用於利用可轉換的數據編碼進行串行數據傳輸的方法和裝置製造方法

2023-05-07 05:05:36 1

用於利用可轉換的數據編碼進行串行數據傳輸的方法和裝置製造方法
【專利摘要】說明了用於在具有至少兩個數據處理單元的網絡中進行數據傳輸的方法和裝置，所述處理單元通過該網絡交換消息，其中所交換的消息具有根據CAN規範ISO11898-1的邏輯結構，其中為所交換的消息內的至少一個可預先給定的第一區域按照根據CAN標準ISO11898-1的方法進行位編碼，並且其中在存在轉換條件時為所交換的消息內的至少一個可預先給定的第二區域按照與CAN標準ISO11898-1不同的方法進行位編碼。
【專利說明】用於利用可轉換的數據編碼進行串行數據傳輸的方法和裝
【技術領域】
[0001]本發明涉及用於在總線系統的至少兩個用戶之間傳輸消息或者數據幀中的數據的方法以及裝置。
【背景技術】
[0002]例如由DE10000305A1已知控制器域網絡以及稱作「時間觸發CAN」(TTCAN)的CAN擴展。在CAN中使用的介質訪問控制方法以逐位仲裁為基礎。在逐位仲裁的情況下，多個用戶站可以同時通過總線系統的信道傳輸數據，而不因此幹擾數據傳輸。此外，用戶站可以在通過信道發送位時求取信道的邏輯狀態(O或I)。如果所發送的位的值與所求取的信道邏輯狀態不對應，則用戶站結束對信道的訪問。在CAN情況下，通常在要通過信道傳輸的消息內的仲裁欄位中進行逐位仲裁。在用戶站已經將仲裁欄位完全發送給信道之後，該用戶站知道，其具有對該信道的專屬訪問。因此，仲裁欄位傳輸的結束對應於釋放間隔的開始，在所述釋放間隔內用戶站能夠專屬地使用信道。根據CAN的協議規範，其他用戶站一直不被允許訪問該信道、也即向該信道發送數據，直至發送用戶站傳輸了消息的校驗和欄位(CRC欄位)。因此，CRC欄位的傳輸的結束時刻對應於釋放間隔的結束。
[0003]通過二進位仲裁實現通過信道無幹擾地傳輸消息。在CAN總線上傳輸的消息也被稱為數據幀。通過無幹擾的傳輸得出CAN的良好的實時特性，而在介質訪問控制方法中——其中由用戶站發送的消息由於與由另一個站發送的另一消息發生衝突而可能在通過信道傳輸期間受到幹擾一具有明顯較不利的實時特性，因為由於衝突以及由此所需的重新傳輸消息導致了數據傳輸的延遲。
[0004]CAN的協議特別適合用於在實時條件下傳輸簡短的消息。如果要通過CAN域傳輸更大的數據塊，則信道的相對小的位速率變成一個限制因素。為了保證逐位仲裁的正確運行，必需在位傳輸的仲裁期間保持主要取決於總線系統的範圍、信道上的數據傳播速度以及總線用戶的接口模塊的固有處理時間的最小持續時間，因為所有的總線用戶必須具有總線狀態(O或I)的統一形態和對總線狀態的權利同等的訪問。
[0005]但是為了可以足夠快地通過原本為連接到CAN域所設置的通信接口傳輸為控制單元的編程所需的相對大的消息塊，DE10153085A1建議，將用於傳輸數據塊的通信接口暫時轉換到另一個通信模塊中，在該通信模塊中不執行逐位仲裁，並且因此可以實現相對高的位速率。但是在此情況下利用CAN協議的通信必需被中斷一定的時間。如果例如由於錯誤根據CAN協議不再接收總線系統的運行，則這導致總線系統的停止。此外由於相對大的數據塊的傳輸導致後續的根據CAN的協議進行的傳輸發生顯著的延遲，從而損害CAN的實時特性。
[0006]DE10311395A1描述一種系統，在所述系統中能夠替代地通過非對稱的物理CAN協議或通過對稱的物理CAN協議進行異步串行通信，並且由此可為異步通信實現更高的數據傳輸速率或數據傳輸安全性。[0007]DE102007051657A1提出，在TTCAN協議的專屬時間窗中應用異步的、快速的、不符
合CAN的數據傳輸，以便提高傳輸的數據量。
[0008]G.Cena 和 A.Valenzano 在 「Overclocking of controller areanetworks」(Electronics Letters,第 35 卷，第 22 其月(1999 年)，第 1924 頁)中探討了消息子區域中的總線頻率超頻對有效實現的數據速率的影響，但是沒有探討方法的細節和總線用戶的不同狀態和狀態轉變。
[0009]從所引用的文獻顯示出，現有技術不能在每個方面都提供令人滿意的結果。

【發明內容】

