DE102020214536A1 - Subscriber station for a serial bus system and method for communication in a serial bus system - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Teilnehmerstation (10; 30) für ein serielles Bussystem (1) und ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem (1) bereitgestellt. Die Teilnehmerstation (10; 30) hat eine Kommunikationssteuereinrichtung (11; 31) zum Steuern einer Kommunikation der Teilnehmerstation (10; 20; 30) mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation (10; 20; 30) des Bussystems (1) und zur Auswertung eines von einem Bus (40) des Bussystems (1) empfangenen Signals (VDIFF), bei dem sich die Bitzeit (t_btl) in einer ersten Kommunikationsphase (451) unterscheiden kann von einer Bitzeit (t_bt2) in einer zweiten Kommunikationsphase (452), wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 31) ausgestaltet ist, das von dem Bus (40) empfangene Signal (VDIFF), das auf einem von einer anderen Teilnehmerstation (10; 20; 30) erzeugten Sendesignal (TxD_TC) basiert, gemäß einem vorbestimmten Rahmen (450) abzutasten und auszuwerten.A subscriber station (10; 30) for a serial bus system (1) and a method for communication in a serial bus system (1) are provided. The subscriber station (10; 30) has a communication control device (11; 31) for controlling communication between the subscriber station (10; 20; 30) and at least one other subscriber station (10; 20; 30) in the bus system (1) and for evaluating one of a bus (40) of the bus system (1) received signal (VDIFF), in which the bit time (t_btl) in a first communication phase (451) can differ from a bit time (t_bt2) in a second communication phase (452), the communication control device (11; 31) is designed to sample the signal (VDIFF) received from the bus (40), which is based on a transmission signal (TxD_TC) generated by another subscriber station (10; 20; 30), according to a predetermined frame (450). and evaluate.
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem und ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem, das mit hoher Datenrate sowie großer Flexibilität und großer Fehlerrobustheit arbeitet.The present invention relates to a subscriber station for a serial bus system and a method for communication in a serial bus system, which works with a high data rate, as well as great flexibility and great immunity to errors.
Stand der TechnikState of the art
Bussysteme für die Kommunikation zwischen Sensoren und Steuergeräten, beispielsweise in Fahrzeugen, sollen je nach der Anzahl an Funktionen einer technischen Anlage bzw. eines Fahrzeugs, die Übertragung einer großen Datenmenge ermöglichen. Dabei wird oft gefordert, dass die Daten schneller vom Sender zum Empfänger zu übertragen sind als bisher und bei Bedarf auch große Datenpakete übertragbar sind.Bus systems for communication between sensors and control devices, for example in vehicles, should enable the transmission of a large amount of data depending on the number of functions of a technical system or a vehicle. It is often required that the data can be transmitted from the sender to the receiver faster than before and, if necessary, that large data packets can also be transmitted.
Bei Fahrzeugen ist derzeit ein Bussystem in der Einführungsphase, in welchem Daten als Nachrichten im Standard ISO11898-1:2015 als CAN Protokoll-Spezifikation mit CAN FD übertragen werden. Die Nachrichten werden zwischen den Busteilnehmern des Bussystems, wie Sensor, Steuergerät, Geber, usw., übertragen. Hierfür wird die Nachricht auf den Bus in einem Rahmen gesendet, in dem zwischen zwei Kommunikationsphasen umgeschaltet wird. In der ersten Kommunikationsphase (Arbitration) wird ausgehandelt, welche der Teilnehmerstationen des Bussystems in der nachfolgenden zweiten Kommunikationsphase (Datenphase bzw. Senden der Nutzdaten) ihren Rahmen auf den Bus senden darf. CAN FD wird von den meisten Herstellern im ersten Schritt mit 500kbit/s Arbitrationsbitrate und 2Mbit/s Datenbitrate im Fahrzeug eingesetzt. Es ist also bei der Übertragung auf dem Bus zwischen einer langsamen Betriebsart und einer schnellen Betriebsart hin und her zu schalten.In vehicles, a bus system is currently in the introductory phase, in which data is transmitted as messages in the ISO11898-1:2015 standard as a CAN protocol specification with CAN FD. The messages are transmitted between the bus users of the bus system, such as sensors, control units, encoders, etc. To do this, the message is sent on the bus in a frame in which there is a switch between two communication phases. In the first communication phase (arbitration) it is negotiated which of the subscriber stations of the bus system is allowed to send its frame to the bus in the subsequent second communication phase (data phase or sending the user data). CAN FD is used by most manufacturers in the first step with an arbitration bit rate of 500 kbit/s and a data bit rate of 2 Mbit/s in the vehicle. It is therefore necessary to switch back and forth between a slow operating mode and a fast operating mode during transmission on the bus.
Um noch größere Datenraten in der zweiten Kommunikationsphase zu ermöglichen, wird derzeit ein Nachfolgebussystem für CAN FD entwickelt, das CAN XL genannt wird und derzeit bei der Organisation CAN in Automation (CiA) standardisiert wird. CAN XL soll neben dem reinen Datentransport über den CAN-Bus auch andere Funktionen unterstützen, wie funktionale Sicherheit (Safety), Datensicherheit (Security) und Dienstgüte (QoS = Quality of Service). Dies sind elementare Eigenschaften, die in einem autonom fahrenden Fahrzeug benötigt werden.In order to enable even higher data rates in the second communication phase, a successor bus system for CAN FD is currently being developed, which is called CAN XL and is currently being standardized by the CAN in Automation (CiA) organization. In addition to pure data transport via the CAN bus, CAN XL should also support other functions such as functional safety (safety), data security (security) and quality of service (QoS = Quality of Service). These are elementary properties that are required in an autonomously driving vehicle.
CAN XL soll in der Datenphase hohe Bitraten unterstützen, beispielsweise bis zu 15 Mbit/s oder sogar 20 Mbit/s. Um dies zu erreichen, werden Sende-Empfangseinrichtungen verwendet, deren Betriebsart sich umschalten lässt, um die geforderten hohen Bitraten in der Datenphase zu erreichen. Dagegen bleibt die Bitrate in der Arbitrationsphase bei ca. 500 kbit/s, um die Arbitration zu ermöglichen. Um besonders hohe Bitraten in der Datenphase verwenden zu können, kann die Sende-Empfangseinrichtung, die derzeit für CAN XL standardisiert wird, ihre Betriebsart umschalten. Damit für die Signalisierung der Betriebsartumschaltung kein weiterer Anschluss (Pin) benötigt wird, wird ein MICI-Modul (MICI = Media Independent CAN Interface) zwischen einer Kommunikationssteuereinrichtung, insbesondere ihrem Protokoll-Controller, und einer Sende-Empfangseinrichtung verwendet.CAN XL should support high bit rates in the data phase, for example up to 15 Mbit/s or even 20 Mbit/s. In order to achieve this, transceivers are used whose operating mode can be switched in order to achieve the required high bit rates in the data phase. In contrast, the bit rate in the arbitration phase remains at around 500 kbit/s to enable arbitration. In order to be able to use particularly high bit rates in the data phase, the transceiver, which is currently being standardized for CAN XL, can switch its operating mode. A MICI module (MICI=Media Independent CAN Interface) is used between a communication control device, in particular its protocol controller, and a transceiver so that no further connection (pin) is required for signaling the operating mode changeover.
