CN104852893A - 用于以太网和can通讯之间信号转换的车载设备及其控制方法 - Google Patents

用于以太网和can通讯之间信号转换的车载设备及其控制方法 Download PDF

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Abstract

用于以太网和CAN通讯之间信号转换的车载设备及其控制方法且，更具体地，提供一种用于同时具有以太网和控制器局域网络(CAN)通讯的车辆的信号转换方法以及执行方法的设备。信号转换方法包括通过处理器确定位于CAN信息中的至少一个CAN信号的初始bit以及通过处理器生成具有CAN信号的以太网信号和在不同区域中对应于CAN信号的初始bit。

Description

用于以太网和CAN通讯之间信号转换的车载设备及其控制方法
技术领域
本发明涉及车载通讯，且更具体地涉及一种信号转换方法和一种执行信号转换方法的设备，所述信号转换方法用于同时具有以太网和控制器局域网(CAN)通讯的车辆。
背景技术
通常，车辆中控制器(或电子控制单元(ECUs))之间的通讯在控制器局域网(CAN)模式下执行。但是，CAN通讯速度相对较低。所以，在近年来商业以太网已经被积极用于控制器之间的通讯。
通过使用这样的商业以太网可以提高通讯速度。另外，可以通过利用充分便宜的部分对***进行配置，从而降低***的配置成本。此外，可以通过将ECU本地网络连接至一个主要的***总线而简单维持布线和连接结构。但是，基于CAN通讯的车辆通讯可以继续在行业中应用，且因此对于同时具有以太网和CAN通讯的车辆网络，以太网和CAN通讯之间的数据转换机制是必要的。
发明内容
因此，本发明针对于用于以太网和CAN通讯之间信号转换的车载设备及其控制方法，所述用于以太网和CAN通讯之间信号转换的车载设备及其控制方法显著消除相关技术中的限制和缺点引起的问题。本发明提供配置用于在车载网络中执行以太网和CAN通讯之间信号转换的处理器及其控制方法。
本发明的额外优点、目的以及特性将会在随后进行的具体描述中阐明，并相比于具有经过检验的常规技术的会使额外优点、目的以及特性更加清晰或从发明的实现中得到改进。可以通过在发明书、权利要求以及附图中特别指出的结构了解并实现本发明的目标和其他优点。
为了实现目标和其他优点，并根据本发明的目的，如这里体现的和概括描述的，控制器局域网络(CAN)通讯和以太网之间的信号转换方法可以包括确定CAN信息提供的的至少一个CAN信号的初始bit，以及生成具有CAN信号的以太网信号和在不同区域中对应于CAN信号的初始bit。进一步，CAN通讯和以太网之间的信号转换方法可以包括获取具有初始bit区域的以太网信号和对应于至少一个CAN信号的信号区域，以及对信号区域提供的信号进行排列从而生成CAN信息，所述信号区域位于相应的初始bit区域表示的位置。
在本发明的其他方面，被配置用于执行控制器局域网络(CAN)通讯和以太网之间的信号转换的处理器可以包括CAN处理模块，所述CAN处理模块被配置用于确定CAN信息提供的至少一个CAN信号的初始bit，并且生成具有CAN信号的以太网信号和在不同区域中对应于CAN信号的初始bit。另外，被配置用于执行CAN通讯和以太网之间的信号转换的处理器可以包括CAN处理模块，所述CAN处理模块被配置用于获取具有初始bit的以太网信号和对应于至少一个CAN信号的信号区域，并且排列信号区域中提供的信号从而生成CAN信息，所述信号区域位于相应的所述初始bit区域表示的位置。
应理解的是，本发明的上述一般说明和接下来的详细说明均为示例性的和解释性的，且意在如权利要求对本发明提供进一步的解释。
附图说明
深化对本发明的认识并且纳入和构成本发明一部分的附图显示了本发明的示例性实施方案，并与说明书一起对发明的原理进行解释。在附图中：
图1为根据相关技术的一般车载协议配置的示例性视图；
图2A-2B为根据相关技术的网络配置的示例性视图，在所述网络配置中两个CAN网络通过以太网而彼此连接；