[0010]本發明描述了一種方法，通過該方法可以在CAN網絡中在更短的時間中傳輸消息，並且同時保持CAN在錯誤識別和錯誤處理以及網絡範圍內的數據一致性方面的基本特性。為此建議一種相對於根據IS011898-1至4的CAN協議(在下文中稱為標準CAN)經過修改的數據傳輸方法，在下文中稱為AC( 「alternate coding(替換編碼)」)-CAN。
[0011]所述的任務通過具有權利要求1的特徵的數據傳輸方法，以及通過在獨立權利要求中描述的裝置得到解決。
[0012]本發明的優點
[0013]所描述的任務根據本發明通過如下方式解決，即消息內的位編碼通過至少兩種不同的方法進行，其中對於所交換的消息內的至少一個可預先給定的第一區域通過根據CAN標準IS011898-1的方法進行位的編碼，並且在所交換的消息內對於至少一個可預先給定的第二區域存在轉換條件的情況下，根據與CAN標準IS011898-1不同的方法進行位的編碼。
[0014]該方法的優點是，CAN消息的邏輯結構在很大程度上、即至少對於SOF和CRC分隔符之間的區域保存下來。用於應用程式的接口可以相應地保持不變。AC-CAN控制器也可以使用在標準CAN網絡中。在僅僅包括具有AC-CAN控制器的用戶的網絡中，所有用戶在仲裁之後切換到快速模式中，從而所有的同步和錯誤識別機制可以繼續履行其任務。此外有利的是，在第二區域中所使用的編碼可以選擇為，使得達到提高的數據傳輸速率、提高的數據傳輸安全性或者更小的電磁波輻射。
[0015]有利地，在所述的第二區域中存在轉換條件的情況下使用具有更小的電壓提升的NRZ編碼和由發送的用戶站弱驅動的隱性電平或者NRZI編碼，其中信號邊緣的出現被解釋為顯性位。使用頻率調製或者幅度調製或頻率鍵控或者幅度鍵控來表示隱性位和顯性位同樣是有利的。在此特別有利的是，應用第三頻率或幅度來發信號通知數據傳輸中所識別的錯誤。
[0016]在一個特別有利的實施方式中，在存在轉換條件的情況下使總線線路之間的電阻通過可變電阻匹配於用於位編碼的方法。
[0017]此外有利的是，與根據與標準不同的方法傳輸位並行地，也根據按照標準的編碼方法傳輸位。
[0018]為了實現該優點，即提高數據傳輸速率，可能的是，在由第二區域包括或者與第二區域一致的第三區域中提高總線時鐘，例如通過相對於最小的時間單位或者振蕩器頻率匹配用於調節總線時間單位的縮放係數。[0019]特別是為了保證錯誤安全性有利的是，在識別到用於啟動錯誤幀的原因時或者在達到規定用於反向轉換的位時，第二或第三區域以經修改的傳輸結束。
[0020]有利地，第二區域在通過仲裁分發總線訪問時最早利用數據長度碼的第一位開始，並且最遲利用CRC分隔符結束，並且通過合適的標記發信號通知轉換條件的存在，以便在總線範圍內保證用於準確分發總線訪問的數據一致性。在時間控制的總線通信情況下可以有利的是，讓第二區域也更早地開始，最早利用幀開始位開始。
[0021]最後有利的是，通信協議如下改變，使得發送的總線用戶至少在存在相對於規範IS011898-1的轉換條件時接受通過一個或者多個接收器準確接收消息的遲一位的確認(Acknowledge)和/或最大兩位長的確認槽並且不作為錯誤處理。由此，當由於信號傳播時間或者內部處理時間在不同總線用戶中的傳輸方法之間的狀態轉變在不精確一致的時間點發生時，避免了不必要的錯誤報告。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]本發明在下文中藉助圖示進一步闡述。
[0023]圖1示意性地示出了具有不同狀態的狀態圖以及轉變條件，其可以包含關於根據本發明方法的AC-CAN控制器。
[0024]圖2示出了用於位編碼的可能方法的兩個例子。
[0025]圖3a和3b示意性示出了適合用於表示根據本發明的方法的總線連接單元的結構。
[0026]圖3c示出了這樣的總線連接單元，其具有附加的裝置，用於將所連接的總線線路之間的電阻匹配於傳輸方法。
[0027]圖4示出了標準格式和擴展格式的CAN消息的結構，具有根據本發明的到不同位編碼的區域的劃分和具有通過保留位的標記。
[0028]圖5示出了在所述方法與根據TTCAN協議的時間控制的傳輸方法相組合的情況下擴展位長減小的區域的例子，這通過系統矩陣來表示。
[0029]圖6示出了用於在專屬的TTCAN時間窗中將消息劃分到不同位編碼的區域中的可能性。
[0030]圖7示出了相對現有技術擴展的、在使用替換的位編碼時對於CRC分隔符或者確認位的接受標準。
【具體實施方式】
