CN113196713A - 串行总线***的用户站和在串行总线***中发送消息的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了用于串行总线***（1）的用户站（20；30）和用于在串行总线***（1）中发送消息（46）的方法。用户站（20；30）包括通信控制装置（22；32），用于向所述总线***（1）的总线（40）发送消息（45；46）和/或用于从所述总线***（1）的总线（40）接收消息（45；46），格式切换检查单元（211；311），用于检查所述总线***（1）的通信控制装置（12；22；32）是否已将所述消息（45；46）的格式从第一通信阶段的第一格式切换到用于第二通信阶段的第二格式，以及发送/接收装置（22；32），所述发送/接收装置被设计成为了以第一格式发送为所述消息的第一数字数据状态产生第一总线状态（401），以及以第二总线状态（402）能够覆盖所述第一总线状态（401）的方式为所述消息的第二数字数据状态产生所述第二总线状态（402），并且其中所述发送/接收装置（22；32）被设计成为了以第二格式发送而产生不同的总线状态（401、402），使得针对所述消息的不同数字数据状态的总线状态（401、402）不能相互覆盖。

Description

串行总线***的用户站和在串行总线***中发送消息的方法
技术领域
本发明涉及串行总线***的用户站和用于在串行总线***中发送消息的方法，利用所述用户站和所述方法可以在总线***中选择性地根据第一通信协议或第二通信协议进行通信，其中根据所述第二通信协议的通信用不同于使用所述第一通信协议的物理层以及比使用所述第一通信协议更高的比特率和更大的数据字段进行。
背景技术
目前，为了在传感器和控制设备（例如在车辆中）之间进行通信，越来越多地使用总线***，在所述总线***中数据作为ISO11898-1：2015标准中的消息进行传输，所述标准是使用CAN FD的CAN协议规范。这些消息在总线***的总线用户之间传输，所述总线用户例如是传感器、控制设备、发送器等。在此，CAN FD目前在引入阶段的第一步骤中大多采用2Mbit/s（兆比特/秒）的数据比特率在车辆中传输数据字段的比特，并且采用500kbit/s（千比特/秒）的仲裁比特率在车辆中传输仲裁字段的比特。
同一个物理层既用于仲裁字段的传输又用于数据字段的传输。在此要区分两种总线状态，即“显性”（对应于逻辑或数字0）和“隐性”（对应于逻辑或数字1）。由于隐性总线状态不是被主动驱动的，因此隐性总线状态可以被显性总线状态覆盖，由此实现仲裁。然而，隐性总线状态只能通过总线***的终端电阻相对缓慢地设置。一方面，这阻止了更快的数据传输。然而，另一方面，根据上述标准ISO11898-1:2015的仲裁保证在数据字段的传输期间只有一个用户站独占地和无冲突地发送其数据。由此可以在仲裁后更安全地经由总线传输数据而无需重复。总的来说，这有助于加速数据传输。
因此，如果应当保留仲裁的优点但还要比迄今为止更进一步地提高传输速率，则必须找到一种解决方案以根据上述标准ISO11898-1：2015减少仲裁时传输速率慢的缺点。
发明内容
因此，本发明的任务是提供解决上述问题的用于串行总线***的用户站和用于在串行总线***中发送消息的方法。特别地，应当提供用于串行总线***的用户站和用于在串行总线***中发送消息的方法，其中可以在具有更大错误鲁棒性的同时实现高数据率或比特率并且增加每帧的有用数据量。
该任务通过具有权利要求1的特征的用于串行总线***的用户站来解决。所述用户站具有通信控制装置，用于向所述总线***的总线发送消息和/或用于从所述总线***的总线接收消息，以及格式切换检查单元，用于检查所述总线***的通信控制装置是否已将所述消息的格式从第一通信阶段中的第一格式切换到用于第二通信阶段的第二格式，以及发送/接收装置，所述发送/接收装置被设计成为了以第一格式发送而为所述消息的第一数字数据状态产生第一总线状态，以及以第二总线状态可以覆盖所述第一总线状态的方式为所述消息的第二数字数据状态产生所述第二总线状态，并且其中所述发送/接收装置被设计成为了以第二格式发送产生不同的总线状态，使得针对所述消息的不同数字数据状态的总线状态不能相互覆盖。
利用所述用户站，特别是即使在仲裁阶段和数据阶段使用不同物理层时也可以在仲裁阶段通过错误帧（Error-Flags，错误标志）来传达错误。
由此可以在第一通信阶段执行从CAN已知的仲裁，并且在第二通信阶段与CAN FD相比仍然可以显著提高传输速率。
所述用户站使得可以通过发送存在于CAN FD中的“res比特：=l”来切换到新的帧格式并且还保护帧格式的切换，使得所有接收用户站都无错误地注意到所述切换，或在发生错误的情况下可以借助于错误帧（Error-Flags，错误标志）报告所述错误。然后可以切换到其他实现更高比特率的物理层。
上述用户站既理解以CAN FD格式或经典CAN格式发送或接收的帧，又理解针对其来设计上述用户站的新帧。在此，所述总线***的其余用户站忽略采用针对其来设计上述用户站的格式的帧，但所述其余用户站不干扰这些帧。相应地，如果在所述总线***中还存在至少一个根据CAN FD协议发送消息的CAN FD用户站，则也可以使用由所述用户站执行的方法。