Bei CAN XL signalisiert die Kommunikationssteuereinrichtung, insbesondere ihr Protokoll-Controller, der Sende-Empfangseinrichtung, dass die Sende-Empfangseinrichtung ihre Betriebsart von langsam nach schnell oder von schnell nach langsam umzuschalten hat. Für die Signalisierung verwendet die Kommunikationssteuereinrichtung, insbesondere ihr Protokoll-Controller, oder das nachgeschaltete MICI-Modul, eine Codierung mittels Pulsweitenmodulation, was auch PWM-Codierung genannt wird. Die Sende-Empfangseinrichtung führt eine PWM-Decodierung durch, um die einzelnen Bits als Differenzspannung auf dem CAN Bus treiben zu können.In the case of CAN XL, the communication control device, in particular its protocol controller, signals the transceiver that the transceiver has to switch its operating mode from slow to fast or from fast to slow. For the signaling, the communication control device, in particular its protocol controller, or the downstream MICI module, uses a coding by means of pulse width modulation, which is also called PWM coding. The transceiver performs a PWM decoding in order to be able to drive the individual bits as a differential voltage on the CAN bus.
Problematisch ist, dass die PWM-Codierung in der Kommunikationssteuereinrichtung und die entsprechende PWM-Decodierung in der Sende-Empfangseinrichtung Zeit benötigen. Daher ist die Laufzeit von der sendenden Kommunikationssteuereinrichtung zu einer empfangenden Kommunikationssteuereinrichtung während der Datenphase und einem ADH-Bit am Ende der Datenphase länger als während der Arbitrations-Phase. Während eines DAS-Felds, das beim Übergang von der Datenphase zu der Arbitrationsphase in einem CAN XL-Rahmen vorgesehen ist, muss sich eine Teilnehmerstation, die derzeit nur Empfänger einer über den Bus übertragenen Nachricht ist (Empfangsknoten), auf die verkürzte Laufzeit zwischen der sendenden Teilnehmerstation (Sendeknoten) und dem Empfangsknoten synchronisieren. Das dafür vorgesehene Bit in dem DAS-Feld kann jedoch aufgrund der Laufzeitverkürzung zu früh enden. Dadurch kann der Empfangsknoten dieses Bit nicht unter allen Umständen sicher abtasten und so auch nicht richtig synchronisieren.The problem is that the PWM coding in the communication control device and the corresponding PWM decoding in the transceiver require time. Therefore, the propagation time from the sending communication control device to a receiving communication control device is longer during the data phase and an ADH bit at the end of the data phase than during the arbitration phase. During a DAS field, which is intended for the transition from the data phase to the arbitration phase in a CAN XL frame, a subscriber station, which is currently only the recipient of a message transmitted via the bus (receiving node), must adapt to the shortened runtime between the synchronizing the sending subscriber station (sending node) and the receiving node. However, the bit provided for this in the DAS field can end too early due to the runtime reduction. As a result, the receiving node cannot reliably sample this bit under all circumstances and therefore cannot synchronize correctly.
Als Folge davon bleibt der Phasenfehler im Empfangsknoten bestehen, der durch die verkürzte Laufzeit beim Umschalten von der Datenphase in die Arbitrationsphase entstanden ist. Dadurch ist das CAN XL Protokoll nicht funktionsfähig bzw. keine zuverlässige und robuste Kommunikation möglich.As a result, the phase error in the receiving node remains, which was caused by the shortened propagation time when switching from the data phase to the arbitration phase. As a result, the CAN XL protocol is not functional or reliable and robust communication is not possible.
Noch dazu ist es möglich, dass der Empfangsknoten einen Formatfehler des derzeit gesendeten Rahmens erkennt, wenn er ein AH1-Bit in dem DAS-Feld als 0 abgetastet hat. Dies führt dazu, dass der Rahmen in dem Empfangsknoten als ungültig verworfen wird. Dies ist ein systematischer Fehler und bedeutet, dass gewisse Bitraten-Einstellungen bei CAN XL nicht möglich sind und andere Bitraten-Einstellungen nicht robust funktionieren.In addition, it is possible for the receiving node to detect a format error in the frame currently being sent if it has sampled an AH1 bit in the DAS field as a 0. This results in the frame being discarded as invalid in the receiving node. This is a systematic error and means that certain bit rate settings are not possible with CAN XL and other bit rate settings do not work robustly.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem und ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem bereitzustellen, welche die zuvor genannten Probleme lösen. Insbesondere sollen eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem und ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem bereitgestellt werden, bei welchen auch bei hoher Datenrate, ohne Ausnahmen für gewisse Bitraten, und einer Steigerung der Menge der Nutzdaten pro Rahmen eine große Fehlerrobustheit der Kommunikation realisierbar ist.It is therefore the object of the present invention to provide a subscriber station for a serial bus system and a method for communication in a serial bus system which solve the aforementioned problems. In particular, a subscriber station for a serial bus system and a method for communication in a serial bus system are to be provided, in which a high error robustness of the communication can be realized even with a high data rate, without exceptions for certain bit rates, and an increase in the amount of user data per frame.