图3为根据相关技术的配置用于在CAN网络和以太网网络之间执行数据格式转换的处理器的协议栈结构及其数据转换流程的示例性视图；
图4A-4B为根据本发明的示例性实施方案的处理器协议栈结构的示例性视图；
图5为在两个CAN网络通过以太网彼此连接的网络环境中，根据本发明的示例性实施方案的数据格式转换流程的示例性视图；
图6为根据本发明的示例性实施方案的以太网信号格式的示例性视图。
图7为根据本发明的示例性实施方案的使用以太网信号格式的数据包报头格式的示例性视图；
图8为根据本发明的示例性实施方案的基于IEEE1722.1标准的应用以太网信号格式的帧结构的示例性视图；
图9为根据本发明的示例性实施方案的基于互联网协议的应用以太网信号格式的帧结构的示例性视图；以及
图10A-10B为根据本发明的示例性实施方案的将CAN信号转换至以太网信号的示例性视图。
具体实施方式
应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括移动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非汽油的能源的燃料)。
尽管示例性实施方案被描述为利用多个单元执行示例性流程，但是应当理解的是示例性流程也可以由一个或几个模块执行。此外，应当理解的是术语控制器是指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器配置为存储程序模块，而处理器特别配置为执行所述程序模块而完成如下所述的一个或多个过程。
此外，本发明的控制逻辑可以具体表现为在计算机可读介质上的永久性计算机可读介质，其包含通过处理器、控制器等来执行的可执行程序指令。该计算机可读介质的示例包括但不限于：ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存、智能卡以及光学数据存储设备。计算机可读记录介质也可以分布在网络联接的计算机***中以使计算机可读介质以分布式的方式来存储和执行，例如，通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)。
在本文中所应用的术语仅出于描述特定的实施方案的目的，而并非旨在限制本发明。如在本文中所应用，除非上下文中明确地指出，单数形式“一个(a)”、“一个(an)”以及“该(the)”也旨在包含复数形式。应当进一步地理解，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”，在本说明书中使用时，指定了阐明的特征、整数、步骤、操作、元件和/或零件的存在，但并不排除一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、元件、零件和/或群组的存在或增加。如本文中所应用，术语“和/或”包括一个或更多相关联的列出的项的任何和所有组合。
除非特别地规定或从上下文是明显的，将本文中所使用的术语“大约(about)”理解为在本领域的正常公差范围之内，例如在平均值的2倍标准偏差之内。“大约(about)”可以理解为在规定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％之内。除非从上下文另有明确，通过术语“大约(about)”来修改本文中应用的所有的数值。
下面将具体引用本发明的示例性实施方案，示例性实施方案的示例显示在所附附图中。这里元件的后缀“模块”和“单元”是为了方便表述，并因此可以通用且不具有可区别的意义或功能。
在根据本发明所描述的CAN通讯和以太网之间的信号转换方法之前，会首先描述CAN通讯和以太网之间信号转换的原因。对于以太网，车辆通讯速度一般可以被固定在大约100Mbps或1Gbps，且帧尺寸最大约为1518bytes。另外，CAN通讯的速度可以约为100kbps至500kbps，且可以包括11-bit的ID区域和8-byte的数据区域。另外，CAN数据可以具有104bits且CAN信息可以包括多个信号。可以提供数据链接区从而将多个信号映射至一个信息中。