通过根据CAN FD通信协议工作的用户站和根据CAN FD后继通信协议（以下称为CAN NG）工作的用户站的共存和互操作性，实现了从CAN FD到CAN NG的无缝迁移路径。因此，即使所述总线***的其余用户站继续使用CAN FD，所述总线***的各个用户站也可以升级为上述CAN NG用户站。因此，在CAN FD总线***和CAN NG总线***之间不需要网关。
上述用户站的所有上述特性将提高上述用户站的接受度。
在从属权利要求中说明了用户站的有利的其他设计。
根据一种具体的实施变型，所述通信控制装置被设计为在所述第一通信阶段中基于预定切换比特序列将所述格式从所述第一格式切换到所述第二格式，并因此变换到所述第二通信阶段，并且
其中所述格式切换检查单元被设计为使用在所述预定切换比特序列之后发送的预定校验比特序列来检查所述总线***的通信控制装置是否已经从所述第一格式切换到所述第二格式。
根据一种选项，所述预定切换比特序列是CAN消息的FDF比特和res比特。
可能地，所述预定校验比特序列具有在所述消息中布置在res比特之后的res2、res3和res4比特，并且其中res3比特至少连续发送一到五次。
在此，所述通信控制装置可以被设计为在所述第一通信阶段以比在所述第二通信阶段更慢并因此更低的比特率发送和/或接收所述消息的比特。
可以想到，所述通信控制装置被设计为以用于所述第一通信阶段的比特率发送所述预定切换比特序列和所述预定校验比特序列。通过这种方式，用户站与作为使用CAN FD的CAN协议规范的当前适用的标准IS011898-1:2015完全兼容。
在此，在所述第一通信阶段在所述总线***的用户站之间可以协商哪个用户站在随后的第二通信阶段至少暂时地获得对所述总线***的总线的独占、无冲突的访问。根据一种具体的变型，在此所述预定切换比特序列和所述预定校验比特序列可以连续地布置在第一通信阶段结束时。根据另一具体的变型，在此所述预定切换比特序列和所述预定校验比特序列可以连续地布置在所述消息的控制字段中，其中所述控制字段的在所述预定切换比特序列和所述预定校验比特序列之后的至少一个比特布置在所述第一通信阶段结束时。
可能地，所述通信控制装置可以被设计为如果在切换比特序列中出现错误，则将错误帧发送到所述总线上。
上述用户站中的至少两个用户站可以是还具有总线的总线***的一部分，使得所述至少两个用户站经由所述总线彼此连接，使得所述至少两个用户站可以彼此串行通信。在此，所述至少两个用户站中的至少一个用户站是先前描述的用户站。
上述总线***可能还具有至少一个附加用户站，所述附加用户站仅设计为在第一和第二通信阶段产生所述总线上的总线状态，使得所述第二总线状态可以覆盖所述第一总线状态，其中所述至少一个附加用户站经由所述总线与所述至少两个用户站连接，使得这些用户站可以彼此串行通信，其中所述至少一个附加用户站被设计为如果所述切换比特序列表明所述至少一个附加用户站的通信控制装置无法理解所述第二通信阶段中使用的格式，则切换到协议异常状态。
上述任务还通过根据权利要求12的用于在串行总线***中发送消息的方法来解决。该方法具有以下步骤：利用通信控制装置向所述总线***的总线发送消息和/或利用所述通信控制装置从所述总线***的总线接收消息，利用格式切换检查单元检查所述总线***的通信控制装置是否已将所述消息的格式从第一通信阶段中的第一格式切换到用于第二通信阶段的第二格式，以及利用发送/接收装置发送，使得以第一格式为所述消息的第一数字数据状态产生第一总线状态，以及以第二总线状态可以覆盖所述第一总线状态的方式为所述消息的第二数字数据状态产生所述第二总线状态，并且以第二格式产生不同的总线状态，使得针对所述消息的不同数字数据状态的总线状态不能相互覆盖。
该方法提供了与上述关于用户站所述的相同的优点。
本发明的其他可能的实现方式还包括上面或下面关于实施例描述的特征或实施方式的未明确提及的组合。在此，本领域技术人员还向本发明的相应基本形式添加各个方面作为改进或补充。
附图说明
下面参考附图并基于实施例更详细地描述本发明。
图1示出了根据第一实施例的总线***的简化框图；
图2示出了用于显示由根据第一实施例的总线***的用户站可以发送的消息的结构的示意图；
图3示出了用于显示由根据第一实施例的可由总线***的用户站发送的消息的控制字段的结构的示意图；
图4示出了当用户站已经从根据CAN FD格式创建消息切换到根据更快的消息格式创建消息时，由第一实施例中的用户站执行的方法的流程图；以及
图5示出了当用户站从根据CAN FD格式接收和读取消息切换到根据更快的消息格式接收和读取消息时，由第一实施例中的用户站执行的方法的流程图。
在图中，除非另有说明，否则相同或功能相同的元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
作为示例，图1示出了总线***1，该总线***1特别是基本上被设计用于CAN总线***、CAN FD总线***、CAN FD后继总线***和/或它们的变型，如下面描述的，CAN FD后继总线***也称为CAN NG总线***。总线***1可以用在车辆（特别是机动车辆）、飞机等中，或者用在医院等中。
在图1中，总线***1具有大量用户站10、20、30，每个用户站连接到具有第一总线芯线41和第二总线芯线42的总线40。总线40在其两端以终端电阻器50终止。总线芯线41、42也可以称为CAN_H和CAN_L，并且用于使用发送状态下的TX信号在耦合输入显性电平或状态401之后或者在产生或主动驱动隐性电平或状态402之后进行电信号传输。状态401、402仅对用户站20非常示意性地示出。状态401、402对应于进行发送的用户站10、20、30的TX信号的状态。在总线芯线41、42上传输了信号CAN_H和CAN_L之后，这些信号由用户站10、20、30作为RX信号接收。信号CAN_H和CAN_L形式的消息45、46可以经由总线40在各个用户站10、20、30之间串行传输。用户站10、20、30例如是机动车辆的控制设备、传感器、显示设备等。
