e的被系統總線5接收的消息具有至少 一個特徵位。
在通過多處理器網關l接收來自串行現場總線3的消息數據包DP 時，採取下列步驟。
首先由通信協議單元2c接收數據包DP，並且由通信協議單元2c 去除用於傳輸安全性的冗餘數據。剩下的數據構成消息MSG。通信協議 單元2c用信號告知消息中繼傳輸單元2d接收到消息。消息中繼傳輸 單元2d或消息處理器2d執行所希望的數據傳輸請求的仲裁。為此也 對消息處理器一方的其它數據傳輸進行其他的問詢。在可能的實施形式中，根據預定的優先級由消息處理器2d作出裁決，哪個數據傳輸被 作為下一個實施。接著將全部消息MSG以數據字方式或者完整地從通 信協議單元2c傳送到消息RAM2e。此外主機單元或CPU的消息處理器 或者消息中繼傳輸單元2d例如通過內部的中斷信號，用信號表示接收 到消息。在下一步，主機單元或CPU用要求消息或請求要求接收到的 消息。消息處理器2d檢查CPU的要求並且對數據傳輸進行仲裁。接著 將消息以數據字方式完全地從消息RAM2e傳送到詢問的主機單元4的 接口寄存器或緩衝存儲器2f，2g。如果例如作為系統總線5-1的主機單 元的網關單元4-1詢問消息，則將數據從消息RAM2e傳送到網關接口 2a的緩衝存儲器2f 。如果作為系統總線5-2主機單元的處理器4-2的 主CPU詢問消息，則將消息從消息RAM2e經過消息中繼傳輸單元2d傳 送到用戶接口 2b的緩衝存儲器2g。在到緩衝存儲器的內部數據傳送結 束之後，緊接著使消息通過與主機單元4連接的系統總線5的主機單 元4，逐字地經由相應系統總線5的數據總線讀出。
接下來說明由多個數據字DW組成的消息MSG如何從主機單元4發 送到串行總線3-i。
主機單元4,例如處理器4-2的主CPU，逐字地將數據通過相應系 統總線5-i的數據總線和對應的接口寫入通信組件2的緩衝存儲器。 此外，消息中繼傳輸單元3d被以信號通知存在將消息寫入消息RAM" 的任務。這種信號通知例如可以通過對標誌置位來實現。接著由消息 處理器2d進行內部數據傳送的仲裁，同時檢查在同一時間是否存在有 關其他數據傳送的其他詢問。 一旦數據傳送可以進行，暫存在緩衝存 儲器中的消息被逐字地或者完全地從內部接口寄存器或緩衝存儲器傳 送到消息存儲器或消息RAM。將存放在消息RAM2e中的消息，例如通過 對相應的指示標誌置位，相應地為消息處理器2d作上標記。在另一個 步驟中將沿外部串行總線傳輸到消息處理器2d的信息，逐字地或完全 地在一步中傳送到通信協議單元2c。通信協議單元2c引導轉換成外部 所使用的數據傳輸協議的數據格式。數據被打包成數據包DP，所述數 據包DP —方面包含標題數據或管理數據，另 一 方面也包含有效或有效 栽荷數據。此外通信協議單元2c增加了冗餘數據作為傳輸保護。在另 一個步驟中將這樣構成的數據包DP從通信協議單元2c經過外部串行 數據總線3發送。在外部串行數據總線3上連接了例如執行元件或傳感器。外部串行數據總線3例如可以是CAN總線(Controller Area Network) ， FlexRay總線，MOST總線或LIN總線。在備選的實施形式 中，串行總線3由乙太網總線構成。
圖5示出允許將按照圖1的傳統通信組件CC連接到如在圖3中示 出的按照本發明的多處理器網關1中的中繼傳輸電路或適配電路6。適 配電路包含網關接口 6a和用戶接口 6b。兩個接口 6a, 6b分別具有附 屬的緩衝存儲器6f，6g。數據傳送的仲裁，由實施用於傳輸數據的相應 設置優先級的仲裁FSM(Finite State Machine,有限狀態機)6h實施。 適配電路6此外還包含與在圖1中示出的按照現有技術的傳統通信組 件CC的通用接口相當的通用接口 6i。適配電路6使在圖4中示出的按 照本發明的通信組件2，能夠與在圖1中示出的按照現有技術的傳統通 信組件一起兼容使用。
按照本發明的通信組件2允許兩個控制模塊或主機單元4同時訪 問存放或暫存在通信組件2的分開的緩衝存儲器中的數據。因此在同 時進行數據訪問時，提高了按照本發明的通信組件2的數據傳輸的帶 寬。在進行數據訪問時，不會由於消息中繼傳輸單元2d進行仲裁而產 生等待周期。