此外，在协议栈中以太网和CAN通讯可以具有不同的信息处理单元，将参考图1对其进行描述。在图1所示的车载以太网的协议栈中，指令和信号部分，非以太网AVB，可以负责(例如可以控制)CAN信息。也就是说，利用互联网协议(IP)CAN信息可以是非AVB通讯。当如上所述协议栈中的具有不同的帧结构、速度和信息处理单元的两种模式同时存在于车辆中时会产生问题，将参考图2对所述问题进行描述。
图2A-2B为网络配置的示例性视图，在所述网络配置中两个CAN网络通过以太网而彼此连接。在图2A-2B中，可以认为，当网络的类型改变时，可以通过处理器执行数据格式转换处理从而适应每个网络。通用处理器可以被配置为将根据CAN和以太网网络中任意一个的数据格式转换为根据另一个的数据格式(例如，可以被配置为对基于通讯网络类型的数据格式进行转换)。如图3所示，处理器可以具有协议栈结构。
参考图2A，当通过以太网将CAN数据从CAN1转换至CAN2时，要执行两次数据格式转换，也就是从CAN至以太网以及从以太网至CAN。因此，处理器可以被配置为在允许网络更有效率地工作的最短时间内利用最少的硬件/软件资源执行适合于每个通讯协议的数据格式转换。另外，可以通过第一路由将明显低速的小数据连接至明显高速的大数据帧。进一步，通过引起潜在问题的第二路由，充分高速的大数据可以被存储在充分低速的小数据帧中。
如图2B所示，可以由在相同处理器中的以太网和CAN网络之间的方向引起上述的潜在问题。即，可以通过第一路由将充分低速的小数据连接至充分高速的大数据帧，从而避免任何上述的潜在问题。进一步，通过引起上述潜在问题的第二路由，充分高速的大数据可以被存储在充分低速的小数据帧中。
参考图2A-2B描述的数据路由将参考图3通过协议栈进行描述。图3为配置用于在CAN网络和以太网网络之间执行数据格式转换的处理器的协议栈结构及其数据转换流程的示例性视图。
参考图3，处理器的协议栈可以包括CAN网络的协议栈(左侧)和以太网的协议栈(右侧)。另外，最上方的应用层可以被共享。在图2B中的第一路由中，当向上移动至上层从而传输数据时，从CAN收发层接收的CAN数据可以被解封装(也就是将CAN数据改变为根据以太网的数据格式的处理)，所述数据意在从产生CAN数据的源被传输至目的地应用层。根据基于以太网协议的封装处理，被传输的数据可以被转换进入以太网帧，并通过物理层被传输至以太网网络。在第二路由中，转换的执行顺序可以与第一路由相反。同时，在图3中，可以认为在帧转换处理中CAN数据是通过IP层转换进入以太网帧的。但是，本发明不限于此。当然，可以通过以太网VAB代替IP层进行转换(即第一’路由和第二’路由)。
如上所述的CAN和以太网之间的帧转换处理有以下问题。由于相比前面所述的CAN，以太网可以具有更大的帧结构，所以完整的CAN信息可以被包括在以太网帧的有效载荷中。但是，不可以将信息依照原样从CAN1网络中复制至CAN2网络中。当包含CAN信息的以太网帧被转换进入CAN帧的时，在从充分大的数据帧至充分小的数据帧的转换过程中，会引起数据分割/映射问题。另外，可以在每个转换过程中执行穿过最上方的应用层，因此，会降低转换的速度。
因此，本发明的示例性实施方案提出了新处理器的协议栈结构，所述新处理器利用减少的硬件/软件资源和应用于此的与CAN数据相关的以太网信号的格式使转换时间减小。特别地，根据本发明的处理器可以包括位于应用层下方的用于执行格式转换流程的CAN处理层，且经此执行数据格式转换，将参考图4对此进行描述。
图4A-4B为根据本发明的示例性实施方案的处理器协议栈结构的示例性视图。参考图4A，处理器的协议栈可以包括位于应用层下方的CAN处理层401。另外，当CAN处理层和COM/数据链路层呈现为单转换处理单元410时，如图4B所示可以提供CAN/以太网转换COM层420。