如图1中所示，用户站10具有通信控制装置11和发送/接收装置12。与此不同，用户站20具有通信控制装置21和发送/接收装置22，所述通信控制装置21具有格式切换检查单元211。用户站30具有通信控制装置31和发送/接收装置32，所述通信控制装置31具有格式切换检查单元311。用户站10、20、30的发送/接收装置12、22、32分别直接连接到总线40，即使这在图1中未显示。
每个通信控制装置11、21、31用于控制相应用户站10、20、30经由总线40与连接到总线40的用户站10、20、30中的一个或多个其他用户站的通信。
通信控制装置11可以实施为像传统的经典CAN或CAN FD控制器那样。通信控制装置11创建或发送并且接收或读取第一消息45，该第一消息例如是经典CAN消息或CAN FD消息。经典CAN消息是根据经典基本格式构建的，其中在第一消息45中可以包括多达8个数据字节。CAN FD消息是根据CAN FD格式构建的，其中可以包括多达64个数据字节，除此之外，与经典CAN消息相比，这些数据字节还以明显更快以及因此更高的数据速率传输。发送/接收装置12可以实施为像传统的CAN收发器和/或CAN FD收发器那样。
通信控制装置21、31中的每一个如上所述创建或发送以及接收或读取第一消息45，或者创建或发送以及接收或读取第二消息46。第二消息46是基于CAN NG格式构建的，所述CAN NG格式在下面更详细地加以描述。发送/接收装置22、32中的每一个可以实施为CAN收发器，其根据需要为相关联的通信控制装置21、31提供或从相关联的通信控制装置21、31接收先前描述的第一消息45或根据CAN NG格式的第二消息46。
利用两个用户站20、30，可以形成并且然后传输具有CAN NG格式的消息46以及接收这样的消息46。
图2针对消息46示出了CAN NG帧460，其由发送/接收装置22或发送/接收装置32由于TX信号而作为差分信号发送到总线40上或从总线接收，从中产生RX信号。为了总线40上的CAN通信将CAN NG帧460细分成不同的字段，即开始字段461、仲裁字段462、控制字段463、数据字段464、校验和字段465和结束字段466。除了下面描述的控制字段463的差异之外，用于第一消息45的帧像帧460那样构建。
开始字段461具有例如也称为SOF比特并且表明帧开始（Start of Frame）的比特。在仲裁字段462中包含具有例如32比特的标识符，用于标识消息的发送方。仲裁字段462还可以包含由一个或多个比特组成的协议格式信息，该协议格式信息适用于将CAN NG帧与CAN帧或CAN FD帧区分开来。然而，以下描述假设CAN NG帧（第二消息46）在FDF比特之前都与CAN FD情况下（第一消息45）的帧格式相同。
在控制字段463中包含例如12比特长的数据长度代码（Data-Length-Code），该数据长度代码可以例如采取从1到4096的值，步长为1，或者替代地可以采取从0到4095的值。所述数据长度代码可以替代地包括更少或更多的比特，并且值范围和步长可以采用其他值。控制字段463还具有由一个或多个比特组成的协议格式信息，该协议格式信息适用于将CAN NG帧与经典CAN帧或CAN FD帧区分开来。
在数据字段464中包含CAN-NG帧或消息46的有用数据。例如，与所述数据长度代码的值范围相对应地，所述有用数据可以具有多达64个字节或4096个字节或任何其他数量的字节。在校验和字段465中包含数据字段464中数据的校验和，包括填充比特，这些填充比特由消息46的发送方分别在例如5或10个相同比特之后作为相反比特***。在结束字段466中包含至少一个确认比特以及还包含表明CAN NG帧460结束的11个相同比特的序列。利用所述至少一个确认比特可以告知接收方是否已在接收到的CAN NG帧460或消息46中发现了错误。
在发送仲裁字段462和结束字段466的阶段中，如在CAN和CAN-FD中那样使用物理层。在这些阶段中的重要一点是使用已知的CSMA/CR方法，其允许用户站10、20、30同时访问总线40而不会破坏更高优先级的消息45、46。由此可以相对容易地将另外的总线用户站10、20、30添加到总线***1并且非常有效地使用通信带宽，这是非常有利的。
CSMA/CR方法的结果是总线40上必须存在所谓的隐性状态402，所述隐性状态可以由其他用户站10、20、30用总线40上的显性状态401覆盖。在隐性状态402中，在各个用户站10、20、30上高欧姆关系占主导，这与总线电路的寄生相组合而导致更长的时间常数。这导致当今CAN-FD物理层的最大比特率在实际车辆使用中被限制为当前大约每秒2兆比特。
当作为发送方的用户站20或用户站30赢得仲裁并且作为发送方的用户站20由此获得对总线***1的总线40的独占访问以发送字段463到466时，控制字段463和数据字段464才由消息46的发送方发送到总线40上。在仲裁时，借助于仲裁字段462中的标识符在用户站10、20、30之间逐比特协商哪个用户站10、20、30希望以最高优先级发送消息45、46，因此下次为了发送字段463到465获得对总线***1的总线40的独占访问。