Die Aufgabe wird durch eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Teilnehmerstation hat eine Kommunikationssteuereinrichtung zum Steuern einer Kommunikation der Teilnehmerstation mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation des Bussystems, und zur Auswertung eines von einem Bus des Bussystems empfangenen Signals, bei dem sich die Bitzeit in einer ersten Kommunikationsphase unterscheiden kann von einer Bitzeit in einer zweiten Kommunikationsphase, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, das von dem Bus empfangene Signal, das auf einem von einer anderen Teilnehmerstation erzeugten Sendesignal basiert, gemäß einem vorbestimmten Rahmen abzutasten und auszuwerten, wobei in dem vorbestimmten Rahmen ein vorbestimmtes Feld, das einen Übergang von der zweiten Kommunikationsphase in die erste Kommunikationsphase anzeigt, zwischen einer steigenden Flanke und der darauffolgenden fallenden Flanke zwei Bits mit dem logischen Wert 1 hat, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, nach Abtasten des ersten Bits des vorbestimmten Felds in dem von dem Bus empfangenen Signal, an der auf den Beginn des vorbestimmten Felds folgenden fallenden Flanke eine Synchronisation auszuführen, und wobei die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, einen Rahmen, den die Kommunikationssteuereinrichtung aus dem von dem Bus empfangenen Signal abgetastet hat, auch dann als vorbestimmten Rahmen und daher als gültig in Bezug auf das vorbestimmte Feld zu bewerten, wenn in dem von dem Bus empfangenen Signal vor der Synchronisation nicht der logische Wert 1 für das zweite Bit des vorbestimmten Felds abgetastet wurde.The object is achieved by a subscriber station for a serial bus system having the features of
Die beschriebene Teilnehmerstation kann sich als CAN XL Empfangsknoten in einem DAS-Feld am Ende der Datenphase robust synchronisieren. Die Synchronisation ist damit nicht mehr abhängig von der Bit-Timing-Konfiguration oder der Konfiguration einer Pulsweitenmodulation (PWM) des Sendesignals. Dabei funktioniert auch die Bitraten-Umschaltung nach der zweiten Kommunikationsphase (Datenphase) bei dem Übergang von der zweiten Kommunikationsphase (Datenphase) zu der ersten Kommunikationsphase (Arbitrationsphase) sehr zuverlässig.The subscriber station described can synchronize itself robustly as a CAN XL receiving node in a DAS field at the end of the data phase. The synchronization is thus no longer dependent on the bit timing configuration or the configuration of a pulse width modulation (PWM) of the transmission signal. The bit rate switchover after the second communication phase (data phase) also functions very reliably during the transition from the second communication phase (data phase) to the first communication phase (arbitration phase).
Mit der Teilnehmerstation wird damit eine zuverlässige und robuste Kommunikation mit CAN XL erst ermöglicht. Dies gilt auch bei extremer Einstellung der Systemparameter, wie Takttoleranz, PWM-Symbollänge, Bit-Timing-Einstellung oder sonstiger Parameter des Bussystems.Reliable and robust communication with CAN XL is only possible with the subscriber station. This also applies to extreme settings of the system parameters, such as clock tolerance, PWM symbol length, bit timing setting or other parameters of the bus system.
Vorteilhaft ist außerdem, dass die beschriebene Ausgestaltung der Teilnehmerstation zur Lösung der zuvor genannten Aufgabe unaufwändig und damit kostengünstig realisierbar ist.It is also advantageous that the configuration of the subscriber station described for solving the above-mentioned task can be implemented in a simple and therefore cost-effective manner.
Somit ist es mit der Teilnehmerstation in dem Bussystem möglich, in einer ersten Kommunikationsphase eine von CAN bekannte Arbitration beizubehalten und dennoch die Übertragungsrate gegenüber CAN oder CAN FD nochmals beträchtlich zu steigern.It is thus possible with the subscriber station in the bus system to maintain an arbitration known from CAN in a first communication phase and nevertheless to increase the transmission rate again considerably compared to CAN or CAN FD.
Das von der Teilnehmerstation durchgeführte Verfahren kann auch zum Einsatz kommen, wenn in dem Bussystem auch mindestens eine CAN-Teilnehmerstation und/oder mindestens eine CAN FD Teilnehmerstation vorhanden ist, die Nachrichten nach dem CAN-Protokoll und/oder CAN FD Protokoll senden.The method carried out by the subscriber station can also be used if there is also at least one CAN subscriber station and/or at least one CAN FD subscriber station in the bus system which sends messages according to the CAN protocol and/or CAN FD protocol.
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Teilnehmerstation sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous further refinements of the subscriber station are specified in the dependent claims.
Gemäß einer Ausgestaltung hat das vorbestimmte Feld vier Bits mit der Bitzeit der ersten Kommunikationsphase, wobei das vorbestimmte Feld eine Bitfolge mit dem logischen Wert 1101 hat.According to one embodiment, the predetermined field has four bits with the bit time of the first communication phase, the predetermined field having a bit sequence with the logical value 1101.
Hierbei kann die Kommunikationssteuereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgestaltet sein, das nach der Synchronisation folgende Bit in dem von dem Bus empfangenen Signal als das dritte Bit des vorbestimmten Felds auszuwerten.In this case, according to one exemplary embodiment, the communication control device can be designed to evaluate the bit in the signal received from the bus, which follows after the synchronization, as the third bit of the predetermined field.
Möglicherweise ist die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet, nach dem Abtasten des ersten Bits in dem von dem Bus empfangenen Signal zwischen dem Beginn des Felds und der darauffolgenden fallenden Flanke, das nächste Bit, das in dem von dem Bus empfangenen Signal mit dem logischen Wert 0 abgetastet wird und für spätestens das dritte Bit des vorbestimmten Felds abgetastet wird, als das dritte Bit des vorbestimmten Felds auszuwerten.Possibly the communication control device is configured after the scanning of the first bit in the signal received from the bus between the beginning of the field and the subsequent falling edge, the next bit sampled in the signal received from the bus with
Die Kommunikationssteuereinrichtung kann ausgestaltet sein, einen Rahmen, den die Kommunikationssteuereinrichtung aus dem von dem Bus empfangenen Signal abgetastet hat, als fehlerhaft zu bewerten, wenn in dem von dem Bus empfangenen Signal sowohl das zweite Bit als auch das dritte Bit mit dem logischen Wert 1 für das vorbestimmte Feld abgetastet wurden.The communication control device can be configured to evaluate a frame, which the communication control device has sampled from the signal received from the bus, as faulty if in the signal received from the bus both the second bit and the third bit have the
Die Kommunikationssteuereinrichtung kann ausgestaltet sein, einen Rahmen, den die Kommunikationssteuereinrichtung aus dem von dem Bus empfangenen Signal abgetastet hat, als fehlerhaft zu bewerten, wenn das erste Bit des vorbestimmten Felds nicht als logisch 1 abgetastet wurde.The communication control device can be designed to evaluate a frame which the communication control device has sampled from the signal received from the bus as erroneous if the first bit of the predetermined field was not sampled as a
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet, die Synchronisation nach dem Abtasten des ersten Bits des vorbestimmten Felds als Hartsynchronisation durchzuführen.According to one refinement, the communication control device is designed to carry out the synchronization as hard synchronization after the first bit of the predetermined field has been scanned.
