DE102015202219A1

DE102015202219A1 - Teilnehmerstation für ein Bussystem und Verfahren zur zeitoptimierten Datenübertragung in einem Bussystem

Info

Publication number: DE102015202219A1
Application number: DE102015202219.6A
Authority: DE
Inventors: Stefan Thiele
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-02-09
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2016-08-11
Also published as: CN105915311B; US20160232118A1; US10282332B2; CN105915311A

Abstract

Es ist eine Teilnehmerstation (20; 30; 200; 300) für ein Bussystem (1) und ein Verfahren zur zeitoptimierten Datenübertragung in einem Bussystem (1; 2) bereitgestellt. Die Teilnehmerstation (20; 30; 200; 300) umfasst eine Codiereinrichtung (12; 22; 32; 120; 220; 320) zum Codieren und/oder Decodieren von Bits einer Nachricht (N1; N2; N3; N4; N5; N6) an/von mindestens eine/r weitere/n Teilnehmerstation des Bussystems (1; 2), bei welchem zumindest zeitweise ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation (10, 20, 30; 100, 200, 300) auf eine Busleitung (3) des Bussystems (1; 2) gewährleistet ist, wobei die Codiereinrichtung (12; 22; 32; 120; 220; 320) ausgestaltet ist, beim Codieren der Nachricht (N1; N2; N3; N4; N5; N6) mindestens zwei Bits als Bitkombination einen vorbestimmten Spannungspegel für eine Bitzeit (TB) zuzuordnen, und/oder wobei die Codiereinrichtung (12; 22; 32; 120; 220; 320) ausgestaltet ist, beim Decodieren der Nachricht (N1; N2; N3; N4; N5; N6) einem vorbestimmten Spannungspegel für eine Bitzeit (TB) mindestens zwei Bits als Bitkombination zuzuordnen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Teilnehmerstation für ein Bussystem und ein Verfahren zur zeitoptimierten Datenübertragung in einem Bussystem.
Stand der Technik
Für die Kommunikation zwischen Sensoren und Steuergeräten hat das CAN-Bussystem eine weite Verbreitung gefunden, wie beispielsweise in Automobilen. Beim CAN-Bussystem werden Nachrichten mittels des CAN-Protokolls übertragen, wie es in der ISO11898 beschrieben ist. Insbesondere automobile Bussysteme entwickeln sich kontinuierlich zu höheren Bandbreiten, niedrigeren Latenzzeiten und strengerer Echtzeitfähigkeit. In jüngerer Zeit wurden hierfür zudem Techniken vorgeschlagen, wie beispielsweise CAN FD, bei welchen die maximal mögliche Datenrate durch Einsatz einer höheren Taktung im Bereich der Datenfelder über einen Wert von 1 MBit/s hinaus gesteigert ist. Solche Nachrichten werden nachfolgend auch als CAN FD-Rahmen oder CAN FD-Nachrichten bezeichnet. Bei CAN FD ist die Nutzdatenlänge von 8 auf bis zu 64 Bytes erweitert und sind die Datenübertragungsraten deutlich höher als bei CAN. Dies ist auch in der derzeitigen ISO-CD-11898-1 als CAN Protokoll-Spezifikation mit CAN FD spezifiziert.
Die Erweiterung des CAN-Protokolls oder CAN-Standards wurde neben vorrangig funktionalen Ergänzungen, wie z.B. TTCAN, in der letzten Zeit mit CAN FD besonders hinsichtlich der möglichen (höheren) Datenrate und der nutzbaren Datenpaketgröße erweitert, wobei die ureigenen CAN-Eigenschaften besonders in Form der Arbitrierung erhalten wurden. Bei der Arbitrierung wird ermittelt, welche der Teilnehmerstationen des Bussystems als Sender zumindest zeitweise einen exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf eine Busleitung des Bussystems hat.
Auf einem CAN-Bus beginnt jede Nachricht oder Botschaft mit einem dominanten SOF-Bit (SOF = StartOfFrame = Beginn der Nachricht). Hiernach folgt ein Arbitrierungsfeld mit 11 Bit gefolgt von Steuerungsbits und einem optionalen erweiterten Arbitrierungsfeld mit 29 Bits.
Im Arbitrierungsfeld des CAN werden die logischen Zustände einzelner Bits durch die elektrischen Zustände dominant und rezessiv abgebildet. Nach heutigem Stand der Technik werden die Bits auf dem CAN-Bus für den gesamten Rahmen oder die gesamte Nachricht oder Botschaft so codiert. Dieses Verfahren benötigt für einen Standard-Identifizierer 12 Bitzeiten, und für einen erweiterten Identifizierer (Extended Identifier) 32 Bitzeiten.