仅当比特时间明显长于总线***1的任意两个用户站10、20、30之间的信号传输时间两倍时，才可能在帧460或消息45、46开始时进行仲裁和在帧460或消息45、46结束时的结束字段466中进行确认。因此，在传输字段461、462、466时，仲裁阶段中的比特率被选择为比传输帧460的其余字段更慢并从而更低。特别地，仲裁阶段的比特率被选择为500kbit/s，由此导致约为2μs的比特时间，而其他（一个或多个）通信阶段的比特率被选择为例如5到8Mbit/s或更高，由此导致约为0.2μs及更短的比特时间。因此，在仲裁阶段的信号的比特时间例如是在其他（一个或多个）通信阶段的信号的比特时间的4倍或10倍或40倍或更大等。可以任意选择比特时间的倍数。
用户站10、20、30中的每一个都可以发送和接收CAN FD帧，但是用户站10不能发送或接收CAN NG帧460。例如，如果用户站20发送CAN NG帧460，则CAN FD用户站10进入协议异常状态（Protocol Exception State）并因此忽略用户站20的CAN NG帧460。在CAN NG消息46的情况下使用新的、替代的帧格式（Frame Format），即帧460。在该帧格式中，借助于控制字段463中的res比特从CAN FD帧格式（Frame Format）切换为CAN NG帧格式。在此，CAN FD和CAN NG的帧格式在第一个res比特前都相同。由此用户站20、30也分别支持CAN FD。
根据图3，用于总线***1中的这种通信的通信控制装置21、31创建或发送消息46，使得在控制字段463中直接前后相继的比特FDF、res、res2、res3和res4作为隐性（逻辑1）发送。另外，在FDF比特之前的在图3中表示为-FDF的比特被设置为显性（逻辑0）。res3比特连续发送多达5次，从而在该位置发送1到5个比特。为FDF比特和res比特显示的值序列形成了到CAN NG帧的切换条件或预定切换比特序列。作为隐性（逻辑1）的res2、res3和res4的值序列是预定校验比特序列，其用于保护到CAN NG帧的切换。
相反，根据图3，在图3中缩写为CL.CAN的经典CAN的消息45被创建为，使得通信控制装置11、21、31在控制字段463中将FDF比特设置为显性（逻辑0），其中在FDF比特之前的比特和在FDF比特之后的比特的值是任意的，这通过图3中的“x”表示。在经典CAN的情况下不存在比特res、res2。
此外，根据图3，以这样的方式创建用于CAN FD的消息45，即通信控制装置11、21、31在控制字段463中将FDF比特设置为隐性（逻辑1）并且既将FDF比特之前的比特又将res比特设置为显性（逻辑0）。在此，res比特之后的比特的值是任意的，这在图3中通过“x”表示。FDF比特和res比特的所显示的值序列形成了到CAN FD帧的切换条件。
下面更详细地描述各个比特res、res2、res3和res4的含义。该描述假设CAN NG用户站发送CAN NG帧460。
res比特的特性：
-在CAN FD协议中，已经为新格式保留res比特。
-res=0标识CAN FD帧格式。
-res=1标识由CAN NG使用的新的替代帧格式460。
-在发送信号TX或TX信号的错误出现res比特中的情况下，发送TX信号的用户站20、30或TX用户站发送错误帧47（Error Flag，错误标志），如图5所示，并且不会切换到根据帧460的替代格式。
-接收用户站10、20、30或RX用户站无法探测到接收信号RX或RX信号在res比特中的错误；该探测通过后续比特res2、res3、res4进行。
res2比特的特性：
-res2比特用于在接收用户站20、30或RX用户站的RX信号中探测错误帧47（ErrorFlag，错误标志）。当发送TX信号的用户站20、30或TX用户站识别出发送信号TX在res比特中的错误时，即当发送TX信号的用户站20、30发送res=l，但在RX信号中看到res=0时，发送TX信号的用户站20、30或TX用户站发送错误帧47。这对应于切换时TX信号存在最新可能的错误。
-res2的期望值为res2=1。
（一个或多个）res3比特（1到最多5比特：res3a、res3b、res3c、res3d、res3e）的特性：
-res3比特引起填充错误，接收用户站10、20、30在RX信号中识别出该填充错误，因为接收用户站10、20、30由于比特错误看到了res=0（而不是res=l）。即，接收用户站10、20、30现在错误地期待消息45的CAN FD帧。期待消息45的CAN FD帧的接收用户站10、20、30在res2=1（在FD格式下对应于BRS比特）之后切换到更高的比特率，由此用于接收用户站10、20、30的res3被加倍。
-res3比特的数量由用户在CAN NG节点的CAN控制器中通过配置寄存器设置。替代地，res3比特的数量由相关联的CAN NG用户站20、30的通信控制装置21、31从CAN FD比特定时设置中计算出，所述CAN FD比特定时设置尤其是包括比特的长度和用于采样该比特的采样点的时间位置。通信控制装置21、31具有这些设置，因为通信控制装置21、31也可以发送和接收CAN FD帧。
-res3比特的数量至少=1，从而比特res3a是唯一的比特并且最多=5，使得res3比特具有比特res3a、res3b、res3c、res3d、res3e。
-所有res3比特的期望值为1。
-在应用中，
