提高通信速率的CAN通信方法和數據幀結構與流程
2023-05-25 00:06:57 1
本發明涉及一種車輛中的控制器區域網(Controller area network，CAN)通信方法，並且更具體地，涉及一種用於提高通信速率的車輛中的CAN通信方法和數據幀結構。
背景技術：
隨著車輛中實現的功能和控制的數量的增加，大量數據通過控制器區域網(CAN)通信進行發送和接收。目前，經由CAN通信的數據幀中的數據欄位被固定為8位元組，並且通信速率被限制為最多1Mbps(Mbit/s)。因此，為提升通信速率，已經進行了提高控制器功能和開發重編程軟體的研究。此外，用於使控制器的功率消耗最小化的協議已得到不同地發展。
然而，如上所述，由於通信速率存在限制，通過控制器功能的改進、重編程等來提高通信速率也存在限制。此外，為了將具有快速通信速率的Flexray或乙太網通信協議應用到車輛上，改變硬體和軟體所需要的成本很高。
技術實現要素：
本發明是為了解決現有技術中存在的上述問題、同時完整保留現有技術所獲得的優點而做出。
本發明的一方面提供一種能夠提高數據接收的穩定性並提高通信速率的車輛中的控制器區域網(CAN)通信方法和數據幀結構。因此，CAN總線的流量負載，可通過改變用於車輛的諸如控制器等的電子設備中的CAN通信的數據幀結構，在車輛的諸如底盤、動力總成、車身、多媒體等的部件中使用CAN通信來改善，以便增加數據量。
根據本發明的實施例，用於車輛的電子設備的控制器區域網(CAN)通信方法包括：使用數據幀來發送數據，在該數據幀中，指 示高速CAN通信處理或普通CAN通信處理的通信模式信息被插入到在普通CAN通信協議中未被使用的空位(null bit)或保留位(reserved bit)；接收所發送的數據；並且基於通信模式信息，以高速CAN通信模式或普通CAN通信模式來處理所接收的數據。
所接收數據的處理可包括，當所接收的數據採用普通CAN通信模式進行處理時，以1Mbps或更小的通信速率來處理數據幀的數據欄位中所攜帶的8位元組或更少字節的數據。
所接收數據的處理可包括，當數據長度為8位元組或更少字節、並且所接收數據採用高速CAN通信模式進行處理時，根據包括在通信模式信息中的通信速率信息，以1Mbps或更小、或者2Mbps或更大的通信速率來處理數據幀的數據欄位中所攜帶的8位元組或更少字節的數據。
所接收數據的處理可包括，當數據長度為8位元組或更多字節、並且所接收的數據採用高速CAN通信模式進行處理時，根據包括在通信模式信息中的通信速率信息，以1Mbps或更小、或者2Mbps或更大的通信速率來處理數據幀的數據欄位中所攜帶的8位元組或更多字節的數據。
數據幀可包括：遠程發送請求(RTR)位，其用於指示通信模式是普通CAN通信模式還是高速CAN通信模式；擴展數據長度(EDL)位，其用於指示數據長度是8位元組或更少字節，還是8位元組或更多字節；以及比特率切換(bit rate switch，BRS)位，其用於指示通信速率是1Mbps或更小，還是2Mbps或更大。
遠程發送請求(RTR)位可分配給數據幀的空位。
擴展數據長度(EDL)位和比特率切換(BRS)位可分配給包括在數據幀的控制欄位中的保留位。
此外，根據本發明的實施例，用於車輛電子設備的CAN通信的數據幀包括：遠程發送請求(RTR)位，其用於指示通信模式是普通CAN通信模式還是高速CAN通信模式；擴展數據長度(EDL)位，其用於指示數據長度是8位元組或更少字節，還是8位元組或更多字節；以及比特率切換(BRS)位，其用於指示通信速率是1Mbps或更小，還是2Mbps或更大。
遠程發送請求(RTR)位可分配給在普通CAN通信協議中未被使 用的數據幀的空位，並且擴展數據長度(EDL)位和比特率切換(BRS)位可分配給在普通CAN通信協議中未被使用的、包括在數據幀的控制欄位中的保留位。
可以使用數據幀以普通CAN通信模式或高速CAN通信模式來發送、接收和處理數據，在該數據幀中，遠程發送請求(RTR)位、擴展數據長度(EDL)位和比特率切換(BRS)位被插入到在普通CAN通信協議中未被使用的空位或保留位。