Gemäß einer Variante ist die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet, die Synchronisation beim Abtasten des ersten Bits des vorbestimmten Felds am Abtastpunkt zu aktivieren, so dass die Kommunikationssteuereinrichtung beim Auftreten der fallenden Flanke eine Hartsynchronisation durchführen kann.According to one variant, the communication control device is designed to activate the synchronization when scanning the first bit of the predetermined field at the scanning point, so that the communication control device can carry out hard synchronization when the falling edge occurs.
Gemäß einer anderen Variante ist die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet, die Synchronisation am Ende des ersten Bits des vorbestimmten Felds zu aktivieren, so dass die Kommunikationssteuereinrichtung beim Auftreten der fallenden Flanke eine Hartsynchronisation durchführen kann.According to another variant, the communication control device is designed to activate the synchronization at the end of the first bit of the predetermined field, so that the communication control device can perform hard synchronization when the falling edge occurs.
Denkbar ist, dass die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, die Bitzeit der ersten Kommunikationsphase in mindestens vier Zeitquanten zu unterteilen, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, die Synchronisation auf die erste fallende Flanke, die nach dem Abtasten des ersten Bits des vorbestimmten Felds folgt, von einem Zeitquantum, in dem für ein digitales Empfangssignal der logische Wert 1 abgetastet wird, zu einem Zeitquantum, in dem für ein digitales Empfangssignal der logische Wert 0 abgetastet wird, auszuführen.It is conceivable that the communication control device is designed to divide the bit time of the first communication phase into at least four time quanta, the communication control device being designed to synchronize the first falling edge, which follows after the scanning of the first bit of the predetermined field, by one time quantum , in which the
Möglicherweise hat die Teilnehmerstation zudem eine Sende-/Empfangseinrichtung zum Senden eines Sendesignals auf den Bus des Bussystems und/oder zum Empfangen eines Signals von dem Bus des Bussystems. Hierbei kann die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet sein, das Sendesignal zu erzeugen, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung zudem ausgestaltet ist, der Sende-/Empfangseinrichtung mittels Pulsweitenmodulation in dem Sendesignal zu signalisieren, dass die Sende-/Empfangseinrichtung ihre Betriebsart in eine Betriebsart zum Senden in der ersten Kommunikationsphase oder in eine Betriebsart zum Senden in einer zweiten Kommunikationsphase umzuschalten hat.The subscriber station may also have a transceiver for sending a transmission signal onto the bus of the bus system and/or for receiving a signal from the bus of the bus system. In this case, the communication control device can be configured to generate the transmission signal, with the communication control device also being configured to use pulse width modulation in the transmission signal to signal the transmission/reception device that the transmission/reception device is changing its operating mode to an operating mode for transmission in the first communication phase or has to switch to a mode for transmission in a second communication phase.
Noch dazu kann die Teilnehmerstation ein Signalverbesserungsmodul aufweisen zum Beschleunigen eines Übergangs auf dem Bus in der ersten Kommunikationsphase von einem dominanten Buspegel zu einem rezessiven Buspegel, der von dem dominanten Buspegel überschreibbar ist, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung ausgestaltet sein kann, das Signalverbesserungsmodul zusätzlich für eine Beschleunigung des Übergangs von einem der Buspegel der zweiten Kommunikationsphase zu dem rezessiven Pegel der ersten Kommunikationsphase zu aktivieren, wenn die Teilnehmerstation Sender des Sendesignals auf den Bus ist und die Sende-/Empfangseinrichtung von einer Betriebsart, in welcher die Kommunikationssteuereinrichtung in der zweiten Kommunikationsphase das Sendesignal auf den Bus des Bussystems sendet, in eine Betriebsart schaltet, in welcher die Kommunikationssteuereinrichtung in der ersten Kommunikationsphase das Sendesignal auf den Bus des Bussystems sendet.In addition, the subscriber station can have a signal improvement module for accelerating a transition on the bus in the first communication phase from a dominant bus level to a recessive bus level, which can be overwritten by the dominant bus level, wherein the transceiver can be configured, the signal improvement module additionally for to activate an acceleration of the transition from one of the bus levels of the second communication phase to the recessive level of the first communication phase if the subscriber station is the transmitter of the transmission signal on the bus and the transceiver is switched from an operating mode in which the communication control device in the second communication phase sends the transmission signal to the bus of the bus system, switches to an operating mode in which the communication control device transmits the transmission signal to the bus of the bus system in the first communication phase.
Möglich ist, dass der vorbestimmte Rahmen kompatibel zu CAN FD aufgebaut ist, wobei in der ersten Kommunikationsphase ausgehandelt wird, welche der Teilnehmerstationen des Bussystems in der nachfolgenden zweiten Kommunikationsphase einen zumindest zeitweise exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus bekommt.It is possible that the predetermined frame is constructed compatible with CAN FD, with it being negotiated in the first communication phase which of the subscriber stations of the bus system gets at least temporarily exclusive, collision-free access to the bus in the subsequent second communication phase.
Die zuvor beschriebene Teilnehmerstation kann Teil eines Bussystems sein, das zudem einen Bus und mindestens zwei Teilnehmerstationen umfasst, welche über den Bus derart miteinander verbunden sind, dass sie seriell miteinander kommunizieren können. Hierbei ist mindestens eine der mindestens zwei Teilnehmerstationen eine zuvor beschriebene Teilnehmerstation.The subscriber station described above can be part of a bus system which also includes a bus and at least two subscriber stations which are connected to one another via the bus in such a way that they can communicate with one another in series. In this case, at least one of the at least two subscriber stations is a previously described subscriber station.
Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem nach Anspruch 16 gelöst. Das Verfahren wird mit einer Teilnehmerstation des Bussystems ausgeführt, die eine Kommunikationssteuereinrichtung aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, Steuern, mit der Kommunikationssteuereinrichtung einer Kommunikation der Teilnehmerstation mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation des Bussystems und Auswerten eines von einem Bus des Bussystems empfangenen Signals, bei dem sich die Bitzeit in einer ersten Kommunikationsphase unterscheiden kann von einer Bitzeit in einer zweiten Kommunikationsphase, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung das von dem Bus empfangene Signal, das auf einem von einer anderen Teilnehmerstation erzeugten Sendesignal basiert, gemäß einem vorbestimmten Rahmen abtastet und auswertet, wobei in dem vorbestimmten Rahmen ein vorbestimmtes Feld, das einen Übergang von der zweiten Kommunikationsphase in die erste Kommunikationsphase anzeigt, zwischen einer steigenden Flanke und der darauffolgenden fallenden Flanke zwei oder drei Bits mit dem logischen Wert 1 hat, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung einen Rahmen, den die Kommunikationssteuereinrichtung aus zwei Bits mit dem logischen Wert 1 hat, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung, nach Abtasten des ersten Bits des vorbestimmten Felds in dem von dem Bus empfangenen Signal, an der auf den Beginn des vorbestimmten Felds folgenden fallenden Flanke eine Synchronisation ausführt, und wobei die Kommunikationssteuereinrichtung einen Rahmen, den die Kommunikationssteuereinrichtung aus dem von dem Bus empfangenen Signal abgetastet hat, auch dann als vorbestimmten Rahmen und daher als gültig in Bezug auf das vorbestimmte Feld bewertet, wenn in dem von dem Bus empfangenen Signal vor der Synchronisation nicht der logische Wert 1 für das zweite Bit des vorbestimmten Felds abgetastet wurde.The aforementioned object is also achieved by a method for communication in a serial bus system according to
Das Verfahren bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Teilnehmerstation genannt sind.The method offers the same advantages as previously mentioned in relation to the subscriber station.
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.Further possible implementations of the invention also include combinations of features or embodiments described above or below with regard to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned. The person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the invention.
Figurenlistecharacter list
Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
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1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Bussystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; -
2 ein Schaubild zur Veranschaulichung des Aufbaus einer Nachricht, die von einer Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gesendet werden kann; -
3 ein vereinfachtes schematisches Blockschaltbild einer Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; -
4 einen zeitlichen Verlauf von Bussignalen CAN-XL_H und CAN-XL_L bei der Teilnehmerstation gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; -
5 einen zeitlichen Verlauf einer Differenzspannung VDIFF der Bussignale CAN-XL_H und CAN-XL_L bei der Teilnehmerstation gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; -
6 bis8 jeweils einen zeitlichen Verlauf eines Signals, das beim Senden eines Rahmens an Anschlüssen der Teilnehmerstation gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auftritt, wenn die Teilnehmerstation Sender der Nachricht ist, bei deren Senden eine Umschaltung der Betriebsart der Sende-/Empfangseinrichtung von einer ersten Kommunikationsphase zu einer zweiten Kommunikationsphase durchgeführt wird; -
9 bis 11 jeweils einen zeitlichen Verlauf eines Signals, das beim Senden eines Rahmens an Anschlüssen der Teilnehmerstation gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auftritt, wenn die Teilnehmerstation Sender der Nachricht ist, bei deren Senden eine Umschaltung der Betriebsart der Sende-/Empfangseinrichtung von der zweiten Kommunikationsphase zu der ersten Kommunikationsphase durchgeführt wird; -
12 den zeitlichen Verlauf von Signalzuständen, die ein Empfangsknoten an seinem Empfangsanschluss als Empfangssignal sieht, wenn eine andere Teilnehmerstation Sender der Nachricht ist und dabei Signale gemäß9 bis 11 erzeugt; und -
13 den zeitlichen Verlauf von Signalzuständen, die ein Empfangsknoten an seinem Empfangsanschluss als Empfangssignal erwartet, wenn eine andere Teilnehmerstation Sender der Nachricht ist und dabei Signale gemäß9 bis 11 erzeugt.
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1 a simplified block diagram of a bus system according to a first embodiment; -
2 a diagram to illustrate the structure of a message that can be sent by a subscriber station of the bus system according to the first embodiment; -
3 a simplified schematic block diagram of a subscriber station of the bus system according to the first embodiment; -
4 a time profile of bus signals CAN-XL_H and CAN-XL_L at the subscriber station according to the first exemplary embodiment; -
5 a time profile of a differential voltage VDIFF of the bus signals CAN-XL_H and CAN-XL_L at the subscriber station according to the first exemplary embodiment; -
6 until8th in each case a time profile of a signal that occurs when a frame is sent to terminals of the subscriber station according to the first exemplary embodiment, when the subscriber station is the sender of the message, when the message is sent, the operating mode of the transceiver is switched from a first communication phase to a second communication phase is carried out; -
9 until11 a time profile of a signal that occurs when a frame is sent to terminals of the subscriber station according to the first exemplary embodiment, when the subscriber station is the sender of the message, when the message is sent, the operating mode of the transceiver is switched from the second communication phase to the first communication phase is carried out; -
12 the time course of signal states that a receiving node sees at its receiving port as a received signal when another subscriber station is the sender of the message and signals according to9 until11 generated; and -
