在總線系統中確定時間的方法和裝置以及總線系統的製作方法
2023-05-25 10:55:41
專利名稱：在總線系統中確定時間的方法和裝置以及總線系統的製作方法
現有技術本發明涉及在具有至少兩個用戶的總線系統中用於確定時間的一種方法和一種裝置，以及一種根據獨立權利要求所述的相應的總線系統，這些用戶通過通信連接處於連接之中。
近年來在製造現代的汽車時，或在機械製造中，尤其在工具機領域中，或在自動化中，藉助通信系統來結網(Vernetzung)控制設備、傳感器和促動器系統(Aktuatorik)已在急劇地增加。此時可以實現通過將功能分配到多個控制設備上而達到協同效應。人們在此稱之為分散的系統。越來越多地通過總線來實現不同站之間的通信。通過協議來調節總線上的通信業務、接入和接收機制、以及誤差處理。總線專門的元件與通信連接相結合，在以下稱總線系統，這些元件以下稱為用戶是控制設備、傳感器和促動器系統。
CAN(控制器區域網)是作為汽車領域中的協議來建立的。該協議是一個事件控制的協議，即通過事件來初始化如發送消息那樣的協議主動性(Protokolaktivitt)，這些事件具有它們的在通信系統之外的來源。通過基於優先權的位(Bit)判定來解決對通信系統或總線系統的明確的訪問。對此的一個前提是給每一個消息分配了一個明確的優先權。CAN協議是很靈活的；因此只要還有空閒的優先權(消息標識符)，則毫無問題地可以添加其它的節點和消息。在清單中，在所謂的通信矩陣中，存放了所有要在網絡中發送的具有優先權消息的匯總，和這些消息的發送站節點，以及可能的接收節點。
用於事件控制的、自發通信的替代措施是一種純粹時間控制的措施。在總線上的所有通信活性是嚴格周期性的。僅通過適用於整個總線系統的時間推移來觸發象發送消息那樣的協議主動性。對媒體的訪問基於時域的分配，在這些時域中發送站具有排它性的發送權。所述的協議是比較不靈活的；只有當以前已經釋放了相應的時(Zeitbereich)域時，才可能添加新的節點。該情況迫使已經在投入運行之前就確定消息順序。因此制定了一個運行計劃，該運行計劃必須滿足消息的涉及重複率、冗餘度、閒置線路等等的要求。人們稱之為所謂的″總線調度表″。消息在發送周期之內的定位必須與應用相協調，這些應用產生消息內容，以便使應用和發送時刻之間的等待時間(Latenzen)保持最短。如果不進行該協調，則破壞時間控制的傳送的優點(在總線上發送消息時的最小的等待時間不穩定性(Latenz-Jitter))。因此對計劃工具提出了很高的要求。
時間控制CAN的，所謂TTCAN(時間觸發的控制器區域網)的，在專利申請DE 100 00 302 A1、DE 100 00 303 A1、DE 100 00 304A1和DE 100 00 305 A1中所展示的解決措施，滿足了上面所描述的按時間控制通信的要求，以及對某種程度靈活性的要求。通過在某些通信用戶的周期性消息用的所謂排它性時窗中，和在多個通信用戶的自發性消息用的所謂判定的時窗中建立通信循環(基本循環)，TTCAN就滿足這一點。
以下從作為總線系統的TTCAN網絡出發，其中，在有關本發明的稍後的主題方面這不應理解為限制性的。更確切地說，稍後所述本發明的主題也可以採用於其它可比較的總線系統中。
在TTCAN網絡的範圍中，DE 100 00 305 A1展示了在至少兩個總線用戶之間用於交換消息中的數據的一種方法和一個裝置，藉助總線系統連接該兩個總線用戶，其中，由用戶通過總線系統來傳輸含有數據的消息，並且每個消息含有表徵所包含數據的標識符，其中，每個用戶藉助所述的標識符來判斷，它是否接收該消息。此時由第一用戶在時間上如此來控制消息，使得第一用戶在至少一個規定的時間間隔中通過總線來重複傳輸一個基準消息，並將該時間間隔劃分為規定長度的時窗，其中，在所述的時窗中傳輸所述的消息。