附圖說明
從下面結合附圖的詳細描述中，本發明的上述及其他目的、特徵和優點將更加顯而易見。
圖1是用於描述根據本發明實施例的用於車輛控制器區域網(CAN)通信的數據幀結構的示意圖。
圖2是用於描述車輛電子設備的示意圖，其中根據本發明的實施例的車輛CAN通信被應用到該車輛電子設備上。
圖3是用於描述車輛電子設備中通過根據本發明實施例的用於車輛CAN通信的數據幀的CAN通信方法流程圖。
圖4是用於描述通過根據本發明實施例的用於車輛CAN通信的數據幀的使用提高通信速率的示意圖。
具體實施方式
以下將參照附圖對本發明進行詳細描述。這裡，在所有的附圖中將用相同的附圖標記表示相同的組件。此外，已知的功能和/或配置的詳細描述將被省略。在下面的說明書中，將主要描述根據實施例理解操作所需的部分，並且將會省略可能會模糊本發明要點的對組件的描述。此外，在附圖中一些組件可被放大、省略或示意性示出。各個組件的大小並不反映各個組件的實際大小。因此，文中所提到的內容並不受限於附圖中示出的組件相對大小或組件之間的間隔。
本文所使用的術語是僅為了說明特定實施例的目的，而無意限制本發明。如本文所使用的單數形式「一個」、「一種」和「該」也意在包括其複數形式，除非上下文中另外明確指出。還應理解的是，當在 本說明書中使用時，術語「包括」和/或「包含」特指所述特徵、整數、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但不排除一個或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件和/或其組合的存在或添加。如本文所使用的術語「和/或」包括一個或多個相關列出項的任何和所有組合。
可以理解，本文所使用的術語「車輛」或「車輛的」或者其他相似術語總體上包括機動車輛，例如乘用汽車，包括運動型多用車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商用車輛、包括各種船和艇在內的水運工具、航空器，等等，並且包括混合動力車輛、電動車輛、插電式混合電動車輛、氫動力車輛和其他替代燃料車輛(例如，從石油以外的資源取得的燃料)。本文所提到的混合動力車輛是指使用兩種或多種動力源的車輛，例如同時由汽油和電力提供動力的車輛。
此外，應當理解，以下方法中的一個或多個，或其相關方面，可被至少一個控制器執行。術語「控制器」可指包括存儲器和處理器的硬體設備。存儲器被配置成存儲程序指令，並且處理器被專門編程來執行程序指令，以執行以下進一步描述的一個或多個處理。此外，應當理解，下面的方法可通過包括控制器的設備結合其他組件來執行。
圖1是用於描述根據本發明實施例的用於車輛控制器區域網(CAN)通信的數據幀結構的示意圖。參照圖1，根據本發明實施例的用於車輛CAN通信的數據幀與根據普通的CAN通信協議的數據幀相似，但包括部分地修改了的部分。也就是說，在本發明中，所做的修改是為了通過使用數據幀來發送和接收數據，在例如動力總成、底盤、車身、多媒體等部件中，對車輛的諸如控制器等所有電子設備使用CAN通信，以便以高速CAN通信模式或普通的CAN通信模式發送、接收和處理數據，在所述數據幀中，指示高速CAN通信處理或普通CAN通信處理的信息被插入到根據普通CAN通信協議在數據幀中未被使用的空位(null bit)或保留位(reserved bit)(例如，遠程發送請求(RTR)位、擴展數據長度(EDL)位或比特率切換(BRS)位)。
如圖1所示，根據本發明實施例的用於車輛CAN通信的數據幀可被配置為包括：例如指示幀的起始的幀起始(start of frame，SOF)、用於插入仲裁(arbitration)標示(identification，ID)以仲裁數據優先級的仲裁ID欄位、用於請求特定ID的數據發送的遠程發送請求(remote transmission request，RTR)位、用於發送控制信號的控制欄位、攜帶有具有預定數據長度的數據的數據欄位、包括循環冗餘校驗(cyclic redundancy check，CRC)序列和CRC定界符(delimiter)以便檢測錯誤的CRC欄位、包括應答(acknowledgement，ACK)槽和ACK定界符以便指示數據接收的準確性的ACK欄位以及幀結束(end of frame，EOF)。控制欄位一般包括指示仲裁ID的長度是否為標準的(11位)或擴展的(29位)的標識符擴展(identifier extension，IDE)和指示數據長度的數據長度碼(data length code，DLC)。