13 the time course of signal states that a receiving node expects at its receiving port as a received signal when another subscriber station is the sender of the message and signals according to9 until11 generated.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts Anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures, elements that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols unless otherwise stated.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments
In
Wie in
Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 21, 31 dienen jeweils zur Steuerung einer Kommunikation der jeweiligen Teilnehmerstation 10, 20, 30 über den Bus 40 mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation der Teilnehmerstationen 10, 20, 30, die an den Bus 40 angeschlossen sind.The
Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 31 erstellen und lesen erste Nachrichten 45, die beispielsweise modifizierte CAN Nachrichten 45 sind. Hierbei sind die modifizierten CAN Nachrichten 45 auf der Grundlage eines CAN XL-Formats aufgebaut, das in Bezug auf
Die Kommunikationssteuereinrichtung 21 kann wie ein herkömmlicher CAN-Controller nach ISO 11898-1:2015 ausgeführt sein, d.h. wie ein CAN FD toleranter Classical CAN-Controller oder ein CAN FD Controller. Zusätzlich ist optional das Phasenfehler-Kompensationsmodul 25 vorhanden, das dieselbe Funktion hat, wie die Phasenfehler-Kompensationsmodule 15, 35. Die Kommunikationssteuereinrichtung 21 erstellt und liest zweite Nachrichten 46, beispielsweise CAN FD-Nachrichten 46. Bei den CAN FD-Nachrichten 46 kann eine Anzahl von 0 bis zu 64 Datenbytes umfasst sein, die noch dazu mit einer deutlich schnelleren Datenrate als bei einer Classical CAN-Nachrichtübertragen werden. Insbesondere ist die Kommunikationssteuereinrichtung 21 wie ein herkömmlicher CAN FD-Controller ausgeführt.The
Die Sende-/Empfangseinrichtung 22 kann wie ein herkömmlicher CAN Transceiver nach ISO 11898-1:2015 oder CAN FD Transceiver ausgeführt sein. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 32 können ausgeführt sein, um je nach Bedarf Nachrichten 45 gemäß dem CAN XL-Format oder Nachrichten 46 gemäß dem derzeitigen CAN FD- Format für die zugehörige Kommunikationssteuereinrichtung 11, 31 bereitzustellen oder von dieser zu empfangen.The
Mit den beiden Teilnehmerstationen 10, 30 ist eine Bildung und dann Übertragung von Nachrichten 45 mit dem CAN XL Format sowie der Empfang solcher Nachrichten 45 realisierbar.With the two
Gemäß
In der Arbitrationsphase 451 wird mit Hilfe eines Identifizierers (ID) mit beispielsweise Bits ID28 bis ID18 in dem Arbitrationsfeld 453 bitweise zwischen den Teilnehmerstationen 10, 20, 30 ausgehandelt, welche Teilnehmerstation 10, 20, 30 die Nachricht 45, 46 mit der höchsten Priorität senden möchte und daher für die nächste Zeit zum Senden in der anschließenden Datenphase 452 einen exklusiven Zugriff auf den Bus 40 des Bussystems 1 bekommt. In der Arbitrationsphase 451 wird ein Physical Layer wie bei CAN und CAN-FD verwendet. Der Physical Layer entspricht der Bitübertragungsschicht oder Schicht 1 des bekannten OSl-Modells (Open Systems Interconnection Modell).In the
Ein wichtiger Punkt während der Phase 451 ist, dass das bekannte CSMA/CR-Verfahren Verwendung findet, welches gleichzeitigen Zugriff der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 auf den Bus 40 erlaubt, ohne dass die höher priorisierte Nachricht 45, 46 zerstört wird. Dadurch können dem Bussystem 1 relativ einfach weitere Bus-Teilnehmerstationen 10, 20, 30 hinzugefügt werden, was sehr vorteilhaft ist.An important point during
Das CSMA/CR-Verfahren hat zur Folge, dass es sogenannte rezessive Zustände auf dem Bus 40 geben muss, welche von anderen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 mit dominanten Zuständen auf dem Bus 40 überschrieben werden können. Im rezessiven Zustand herrschen an der einzelnen Teilnehmerstation 10, 20, 30 hochohmige Verhältnisse, was in Kombination mit den Parasiten der Busbeschaltung längere Zeitkonstanten zur Folge hat. Dies führt zu einer Begrenzung der maximalen Bitrate des heutigen CAN-FD-Physical-Layer auf derzeit etwa 2 Megabit pro Sekunde im realen Fahrzeug-Einsatz.The consequence of the CSMA/CR method is that there must be so-called recessive states on the
In der Datenphase 452 werden neben einem Teil des Steuerfelds 454 die Nutzdaten des CAN-XL-Rahmens bzw. der Nachricht 45 aus dem Datenfeld 455 sowie das Prüfsummenfeld 456 gesendet. Danach folgt das DAS-Feld 1520, das zur Umschaltung von der Datenphase 452 zurück zur Datenphase 451 dient.In the
Ein Sender der Nachricht 45 beginnt ein Senden von Bits der Datenphase 452 auf den Bus 40 erst, wenn die Teilnehmerstation 10 als der Sender die Arbitration gewonnen hat und die Teilnehmerstation 10 als Sender damit zum Senden einen exklusiven Zugriff auf den Bus 40 des Bussystems 1 hat.A sender of the message 45 does not start sending bits of the
Ganz allgemein können in dem Bussystem mit CAN XL im Vergleich zu CAN oder CAN FD folgende abweichenden Eigenschaften realisiert werden:
- a) Übernahme und ggf. Anpassung bewährter Eigenschaften, die für die Robustheit und Anwenderfreundlichkeit von CAN und CAN FD verantwortlich sind, insbesondere Rahmenstruktur mit Identifier und Arbitrierung nach dem CSMA/CR-Verfahren,
- b) Steigerung der Netto-Datenübertragungsrate, insbesondere auf etwa 10 Megabit pro Sekunde,
- c) Anheben der Größe der Nutzdaten pro Rahmen, insbesondere auf etwa 2kbyte oder einen beliebigen anderen Wert.
- a) Adopting and, if necessary, adapting proven properties that are responsible for the robustness and user-friendliness of CAN and CAN FD, in particular frame structure with identifier and arbitration according to the CSMA/CR method,
- b) increasing the net data transmission rate, in particular to around 10 megabits per second,
- c) Increasing the size of the user data per frame, in particular to about 2kbyte or any other value.
Wie in
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind CAN XL und CAN FD kompatibel. Hierbei wird das von CAN FD bekannte res-Bit, das nachfolgend XLF-Bit genannt ist, für die Umschaltung von dem CAN FD Format zu dem CAN XL Format genutzt. Daher sind die Rahmenformate von CAN FD und CAN XL bis zum res-Bit bzw. XLF-Bit gleich. Ein Empfänger erkennt erst bei dem res-Bit, in welchem Format der Rahmen 450 gesendet wird. Eine CAN XL Teilnehmerstation, also hier die Teilnehmerstationen 10, 30, unterstützt auch CAN FD.In the present exemplary embodiment, CAN XL and CAN FD are compatible. In this case, the res bit known from CAN FD, which is referred to below as the XLF bit, is used to switch from the CAN FD format to the CAN XL format. Therefore, the frame formats of CAN FD and CAN XL are the same up to the res bit or XLF bit. A receiver only recognizes the format in which the