*从CAN FD比特率比约为4或更高开始，一个res3比特就足够了，其中CAN FD比特率比的确切值取决于数据阶段和仲裁阶段中的比特采样点位置。CAN FD比特率比意味着用于在数据阶段传输比特的以比特/秒为单位的比特率（数据比特率）与用于在仲裁阶段传输比特的以比特/秒为单位的比特率（仲裁比特率）之间的比值。
*从CAN FD比特率比为大约2.5开始，两个res3比特就足够了。
*如果CAN FD不使用比特率切换，则五个res3比特就足够了。
*在为4的当今最典型的CAN FD比特率比（仲裁比特率为500kbit/s，数据比特率为2Mbit/s）时，一个或最多两个res3比特就足够了。
res4比特的特性：
-res4比特用于在发送TX信号的用户站20、30和接收所导致的RX信号的用户站10、20、30中探测错误帧47，该错误帧是由于在切换时RX信号中存在最新可能的错误（res=0而不是res=1）而由接收RX信号的用户站10、20、30发送的。
-res4的期望值为res4=1。
-可选地，res4比特用于切换到这里未描述的其他帧格式。
-当接收到res4＝0时，用户站20、30例如切换到协议异常状态（ProtocolException State）并一直等到总线40再次空闲为止。
图4示出由此导致的例程，其由用户站20的格式切换检查单元211、311和/或其他单元在总线***1运行期间在RX用户站处为帧460的接收到的RX信号而执行。RX用户站是在完成了帧460的仲裁之后仅充当消息46的接收方的用户站，该消息46由总线***1的赢得了所述仲裁的其他用户站作为发送方发送。为了简单起见，下面仅描述格式切换检查单元211的运行，即使这同样适用于格式切换检查单元311。
在该方法开始之后，用户站20的格式切换检查单元211和/或其他单元在步骤S1中可选地检查接收到的RX信号的FDF比特是隐性（逻辑1）还是显性（逻辑0），以判定是否存在消息45的经典CAN帧。如果接收到的RX信号的FDF比特是显性的（逻辑0），则用户站20的格式切换检查单元211和/或其他单元进行到步骤S2。然而，如果接收到的RX信号的FDF比特是隐性的（逻辑1），则用户站20的格式切换检查单元211和/或其他单元进行到步骤S3。
在步骤S2，用户站20的格式切换检查单元211和/或其他单元判定存在消息45的经典CAN帧。因此，发送/接收装置22使用用于ISO11898-2:2016标准中的消息的物理层从总线40接收消息45的经典CAN帧。
在步骤S3，用户站20的格式切换检查单元211和/或其他单元检查接收到的RX信号的res比特是隐性（逻辑1）还是显性（逻辑0），以判定是否存在消息45的CAN FD帧。如果接收到的RX信号的res比特是显性的（逻辑0），则用户站20的格式切换检查单元211和/或其他单元进行到步骤S4。然而，如果接收到的RX信号的res比特是隐性的（逻辑1），则用户站20的格式切换检查单元211和/或其他单元进行到步骤S5。
在步骤S4，确定这是CAN FD帧。用户站20的格式切换检查单元211和/或其他单元通过检查BRS比特来判定在消息45的CAN FD帧中是否存在比特率切换。如果存在，则发送/接收装置22利用用于ISO11898-2：2016标准中的消息的物理层从总线40接收消息45的CANFD帧。
在步骤S5，格式切换检查单元211检查接收到的RX信号的res2比特是隐性（逻辑1）还是显性（逻辑0），以判定是否存在例如用于消息46的替代帧格式。如果接收到的RX信号的res2比特是显性的（逻辑0），则格式切换检查单元211进行到步骤S6。然而，如果接收到的RX信号的res比特是隐性的（逻辑1），则格式切换检查单元211进行到步骤S7。
在步骤S6，格式切换检查单元211判定存在错误。通信控制单元21因此在从总线40接收剩余控制字段463和字段464至465的时间内过渡到协议异常状态，或向总线40发送错误帧47（Error Flag，错误标志）。
在步骤S7，格式切换检查单元211检查接收到的RX信号的至少一个res3比特或多达5个res3比特是隐性（逻辑1）还是显性（逻辑0），以便在附加的切换检查中判定是否例如对消息46存在替代帧格式。如果接收到的RX信号的至少一个res3比特是显性的（逻辑0），则格式切换检查单元211进行到步骤S8。然而，如果接收到的RX信号的所有res3比特都是隐性的（逻辑1），则格式切换检查单元211进行到步骤S9。
在步骤S8，格式切换检查单元211判定存在错误。通信控制装置21因此在从总线40接收剩余控制字段463和字段464至465的时间内过渡到协议异常状态，或者向总线40发送错误帧47（Error Flag，错误标志）。
在步骤S9，格式切换检查单元211检查接收到的RX信号的res4比特是隐性（逻辑1）还是显性（逻辑0），以便在附加的切换检查中判定例如对消息46是否存在替代帧格式。如果接收到的RX信号的res4比特是显性的（逻辑0），则格式切换检查单元211进行到步骤S10。然而，如果接收到的RX信号的res4比特是隐性的（逻辑1），则格式切换检查单元211进行到步骤S11。
在步骤S10，格式切换检查单元211判定存在错误。通信控制装置21因此在从总线40接收剩余控制字段463和字段464至465的时间内过渡到协议异常状态，或者向总线40发送错误帧47（Error Flag，错误标志）。