Laut Classic CAN Spezifikation und auch laut neuer Spezifikation gemäß der ISO-CD-11898-1, die CAN FD-Nachrichten mit einschließt, endet die CAN-Bit-Arbitrierung an dem Bit, das nach dem letzten Identifizierer-Bit (Identifier-Bit) kommt, wobei Stopf-Bits (Stuff-Bits) ausgenommen sind. Bis zu diesem Bit gibt ein Sender einer Classic CAN- oder CAN FD-Nachricht, der ein rezessives Bit sendet, aber stattdessen ein dominantes Bit auf dem CAN-Bus sieht, die Arbitrierung verloren und wird zum Empfänger einer CAN-Nachricht.
Bei der Erhöhung der CAN Übertragungsgeschwindigkeit begrenzt das Arbitrierungsfeld die Nettodatenrate. Das priorisierende und nicht destruktive Arbitrierungsverfahren auf dem CAN-Bus erfordert nämlich, dass jedes Bit zu jeder Teilnehmerstation oder Busknoten hin und zurück propagiert wird.
Somit kann bei einer gegebenen physikalischen Ausdehnung des Bussystems oder Netzwerkes die Baudrate während der Arbitrierung nicht beliebig erhöht werden.
Zur weiteren Erhöhung der CAN-Übertragungsgeschwindigkeit wäre es möglich, auf die Arbitrierung zu verzichten. Jedoch sind die Arbitrierungseigenschaften, nämlich priorisierend und nicht destruktiv, Alleinstellungsmerkmale des CAN-Protokolls und von den Anwendern sehr geschätzt.
Offenbarung der Erfindung
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Teilnehmerstation für ein Bussystem und ein Verfahren zur zeitoptimierten Datenübertragung in einem Bussystem bereitzustellen, welche die zuvor genannten Probleme lösen. Insbesondere sollen eine Teilnehmerstation für ein Bussystem und ein Verfahren zur zeitoptimierten Datenübertragung in einem Bussystem bereitgestellt werden, bei welchen die CAN-Übertragungsgeschwindigkeit gegenüber bisherigen Verfahren weiter erhöht wird.
Die Aufgabe wird durch eine Teilnehmerstation für ein Bussystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Teilnehmerstation umfasst eine Codiereinrichtung zum Codieren und/oder Decodieren von Bits einer Nachricht an/von mindestens eine/r weitere/n Teilnehmerstation des Bussystems, bei welchem zumindest zeitweise ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation auf eine Busleitung des Bussystems gewährleistet ist, wobei die Codiereinrichtung ausgestaltet ist, beim Codieren der Nachricht mindestens zwei Bits als Bitkombination einen vorbestimmten Spannungspegel für eine Bitzeit zuzuordnen, und/oder wobei die Codiereinrichtung ausgestaltet ist, beim Decodieren der Nachricht einem vorbestimmten Spannungspegel für eine Bitzeit mindestens zwei Bits als Bitkombination zuzuordnen.
Mit der Teilnehmerstation wird das Arbitrierungsverfahren beibehalten, jedoch die hierfür erforderliche Zeitdauer reduziert. Damit bleiben auch die Arbitrierungseigenschaften, nämlich priorisierend und nicht destruktiv, als Alleinstellungsmerkmale des CAN-Protokolls erhalten, so dass den Anforderungen der Anwender Rechnung getragen werden kann.
Die Teilnehmerstation ermöglicht, mehrere Bits des Arbitrierungsfeldes in einer einzelnen Bitzeit zu codieren. Eine Bitzeit ist hierbei die Zeit, welche zum Übertragen eines Bits auf der Busleitung des Bussystems benötigt wird. Diese Codierung wird erzielt, indem Bitkombinationen verschiedene Spannungspegel zugeordnet werden, oder mit anderen Worten, der Buszustand dominant graduiert wird.
Somit kann mit der Teilnehmerstation auch für Classic CAN-Nachrichten gegenüber dem Stand der Technik die CAN-Übertragungsgeschwindigkeit erhöht werden.
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Teilnehmerstation sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Möglicherweise beträgt die Anzahl der vorbestimmten Spannungspegel 2^N, wobei N die Anzahl der in einer Bitkombination zusammen codierten Bits ist.
Vorzugsweise ist die Codiereinrichtung ausgestaltet, die Bitkombination derart zu codieren, dass einem zeitlich früher in der Nachricht zu übertragenden Bit ein größerer Spannungspegel als einem zeitlich später in der Nachricht zu übertragenden Bit zugeordnet wird. Dadurch werden die Informationen auch in der bisherigen zeitlichen Reihenfolge codiert.
In einer speziellen Ausgestaltung kann die Codiereinrichtung ausgestaltet sein, zwei Bits als einen vorbestimmten Spannungspegel für eine Bitzeit zu codieren, wobei einer Bitkombination mit einem Bitcode 00 ein Spannungspegel von 0/3 eines Dominantspannungspegels U_D zugeordnet wird, wobei einer Bitkombination mit einem Bitcode 01 ein Spannungspegel von 1/3 des Dominantspannungspegels U_D zugeordnet wird, wobei einer Bitkombination mit einem Bitcode 10 ein Spannungspegel von 2/3 des Dominantspannungspegels U_D zugeordnet wird, und wobei einer Bitkombination mit einem Bitcode 11 ein Spannungspegel von 3/3 des Dominantspannungspegels U_D zugeordnet wird.