鑑於該現有技術，在此現在應說明一種方法和一個裝置，藉助其在具有至少兩個用戶的總線系統中實現了確定時間，其中，在執行所述的確定時間時不應給處理的單元，尤其不應給用戶的處理機增加負擔。
本發明的優點為此本發明如此建議在具有至少兩個用戶的總線系統中用於確定時間的一種方法和一個裝置，這些用戶通過通信連接處於連接之中，使得當在所述的通信連接上出現一個應確定其出現時間的事件時，至少一個用戶則將一個可規定的基本時間存放到至少一個存儲器中。
在所述的總線系統中以有利的方式涉及一個時間觸發控制器區域網，一個所謂的TTCAN系統。在一個第一實施形式中，在用戶用於通信連接的，優選所述至少一個確定著所述時間的用戶接口上，所述的要確定其出現時間的事件觸發了信號變換，其中，在出現該信號變換時，在該時刻將所述的可規定的基本時間或時基存放在所述的存儲器中。在另一個有利的擴展方案中，在所述至少一個確定著時間的用戶用於通信連接的接口上，所述的要確定其出現時間的事件具有一個可規定的信號電平的結果，其中，於是在出現所述的可規定的信號電平時，將所述可規定的基本時間存放在所述的存儲器中。在此可以以有利的方式將網絡的，尤其是TTCAN網絡的不同時間，例如象本地時間、全球時間或循環時間採用為基本時間或時基。
在本地時間的情況下，每個用戶具有一個本地時間，其中，所述的基本時間分別相當於所述確定著時間的用戶的所述本地時間。如果將網絡或總線系統中的一個用戶確定為時間標準(Zeitmaster)，則將該用戶的本地時間採用為整個總線系統的全球時間，其中，該全球時間以有利的方式同樣可採用為涉及確定時間的所有用戶的基本時間。如同在現有技術中所述的那樣，如下方式通過通信連接來傳輸消息，使得以可規定的時間間隔來傳輸用戶的基準消息，其中，所述的可規定的時間間隔相當於網絡或總線系統中的循環時間，其中，所述的時間間隔被劃分為可規定長度的時窗，在這些時窗中傳輸消息，並作為其它的可能性將該循環時間採用為用於確定時間的基本時間。
在另一個有利的擴展方案中，可以相繼將多個基本時間存放到一個或多個存儲器中，使得在向一個事件分配每個基本時間時，可以相繼確定各事件的多個時間，或一個事件的多個時間。
在另一個有利的擴展方案中，將多個基本時間同時存放到多個存儲器中，使得可以同時確定事件的多個時間。
在一個專用的擴展方案中，至少一個事件在至少一個確定著時間的用戶處引起一個事件信號，其中，於是通過一個或多個尤其是不同的輸入信號可以觸發，在存儲器中存放所述的基本時間。
用於總線系統的確定時間的基本時間或時基，以有利的方式要麼是可以固定地規定的，要麼是例如在三個可能的時基，本地時間、循環時間和全球時間的範圍內可改變的，或是尤其可以從多個時基中規定的。
因此通過本發明的主題來說明一種具有裝置和總線系統的一般方法，如何應用自主協議控制器，尤其是TTCAN協議控制器的時基，以便測量與網絡，尤其與TTCAN總線系統同步的時間，而這些時間與處理機以及與軟體執行時間無關。
因此用簡單的裝置進行與網絡或總線系統同步的時間測量同樣是可能的。
因此可以在結網的控制設備中，例如在自動化中、在汽車中、或在另外的使用領域中，在網絡的一個或多個節點或用戶中可以測量時間，這些時間於是以相當於時基的網絡時間的單位來出現。此外，還可以測量與反應時間無關的時間，控制設備中的軟體用該反應時間對一個事件作出反應，該事件指明一個要測量的時刻。
其它的優點和有利的擴展方案是本說明書以及本權利要求的主題。
附圖以下藉助附圖中所示出的圖來詳述本發明。
圖1在此展示了網絡環境或總線系統，尤其是具有多個用戶的TTCAN網絡。
圖2藉助流程圖示範性地展示了用於確定時間的本發明的方法過程。
實施例說明以下藉助實施例來說明所述的方法、裝置和總線系統，在該總線系統的範圍內測量所述出現某個事件的時刻，也就是有關相應時基的時刻。此時不通過處理機進行直接檢查以自主實現所述的測量。