在步骤S11，格式切换检查单元211判定存在消息46的CAN NG帧并且现在要切换物理层。因此，发送/接收装置22并且最终通信控制装置21使用用于消息46的物理层从总线40接收消息46的CAN NG帧，该物理层不同于用于ISO11898-1：2015标准中的消息的物理层。在用于消息46的物理层的情况下，总线状态402（逻辑1）和总线状态401（逻辑0）都被主动驱动。此外，在传输数据字段464期间不设置错误帧47（错误标志）。使用这种用于CAN NG的物理层可以实现比CAN FD更高的比特率。
然后结束根据图4的方法。
因此，格式切换检查单元211根据步骤S5到S11保护到CAN NG的切换。附加地，格式切换检查单元211还可以执行用于切换的其他功能，即使这些功能可以替代地或附加地由用户站20的至少一个其他单元执行。
图5示出了在总线***1的运行期间由用户站20的格式切换检查单元211、311和/或其他单元为帧460的待发送TX信号执行的例程，即当相关联的用户站20、30赢得了仲裁并且因此在用于发送字段463至466的后续阶段中充当CAN NG帧460或消息46的发送方。为简单起见，以下假设用户站20充当TX信号的发送方，并且因此仅描述格式切换检查单元211的运行。当用户站30充当TX信号的发送方时，格式切换检查单元311以与格式切换检查单元211相同的方式起作用。
通信控制装置21借助于TX信号来发送作为逻辑1的比特FDF、res、res2、res3、res4。由此发送/接收装置12向总线施加隐性信号（对应于逻辑1）。在发送过程期间，用户站20的格式切换检查单元211和/或其他单元监视RX信号，以检查是否可以看到自己的TX信号或是否出现了干扰，即是否可以看见显性（逻辑0）。
在该方法开始之后，用户站20的格式切换检查单元211和/或其他单元在步骤S21检查RX信号的FDF比特是隐性（逻辑1）还是显性（逻辑0）。如果接收到的RX信号的FDF比特是显性的（逻辑0），则用户站20的格式切换检查单元211和/或其他单元进行到步骤S22。然而，如果RX信号的FDF比特是隐性的（逻辑1），则用户站20的格式切换检查单元211和/或其他单元进行到步骤S23。
在步骤S22中，用户站20的格式切换检查单元211和/或其他单元判定存在错误。通信控制装置21因此向总线40发送错误帧47（错误标志）。
在步骤S23，用户站20的格式切换检查单元211和/或其他单元检查RX信号的res比特是隐性（逻辑1）还是显性（逻辑0）。如果RX信号的res比特是显性的（逻辑0），则用户站20的格式切换检查单元211和/或其他单元进行到步骤S24。然而，如果RX信号的res比特是隐性的（逻辑1），则用户站20的格式切换检查单元211和/或其他单元进行到步骤S25。
在步骤S24，用户站20的格式切换检查单元211和/或其他单元判定存在错误。通信控制装置21因此向总线40发送错误帧47（错误标志）。
在步骤S25，格式切换检查单元211检查RX信号的res2比特是隐性（逻辑1）还是显性（逻辑0），以判定例如对消息46是否存在替代帧格式。如果RX信号的res2比特为显性（逻辑0），则格式切换检查单元211进行到步骤S26。然而，如果RX信号的res比特是隐性的（逻辑1），则格式切换检查单元211进行到步骤S27。
在步骤S26，格式切换检查单元211判定存在错误。通信控制装置21因此在发送剩余控制字段463和字段464至465的时间内过渡到协议异常状态。替代地，通信控制装置21可以向总线40发送错误帧47（错误标志）。
在步骤S27，格式切换检查单元211检查RX信号的至少一个res3比特是隐性（逻辑1）还是显性（逻辑0），以便在附加的切换检查中判定是否存在用于例如消息46的替代帧格式。如果RX信号的至少一个res3比特的至少一个比特为显性（逻辑0），则格式切换检查单元211进行到步骤S28。然而，如果RX信号的所有res3比特均为隐性（逻辑1），则格式切换检查单元211进行到步骤S29。
在步骤S28，格式切换检查单元211判定存在错误。通信控制装置21因此在发送剩余控制字段463和字段464至465的时间内过渡到协议异常状态。替代地，通信控制装置21可以将错误帧47（错误标志）发送到总线40。
在步骤S29，格式切换检查单元211检查RX信号的res4比特是隐性的（逻辑1）还是显性的（逻辑0），以便在附加的切换检查中判定是否存在例如用于消息 46的替代帧格式。如果RX信号的res4比特为显性（逻辑0），则格式切换检查单元211进行到步骤S30。然而，如果RX信号的res4比特是隐性的（逻辑1），则格式切换检查单元211进行到步骤S31。
在步骤S30，格式切换检查单元211判定存在错误。通信控制装置21因此在发送剩余控制字段463和字段464至465的时间内过渡到协议异常状态。替代地，通信控制装置21可以将错误帧47（错误标志）发送到总线40。
在步骤S31，格式切换检查单元211判定存在消息46的CAN NG帧并且可以从用于消息45的物理层切换到用于消息46的物理层。如上所述，通信控制装置21因此使用用于消息46的物理层将消息46的CAN NG帧460发送到总线40。
然后结束根据图5的方法。
因此，格式切换检查单元211根据步骤S25至S21保护到CAN NG的切换。附加地，格式切换检查单元211还可以执行用于切换的其他功能，即使这些功能可以替代地或附加地由用户站20的至少一个其他单元来执行。