当应用如图4A-4B中所示的结构时，如图2A所示的网络配置中的数据格式转换流程可以如图5所示被执行。图5为在两个CAN网络通过以太网彼此连接的网络环境中，根据本发明的示例性实施方案的数据格式转换流程的示例性视图；
参考图5，至栈中COM层的处理器的协议栈对应于与图3中类似的第一路由中的CAN。但是随后，可以执行穿过CAN处理层，而非应用层。进一步，至栈中指令和信号层的处理器的协议栈对应于与图3中类似的第二路由中的以太网。但是随后，可以执行穿过CAN处理层，而非应用层。根据示例性实施方案，通过CAN处理层进行转换的CAN数据可以被直接传输至CAN驱动层，不通过COM层和数据链路层。
为了提高CAN处理层的转换效率(例如增加速度和减小硬件/软件需求)，可以考虑与应用于以太网网络500中的CAN数据有关的以太网信号格式的结构。因此，本发明提出CAN信息可以被分为组成CAN信息的信号单元，并可以被转换成为以太网信号。另外，本发明提出可以使用表示每个信号在原始CAN信息中的位置的bit数，从而将分开的信号恢复为CAN信息，将参考图6对此进行描述。
图6为根据本发明的示例性实施方案的以太网信号格式的示例性视图。参考图6，与CAN相关的以太网信号格式可以包括信道数区域、目标标识(ID)区域、初始bit区域以及对应CAN信息中每个信号的信号区域。即，利用用于恢复的最多四个区域，一个CAN信号可以被转换为以太网信号。下面将对各个区域进行描述。
信道数区域可以为从处理器拥有的多个(硬件)CAN信道中选择的目标信道。基于网络配置这个区域可以被忽略。目标ID区域可以为映射CAN信息的标识(ID)且可以具有约11bits的标准格式和约29bits的扩展格式。当信号被映射至CAN信息时，初始bit区域可以为表示CAN信息中信号初始位置的映射信息。信号区域可以对应CAN信号。总之，CAN信息可以被传输至目标信道和信息ID，所述目标信道和信息ID可以由信道数区域和目标ID区域指定从而构成CAN报头。包含在信号区域中的信号可以由bit安排而组成CAN信息，所述bit由CAN信息中的初始bit区域指出。因此，以太网信号可以被有效地转换为CAN信息。
在下文中，会对如上所述应用以太网信号格式的应用示例进行描述。图7为根据本发明的示例性实施方案的应用以太网信号格式的数据包的示例性视图。
参考图7，以太网的通用数据包的报头格式可以被大体分为通用数据包的数据包报头和通用流数据的数据包报头。通过互联网协议，通用数据包的数据包报头格式可以用于CAN数据的封装(710)。通用流数据的数据包报头格式可以用于基于IEEE1722.1标准的CAN数据的封装(720)。
基于每个模式的封装应用示例会参考图8和9进行描述。如图8所示的帧结构可以用于对基于IEEE1722.1标准的CAN数据进行封装。基于IEEE802.3标准的介质访问控制层(MAC)报头可以作为报头被使用。组成以太网信号格式的每个区域可以被包括在有效载荷810中。组成报头的每个区域在IEEE1722.1标准和IEEE802.3标准中被指定，这显示了基于IEEE1722.1标准的帧结构的示例，以太网信号格式可以被应用在其中。如图9所示的帧结构可以用于对基于互联网协议的CAN数据进行封装。即使对于使用IP报头的帧，组成以太网信号格式的每个区域也可以被包括在有效载荷910中。因此，子类型区域和子类型数据区域可以被进一步包括在有效载荷中。子类型区域可以定义协议类型且可以包括指定类型的数据。
在下文中，根据本发明的示例性实施方案，将会参考图10A-10B对组成CAN信息的每个信号转换为以太网信号的示例进行描述。图10A-10B为根据本发明的示例性实施方案的CAN信号转换为以太网信号的示例性视图。在图10A-10B中，可以认为CAN信息中包含的每个信号指向目标信道(数字0)且信息ID为3。