Es ist auch denkbar, dass die Nachricht im Nachrichtenkopf ein Arbitrierungsfeld aufweist und die Codiereinrichtung nur zum Codieren des Arbitrierungsfelds derart ausgestaltet ist, dass mindestens zwei Bits als Bitkombination ein vorbestimmter Spannungspegel für eine Bitzeit zugeordnet ist. In diesem Fall kann die Codiereinrichtung zudem zum Codieren von Bits nach dem Arbitrierungsfeld derart ausgestaltet sein, dass mindestens zwei Bits als Bitkombination ein vorbestimmter Spannungspegel für eine Bitzeit zugeordnet ist.
In einer Ausgestaltung ist es möglich, dass die Teilnehmerstation zudem eine Kommunikationssteuereinrichtung zum Erstellen oder Lesen einer Nachricht an/von mindestens eine/r weitere/n Teilnehmerstation des Bussystems aufweist, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung die Codiereinrichtung aufweist.
In einer Ausgestaltung ist es auch möglich, dass die Teilnehmerstation zudem eine Sende-/Empfangseinrichtung zum Senden oder Empfangen der Nachricht auf die Busleitung, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung die Codiereinrichtung aufweist.
Die zuvor beschriebene Teilnehmerstation kann Teil eines Bussystems sein, das zudem eine parallele Busleitung und mindestens zwei Teilnehmerstationen umfasst, welche über die Busleitung derart miteinander verbunden sind, dass sie miteinander kommunizieren können. Hierbei ist mindestens eine der mindestens zwei Teilnehmerstationen eine zuvor beschriebene Teilnehmerstation.
Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur zeitoptimierten Datenübertragung in einem Bussystem nach Patentanspruch 10 gelöst. Bei dem Bussystem ist eine Codiereinrichtung zum Codieren und/oder Decodieren von Bits einer Nachricht an/von mindestens eine/r weitere/n Teilnehmerstation des Bussystems ausgestaltet, bei welchem zumindest zeitweise ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation auf eine Busleitung des Bussystems gewährleistet ist. Das Verfahren weist den oder die Schritt/e auf: Codieren der Nachricht mit der Codiereinrichtung derart, dass mindestens zwei Bits als Bitkombination ein vorbestimmter Spannungspegel für eine Bitzeit zugeordnet wird, oder Decodieren der Nachricht mit der Codiereinrichtung derart, dass einem vorbestimmten Spannungspegel für eine Bitzeit mindestens zwei Bits als Bitkombination zugeordnet werden.
Das Verfahren bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Teilnehmerstation genannt sind.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Zeichnungen
Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Bussystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 eine Darstellung eines Beispiels für den Aufbau einer Nachricht bei dem Bussystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
3 einen Spannung-Zeit-Verlauf zur Darstellung der Codierung eines Bits der Nachricht von 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
4 mit 4A und 4B eine Gegenüberstellung einer Codierung eines Teils einer Nachricht gemäß dem Stand der Technik (4A) und einer Codierung eines Teils einer Nachricht gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (4B);
5 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Bussystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
6 eine Darstellung eines Beispiels für den Aufbau einer Nachricht bei dem Bussystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein Bussystem 1, das beispielsweise ein CAN-Bussystem, ein CAN FD-Bussystem, usw., sein kann. Das Bussystem 1 kann in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, einem Flugzeug, usw., oder im Krankenhaus usw. Verwendung finden.
In 1 hat das Bussystem 1 eine Busleitung 3, an die eine Vielzahl von Teilnehmerstationen 10, 20, 30 angeschlossen sind. Über die Busleitung 3 können Nachrichten N1, N2, N3 in der Form von Signalen zwischen den einzelnen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 übertragen werden. Die Teilnehmerstationen 10, 20, 30 können beispielsweise Steuergeräte, Sensoren, Anzeigevorrichtungen, usw. eines Kraftfahrzeugs sein.
Wie in 1 gezeigt, hat die Teilnehmerstation 10 eine Kommunikationssteuereinrichtung 11, eine Codiereinrichtung 12 und eine Sende-/Empfangseinrichtung 13. Die Teilnehmerstation 20 hat dagegen eine Kommunikationssteuereinrichtung 21, eine Codiereinrichtung 22 und eine Sende-/Empfangseinrichtung 23. Die Teilnehmerstation 30 hat eine Kommunikationssteuereinrichtung 31, eine Codiereinrichtung 32 und eine Sende-/Empfangseinrichtung 33. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 13, 23, 33 der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 sind jeweils direkt an die Busleitung 3 angeschlossen, auch wenn dies in 1 nicht dargestellt ist.
Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 21, 31 dienen jeweils zur Steuerung einer Kommunikation der jeweiligen Teilnehmerstation 10, 20, 30 über die Busleitung 3 mit einer anderen Teilnehmerstation der an die Busleitung 3 angeschlossenen Teilnehmerstationen 10, 20, 30.
Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 21, 31 können wie ein herkömmlicher CAN-Controller ausgeführt sein, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung 21 im Unterschied dazu noch zusätzlich die Codiereinrichtung 22 umfasst. Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 21, 31 erstellen und lesen erste Nachrichten N1, N1, N3, die beispielsweise Classic CAN-Nachrichten N1, N2, N3 sind. Die Classic CAN-Nachrichten N1, N2, N3 sind als Beispiel gemäß dem Classic CAN-Basisformat aufgebaut, bei welchem in jeder der Nachrichten N1, N2, N3 eine Anzahl von bis zu 8 Datenbytes umfasst sein können, wie in 2 für die Nachricht N1 gezeigt.
Die Sende-/Empfangseinrichtungen 13, 23, 33 können wie ein herkömmlicher CAN-Transceiver ausgeführt sein, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung 33 im Unterschied dazu noch zusätzlich die Codiereinrichtung 32 umfasst. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 13, 23, 33 sind ausgeführt, um Nachrichten N1, N2, N3 gemäß dem derzeitigen CAN-Basisformat für die zugehörige Kommunikationssteuereinrichtung 11, 21, 31 bereitzustellen oder von dieser zu empfangen.
2 zeigt eine von der Teilnehmerstation 10 gesendete Nachricht N1 im Classic CAN-Basisformat. Die Nachricht N1 hat ein SOF-Bit 41 sowie mehrere Nachrichtenfelder, wie ein Arbitrierungsfeld 42 (Arbitration field), ein Kontrollfeld 43 (Control field), ein Datenfeld 44 (Data field) und ein Prüfsummenfeld 45 (CRC field). Das Arbitrierungsfeld 42 umfasst in einem base-ID-Feld einen Identifizierer (Identifier) der Nachricht 4. Am Ende des Arbitrierungsfelds 42 ist ein RTR-Bit angeordnet. Das Kontrollfeld 43 beginnt mit einem IDE-Bit, gefolgt von einem FDF-Bit, an das sich ein DLC-Feld anschließt. Das Datenfeld 44 ist nicht vorhanden, wenn das DLC-Feld den Wert 0 hat oder das RTR-Bit rezessiv gesendet wird. Das Prüfsummenfeld 45 enthält in einem CRC-seq-Feld eine CRC-Checksumme und endet mit einem sich daran anschließenden CRC-Delimiter CRC-Del. Die genannten Felder und Bits sind aus der ISO-CD-11898-1 bekannt und sind daher hier nicht näher beschrieben.
Bei der in 2 gezeigten Nachricht N1 endet laut Classic CAN-Spezifikation und auch laut neuer CAN FD-Spezifikation, die CAN FD-Nachrichten mit einschließt, die CAN Bit-Arbitrierung an dem Bit, das nach dem letzten Bit des Identifizierers kommt. Ausgenommen davon sind Stopf-Bits (Stuff-Bits). Bei der Arbitrierung wird ermittelt, welche Teilnehmerstation der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 im Bussystem 1 auf die Busleitung 3 senden darf, wobei die sendende Teilnehmerstation der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 während dieser Zeit einen exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf die Busleitung 3 hat.
In der Classic CAN Nachricht N1 von 2 ist das Bit nach dem letzten Bit des Identifizierers im base-ID-Feld das RTR-Bit. Das RTR-Bit ist dabei rezessiv in einer nicht dargestellten Remote-Nachricht (Remote Frame) und dominant in einer Datennachricht (Data Frame). In CAN FD-Nachrichten wird anstelle des RTR-Bits ein dominantes RRS-Bit oder „reserved bit“ gesendet. Bis zu, genauer gesagt nach, dem RTR-Bit oder RRS-Bit gibt eine Sende-/Empfangseinrichtung (Transmitter) der Sende-/Empfangseinrichtungen 13, 23, 33, die ein rezessives Bit sendet, aber stattdessen ein dominantes Bit auf der Busleitung 3 als CAN-Bus sieht, die Arbitrierung verloren und wird zum Empfänger (Receiver).
3 und 4 veranschaulichen die Funktionsweise der Codiereinrichtungen 12, 22, 32.
In 3 sind die vier aufeinanderfolgende Buszustände für vier Bitzeiten T_B gezeigt. Hierbei sind nur die Buszustände der beiden mittleren Bitzeiten T_B für die gesamte Bitzeit T_B vollständig gezeigt. Mögliche Buszustände sind ein dominanter Buszustand 47 und ein rezessiver Buszustand 48. Für den dominanten Buszustand 47 gibt es in 3 für CAN_H einen ersten dominanten Buszustand 47_H_1, einen zweiten dominanten Buszustand 47_H_2 und einen dritten dominanten Buszustand 47_H_3. Außerdem gibt es in 3 für CAN_L für den dominanten Buszustand 47 einen ersten dominanten Buszustand 47_L_1, einen zweiten dominanten Buszustand 47_L_2 und einen dritten dominanten Buszustand 47_L_3.