如上所述，通过比特res2至res4来保护切换。CAN填充规则不包括对切换的保护（res2至res4）。因此，比特res2至res4的比特序列从不包含显性填充比特。如果在隐性FDF比特（逻辑1）之前***了隐性填充比特（逻辑1），这也适用。如果接收CAN NG用户站20、30或发送TX用户站10、20、30看见比特res2至res4中的一个是显性的，则并非在所有用户站10、20、30中都成功地切换到CAN NG帧格式。如前所述，CAN NG协议将对此作出反应，其方式是例如不切换比特率和/或物理层，并且例如发送错误帧47。
一般而言，与CAN FD相比，在使用CAN NG的总线***中可以实现以下不同的特性：
a）采用并在必要时适配经过验证的特性，这些特性负责CAN FD的鲁棒性和用户友好性，特别是根据CSMA/CR方法的具有标识符和仲裁的帧结构，
b）显著提高净数据传输率，
c）为了传输数据字段464，即在数据阶段中，CAN NG使用与CAN FD不同的物理层，例如其中两个总线状态都被主动驱动并且在数据阶段期间不设置错误帧（Error Flags，错误标志）的物理层。使用这样的物理层来用于CAN NG，可以实现比CAN FD更高的比特率。
下面的表格1显示了第一示例，其中针对消息46成功切换到根据帧460 的CAN NG帧格式。该示例基于以下假设：用户站30为消息46发送CAN NG帧460。
表格1
Figure 477612DEST_PATH_IMAGE001
在表格1中，一个比特的时间长度对应于仲裁比特时间的时间长度。表格1的比特从表格1的左侧开始在时间上一个接一个地并且因此连续地向表格1中的右侧发送。
利用下面类似于表格1构建的表格2显示了第二示例，其中在TX信号中在切换的最后可能比特（即res比特）中出现了错误。因此，用户站30的TX信号中的res比特是显性的（逻辑0）而不是隐性的（逻辑1）。该示例基于以下假设：用户站30为消息46发送CAN NG帧460。在此示出，借助于比特res2、res3a、res4形式的切换保护在所有用户站10、20、30中可以识别出在至少一个用户站10、20、30中出现了错误。
表格2
Figure 676643DEST_PATH_IMAGE002
用户站20从res2比特开始接收错误帧47。从下一比特开始，用户站20也发送错误帧47。用户站30从res2比特开始发送错误帧47。
下面类似于表格1构建的表格3显示了第三示例，其中在RX信号中在切换的最后可能比特，即res比特中出现了错误。该示例基于以下假设：用户站30为消息46发送CAN NG帧460并且用户站20的RX信号中的res比特是显性（逻辑0）而不是隐性（逻辑1）。在此示出，借助于比特res2、res3a、res4形式的切换保护在所有用户站10、20、30中可以识别出在至少一个用户站10、20、30中出现了错误。CAN FD比特率比是4，即，res3比特的数量被配置为1，使得仅发送比特res3a。在表格3中，在BRS比特之后5个比特的时间长度对于用户站20而言分别对应于CAN FD数据比特时间的时间长度。所有用户站10、20、30中的所有其他比特的长度分别对应于仲裁比特时间。
表格3
Figure 987539DEST_PATH_IMAGE003
从res4比特开始，用户站20发送错误帧47。
利用下面与表格1类似构建的表格4显示了第四示例，其中在RX信号中在切换的最后可能比特，即res比特中出现了错误。该示例基于以下假设：用户站30为消息46发送CANNG帧460并且用户站20的RX信号中的res比特是显性（逻辑0）而不是隐性（逻辑1）。在此示出，借助于比特res2、res3、res4形式的切换保护在所有用户站10、20、30中可以识别出在至少一个用户站10、20、30中出现了错误。CAN FD比特率比是2.5，即，res3比特的数量被配置为2，使得发送比特res3a和res3b。在表格3中，在BRS比特之后5个比特的时间长度对于用户站20而言分别对应于CAN FD数据比特时间的时间长度。所有用户站10、20、30中的所有其他比特的长度分别对应于仲裁比特时间。
表格4
Figure 179486DEST_PATH_IMAGE004
从res4比特开始，用户站20发送错误帧47。
总线***1的通信控制装置21，31，发送/接收装置22，32，格式切换检查单元211，311，用户站20，30和其中实施的方法的所有上述设计，可以单独使用或以所有可能的组合使用。特别地，上述实施例和/或其修改的所有特征可以任意组合。附加地或替代地，特别是可以想到以下修改。
借助于基于CAN协议的总线***描述了根据实施例的上述总线***1。然而，根据实施例的总线***1也可以是不同类型的通信网络，其中可以以两种不同的比特率串行传输数据。有利的但不是强制性的前提是，在总线***1中，至少在特定的时间段内保证一个用户站10、20、30对公共信道的独占、无冲突的访问。
在实施例的总线***1中的用户站10、20、30的数量和布置是任意的。特别是可以取消总线***1中的用户站10。在总线***1中可以存在用户站20或30中的一个或多个。
可能的是，格式切换检查单元211、311中的至少一个格式切换检查单元布置在通信控制装置22、32的外部。特别地，格式切换检查单元211、311中的至少一个格式切换检查单元作为用户站20、30的单独单元设置。

Claims (12)

1.用于串行总线***（1）的用户站（20；30），具有：
通信控制装置（21；31），用于向所述总线***（1）的总线（40）发送消息（45；46）和/或用于从所述总线***（1）的总线（40）接收消息（45；46），