權利要求
1. 一種通信組件，用於將以數據包方式傳輸數據的串行總線(3)連接到網關(1)的多個逐字地傳輸數據的系統總線(5)上，其中通信組件(2)具有(a)連接到串行總線(3)上的通信協議單元(2c)，用於在分別由多個數據字(DW)組成的數據包(DP)和消息(MSG)之間進行轉換；(b)消息中繼傳輸單元(2d)，用於在至少一個消息存儲器(2e)和通信協議單元(2c)以及緩衝存儲器(2f，2g)之間中繼傳輸消息；(c)多個分別連接到網關(1)的附屬系統總線(5-1，5-2)上的接口單元(2a，2b)，其中每個接口單元(2a，2b)與至少一個暫存信息(MSG)的附屬緩衝存儲器(2f，2g)連接；(d)其中數據字(DW)通過多個系統總線(5-1，5-2)及其附屬的接口單元(2a，2b)傳出和傳入接口單元(2a，2b)的緩衝存儲器(2f，2g)是同步且沒有等待時間地進行。
2. 如權利要求1所述的通信組件，其中串行總線(3 )是現場總線。
3. 如權利要求2所述的通信組件，其中現場總線是 CAN (Control ler Area Network)總線。
4. 如權利要求2所述的通信組件，其中現場總線是FlexRay總線。
5. 如權利要求2所述的通信組件，其中現場總線是MOST總線。
6. 如權利要求2所述的通信組件，其中現場總線是LIN總線。
7. 如權利要求1所述的通信組件，其中串行總線(3)是乙太網總線。
8. 如權利要求1所述的通信組件，其中每個系統總線(5-1， 5-2) 都具有附屬的系統總線主機(4-1， 4-2)。
9. 如權利要求1所述的通信組件，其中消息中繼傳輸單元(2d) 將對經過系統總線(5-1， 5-2)逐字地傳輸到系統總線的系統總線主 機(4-1， 4-2)上的信息(MSG)的接收，用信號表示。
10. 如權利要求8所述的通信組件，其中消息中繼傳輸單元在系統 總線主機(4-1， 4-2)詢問信息後，通過信號向系統總線主機(4-1， 4-2)確認接收到傳輸的消息(MSG)。
11. 如權利要求1所述的通信組件，其中為了用信號傳遞通過串行總線(3)所作的發送準備，暫存在緩衝存儲器(2f，2g)中並且被消 息中繼傳輸單元(2d)中繼傳輸到消息存儲器(2e)上的被系統總線 (5-1， 5-2)接收的消息具有至少一個特徵位。
12. —種用於在以數據包方式傳輸數據的串行總線和逐字地傳輸 數據的系統總線之間雙向傳輸數據的方法，具有以下步驟將通過串行總線(3)傳輸的數據包(DP)，轉換為具有多個數據 字(DW)的消息；將信息暫存到緩衝存儲器(2f，2g)中；並且將數據字(DW)通過多個系統總線(5-1, 5-2)同時且沒有等待 時間地傳出和傳入緩衝存儲器(2f，2g)。
全文摘要
一種通信組件用於將以數據包方式傳輸數據的串行總線(3)連接到網關(1)的多個逐字地傳輸數據的系統總線(5)上，其中通信組件(2)具有連接到串行總線(3)上的通信協議單元(2c)，用於在分別由多個數據字(DW)組成的數據包(DP)和信息(MSG)之間進行轉換，消息中繼傳輸單元(2d)，用於在至少一個消息存儲器(2e)和通信協議單元(2c)以及緩衝存儲器(2f，2g)之間中繼傳輸消息，多個分別連接到網關(1)的附屬系統總線(5-1，5-2)上的接口單元(2a，2b)，其中每個接口單元(2a，2b)與至少一個暫存信息(MSG)的附屬緩衝存儲器(2f，2g)連接，同時使數據字(DW)通過多個系統總線(5-1，5-2)及其附屬的接口單元(2a，2b)，實現同步沒有等待時間地傳出和傳入接口單元(2a，2b)的緩衝存儲器(2f，2g)。
文檔編號G06F13/38GK101449252SQ200780018754
公開日2009年6月3日 申請日期2007年5月3日 優先權日2006年5月24日
發明者J·陶布, M·伊勒, T·洛倫茨 申請人:羅伯特.博世有限公司