Wie in 3 dargestellt, unterscheiden sich die dominanten Buszustände 47 für CAN_L und die dominanten Buszustände 47 für CAN_H jeweils durch die Spannungspegel. Die ersten dominanten Buszustände 47_H_1, 47_L_1 bilden eine Spannungsdifferenz U_Diff aus, die 1/3 eines Dominantspannungspegels U_D entspricht. Die zweiten dominanten Buszustände 47_H_2, 47_L_2 bilden eine Spannungsdifferenz U_Diff aus, die 2/3 des Dominantspannungspegels U_D entspricht. Die dritten dominanten Buszustände 47_H_3, 47_L_3 bilden eine Spannungsdifferenz U_Diff aus, die 3/3 des Dominantspannungspegels U_D entspricht. Der rezessive Buszustand 48 bildet eine Spannungsdifferenz U_Diff aus, die 0/3 des Dominantspannungspegels U_D entspricht. Der rezessive Buszustand 48 ist also gleich der Mittenspannung auf der Busleitung 3, wie zuvor in anderen Worten genannt.
Bei dem in 3 gezeigten Spezialfall von zwei zusammen codierten Bits gibt es also nicht mehr nur die beiden Dominantspannungspegel U_D = 0/1 und U_D = 1/1, sondern, wie zuvor beschrieben, die vier Dominantspannungspegel U_D 0/3, 1/3, 2/3 und 3/3.
Die Codiereinrichtungen 12, 22, 32 sind jeweils in der Lage, mehrere Bits des Arbitrierungsfeldes 42 in einer einzelnen oder gemeinsamen Bitzeit T_B zu kodieren. Hierfür ordnet die jeweilige Codiereinrichtung 12, 22, 32 Bitkombinationen einen der zuvor genannten verschiedenen Spannungspegel zu, wie in der folgenden Tabelle 1 angegeben: Tabelle 1

Bitkombination oder Bitcode Spannungsdifferenz Udiff

00 0/3 U_D

01 1/3 U_D

10 2/3 U_D

11 3/3 U_D
Bei dem Beispiel von 3 und Tabelle 1 sind jeweils 2 Bits in 4 unterschiedlichen Spannungshüben oder -differenzen Udiff codiert. Hierbei erzeugt das linke oder höherwertige Bit einen großen und das rechte oder niederwertige Bit einen kleinen Spannungshub. Im Vergleich zu den bekannten Zuständen müssen hierfür bei dem vorliegenden Beispiel lediglich zwei weitere Zustände ergänzt werden, nämlich 1/3 und 2/3 U_D. Den zwei Bits wird also als Bitkombination ein vorbestimmter Spannungspegel für eine Bitzeit T_B zugeordnet, nämlich der Bitkombination 01 wird der vorbestimmte Spannungspegel 1/3 U_D zugeordnet usw.
Mit anderen Worten, die Codiereinrichtungen 12, 22, 32 ist ausgestaltet, den Buszustand dominant zu graduieren oder den dominanten Buszustand 47 zu graduieren. Die Codiereinrichtungen 12, 22, 32 sind also ausgestaltet, die Nachrichten N1 mit einer Multi-Level-Technik zu codieren.
In 4 ist für das genannte Beispiel von zwei zusammen codierten Bits im linken Bereich als 4A der Start einer bitweisen Arbitrierung nach dem Stand der Technik gezeigt. Im rechten Bereich von 4 ist als 4B dieselbe Arbitrierung mit der zuvor beschriebenen Multi Level Technik codiert. Bei dem in 4 gezeigten Beispiel wurde das SOF-Bit oder die SOF-Kennung (Flag) mit eincodiert, auch wenn dies nicht zwingend notwendig ist.
Wie aus 4 ersichtlich, werden die drei Nachrichten N1, N2, N3 auf den Bus gesendet. Hierbei verliert die Nachricht N1 bei dem Zeitpunkt Z1 die Arbitrierung. Die Nachricht N3 verliert dagegen bei dem Zeitpunkt Z3 die Arbitrierung. Somit wird danach nur die Nachricht N2 über die Busleitung gesendet, wohingegen die Sender der Nachrichten N1, N3 zum Empfänger der Nachricht N2 werden.
Auf diese Weise kann die Arbitrierungsphase reduziert werden. Die Codiereinrichtungen 12, 22, 32 führen also ein Verfahren zur zeitoptimierten Datenübertragung in dem Bussystem 1 mit den Merkmalen aus, wie zuvor beschrieben. Im Falle der zuvor beschriebenen 2-Bit-Codierung reduziert sich die Arbitrierungsphase auf 50%, wie in 4 sehr anschaulich gezeigt. Außerdem bleibt die priorisierende und nicht destruktive Arbitrierung in dem Bussystem 1 erhalten, was für eine gute Akzeptanz der zuvor beschriebenen Codierung bei den Anwendern sorgen wird.
Das Verfahren funktioniert auch mit Codierungen mit mehr als zwei Bit in einer Bitzeit T_B. Die Anzahl der erforderlichen Spannungspegel beträgt 2^N, wobei N die Anzahl der zusammen zu codierenden Bits ist. N ist eine ganze Zahl.