Alternativ zu dem in
Gemäß
Allgemein werden bei der Erzeugung des Rahmens 450 zwei unterschiedliche Stuffing-Regeln angewendet. Bis vor dem FDF Bit im Arbitrationsfeld 453 gilt die dynamische Bit-Stuffing-Regel von CAN FD, so dass nach 5 gleichen Bits in Folge ein inverses Stuff-Bit einzufügen ist. In der Datenphase 452 bis vor das FCP Feld gilt eine feste Stuffing-Regel, so dass nach einer festen Zahl von Bits ein fixed Stuff-Bit einzufügen ist. Alternativ können statt nur einem Stuff-Bit eine Anzahl von 2 oder mehr Bits als fixed Stuff-Bits eingefügt werden.In general, two different stuffing rules are applied in the creation of the
In dem Rahmen 450 folgt direkt nach dem FDF-Bit das XLF-Bit, das von der Position her dem „res Bit“ im CAN FD Base Frame Format entspricht, wie zuvor erwähnt. Wird das XLF-Bit als 1, also rezessiv, gesendet, identifiziert es damit den Rahmen 450 als CAN XL-Rahmen. Für einen CAN FD Rahmen setzt die Kommunikationssteuereinrichtung 11 das XLF-Bit als 0, also dominant.In the
Nach dem XLF-Bit folgt in dem Rahmen 450 ein resXL-Bit, das ein dominantes Bit für die zukünftige Nutzung ist. Das resXL muss für den Rahmen 450 als 0, also dominant, gesendet werden. Empfängt die Teilnehmerstation 10 jedoch ein resXL-Bit als 1, also rezessiv, geht die empfangende Teilnehmerstation 10 beispielsweise in einen Protokollausnahmezustand (Protocoll Exception State), so wie es bei einer CAN FD Nachricht 46 für ein res=1 ausgeführt wird. Alternativ könnte das resXL-Bit genau umgekehrt definiert sein, also, dass es als 1, also rezessiv, gesendet werden muss. In diesem Fall geht die empfangende Teilnehmerstation bei einem dominanten resXL-Bit in den Protokollausnahmezustand.Following the XLF bit in
Nach dem resXL-Bit folgt in dem Rahmen 450 eine Sequenz ADS (Arbitration Data Switch), in welcher eine vorbestimmte Bitsequenz codiert wird. Diese Bitsequenz erlaubt eine einfache und sichere Umschaltung von der Bitrate der Arbitrationsphase 451 (Arbitrationsbitrate) zu der Bitrate der Datenphase 452 (Datenbitrate). Das erste Bit des ADS-Felds 1510 ist das ADH Bit. Optional wird innerhalb des ADH-Bits die Betriebsart der Sende-/Empfangseinrichtung 12, 32 umgeschaltet. Trotz einer optionalen Betriebsartumschaltung der Sende-/Empfangseinrichtung und der damit verbundenen Pegelschwankungen während des ADH-Bits, wird das ADH-Bit zumindest in seinem letzten Teil, beispielsweise den letzten 50% des Bits, als logische 1 auf dem Bus gesendet. Das ADH-Bit ist das letzte Bit der Arbitrationsphase 451. Die drei folgenden Bits DH1, DH2 und DL1 werden bereits mit der Datenbitrate gesendet. Somit sind die Bits DH1, DH2 und DL1 bei CAN XL zeitlich kurze Bits der Datenphase 452. Die Bits DH1 und DH2 haben jeweils den logischen Wert 1. Das letzte Bit ist das Bit DL1, das den logischen Wert 0 hat. Die Empfangsknoten synchronisieren sich nach der Bitratenumschaltung auf die fallende Flanke am Anfang des Bits DL1. Das ADS-Feld 1510 wird zum Übergang von der ersten Kommunikationsphase 451 in die zweite Kommunikationsphase 452 verwendet.The resXL bit is followed in
Nach der Sequenz ADS folgt in dem Rahmen 450 ein SDT-Feld, das den Inhalt des Datenfeldes 455 kennzeichnet. Der Inhalt des SDT-Felds gibt an, welche Art von Information in dem Datenfeld 455 enthalten ist. Beispielsweise gibt das SDT-Feld an, ob sich im Datenfeld 455 ein „Internet Protocol“ (IP) Rahmen befinden, oder ein getunnelter Ethernet Rahmen oder sonstiges.The ADS sequence is followed in the
Auf das SDT-Feld folgt ein SEC-Feld, das angibt, ob der Rahmen 450 mit dem CAN Sicherheitsprotokoll abgesichert ist oder nicht. Das SEC-Feld ist 1 Bit breit und hat wie das SDT Feld die Funktion anzugeben, welche Art von Information im Datenfeld 455 enthalten ist.The SDT field is followed by a SEC field which indicates whether or not the
An das SEC-Feld schließt sich ein DLC-Feld an. In dem DLC-Feld wird der Datenlängencode (DLC = Data Length Code) eingefügt, welcher die Anzahl der Datenbytes im Datenfeld 455 des Rahmens 450 angibt. Die Anzahl der Datenbytes im Datenfeld 455 kann jeden Wert von 1 bis zur maximalen Zahl von Bytes des Datenfelds 455 bzw. Datenfeldlänge annehmen. Beträgt die maximale Datenfeld-Länge insbesondere 2048 Bit, benötigt der Datenlängencode (DLC) eine Anzahl von 11 Bits unter den Annahmen, dass DLC = 0 eine Datenfeld-Länge mit einer Anzahl von 1 Byte bedeutet und DLC = 2047 eine Datenfeld-Länge mit einer Anzahl von 2048 Byte Datenfeld-Länge bedeutet. Alternativ könnte ein Datenfeld 455 der Länge 0 erlaubt sein, wie beispielsweise bei CAN. Hierbei würde DLC = 0 beispielsweise die Datenfeld-Länge mit der Anzahl von 0 Bytes codieren. Die maximale codierbare Datenfeld-Länge ist mit beispielsweise 11 Bit dann (211)-1 = 2047.A DLC field follows the SEC field. The data length code (DLC=Data Length Code) is inserted in the DLC field, which indicates the number of data bytes in the
Nach dem DLC-Feld folgt in dem Rahmen 450 ein SBC-Bit-Zähler-Feld (Stuff-Bit-Count). In diesem Feld ist die Anzahl der dynamischen Stuff-Bits angegeben, die im Arbitrationsfeld 453 gesendet wurden. Ein Empfangsknoten verwendet die Information des SBC-Bit-Zähler-Felds, um zu prüfen, ob der Empfangsknoten die richtige Anzahl an dynamischen Stuff-Bits empfangen hat.Following the DLC field in
Im Anschluss an das SBC-Bit-Zähler-Feld folgt eine Präambelprüfsumme PCRC, die auch Preface-CRC genannt wird. Die Präambelprüfsumme PCRC ist eine Prüfsumme zur Absicherung des Rahmenformates des Rahmens 450, das heißt aller veränderlichen Bits vom Beginn des Rahmens 450 mit dem SOF-Bit bis zum Beginn der Präambelprüfsumme PCRC, inklusive aller dynamischen und optional der fixed Stuff-Bits bis zum Beginn der Präambelprüfsumme PCRC. Die Länge der Präambelprüfsumme PCRC und damit des Prüfsummen-Polynoms gemäß der zyklischen Redundanzprüfung (CRC) ist entsprechend der gewünschten Hamming-Distanz zu wählen.The SBC bit counter field is followed by a preamble checksum PCRC, which is also called preface CRC. The preamble checksum PCRC is a checksum to protect the frame format of
Nach der Präambelprüfsumme PCRC folgt in dem Rahmen 450 ein Feld VCID (Virtual CAN Bus ID). Das VCID-Feld hat eine Länge von 1 Byte. In dem VCID-Feld ist die Nummer eines virtuellen CAN Busses enthalten.After the preamble checksum PCRC follows in the frame 450 a field VCID (Virtual CAN Bus ID). The VCID field is 1 byte in length. The VCID field contains the number of a virtual CAN bus.