格式切换检查单元（211；311），用于检查所述总线***（1）的通信控制装置（11；21；31）是否已将所述消息（45；46）的格式从第一通信阶段中的第一格式切换到用于第二通信阶段的第二格式，以及
发送和接收装置（22；32），所述发送和接收装置被设计成为了以第一格式发送为所述消息（45；46）的第一数字数据状态产生第一总线状态（401），以及以第二总线状态（402）能够覆盖所述第一总线状态（401）的方式为所述消息（45；46）的第二数字数据状态产生所述第二总线状态（402），并且
其中所述发送/接收装置（22；32）被设计成为了以第二格式发送产生不同的总线状态（401、402），使得针对所述消息（45；46）的不同数字数据状态的总线状态（401、402）不能相互覆盖。
2.根据权利要求1所述的用户站（20；30），
其中所述通信控制装置（21；31）被设计为在所述第一通信阶段中基于预定切换比特序列将所述格式从所述第一格式切换到所述第二格式，并因此变换到所述第二通信阶段，并且
其中所述格式切换检查单元（211；311）被设计为使用在所述预定切换比特序列之后发送的预定校验比特序列来检查所述总线***（1）的通信控制装置（11、21；31）是否已经从所述第一格式切换到所述第二格式。
3.根据权利要求1或2所述的用户站（20；30），其中所述预定切换比特序列是CAN消息（45；46）的FDF比特和res比特。
4.根据前述权利要求中任一项所述的用户站（20；30），
其中所述预定校验比特序列具有在所述消息（45；46）中布置在res比特之后的res2、res3和res4比特，并且
其中res3比特至少连续发送一到五次。
5.根据前述权利要求中任一项所述的用户站（20；30），其中所述通信控制装置（21；31）可以被设计为在所述第一通信阶段以比在所述第二通信阶段更低的比特率发送和/或接收所述消息（45；46）的比特。
6.根据权利要求5所述的用户站（20；30），其中所述通信控制装置（21；31）被设计为以用于所述第一通信阶段的比特率发送所述预定切换比特序列和所述预定校验比特序列。
7.根据前述权利要求中任一项所述的用户站（20；30），
其中在所述第一通信阶段在所述总线***（1）的用户站（20、30）之间协商哪个用户站（20、30）在随后的第二通信阶段至少暂时地获得对所述总线***（1）的总线（40）的独占、无冲突的访问，并且
其中所述预定切换比特序列和所述预定校验比特序列连续地布置在第一通信阶段结束时。
8.根据前述权利要求中任一项所述的用户站（20；30），
其中在所述第一通信阶段在所述总线***（1）的用户站（20、30）之间协商哪个用户站（20、30）在随后的第二通信阶段至少暂时地获得对所述总线***（1）的总线（40）的独占、无冲突的访问，并且
其中所述预定切换比特序列和所述预定校验比特序列连续地布置在所述消息（46）的控制字段（463）中，
其中所述控制字段（463）的在所述预定切换比特序列和所述预定校验比特序列之后的至少一个比特布置在所述第一通信阶段结束时。
9.根据前述权利要求中任一项所述的用户站（20；30），其中所述通信控制装置（21；31）被设计为如果在所述切换比特序列中出现错误，则将错误帧（47）发送到所述总线（40）上。
10.总线***（1），具有
总线（40），和
至少两个用户站（20；30），所述至少两个用户站经由所述总线（40）彼此连接，使得所述至少两个用户站能够彼此串行通信，并且所述至少两个用户站中的至少一个用户站（20；30）是根据前述权利要求中任一项所述的用户站（20；30）。
11.根据权利要求10所述的总线***（1），
还具有至少一个附加用户站（10），所述附加用户站仅设计为在第一和第二通信阶段产生所述总线（40）上的总线状态（401、402），使得所述第二总线状态（402）能够覆盖所述第一总线状态（401），
其中所述至少一个附加用户站（10）经由所述总线（40）与所述至少两个用户站（20；30）连接，使得这些用户站（10、20、30）能够彼此串行通信，
其中所述至少一个附加用户站（10）被设计为如果所述切换比特序列表明所述至少一个附加用户站（10）的通信控制装置（11）无法理解所述第二通信阶段中使用的格式，则切换到协议异常状态。
12.用于在串行总线***（1）中发送消息（46）的方法，其中所述方法具有以下步骤：
利用通信控制装置（21；31）向所述总线***（1）的总线（40）发送消息（45；46），和/或
利用所述通信控制装置（21；31）从所述总线***（1）的总线（40）接收消息（45；46），
利用格式切换检查单元（211；311）检查所述总线***（1）的通信控制装置（22；32）是否已将所述消息（45；46）的格式从第一通信阶段中的第一格式切换到用于第二通信阶段的第二格式，以及
利用发送/接收装置（22；32）发送所述消息（45；46），使得所述发送/接收装置（22；32）以第一格式为所述消息（45；46）的第一数字数据状态产生第一总线状态（401），以及以第二总线状态（402）能够覆盖所述第一总线状态（401）的方式为所述消息（45；46）的第二数字数据状态产生所述第二总线状态（402），并且以第二格式产生不同的总线状态（401、402），使得针对所述消息（45；46）的不同数字数据状态的总线状态（401、402）不能相互覆盖。
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