[0031]下面描述根據本發明的方法和裝置的實施例。這些具體的例子被用於闡述實施方式，但是不對發明思想的範圍進行限制。
[0032]首先在第一實施例中藉助圖1至3描述根據本發明的AC-CAN控制器的狀態和所屬的數據傳輸特性，及其轉變和為此所需的轉變條件。
[0033]圖1示出了 AC-CAN控制器的三種運行狀態:標準CAN101，AC-CAN仲裁102和AC-CAN數據103。在標準CANlOl的運行狀態下，AC-CAN控制器按照標準CAN協議工作。在AC-CAN仲裁102的運行狀態下，AC-CAN控制器如標準CAN控制器那樣工作，但是也可以轉換到AC-CAN數據狀態103。在AC-CAN數據狀態103下，AC-CAN控制器的特性偏離標準CAN控制器，因為通過總線待傳輸的數據根據替換的方法被編碼。如果應用程式要求這一點，則根據本發明的控制器在接通之後位於AC-CAN仲裁模式102中。否則所述控制器在接通之後位於標準CAN模式101中。
[0034]作為已改變的位編碼的一部分或者附加與此地，也可以在AC-CAN數據狀態103下修改總線時鐘速率。可以設置在運行狀態下對總線時鐘和振蕩時鐘之間的縮放因數(預縮放器)進行改變。由此調節總線時間單位的長度。在狀態AC-CAN仲裁102和標準CANlOl下使用長的總線時間單位，在狀態AC-CAN數據103下使用短的總線時間單位。在狀態AC-CAN數據中用於傳輸數據——例如數據長度碼、數據欄位和CRC欄位——總共所需的持續時間也就是可以不同於在符合標準的數據傳輸情況下需要的持續時間。
[0035]在一種替換的實施例中也可以使用替換的位編碼並且互相獨立地改變總線時鐘，只要所使用的編碼仍然可以參考一個總線時鐘速率，也就是按照時間順序先後傳輸消息的各個位。與圖1類似的狀態圖於是相應地是較耗費的，因為它由此必須包含傳輸方法(標準的/修改的編碼，標準的/修改的時鐘速率)及其轉變的可能改變的不同組合。在下文中從根據圖1的簡單狀態圖出發。
[0036]在AC-CAN仲裁狀態102中例如作為標誌隱性地發送「保留位」R0，該保留位在CAN幀中位於數據長度碼DLC前面。在標準CAN協議中規定，該位必須被顯性地發送。當AC-CAN控制器顯性地接收了該位並且當其通過應用程式被如此調節，則該AC-CAN控制器持久地變換到標準CAN狀態中(狀態變換Tl或者T2)。由此保證了 AC-CAN和標準CAN控制器可以使用在相同的網絡中並且由此兩者都在標準CAN協議下工作。也可以選擇另一個位作為標記，針對該標記在標準CAN協議中規定了固定的值。另一個用於持久地變換到標準CAN狀態(狀態變換Tl或者T2)的轉換標準可以例如是超過CAN錯誤計數器的特定的狀態。
[0037]狀態AC-CAN仲裁102中的AC-CAN控制器作為標記例如在DLC之前隱性地接收「保留位」 RO或者成功地隱性地發送該「保留位」 R0,該AC-CAN控制器從該位的採樣點開始轉換到替換的位編碼上，例如具有更小電壓偏移的NRZ (Non Return To Zero，不歸零)編碼，並切轉換到狀態AC-CAN數據103 (狀態換換T3)。該AC-CAN控制器附加地提高了總線時鐘速率，其方式是它轉換了縮放因數。狀態轉換也可以利用至少近似恆定的時間間隔或者在採樣點之後已定義數量的總線時間單位結束之後進行。
[0038]狀態AC-CAN數據103中的AC-CAN控制器保持在該狀態中，直到達到以下兩個條件中的一個:
[0039](A)該AC-CAN控制器發現開始CAN錯誤幀的原因，或者
[0040](B)在CAN幀內到達CRC分隔符。
[0041]當滿足(A)或⑶時，控制器切換回狀態AC-CAN仲裁102 (狀態轉換T4)。
[0042]在DLC和CRC分隔符之間的區域內根據CAN協議存在兩個開始錯誤幀的原因:(Al)傳送器發現位錯誤或者(A2)接收器發現填充錯誤。這些原因獨立於所使用的用於位編碼的方法，CAN協議的錯誤監視機制因此可以與此相關地繼續使用。在可能重合的錯誤標記的結尾，即錯誤分隔符的開始，網絡中所有控制器都處於狀態AC-CAN仲裁102中。