本發明的主題基於，將應採用於測量的時基，在應測量的時刻複製到存儲器中，尤其複製到記錄器中。此時，應測量其時刻的事件例如在總線用戶的輸入信號上，尤其在測量著時間的用戶處引起了信號變換，該用戶觸發了複製過程，即在存儲器中存放時基。圖1在此展示了與至少兩個用戶105和100的通信連接104。此時，用戶100通過接口模塊101與通信連接104相連接。此時，用戶100可以是一個同樣象集成電路那樣的完整的控制設備，該控制設備用於連接到通信連接104上，尤其是一個協議控制器。除了所述的接口模塊101之外，含有例如一個處理的單元、一個處理機102、以及一個尤其實施為記錄器組的存儲器單元103。用戶105象用戶100那樣是一個作為集成電路的簡單的模塊、就是尤其是一個TTCAN網絡中的協議控制器、或又是一個控制設備或計算單元。在IC 105中也含有一個接口單元或接口模塊106、一個處理單元、尤其是一個處理機107以及一個存儲器108。通過選擇性地可同步的計時器來確定用戶100或105的時基。象模塊115那樣，該計時器可以自由地包含在所述的用戶本身中，或是集成到處理機中的，象這通過模塊116和處理機102所展示的那樣。這種計時器115或116因此規定了各自總線用戶100或105的本地時間。如果例如將總線用戶105確定為時間標準，由計時器115所規定的本地時間則被當作為整個總線系統的全球時間，並例如通過基準消息來傳輸到其它的總線用戶上，使得所述時間標準的本地時間作為所有總線用戶中的全球時間來出現。
在TTCAN系統的專用的實例中，該時間標準基本上基於時間控制的周期性通信，該通信由計時器，就是由具有標準時間功能的用戶藉助時窗消息或基準消息來提供時鐘脈衝。直至下一個基準消息RN的周期於是被稱作為基本循環，並包含一個循環時間，所謂的cycle time。該基本循環又劃分為N個時窗(N∈∠)，其中，每個時窗允許排它地發送具有不同長度的周期性的消息。於是通過採用時標在TTCAN控制器中發送這些周期性的消息，這些時標是與一個邏輯的相對時間的過程相耦合的。
但是TTCAN也允許考慮空閒(frei)的時窗，其中，於是在總線上在判定的範圍內將這些時窗使用於所謂的自發消息，其中，使用了按CAN(控制器區域網絡)的判定表。因此考慮了和有效地實現了，作為全球時間的所述時間標準的本地時間與各個用戶的各自內部本地時間的同步。因此在TTCAN系統中，系統固有地存在著三個時間全球時間、本地時間以及循環時間。在TTCAN中的層面上，因而在層1上有兩個時基可供選擇本地時間lokal time以及循環時間cycletime，而在層2中於是還添加上作為全球時間的global time。此時所有三個時基均可用於測量。
如已提及的那樣，本方法基於，將應採用於測量的時基，例如可選自本地時間、循環時間或全球時間的時基，在應測量的時刻複製到存儲器中，尤其複製到記錄器中。為此可以將存儲器103或108實施為記錄器組，或選擇性地可以將通過接口模塊110獨立耦合到總線上的存儲器109採用為用於確定時間的中央存儲器媒體。
具有集成的處理單元112的接口模塊111同樣是選擇性的，該接口模塊例如用控制設備113將通信連接104與集成的其它的處理機114相連接。在該專用的情況下同樣由接口單元111履行確定時間的功能，該接口單元將符合要確定事件或時刻的時基，要麼存放到控制設備117的內部存儲器中，要麼存放到中央存儲器109中，以及存放到未示出的可能的接口內部的存儲器中。
所述的存儲器在此可以具有一種內部的結構，使得採用多個存儲區或多個記錄器，以便平行或相繼地確定或測量多個時刻，使得將相應的時基同時或相繼地寫入多個存儲區或多個記錄器中，以便固定要測量或要確定的時刻。如果通過輸入信號來觸發所述的複製過程，則也可以採用多個輸入信號，以便觸發時基的寫入，就是所述的複製過程。此時，可以一方面在數字式或二進位信號的情況下，通過從高到低的或從低到高的信號變換，或在達到某個可規定的信號電平時來觸發這種複製過程。