Werden mehr als zwei Bit zusammen codiert, reduziert sich die Arbitrierungsphase zeitlich noch mehr. Bei 3 Bits auf 1/3, bei vier Bits auf 1/4 der Zeit gemäß dem Stand der Technik usw..
Je höher jedoch die Zahl der zusammen zu codierenden Bits ist, desto höher sind die Anforderungen an das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) der Nachrichten N1, N2, N3. Die Anzahl der zusammen zu codierenden Bits ist also je nach Fall geeignet zu wählen. Sind die Umstände so, dass das zu erwartende Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) nicht ausreichend ist, können die Codiereinrichtungen 12, 22, 32 gegebenenfalls auch eine Codierung nach dem Stand der Technik ausführen.
Um die auf die zuvor beschriebene Weise mit der Multi-Level-Technik codierten Nachrichten N1, N2, N3 wieder lesen zu können, können die Codiereinrichtungen 12, 22, 32 ausgestaltet sein, die empfangenen, mit Multi-Level-Technik codierten Nachrichten N1, N2, N3 entsprechend zu decodieren. Hierfür können die Codiereinrichtung 12, 22, 32, beim Decodieren der Nachrichten N1, N2, N3 einem vorbestimmten Spannungspegel für eine Bitzeit (T_B) mindestens zwei Bits als Bitkombination zuzuordnen.
In einer Modifikation des vorliegenden Ausführungsbeispiels geht das zuvor beschriebene Codierungsverfahren, das ein Verfahren zur zeitoptimierten Datenübertragung in dem Bussystem 1 ist, über das Arbitrierungsfeld 42 oder Identifiziererfeld hinaus. Dadurch kann die Übertragungsrate über die gesamte CAN-Nachricht N1, N2, N3 erhöht werden. Dies ist besonders hilfreich, wenn keine anderen effizienten Codierungen oder Modulationen für die Nachrichtenfelder bereitstehen, bei welchen der bitweise Abgleich von Zuständen der einzelnen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 nicht erforderlich ist.
In einer weiteren Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels kann das Bussystem 1 auch mindestens eine Teilnehmerstation aufweisen, welche nicht nur Classic CAN-Nachrichten N1, N2, N3 erstellen und senden oder empfangen und lesen kann, sondern welche auch CAN FD-Nachrichten erstellen und senden als auch empfangen und lesen kann. Bei solchen Teilnehmerstationen sind die Kommunikationssteuereinrichtung und die Sende-/Empfangseinrichtung entsprechend aufgebaut.
In einer weiteren Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels hat das Bussystem 1 auch mindestens zwei Teilnehmerstationen, welche nur CAN FD-Nachrichten erstellen und senden oder empfangen und lesen können. Es ist auch möglich, dass alle Teilnehmerstationen nur CAN FD-Nachrichten erstellen und senden oder empfangen und lesen. Bei solchen Teilnehmerstationen sind die Kommunikationssteuereinrichtung und die Sende-/Empfangseinrichtung entsprechend aufgebaut.
5 zeigt ein Bussystem 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit Teilnehmerstationen 100, 200, 300, die an eine Busleitung 3 angeschlossen sind. Die Teilnehmerstation 100 hat eine Kommunikationssteuereinrichtung 110, eine Codiereinrichtung 120 und eine Sende-/Empfangseinrichtung 130. Die Teilnehmerstation 200 hat dagegen eine Kommunikationssteuereinrichtung 210, eine Codiereinrichtung 220 und eine Sende-/Empfangseinrichtung 230. Die Teilnehmerstation 300 hat eine Kommunikationssteuereinrichtung 310, eine Codiereinrichtung 320 und eine Sende-/Empfangseinrichtung 330. Auch die Sende-/Empfangseinrichtungen 130, 230, 330 der Teilnehmerstationen 100, 200, 300 sind jeweils direkt an die Busleitung 3 angeschlossen, auch wenn dies in 5 nicht dargestellt ist. Die Teilnehmerstationen 100, 200, 300 sind bis auf die nachfolgenden Unterschiede ausgeführt, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die Teilnehmerstation 100 versendet erste Nachrichten N4, die beispielsweise eine Classic CAN-Nachricht im erweiterten Format ist, wie in 6 gezeigt. Die Teilnehmerstation 200 versendet Nachrichten N5, die beispielsweise eine erste Variante einer CAN FD-Nachricht im erweiterten Format ist, bei welcher in der Nachricht N5 eine Anzahl von bis zu 16 Datenbytes umfasst sein können. Die Teilnehmerstation 200 kann alternativ auch Nachrichten N6 versenden, die beispielsweise eine CAN FD-Nachricht im erweiterten Format ist, bei welcher in der Nachricht N6 eine Anzahl von 20 bis 64 Datenbytes umfasst sein können, wie in 5 gezeigt. Die Teilnehmerstation 300 kann entweder Nachrichten N4 oder N5 oder N6 versenden.