[0043]不僅在(Al)和(A2)中，而且在⑶中都進行轉換T4到狀態AC-CAN仲裁102中，並且由此實現在達到該條件的採樣點處轉換縮放因數，或者具有與該採樣點至少近似恆定的時間間隔。該狀態變換也可以在採樣點之後已定義數量的總線時間單位結束之後進行。[0044]在通過標準CAN傳輸信號時位編碼的一個基本特性是，每個總線用戶可以通過顯性位覆蓋其他總線用戶的所有隱性位。在標準CAN中該特性通過如下方式實現，即隱性電平通過放電電流流經已定義的終端電阻進行調節，而顯性電平由用戶通過驅動電流引起。該特性使得每個總線用戶都能夠參與錯誤監視，並且在數據傳輸中注意到錯誤時通過發送顯性的活躍的錯誤標記(六個相繼的顯性位，參考IS011898-1章節10.4.4.2)使其他所有總線用戶同樣轉移到錯誤狀態中。這個特性在選擇合適的用於位編碼的替換方法時被保
&3甶O
[0045]一種適合用於減小電磁輻射的替換方案是使用NRZ編碼，該NRZ編碼相對CAN標準具有更小的電壓偏移並且為了加速電平轉換利用弱驅動的隱性電平來運行。由此同時縮短了用於調節相應總線電平所需的時間，並將流經的電流和由此造成的電磁場保持得小。「弱驅動」在該上下文中意味著，為了例如短時間地調節隱性電平通過進行發送的用戶驅動電流，該用戶平行於流經終端電阻的放電電流加速對隱性電平的調節。通過短的電流傳輸的充電量例如通過使用邊緣觸發的或者閾值觸發的脈衝發生器或者通過合適的調節或控制裝置如下進行限制，使得此外其他的總線用戶保持以下可能性，即隱性發送的位在錯誤情況下由在相反方向上——也即與經由終端電阻的放電電流和附加地由隱性發送的總線用戶驅動的電流相反的方向上——具有相應更強和/或更長的電流的顯性位覆蓋。
[0046]另一種用於標準CAN的NRZ位編碼的可能替換方案在圖2中示意性地在兩個不同的作為原理草圖的實現中示出。所示的方法可以使用在根據本發明的AC-CAN控制器的狀態AC-CAN數據中，該方法是一種根據NRZI (Non Return to Zero Invert,反轉不歸零)方法的編碼。
[0047]在例子AC-CANl中在所建議的編碼方法情況下在狀態AC-CAN數據中位電流內的O (其在標準CAN中是顯性位)被表示為差電壓Ul和U2或總線電平之間的邊緣轉換，而1、也即隱性位被表示為保持不變的電平。每個用戶可以在識別出當前的總線狀態情況下通過驅動合適的電流強迫從Ul向U2或者相反方向上的邊緣轉換，並且由此覆蓋其他總線用戶的隱性位(在此情況下不驅動電流)。
[0048]在替換的例子AC-CAN2中，在狀態AC-CAN數據中位電流內的I被表示為差電壓Ul和U2或總線電平之間的邊緣轉換，而I被表示為保持不變的電平。如果O應該和通常一樣被顯性地傳輸，也即可以相對於所傳輸的I來實施，則在該實施例中例如每個用戶可以通過產生兩個總線線路與合適的電壓源的低歐姆連接(所述電壓源保持當前的差電壓Ul或者U2)來阻止從Ul向U2或者相反方向上的邊緣轉換，並且由此覆蓋其他總線用戶的隱性位，其中以改變差電壓Ul或者U2為目標驅動電流。也可能的是，顯性地傳輸I並且隱性地傳輸0，但是為此需要在協議規範中進行附加的匹配。
[0049]另一種替換方案是使用調頻調製或頻率鍵控來位編碼。在這種實施例中，在狀態AC-CAN數據中消息的位電流的顯性和隱性的位被表示為具有至少兩個不同頻率、例如FD和FR的信號，所述信號被施加到總線線路上。也可以使用頻率組合或者頻率區域來表示兩個位。所述頻率在此情況下如下選擇，使得它們互相間具有足夠的間距，從而可以可靠地分開。幅度、頻率和線路布置如此選擇，使得不會造成不允許的電磁波輻射。為此扭絞的雙線線路尤其是有利的，其可能被附加地屏蔽。為了保證在總線上實現顯性的錯誤標記，可以附加地確定第三頻率FE，該第三頻率在發現錯誤時被發送。由此可以實現對發現了錯誤的信息進行更快地傳播。
[0050]在使用頻率調製作為位編碼方法時也可以有利的是，分別對一條消息的多個待發送的位進行組合併轉換成一個頻率消息。例如可以將每兩個位組合在一起並使用四個不同的頻率消息、尤其是單個的頻率、頻率組合或者頻率組來表示兩個位的四個不同的值。在將每三個位組合在一起時相應地需要八個不同的頻率、頻率組合或者頻率組,總的來說在將N個位組合在一起時需要2N個不同的頻率消息來進行映像。於是在接收器中將所接收的頻率消息又轉換為串行的位序列，從而可以基本不作改變地進行下文中的處理。
[0051]在另一種可能的結構形式中，在這種情況下可以中斷根據標準CAN對於其中使用頻率調製作為替換編碼方法的區域的位填充。該填充(參考IS011898-1章節10.5)在標準CAN數據傳輸中通過插入附加的相反的位來阻止出現具有相同總線電平的多於五個相繼的位，並且由此尤其是保證了以不過大的間距將用於同步位定時的邊緣提供給總線上的不同總線用戶。當應用頻率調製方法時在一些實施方式中可以不再考慮具有相同總線電平的相繼的位。與此對應地於是不再需要將填充位通過相應發送器插入在其中將頻率調製用作為替換編碼方法的區域中。在接受器中必須對用於該區域的接收程序進行類似地匹配。