在图10A中显示的CAN信息的格式可以包括总大小为36bits的九个CAN信号。当CAN信息被转换为以太网信号时，如图10B所示CAN信息的每个信号可以被转换进入信道数区域、目标ID区域、初始bit区域以及信号区域。例如，可以从CAN信息的第一bit配置DVD-TimeHour信号且因此初始bit区域可以为0。可以从CAN信息的第九bit配置DVD-TimeMin信号且因此初始bit区域可以为8。当图10B所示的信号格式被转换为CAN信息时，各个信号可以被顺序配置于由初始bit区域表示的位置从而恢复CAN信息。特别地，如上所述的格式转换方法可以如下被执行。
首先，可以对配置用于执行格式转换的处理器进行配置从而从CAN网络接收CAN帧。接收的CAN帧可以被传输至CAN协议栈的上层从而对CAN帧解封装，从而获得包含至少一个CAN信号的CAN信息。可以对CAN处理层进行配置从而确定包含在CAN信息中的至少一个CAN信号的初始bit并产生包含CAN信号和在不同区域对应CAN信号的初始bit的以太网信号。产生的以太网信号可以被传输至以太网协议栈的下层从而对以太网信号进行封装以生成以太网帧。生成的以太网帧可以被传输至以太网网络。通过相反的处理，可以将如上所述被传输的以太网转换为CAN帧。
如上所述利用处理器的协议栈结构可以更有效率地在CAN和以太网之间执行数据格式转换，且对于以太网信号格式相同。在协议栈结构中，通过一个或多个模块或可以被显示为一个模块的多个层，每个层都可以被呈现。例如，当CAN/以太网转换COM层通过一个模块或作为两个模块时，图4A-4B中的COM层、数据链路层和CAN处理层可以被呈现为三个不同的模块。
从上述描述中可以明显看出，根据至少一个如上所述的本发明的示例性实施方案，利用控制器可以更有效率地执行CAN和以太网之间的数据交换。本领域的技术人员将清楚，通过本发明不限于上面描述过的作用且从上面的详细描述中将更加清楚地理解本发明的其他优势。本领域技术人员也将清楚，在不脱离本发明的范围和精神的条件下可以进行各种修改和改变。因此，本发明意在覆盖归入附权利要求及其等价形式范围的本发明提供的修改和变形。

Claims (25)

1.一种信号转换方法，所述信号转换方法在控制器局域网络通讯和以太网之间转换信号，其包括：
通过处理器确定位于控制器局域网络信息中的至少一个控制器局域网络信号的初始bit；以及
通过所述处理器生成具有所述控制器局域网络信号的以太网信号和在不同区域中对应所述控制器局域网络信号的所述初始bit。
2.根据权利要求1中所述的信号转换方法，进一步包括：
通过所述处理器从控制器局域网络网络接收控制器局域网络帧；
通过所述处理器对所述控制器局域网络帧解封装从而得到所述控制器局域网络信息；
通过所述处理器对所述以太网信号进行封装从而生成以太网帧；以及
通过所述处理器将所述生成的以太网帧传输至以太网网络。
3.根据权利要求1所述的信号转换方法，其中所述确定和所述生成均通过位于应用层下方的控制器局域网络处理层执行。
4.根据权利要求1所述的信号转换方法，其中所述以太网信号进一步包括对应所述控制器局域网络信息的标识的区域和表示所述控制器局域网络信息的目标信道的区域。
5.根据权利要求4所述的信号转换方法，其中对应所述控制器局域网络信息的标识的所述区域和表示所述控制器局域网络信息的目标信道的所述区域均位于所述以太网信号中的每个信号中。
6.根据权利要求2所述的信号转换方法，其中所述以太网信号位于所述以太网帧的有效载荷中。
7.控制器局域网络通讯和以太网之间的信号转换方法，包括：
通过处理器获取具有初始bit区域的以太网信号和对应至少一个控制器局域网络信号的信号区域；以及
通过所述处理器对位于所述信号区域的信号进行排列从而生成控制器局域网络信息，所述信号区域位于相应的所述初始bit区域表示的位置。
8.根据权利要求7中所述的控制器局域网络通讯和以太网之间的信号转换方法，进一步包括：
通过所述处理器从以太网网络接收以太网帧；
通过所述处理器对所述以太网帧解封装；
通过所述处理器对所述控制器局域网络信息进行封装从而生成控制器局域网络帧；以及
通过所述处理器将所述生成的控制器局域网络帧传输至控制器局域网络网络。
9.根据权利要求7中所述的控制器局域网络通讯和以太网之间的信号转换方法，其中所述控制器局域网络信息的生成通过位于应用层下方的控制器局域网络处理层执行。