Gemäß 6 hat die Nachricht N4 ein SOF-Bit 51 sowie mehrere Nachrichtenfelder, wie ein Arbitrierungsfeld 52 (Arbitration field), ein Kontrollfeld 53 (Control field), ein Datenfeld 54 (Data field) und ein Prüfsummenfeld 55 (CRC field). Das Arbitrierungsfeld 52 umfasst in dem base-ID-Feld und dem ID-ext-Feld einen Identifizierer (Identifier) der Nachricht N4. Zwischen dem base-ID-Feld und dem ID-ext-Feld sind jeweils ein SRR-Bit und ein IDF-Bit vorgesehen. Am Ende des Arbitrierungsfelds 52 ist ein RTR-Bit angeordnet. Das Kontrollfeld 53 beginnt mit einem FDF-Bit, gefolgt von einem r0-Bit. Das Datenfeld 54 ist nicht vorhanden, wenn das DLC-Feld des Kontrollfelds 53 den Wert 0 hat oder das RTR-Bit rezessiv ist. Ansonsten ist die Nachricht N4 auf die gleiche Weise aufgebaut wie die Nachricht N1 von 2.
Auch die Nachrichten N5 und N6 haben einen erweiterten Identifizierer ähnlich zu der Nachricht N4. Die genauen Formate der Nachrichten N5 und N6 sind auch aus der ISO-CD-11898-1 bekannt und sind daher hier nicht näher beschrieben.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Nachricht N4 oder nur ihr Arbitrierungsfeld 52 codiert werden, wie in Bezug auf das vorangehende Ausführungsbeispiel und seine Modifikationen beschrieben. Das Gleiche gilt für die Nachrichten N5, N6 oder nur deren Arbitrierungsfelder.
Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen des Bussystems 1, 2, der Teilnehmerstationen 10, 20, 30, 100, 200, 300 und des Verfahrens können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere können alle Merkmale der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele und/oder deren Modifikationen beliebig kombiniert werden. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
Das zuvor beschriebene Bussystem 1, 2 gemäß den Ausführungsbeispielen ist anhand eines auf dem CAN-Protokoll basierenden Bussystems beschrieben. Das Bussystem 1, 2 gemäß den Ausführungsbeispielen kann jedoch auch eine andere Art von Kommunikationsnetz sein. Es ist vorteilhaft, jedoch nicht zwangsläufige Voraussetzung, dass bei dem Bussystem 1 zumindest für bestimmte Zeitspannen ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation 10, 20, 30, 100, 200, 300 auf einen gemeinsamen Kanal gewährleistet ist.
Die Anzahl und Anordnung der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 in dem Bussystem 1 des ersten Ausführungsbeispiels ist beliebig. Zudem ist die Anzahl und Anordnung der Teilnehmerstationen 100, 200, 300 in dem Bussystem 2 des ersten Ausführungsbeispiels beliebig. Insbesondere kann auch die Teilnehmerstation 20 oder 30 in dem Bussystem 1 entfallen. Insbesondere kann auch die Teilnehmerstationen 200 oder 300 in dem Bussystem 2 entfallen. Es ist auch möglich, dass eine oder mehrere der Teilnehmerstationen 20 oder 30 in dem Bussystem 1 vorhanden sind. Es ist auch möglich, dass eine oder mehrere der Teilnehmerstationen 200 oder 300 in dem Bussystem 2 vorhanden sind. Es können auch Teilnehmerstationen 10, 20, 30, 100, 200, 300 oderbeliebige Kombinationen davon in dem Bussystem 1 vorhanden sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO11898 [0002]
ISO-CD-11898-1 [0002]
ISO-CD-11898-1 [0006]
ISO-CD-11898-1 [0040]
ISO-CD-11898-1 [0063]

Claims

Teilnehmerstation (10; 20; 30; 100; 200; 300) für ein Bussystem (1; 2), mit einer Codiereinrichtung (12; 22; 32; 120; 220; 320) zum Codieren und/oder Decodieren von Bits einer Nachricht (N1; N2; N3; N4; N5; N6) an/von mindestens eine/r weitere/n Teilnehmerstation des Bussystems (1; 2), bei welchem zumindest zeitweise ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation (10, 20, 30; 100, 200, 300) auf eine Busleitung (3) des Bussystems (1; 2) gewährleistet ist, wobei die Codiereinrichtung (12; 22; 32; 120; 220; 320) ausgestaltet ist, beim Codieren der Nachricht (N1; N2; N3; N4; N5; N6) mindestens zwei Bits als Bitkombination einen vorbestimmten Spannungspegel für eine Bitzeit (T_B) zuzuordnen, und/oder wobei die Codiereinrichtung (12; 22; 32; 120; 220; 320) ausgestaltet ist, beim Decodieren der Nachricht (N1; N2; N3; N4; N5; N6) einem vorbestimmten Spannungspegel für eine Bitzeit (T_B) mindestens zwei Bits als Bitkombination zuzuordnen.