[0052]同樣可能的是，使用幅度調製或幅度鍵控用於位編碼。在該實施例中在狀態AC-CAN數據中消息的位電流的顯性和隱性的位被表示為預先給定頻率的信號，它具有至少兩個不同的幅度，例如AD和AR，該信號被施加到總線線路中。也可以使用幅度範圍來表示兩個位。所述幅度在該情況下這樣選擇，使得它們互相間具有足夠大的間距，從而可以可靠地區分。基頻和線路布置如此選擇，使得不會造成不允許的電磁波輻射。為此扭絞的雙線線路尤其是有利的，所述雙線線路可能附加地被屏蔽。為了保證在總線上實現顯性的錯誤標記，可以附加地確定第三幅度AE，尤其是特別高的幅度，該幅度在發現錯誤時被發送。由此又可以更快地傳播發現了錯誤的信息。
[0053]也可以使用其他為專業人士所知的編碼方法或調製方法。在任何情況下，對於所選的位編碼與上述實施例類似地引入一種機制，該機制允許總線用戶在錯誤情況下通過顯性位或者由多個顯性位組成的錯誤標記覆蓋在仲裁之後有發送權的總線用戶的隱性發送的位。
[0054]根據本發明的AC-CAN控制器必須與一個或者多個合適的總線連接單元或者收發器連接地通過總線線路傳輸不同編碼的信號。這裡可以有不同的布置。
[0055]在圖3a中示例性地示出了所屬的總線連接單元100或者AC-CAN收發器的框圖。該裝置具有帶電路元件的電路，該電路可以劃分為發送部分電路110和接收部分電路120。發送和接收部分電路可以互相連接或者也具有相同的電路元件。該裝置此外具有所需的連接可能性，尤其是用於總線連接的連接端CANH、CANL、用於從AC-CAN控制器接收邏輯數據以及將邏輯數據發送給AC-CAN控制器的連接端RxD和TxD、用於提供供給電壓的連接端Vcc、以及用於提供接地的GND。其他可能的連接端可以根據現有技術例如包括:使能輸入端、喚醒輸入端、待命輸入端等等。這些在這裡為了簡單都省略了。發送部分電路110至少基於AC-CAN控制器的發送信號TxD產生用於總線連接端CANH和CANL的輸出信號。接收部分電路120至少基於總線連接端CANH和CANL的輸入信號的差產生用於AC-CAN控制器的接收信號RxD。
[0056]在圖3a中所示的情況下，AC-CAN控制器生成串行的位信號並且通過線路TxD傳輸到收發器100。在狀態AC-CAN數據中，通過線路TxD傳送的信號例如按照NRZI方法被編碼並以更高的時鐘速率被傳輸。在該例子中示出的收發器100通過開關線路SW可以被CAN控制器轉換，從而該收發器按照編碼方法產生總線線路上的相應電壓電平。該布置例如對於相對CAN標準具有更小的電壓偏移的NRZ編碼或者NRZI編碼的應用來說是可能的。
[0057]可選地，AC-CAN控制器也可以如圖3b中所示的通過分開的開關線路SW-R和SW-T與收發器100相連，從而有目的地在狀態「AC-CAN傳送」或者「AC-CAN接收」中接通該收發器。如果編碼例如存在於以下中，即隱性電平由進行發送的總線用戶弱驅動並且由在接收路徑中的總線用戶採用稍微不同的閾值或者濾波器，則有意義的是，收發器分開地在狀態「AC-CAN傳送」或者「AC-CAN接收」中接通，因為進行接收的總線用戶雖然應該使用其他閾值或者濾波器，但是不應該同樣弱驅動隱性電平，因為否則結果產生的由多個總線用戶驅動的隱性電平不再能夠被顯性位覆蓋。
[0058]在其他的情況下，例如在使用幅度或頻率鍵控或調製時也考慮另一種布置，在該布置中使用單獨的總線連接單元、例如單獨的收發器來產生經調製的交流電壓並將其施加到總線線路上，其中所述總線連接單元或者收發器由AC-CAN控制器通過單獨的連接進行控制。AC-CAN控制器可以為此可選地具有第二 RxD輸入端，在其上連接了單獨的第二AC-CAN收發器的輸出端，而在發送情況下控制通過與兩個收發器相連的TxD輸出端進行。但是也可以為所連接的每個收發器單獨設置TxD輸出端以及RxD輸入端。
[0059]在所有所描述的編碼方法中可以有意義的是，標準CAN的所定義的終端電阻可通過可切換的終端單元、例如位於總線連接單元中的可切換電阻(其與AC-CAN控制器相連)替換。以這種方式可以在狀態AC-CAN數據中對起作用的電阻值進行調製，或者電阻可以被完全與總線線路分離。