上述根據本發明實施例的用於車輛CAN通信的數據幀配置，與根據普通CAN通信協議的數據幀的配置相似。然而，特別地，在本發明中，必要時，通過在遠程發送請求(RTR)位插入有意義的信息，其中遠程發送請求(RTR)位在普通CAN通信中是當前未被使用的空(null)位，並且使用包括在普通CAN通信中的控制欄位中作為擴展數據長度(EDL)位和比特率切換(bit rate switch，BRS)位的保留位，做出上述修改以便以高速CAN通信模式或普通CAN通信模式來發送、接收和處理數據。
也就是說，如圖1所示，根據本發明實施例的用於車輛CAN通信的數據幀包括：遠程發送請求(RTR)位，其具有用於指示通信模式是普通CAN通信模式還是高速CAN通信模式的模式信息(1位)；擴展數據長度(EDL)位，其具有用於指示控制欄位的數據長度是8位元組或更少字節還是8位元組或更多字節的數據長度信息(1位)；以及比特率切換(BRS)位，其具有用於指示通信速率是1Mbps或更小還是2Mbps或更大的通信速率信息(1位)。
圖2是用於描述車輛電子設備的示意圖，其中根據本發明實施例的車輛CAN通信被應用到該車輛電子設備上。如圖2所示，根據本發明實施例的用於車輛CAN通信的數據幀被用於在諸如控制器等的所有具有大數據量的電子設備中，通過CAN總線發送和接收數據，以執行動力總成相關欄位的CAN-通信(P-CAN)和底盤相關欄位的CAN-通信(C-CAN)，使得車輛中用於控制、感測、監測等的處理可被執行。然而，即使數據量不大，必要時，如圖1所示的數據幀也被用於在車輛中諸如控制器等的所有其他電子設備中，發送和接收數據，以執行 車身相關欄位的CAN-通信(B-CAN)、多媒體相關欄位的CAN通信(M-CAN)等，使得車輛中用於控制、感測、監測等的處理可被執行。此外，車輛中的這些電子設備或其他組件或設備，可通過連接到CAN總線的網關來執行CAN通信。
用於執行動力總成相關欄位的CAN通信(P-CAN)的電子設備的一個示例可包括：雙自動溫度控制(DATC)模塊、變速器控制單元(TCU)、發動機管理系統(EMS)等，其中發動機管理系統(EMS)可包括發動機控制單元(ECU)、各種傳感器、各種執行器等。此外，用於執行底盤相關欄位的CAN通信(C-CAN)的電子設備的一個示例可包括：儀表簇(CLU)模塊、偏航率傳感器(YRS)等。安全氣囊控制單元(ACU)和電子穩定控制(ESC)模塊可與動力總成相關欄位和底盤相關欄位共用。
此外，用於執行車身相關欄位的CAN通信(B-CAN)的電子設備的一個示例可包括：智能鑰匙模塊(SMK)、車身控制模塊(BCM)等，並且用於執行多媒體相關欄位的CAN通信(M-CAN)的電子設備的一個示例可包括，導航設備或用於與車輛中的其他多媒體通信設備互聯互通的各種模塊。
以下將參照圖3的流程圖，通過根據本發明的實施例的用於車輛CAN通信的數據幀，對車輛電子設備中的CAN通信方法進行詳細描述。
首先，車輛電子設備可使用數據幀通過預定的發送器發送數據(或數據包)，在該數據幀中，用於指示高速CAN通信處理或普通CAN通信處理的信息被插入到如圖1所示的普通CAN通信協議中未被使用的空(null)位(例如，遠程發送請求(RTR))或保留位(例如，擴展數據長度(EDL)或比特率切換(BRS))。此外，用於接收如上所述由發送器所發送的數據的目標電子設備，可通過預定的接收器分析被插入到數據幀的信息，以處理通信模式為高速CAN通信模式或普通CAN通信模式(S10-S70)。