Teilnehmerstation (10; 20; 30; 100; 200; 300) nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der vorbestimmten Spannungspegel 2^N beträgt, und wobei N die Anzahl der in einer Bitkombination zusammen codierten Bits ist.
Teilnehmerstation (10; 20; 30; 100; 200; 300) nach Anspruch 1, wobei die Codiereinrichtung (12; 22; 32; 120; 220; 320) ausgestaltet ist, die Bitkombination derart zu codieren, dass einem zeitlich früher in der Nachricht zu übertragenden Bit ein größerer Spannungspegel als einem zeitlich später in der Nachricht zu übertragenden Bit zugeordnet wird.
Teilnehmerstation (10; 20; 30; 100; 200; 300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Codiereinrichtung (12; 22; 32; 120; 220; 320) ausgestaltet ist, zwei Bits als einen vorbestimmten Spannungspegel für eine Bitzeit (T_B) zu codieren, wobei einer Bitkombination mit einem Bitcode 00 ein Spannungspegel von 0/3 eines Dominantspannungspegels U_D zugeordnet wird, wobei einer Bitkombination mit einem Bitcode 01 ein Spannungspegel von 1/3 des Dominantspannungspegels U_D zugeordnet wird, wobei einer Bitkombination mit einem Bitcode 10 ein Spannungspegel von 2/3 des Dominantspannungspegels U_D zugeordnet wird, und wobei einer Bitkombination mit einem Bitcode 11 ein Spannungspegel von 3/3 des Dominantspannungspegels U_D zugeordnet wird.
Teilnehmerstation (10; 20; 30; 100; 200; 300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Nachricht (N1; N2; N3; N4; N5; N6) im Nachrichtenkopf ein Arbitrierungsfeld (42; 52) aufweist und die Codiereinrichtung (12; 22; 32; 120; 220; 320) nur zum Codieren des Arbitrierungsfelds (42; 52) derart ausgestaltet ist, dass mindestens zwei Bits als Bitkombination ein vorbestimmter Spannungspegel für eine Bitzeit (T_B) zugeordnet ist.
Teilnehmerstation (10; 20; 30; 100; 200; 300) nach Anspruch 5, wobei die Codiereinrichtung (12; 22; 32; 120; 220; 320) zudem zum Codieren von Bits nach dem Arbitrierungsfeld (42; 52) derart ausgestaltet ist, dass mindestens zwei Bits als Bitkombination ein vorbestimmter Spannungspegel für eine Bitzeit (T_B) zugeordnet ist.
Teilnehmerstation (10; 20; 30; 100; 200; 300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, zudem mit einer Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31; 110; 210; 310) zum Erstellen oder Lesen einer Nachricht (N1, N2, N3; N4, N5, N6) an/von mindestens eine/r weitere/n Teilnehmerstation des Bussystems (1; 2), wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (21; 210) die Codiereinrichtung (22; 220) aufweist.
Teilnehmerstation (20; 30; 200; 300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, zudem mit einer Sende-/Empfangseinrichtung (13; 23; 33; 130; 230; 330) zum Senden oder Empfangen der Nachricht (N1, N2, N3; N4, N5, N6) auf die Busleitung (3), wobei die Sende-/Empfangseinrichtung (33; 330) die Codiereinrichtung (22; 220) aufweist.
Bussystem (1; 2), mit einer parallelen Busleitung (3), und mindestens zwei Teilnehmerstationen (10; 20; 30; 100; 200; 300), welche über die Busleitung (3) derart miteinander verbunden sind, dass sie miteinander kommunizieren können, wobei mindestens eine der mindestens zwei Teilnehmerstationen (10; 20; 30; 100; 200; 300) eine Teilnehmerstation (20; 30; 200; 300) nach einem der vorangehenden Ansprüche ist.
Verfahren zur zeitoptimierten Datenübertragung in einem Bussystem (1; 2), bei welchem eine Codiereinrichtung (12; 22; 32; 120; 220; 320) zum Codieren und/oder Decodieren von Bits einer Nachricht (N1; N2; N3; N4; N5; N6) an/von mindestens eine/r weitere/n Teilnehmerstation (10; 20; 30; 100; 200; 300) des Bussystems (1; 2) ausgestaltet ist, bei welchem zumindest zeitweise ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation (10, 20, 30; 100, 200, 300) auf eine Busleitung (3) des Bussystems (1; 2) gewährleistet ist, wobei das Verfahren den oder die Schritt/e aufweist: Codieren der Nachricht (N1; N2; N3; N4; N5; N6) mit der Codiereinrichtung (12; 22; 32; 120; 220; 320) derart, dass mindestens zwei Bits als Bitkombination ein vorbestimmter Spannungspegel für eine Bitzeit (T_B) zugeordnet wird, oder Decodieren der Nachricht (N1; N2; N3; N4; N5; N6) mit der Codiereinrichtung (12; 22; 32; 120; 220; 320) derart, dass einem vorbestimmten Spannungspegel für eine Bitzeit (T_B) mindestens zwei Bits als Bitkombination zugeordnet werden.