[0060]終端電阻在標準CAN網絡中典型地作為兩個位於線路末端區域中的各120歐姆的電阻或者在兩個相對彼此遠離的總線用戶上實現。在應用根據本發明的方法的總線系統中，終端電阻可以通過許多或者所有總線用戶進行分布，其中各個電阻值針對每個總線用戶被相應地匹配。根據本發明的AC-CAN控制器或者所屬的總線連接單元或者收發器通過合適的輸出端能夠，在至少兩個不同的終端單元、例如布置在總線線路之間的電阻之間進行轉換。
[0061]在圖3b中示出所屬的總線連接單元或AC-CAN收發器的框圖，其開關輸入端SW附加地與開關元件130相連。該開關元件一方面與總線連接端CANL相連，另一方面與例如兩個不同的電阻Rl和R2相連，這兩個電阻又與總線連接端CANH相連。開關元件因此可以根據位於開關輸入端SW上的控制信號改變總線線路之間的歐姆電阻。
[0062]對於假定的各自裝備有AC-CAN控制器和AC-CAN收發器的50個用戶，在總線系統上可以例如在每個用戶中設置兩個可切換的電阻Rl=6k歐姆和R2=60k歐姆。通過可切換性然後可以實現，在狀態AC-CAN仲裁和標準CAN中像通常一樣在總線線路之間存在I /50 X 6k歐姆、即120歐姆的的電阻，但是在狀態AC-CAN數據中通過在所有總線用戶中的轉換使該電阻例如增大十倍。任意其他的電阻值也可以類似地表示。進行發送的總線用戶於是必須在狀態AC-CAN數據中在構造所設置的電壓電平時不與流經終端電阻的放電電流相反地工作，並且由此可以更快地構造目標電壓。為了可以靈活地置入到具有不同數量的總線用戶的總線系統中，可切換電阻的值可以通過合適的裝置被可配置地實施。[0063]根據圖4在下文中根據控制器的相應狀態和根據本發明的標記闡述所使用的消息的結構，尤其是具有不同位編碼的區域。
[0064]圖4示出根據IS011898-1的CAN消息的結構的兩種可能的變型，即標準格式和擴展格式。對於兩種變型繪出了其中根據本發明在狀態AC-CAN仲裁102和AC-CAN數據103之間進行轉換的區域。同樣示出了隨之而來的對所使用的位編碼的轉換，在所示的例子中從符合標準的NRZ方法轉換到NRZI方法。其他可能的方法已經在上文中詳細闡述。最後還示出在該實施例中根據本發明的標記在「保留位」 RO中的所選位置，該「保留位」在DLC之前被傳輸。另一可能的標記諸如針對擴展格式消息通過SRR位給出。
[0065]根據本發明方法的所不的第一實施例因此是一種傳輸方法，在該方法中在完成仲裁之後成功得到總線訪問權的那個總線用戶從消息的一個預先給定或者可預先給定的位開始通過轉換到已改變的位編碼上來傳輸消息的其他位，使得更快地傳輸待傳輸的位和/或使傳輸抗幹擾和/或減小在傳輸中產生的電磁波。該第一實施例代表了一整組實施方式，在其中在成功仲裁之後才轉換到經改變的位編碼上。對於待應用的位編碼在這裡如所示那樣存在多種可能性。
[0066]根據本發明的方法的第二實施例在下文中藉助圖5和6示出，該地兒實施例代表了第二組實施方式。其特點是，通過至少對根據本發明的經調製消息中的一些進行時間控制來禁止同時的發送嘗試，並且與此對應地可以在相應消息內更早地轉換到替換的、例如更快的位編碼上。尤其是可以在傳輸仲裁欄位期間就已經進行轉換。
[0067]圖5示出根據IS011898-4的具有在那裡描述的基本循環和時間窗的TTCAN網絡的系統矩陣。存在用「消息A」、「消息C」等等表示的時間窗，所述時間窗獨佔地用於傳輸特定的消息，而在其他的用「仲裁」表示的時間窗中通過通常的CAN仲裁分發總線訪問權。
[0068]在第二實施例中，按照第一實施例中的方法處理另外什麼都沒有描述的所有消息。此外對於特定的預先確定的獨佔地分發的時間窗，已經更早地、例如從SOF位開始進行位編碼的轉換並且例如保持到CRC欄位的結束。圖5中示出這樣經過調製的傳輸的消息的一個例子。作為用於即將來臨的經過調製的傳輸的標記可以例如考慮先前的參考消息的保留位。該位的設置在所述情況下被發信號通知:在接下來的基本循環中在獨佔時間窗中傳輸的消息已經從SOF位開始並且直到CRC欄位的結束地利用已轉換的位編碼、例如根據NRZI方法或者通過幅度或者頻率鍵控被傳輸。
[0069]在另一種實施方式中可以設想，僅僅是在每個基本循環中利用重複因子I被傳輸的獨佔消息通過該方法以經調製的方式被傳輸。該情況在圖5中明確示出。在示例性示出的系統矩陣中於是根據所述方法利用分別先前的參考消息中的相應的標記來傳輸用「消息A」和「消息C」表示的消息。