首先，當接收器確認了被插入到數據幀的遠程發送請求(RTR)位的模式信息(1位)、判定通信模式是普通CAN通信模式(遠程發送請求(RTR)位＝1)(S10)時，它以1Mbps或更小的通信速率(例如， 1Mbps)來處理數據幀的數據欄位中所攜帶的8位元組或更少字節的數據(S11)。在這種情況下，接收器可參照控制欄位的數據長度碼(DLC)、參照相應數據欄位的數據長度來處理數據。此外，當接收器確認了被插入到數據幀的遠程發送請求(RTR)位的模式信息(1位)、判定通信模式是高速CAN通信模式(遠程發送請求(RTR)位＝0)(S10)時，它以高速CAN通信模式如下處理數據(S20)。這裡，以普通CAN通信模式進行的數據處理和以高速CAN通信模式進行的數據處理可由相同的處理器僅通過模式轉換而執行。可選擇地，在普通CAN通信模式和高速CAN通信模式被不同的處理器執行的情況下，在普通CAN通信模式下工作的處理器的運行可被停止，並且在高速CAN通信模式下工作的處理器可被運行。
如上所述，在接收器確認了被插入到數據幀的遠程發送請求(RTR)位的模式信息(1位)、判定通信模式是高速CAN通信模式(遠程發送請求(RTR)位＝0)(S10)之後，當接收器確認了高速CAN通信模式下被插入到數據幀的擴展數據長度(EDL)位中的數據長度信息(1位)、判定數據長度是8位元組或更少字節時(擴展數據長度(EDL)位＝0)(S30)，它處理相應的8位元組或更少字節(例如，8位元組)的數據(S31)，並且確認被插入到數據幀的比特率切換(BRS)位的通信速率信息(1位)(S40)，以便當比特率切換(BRS)位為0時以1Mbps或更小(例如，1Mbps)的通信速率來處理數據(S41)，以及當比特率切換(BRS)位為1時以2Mbps或更大(例如，2Mbps)的通信速率來處理數據(S42)。在這種情況下，接收器可參照控制欄位的DLC、參照相應數據欄位的數據長度來處理數據(S70)。
同時，如上所述，接收器確認了被插入到數據幀的遠程發送請求(RTR)位的模式信息(1位)、判定通信模式是高速CAN通信模式(遠程發送請求(RTR)位＝0)(S10)之後，當接收器確認了高速CAN通信模式下被插入到數據幀的擴展數據長度(EDL)位中的數據長度信息(1位)、判定數據長度是8位元組或更多字節時(擴展數據長度(EDL)位＝1)(S30)，它處理相應的8位元組或更多字節(例如，64位元組)的數據(S50)，並且確認被插入到數據幀的比特率切換(BRS)位的通信速率信息(1位)，以便當比特率切換(BRS)位為0時以1Mbps或更 小(例如，1Mbps)的通信速率來處理數據，以及當比特率切換(BRS)位為1時以2Mbps或更大(例如，2Mbps)的通信速率來處理數據(S62)。在這種情況下，接收器可參照控制欄位的DLC、參照相應數據欄位的數據長度來處理數據(S70)。
因此，在根據本發明的高速CAN通信模式下，數據量可被擴展到0-64位元組或更多字節，並被插入到數據幀中，然後被發送和接收，並且數據可在2Mbps或更大的通信速率下被處理。例如，如圖4所示，甚至在發送和接收相同的8位元組數據的情況下，該數據在高速CAN通信模式下可以比在普通CAN通信模式下在更短的時間內被處理。
如上所述，採用根據本發明實施例的車輛中的CAN通信方法和數據幀結構，該數據幀結構比起現有技術，增加了數據量，並且提高了CAN通信速率，該數據幀結構被應用在車輛中諸如控制器等的所有電子設備中，以提高數據接收的穩定性並提高通信速率，從而使得CAN總線的流量負載降低到一半或更少成為可能。此外，根據本發明實施例的車輛中的CAN通信方法，可通過在車輛的諸如動力總成、底盤、車身、多媒體等的各部件中使用CAN通信，而被應用到車輛的所有電子設備，例如控制器等。
以上雖然通過如具體組件等特定的主題對本發明進行了描述，但是文中所公開的實施例和附圖僅是為了有助於對本發明的完整理解而被提供。因此，本發明並不受限於上述實施例，而是在不背離本發明的構思和範圍的情況下，可由本發明所屬領域的技術人員進行各種變型和變化。也就是說，權利要求及其等同或等效變型的所有內容都將落入本發明的範圍和構思內。