這一方面可以通過軟體，或例如藉助比較器電路來實現。同樣可以將所採用的時基，例如三個上述的本地時間、循環時間或全球時間中的，相應地用於測量的一個時基，固定地規定用於總線系統中的確定時間，或可以依賴事件或依賴於信號來採用所述的時基。所述的時基是同樣可以完全自由調節的，要麼通過從象本地時間、循環時間那樣的規定時基中自由的選擇或全球時間。
藉助圖2應再次示出用於確定時間的具體的方法過程。此時在方框200中實現了所述方法的啟動。在方框201中例如可以規定，哪個網絡時基應採用於確定時間，或在通信連接上應測量哪個事件。事件可以是某個所傳輸的消息，系統中的或用戶中的中斷或類似物。在方框201中同樣可以事先，即在觸發複製功能或存儲過程之前來檢驗某些條件。這例如是象記錄器中的某個值那樣的條件。這例如可以是TT時鐘控制記錄器中的必須大於0的值SWS，和/或可以是例如TT中斷矢量記錄器中的一個必須是0的值SWE，以便然後在方框202中例如藉助觸發器輸入端上的脈衝上升邊緣將所述的基本時間存放到相應的記錄器中。
此時可以將所述的值SWS用於確定所述的基本時間本身，使得例如在值W1時存放循環時間，在值W2時存放本地時間，或在值W3時存放全球時間。SWS的一個值，譬如為0的例如值W0同時可以關斷所述的存儲功能或測量功能。
在只採用一個存儲器或記錄器時可將所述的值SWE用來確定，是否可以或準許執行時間測量。如果所述的值SWE＝0，如在方框201中所檢驗的那樣，所述的記錄器則是空閒的，並可以被採用。如果所述的值SWE＝1，則剛好已進行了測量，並可以因此防止記錄器內容被改寫(überschreiben)。因此只有當所述的值SWE重新設置為0時，才可能進行下一個時間測量或確定時間，這例如是在方框203中在測量時間的分析處理之後發生的。
在所述的實例中，因而在從低到高的信號變換時在事件的時刻TE，只要滿足了所述的前提，就將通過所述的值SWS所預選的基本時間存放到記錄器中。如果在方框203中已讀出了用各自的時間所寫入的記錄器，則可以通過將所述的值SWE復位到0來實現下一個確定時間，並且緊接在本方法的終止之後，或在方框200中重新開始時，人們到達下一個時間測量。
為了避免記錄器的漫長的等候時間或阻斷，也可以在某個時間或另外的中斷條件結束之後，未達到脈衝上升邊緣時，立即向方框204中的方法終止進行過渡。
同樣象所述的脈衝上升邊緣那樣，也可以將脈衝下降邊緣，或將達到某個信號電平選作為用於存儲的判據。通過方框201中所述值SWS的選擇可能性，即應選擇哪個時基，是選擇性的。同樣可以固定地規定某個時基一般用於時間測量。通過採用SWE的不同值也可以實現在不同記錄器之間的轉換。例如必須用某個值預先佔用一個空閒的記錄器，一個時基可寫入該記錄器中，以及另一個值規定轉換到另一個記錄器上。
因此可以通過將不同或相同的時基寫入不同的記錄器中，來相繼確定不同事件的出現時刻。通過採用多個記錄器和發放各個記錄器用的標記，也可以同時採集不同事件的同時出現的時刻，並因此通過向相應事件的分配來確定所述的時刻。
因此可以以有利的方式準確地測量所述的時刻，在該時刻自主TTCAN協議控制器的某個輸入信號或事件在變換。所述測量的準確性與以下的情況無關，處理機可以如何迅速地對輸入信號的變換作出反應，以及，處理機可以如何迅速地讀出TTCAN協議控制器的時基。所述的測量也可以以全球時間為基準，該全球時間在TTCAN層2中全網絡地自動地得到標定，也可以與本地的處理機時鐘脈衝無關。因此尤其對於所述的TTCAN，但是也對於在本發明主題範圍內其它可比較的總線系統，具備了一種簡單而有效的可能性，沒有附加的處理機負擔地來確定總線系統中的時間。