[0070]對於在第二實施例中描述的方法也可能的是，省去標記並且規定在所有獨佔的時間窗中原則上在確定的區域中、例如在SOF位和CRC欄位的結尾之間利用已調製的位編碼傳輸消息。由於這個原因在圖5中給標記配備提示「可選的」。
[0071]因為在狀態AC-CAN數據中轉換位編碼也可以隨著更快地傳輸位或提高總線頻率一起進行，因此傳輸所屬位所需的持續時間也發生改變。由於在準確的轉換時刻處的振蕩不準確性和偏差，可能需要的是，應用相對於在ISOl 1898-1中規定的方法被調製的方法以用於處理髮送確認(CRC分隔符和確認槽)，如在圖7中進一步闡述的那樣。[0072]在圖7中以「A」表示在非常短的內部處理和信號運行時間的情況下從狀態AC-CAN數據向AC-CAN仲裁過渡的理想過程。發送器發送作為惟一一個隱性位的CRC分隔符，並且根據本發明的前面描述的實施例例如在CRC分隔符位的採樣點上或者在經過確定的時間之後轉換到AC-CAN仲裁狀態。接收器例如在該位位置處也轉換到狀態AC-CAN仲裁。該狀態過渡T4可以諸如由於信號運行時間或者內部處理時間在不同的總線用戶中在不完全一致的時刻發生。參與的總線用戶因此在不完全一致的時刻將用於位編碼的方法重新置於輸出狀態。從中為總線用戶得到下一個位的不同的開始時刻。
[0073]在接收CRC分隔符之後，每個接收器(如果其CRC檢查是肯定的)發送一個單個的顯性確認位。如果這發生得相對晚，例如因為接收器連接在總線的遠端上，則隱性的CRC分隔符位可以比一個位看起來長。這種情況在圖7中以「B」表示。此外，通過確認位的重疊確認槽可以比一個位看起來長，如圖7中以「C」表示。為了如有必要對確認位的相移的發送時刻進行均衡，可以在AC-CAN控制器中如下改變對該位的處理，即在狀態AC-CAN仲裁中將長度為一個或兩個位的顯性的確認槽承認為有效的確認，該確認槽直接在CRC分隔符之後或者遲一個位開始。
[0074]通過確認位的下降邊緣然後在常見的再同步機制的範圍內對總線用戶再次進行同步。當由發送器在CRC分隔符的第一位之後不只接收一個、而是兩個其他的隱性位時，則這對其是確認錯誤。當在第二顯性確認位之後接收第三顯性位，則這對於所有都是格式錯誤。
[0075]如在標準CAN中那樣，在確認槽之後接著是長度為一個位的隱性的確認分隔符。如在標準CAN中，識別出CRC錯誤的AC-CAN接收器在確認分隔符之後的位中才開始錯誤幀。
[0076]總而言之通過所示發明提出了一種方法，通過該方法可以在CAN網絡中通過經改變的位編碼在更短時間中和/或在減小的電磁波輻射下和/或利用更高的抗幹擾性傳輸消息，並且同時保持CAN在錯誤識別和處理以及網絡範圍內的數據一致性方面的基本特性。
【權利要求】
1.用於在具有至少兩個數據處理單元的網絡中進行數據傳輸的方法，所述處理單元通過網絡交換消息，其中所交換的消息具有根據CAN規範IS011898-1的邏輯結構， 其中為所交換的消息內的至少一個可預先給定的第一區域按照根據CAN標準ISOl 1898-1的方法進行位編碼， 其特徵在於，在存在轉換條件時為所交換的消息內的至少一個可預先給定的第二區域按照與CAN標準IS011898-1不同的方法進行位編碼。
2.根據權利要求1的方法， 其特徵在於，在第二區域中所使用的位編碼如此選擇，使得實現提高的數據傳輸速率和/或提高的抵抗外部幹擾的安全性和/或更小的電磁波輻射。
3.根據權利要求1或2的方法， 其特徵在於，在第二區域中所使用的編碼是NRZ編碼，其相對CAN標準具有更小的電壓偏移，並且在該NRZ編碼的情況下弱驅動隱性電平。
4.根據權利要求1或2的方法， 其特徵在於，在第二區域中為了位編碼使用NRZI編碼，其中信號邊緣的出現被解釋為顯性的，並且邊緣的消失被解釋為隱性的。
5.根據權利要求1或2的方法， 其特徵在於，在第二區域中為了位編碼應用頻率調製或者頻率鍵控，其中第一頻率或者頻率組或者第一 頻率範圍被解釋為顯性的，並且第二頻率或者頻率組或者第二頻率範圍被解釋為隱性的。
6.根據權利要求5的方法， 其特徵在於，在第二區域中應用第三頻率或者頻率組或者第三頻率範圍來發信號通知在數據傳輸中所識別的錯誤。
7.根據權利要求1或2的方法， 其特徵在於，在第二區域中為了位編碼應用幅度調製或者幅度鍵控，其中第一幅度或者第一幅度範圍被解釋為顯性的，並且第二幅度或者第二幅度範圍被解釋為隱性的。
8.根據權利要求7的方法， 其特徵在於，在第二區域中應用第三幅度或者第三幅度範圍來發信號通知在數據傳輸中所識別的錯誤。