10.根据权利要求7中所述的控制器局域网络通讯和以太网之间的信号转换方法，其中所述以太网信号进一步包括对应于所述控制器局域网络信息标识的区域和表示所述控制器局域网络信息目标信道的区域。
11.根据权利要求10中所述的控制器局域网络通讯和以太网之间的信号转换方法，其中对应于所述控制器局域网络信息所述标识的所述区域和表示所述控制器局域网络信息所述目标信道的所述区域均位于所述以太网信号中的每个信号中。
12.根据权利要求8中所述的控制器局域网络通讯和以太网之间的信号转换方法，其中所述以太网信号位于所述以太网帧的有效载荷中。
13.信号转换***，包括：
处理器，所述处理器被配置用于执行控制器局域网络通讯和以太网之间的信号转换，所述处理器包括控制器局域网络处理模块，所述控制器局域网络处理模块被配置用于确定位于控制器局域网络信息中的至少一个控制器局域网络信号的初始bit，且生成具有所述控制器局域网络信号的以太网信号和在不同区域中对应所述控制器局域网络信号的所述初始bit。
14.根据权利要求13所述的信号转换***，进一步包括：
控制器局域网络模块，所述控制器局域网络模块被配置用于从控制器局域网络网络接收控制器局域网络帧并对所述控制器局域网络帧解封装从而获取所述控制器局域网络信息；以及
以太网模块，所述以太网模块被配置用于对所述以太网信号进行封装从而生成以太网帧且将所述生成的以太网帧传输至以太网网络。
15.根据权利要求13所述的信号转换***，其中所述控制器局域网络处理模块位于协议栈的应用层的下方。
16.根据权利要求13所述的信号转换***，其中所述以太网信号进一步包括对应所述控制器局域网络信息标识的区域和表示所述控制器局域网络信息目标信道的区域。
17.根据权利要求16所述的信号转换***，其中对应所述控制器局域网络信息所述标识的所述区域和表示所述控制器局域网络信息所述目标信道的所述区域均位于所述以太网信号中的每个信号中。
18.根据权利要求14所述的信号转换***，其中所述以太网信号位于所述以太网帧的有效载荷中。
19.信号转换***，包括：
处理器，所述处理器被配置用于执行控制器局域网络通讯和以太网之间的信号转换，所述处理器包括控制器局域网络处理模块，所述控制器局域网络处理模块被配置用于获取具有初始bit区域的以太网信号和对应至少一个控制器局域网络信号的信号区域，且排列位于所述信号区域中的信号从而生成控制器局域网络信息，所述信号区域位于相应的所述初始bit区域表示的位置。
20.根据权利要求19所述的信号转换***，进一步包括：
以太网模块，所述以太网模块被配置用于从以太网网络接收以太网帧并对所述以太网帧解封装；以及
控制器局域网络模块，所述控制器局域网络模块被配置用于对所述控制器局域网络信息进行封装从而生成控制器局域网络帧并将所述生成的控制器局域网络帧传输至控制器局域网络网络。
21.根据权利要求19所述的信号转换***，其中所述控制器局域网络处理模块位于协议栈的应用层的下方。
22.根据权利要求19所述的信号转换***，其中所述以太网信号进一步包括对应所述控制器局域网络信息标识的区域和表示所述控制器局域网络信息目标信道的区域。
23.根据权利要求22所述的信号转换***，其中对应所述控制器局域网络信息所述标识的所述区域和表示所述控制器局域网络信息所述目标信道的所述区域均位于所述以太网信号中的每个信号中。
24.根据权利要求20所述的信号转换***，其中所述以太网信号位于所述以太网帧的有效载荷中。
25.永久性计算机可读介质，所述永久性计算机可读介质包含通过处理器执行的程序指令，所述计算机可读介质包括：
程序指令，所述程序指令获取具有初始bit区域的以太网信号和对应至少一个控制器局域网络信号的信号区域；以及
程序指令，所述程序指令对位于所述信号区域的信号进行排列从而生成控制器局域网络信息，所述信号区域位于相应的所述初始bit区域表示的位置。
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