權利要求
1.用於在具有至少兩個用戶的總線系統中確定時間的方法，這些用戶通過通信連接處於連接之中，其特徵在於，當在所述的通信連接上出現一個應確定其出現時刻的事件時，至少一個用戶則將一個可規定的基本時間存放到至少一個存儲器中，其中，所述的基本時間相當於一個存在於所述總線系統中的時間。
2.按權利要求1的方法，其特徵在於，所述的要確定其出現時刻的事件，在一個所述至少一個用戶的用於通信連接的接口上觸發信號變換，該用戶確定著所述的時間，其中，在出現所述的信號變換時在所述的存儲器中存放所述可規定的基本時間。
3.按權利要求1的方法，其特徵在於，在所述的總線系統中涉及一個TTCAN系統。
4.按權利要求1的方法，其特徵在於，每個用戶具有一個本地時間，而所述的基本時間總是相當於所述用戶的所述本地時間，該用戶確定著所述的時間。
5.按權利要求1的方法，其特徵在於，將用戶的所述本地時間採用為所述總線系統的全球時間，而所有用戶用的所述的基本時間相當於該全球時間。
6.按權利要求1的方法，其特徵在於，通過所述的通信連接如此來傳輸消息，使得以可規定的時間間隔作為循環時間來傳輸用戶的基準消息，並將所述的時間間隔劃分為在其中傳輸所述消息的可規定長度的時窗，其中，所述的基本時間相當於所述的循環時間。
7.按權利要求1的方法，其特徵在於，將存放在存儲器中的每個基本時間分配給一個事件，並相繼將多個基本時間存放到多個存儲器中，以便相繼確定各事件的和/或一個事件的多個時間。
8.按權利要求1的方法，其特徵在於，將存放在存儲器中的每個基本時間分配給一個事件，並同時可以將多個基本時間存放到多個存儲器中，以便同時確定事件的多個時間。
9.按權利要求1的方法，其特徵在於，在一個所述至少一個用戶的用於通信連接的接口上，所述的要確定其出現時刻的事件具有一個可規定的信號電平的結果，該用戶確定著所述的時間，其中，在出現所述可規定的信號電平時在所述的存儲器中存放所述可規定的基本時間。
10.按權利要2或9的方法，其特徵在於，至少一個事件在至少一個確定著時間的用戶處促成一個輸入信號，並通過一個或多個輸入信號可以觸發在所述的存儲器中存放所述的基本時間。
11.按權利要求1的方法，其特徵在於，固定地規定了，或可改變，尤其是從多個時基中可規定所述的用於所述總線系統的確定時間的基本時間。
12.用於在總線系統中確定時間的裝置，尤其是集成電路，該總線系統由至少兩個用戶組成，這些用戶通過通信連接處於連接之中，其特徵在於，含有用於識別一個應確定其出現時間的事件的第一裝置，以及安排了至少一個存儲器，當在所述的通信連接上出現一個應確定其出現時間的事件時，則通過第二裝置將至少一個可規定的基本時間存放到該存儲器中，其中，所述的基本時間相當於一個存在於所述總線系統中的時間。
13.總線系統具有至少兩個用戶，這些用戶通過通信連接處於連接之中，其特徵在於，含有用於識別一個應確定其出現時間的事件的第一裝置，以及在所述的總線系統中安排了至少一個存儲器，當在所述的通信連接上出現一個應確定其出現時間的事件時，則通過第二裝置將至少一個可規定的基本時間存放到該存儲器中，其中，所述的基本時間相當於一個存在於所述總線系統中的時間。
全文摘要
用於在總線系統中確定時間的方法，裝置和具有至少兩個用戶的總線系統，這些用戶通過通信連接處於連接之中，其中，當在所述的通信連接上出現一個應確定其出現時間的事件時，則至少一個用戶將一個可規定的基本時間存放到至少一個存儲器中，尤其是一個記錄器中。
文檔編號H04L12/413GK1555513SQ02818052
公開日2004年12月15日 申請日期2002年9月12日 優先權日2001年9月13日
發明者F·哈特維希, F 哈特維希 申請人:羅伯特-博希股份公司