9.根據權利要求1至8之一的方法， 其特徵在於，在第二區域中除了利用替換的編碼傳輸位之外還附加地按照在CAN標準IS011898-1中設置的編碼方法來傳輸數據。
10.根據權利要求1至9之一的方法， 其特徵在於，在存在轉換條件的情況下除了變換位編碼之外也對可預先給定的第三區域中的總線時鐘進行變換，其中第三區域由第二區域包括或者與第二區域一致。
11.根據權利要求10的方法， 其特徵在於，通過使用至少兩個不同的、用於在連續運行中相對於最小的時間單位或者振蕩器時鐘調節總線時間單位的縮放因數來實現總線時鐘的變換。
12.根據權利要求1至11之一的方法， 其特徵在於，在第二或者第三區域中使總線線路之間的電阻匹配於在該區域中所應用的傳輸方法。
13.根據權利要求1至12之一的方法， 其特徵在於，第二區域由總線用戶直接在識別開始錯誤幀的原因之後或者直接在達到為轉換回來確定的位之後結束，並且位編碼在總線用戶中重新按照第一區域的方法進行。
14.根據權利要求11至13之一的方法， 其特徵在於，第三區域由總線用戶直接在識別開始錯誤幀的原因之後或者直接在達到為轉換回來確定的位之後結束，並且總線時鐘在總線用戶中被重新置回到第一區域的值。
15.根據權利要求1至14之一的方法， 其特徵在於，總線訪問權通過在IS011898-1中描述的仲裁被分發，其中可預先給定的、在其中能夠進行不同的位編碼的第二區域在消息內最早利用消息長度碼的第一個位開始並且最遲利用CRC分隔符的位結束。
16.根據權利要求1至15之一的方法， 其特徵在於，由交換消息的數 據處理單元通過位於可預先給定的第一區域內的標記發信號通知轉換條件的存在。
17.根據權利要求16的方法， 其特徵在於，所述標記通過消息的控制欄位或者仲裁欄位內的保留位實現。
18.根據權利要求1至14之一的方法， 其特徵在於，總線訪問權通過在IS011898-4中描述的時間控制的方法被分發，並且用於可預先給定的消息的、在其中能夠進行不同的位編碼的可預先給定的第二區域在消息內最早利用消息的幀開始位開始並且最遲利用CRC分隔符的位結束。
19.根據權利要求18的方法， 其特徵在於，在時間控制的總線通信的配置範圍內確定用於可預先給定的消息的轉換條件的存在。
20.根據權利要求18至19之一的方法， 其特徵在於，由交換消息的數據處理單元通過位於之前所發送的參考消息中的標記發信號通知用於可預先給定的消息的轉換條件的存在。
21.根據權利要求1至20之一的方法， 其特徵在於，總線用戶中到第二區域的過渡直接在識別為轉換確定的標記之後或者為轉換確定的位之後執行，並且調整位編碼。
22.根據權利要求1至21之一的方法， 其特徵在於，總線用戶中到第三區域的過渡直接在識別為轉換確定的標記之後或者為轉換確定的位之後執行，並且調整總線時鐘。
23.根據上述權利要求之一的方法， 其特徵在於，如下改變通信協議，即進行發送的總線用戶至少在存在轉換條件時相對於規範IS011898-1接受由一個或者多個接收器對正確接收消息的遲一個位的確認(確認)和/或接受最大兩個位長的確認槽並且不被作為錯誤處理。
24.用於在具有至少兩個參與的數據處理單元和用於傳輸消息的連接的網絡中進行數據傳輸的裝置， 其特徵在於，數據傳輸按照根據權利要求1至23之一的方法進行。
25.根據權利要求24的裝置， 其特徵在於，設置用於控制總線連接單元或者終端單元的裝置，其中總線連接單元或者終端單元通過所述控制能夠匹配於所使用的數據傳輸方法。
26.根據權利要求24的裝置， 其特徵在於，至少在接收路徑中設置用於與多個總線連接單元相連的連接端，其中多個總線連接單元被設計用於實施所使用的不同數據傳輸方法。
27.用於在具有至少兩個參與的數據處理單元和用於傳輸消息的連接的網絡中進行數據傳輸的總線連接單元， 其特徵在於，數據傳輸按照根據權利要求1至23之一的方法進行。
28.根據權利要求27的總線連接單元， 其特徵在於，設置用於使總線連接單元匹配於所使用的數據傳輸方法的裝置，其中該裝置包括至少一個可切換的終端單元或者可切換的電阻。
【文檔編號】H04L12/64GK103748571SQ201280019393
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2012年4月19日 優先權日:2011年4月20日
【發明者】F·哈特維希, T·林登克羅伊茨 申請人:羅伯特·博世有限公司