Nach dem Feld VCID folgt in dem Rahmen 450 ein Feld AF (Acceptance Field). Das AF-Feld hat eine Länge von 32 Bit. In dem AF-Feld ist eine Adresse oder ein anderer Wert für eine Akzeptanzfilterung enthalten.After the field VCID follows in the frame 450 a field AF (Acceptance Field). The AF field has a length of 32 bits. An address or other value for acceptance filtering is included in the AF field.
Nach dem Feld AF folgt in dem Rahmen 450 das Datenfeld 455 (Data Field). Das Datenfeld 455 besteht aus P Bytes B, wobei P in dem DLC-Feld codiert ist, wie zuvor beschrieben. P ist eine natürliche Zahl größer oder gleich 1.The field AF is followed in the
Nach dem Datenfeld 455 folgt in dem Rahmen 450 das Prüfsummenfeld 456 mit einer Rahmenprüfsumme FCRC und einem FCP-Feld. Die Rahmenprüfsumme FCRC besteht aus den Bits der Rahmenprüfsumme FCRC, die beispielsweise 32 Bits hat. Die Länge der Rahmenprüfsumme FCRC und damit des CRC Polynoms ist entsprechend der gewünschten Hamming-Distanz zu wählen. Die Rahmenprüfsumme FCRC sichert den gesamten Rahmen 450 ab. Alternativ ist optional nur das Datenfeld 455 mit der Rahmenprüfsumme FCRC abgesichert.The
Nach der Rahmenprüfsumme FCRC folgt in dem Rahmen 450 das FCP-Feld, wobei FCP = Frame Check Pattern = Rahmenprüfmuster gilt. Das FCP Feld besteht aus 4 Bits mit insbesondere der Bitfolge 1100. Ein Empfangsknoten prüft mittels des FCP Felds, ob der Empfangsknoten bitsynchron zum Sende-Datenstrom ist. Zudem synchronisiert sich ein Empfangsknoten auf die fallende Flanke im FCP-Feld.The frame checksum FCRC is followed in
Nach dem FCP-Feld schließt sich das Rahmenabschlussfeld 457 an. Das Rahmenabschlussfeld 457 besteht aus zwei Feldern, nämlich dem DAS-Feld 1520, und dem Bestätigungsfeld oder ACK-Feld mit dem mindestens einen Bit ACK und dem Bit ACK-Dlm.The
Das DAS-Feld 1520 enthält die Sequenz DAS (Data Arbitration Switch), in welcher eine vorbestimmte Bitsequenz codiert wird. Die Bitsequenz DAH, AH1, AL1 erlaubt eine einfache und sichere Umschaltung von der Datenbitrate der Datenphase 452 zu der Arbitrationsbitrate der Arbitrationsphase 451. Zudem wird während des DAS-Felds 1520 die Betriebsart der Sende-/Empfangseinrichtung 12, 32, optional von einer Betriebsart FAST in die Betriebsart SLOW, umgeschaltet. Das DAS-Feld 1520 hat in
In dem Rahmenabschlussfeld 457 folgt nach der Sequenz des DAS-Felds 1520 das Bestätigungsfeld (ACK). In dem Bestätigungsfeld sind Bits zur Bestätigung oder Nichtbestätigung eines korrekten Empfangs des Rahmens 450 vorgesehen. Bei dem Beispiel von
Nach dem Rahmenabschlussfeld 457 folgt in dem Rahmen 450 ein Endefeld (EOF = End of Frame). Die Bitsequenz des Endefelds (EOF) dient dazu, das Ende des Rahmens 450 zu kennzeichnen. Das Endefeld (EOF) sorgt dafür, dass am Ende des Rahmens 450 eine Anzahl von 8 rezessiven Bits gesendet wird. Das ist eine Bitfolge, die innerhalb des Rahmens 450 nicht auftreten kann. Dadurch kann von den Teilnehmerstationen 10, 20, 30 das Ende des Rahmens 450 sicher erkannt werden.After the end of
Das Endefeld (EOF) hat eine Länge, die abhängig davon unterschiedlich ist, ob im ACK-Bit ein dominantes Bit oder ein rezessives Bit gesehen wurde. Wenn die sendende Teilnehmerstation das ACK-Bit als dominant empfangen hat, dann hat das Endefeld (EOF) eine Anzahl von 7 rezessiven Bits. Ansonsten ist das Endefeld (EOF) nur 5 rezessive Bits lang.The end field (EOF) has a length that differs depending on whether a dominant bit or a recessive bit was seen in the ACK bit. If the sending subscriber station has received the ACK bit as dominant, then the end field (EOF) has a number of 7 recessive bits. Otherwise the end field (EOF) is only 5 recessive bits long.
Nach dem Endefeld (EOF) folgt in dem Rahmen 450 ein Zwischenrahmenabstand (IFS - Inter Frame Space), der in
Gemäß
Das Phasenfehler-Kompensationsmodul 15 hat einen Einfügeblock 151, der ein vorbestimmtes DAS-Feld 1520 und optional auch das ADS-Feld 1510 von
Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 hat zudem ein Sendemodul 121 und ein Empfangsmodul 122 sowie optional ein Signalverbesserungsmodul 125. Auch wenn nachfolgend immer von der Sende-/Empfangseinrichtung 12 gesprochen ist, ist es alternativ möglich, das Empfangsmodul 122 in einer separaten Einrichtung extern von dem Sendemodul 121 vorzusehen. Das Sendemodul 121 und das Empfangsmodul 122 können wie bei einer herkömmlichen Sende-/Empfangseinrichtung 22 aufgebaut sein. Das Sendemodul 121 kann insbesondere mindestens einen Operationsverstärker und/oder einen Transistor aufweisen. Das Empfangsmodul 122 kann insbesondere mindestens einen Operationsverstärker und/oder einen Transistor aufweisen.The transmitter/
Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 ist an den Bus 40 angeschlossen, genauer gesagt dessen erste Busader 41 für CAN_H oder CAN-XL_H und dessen zweite Busader 42 für CAN_L oder CAN-XL_L. Über mindestens einen Anschluss 43 erfolgt die Spannungsversorgung für die Energieversorgungseinrichtung 17 zum Versorgen der ersten und zweiten Busader 41, 42 mit elektrischer Energie, insbesondere mit der Spannung CAN-Supply. Die Verbindung mit Masse bzw. CAN GND ist über einen Anschluss 44 realisiert. Die erste und zweite Busader 41, 42 sind mit einem Abschlusswiderstand 49 terminiert.The
Die erste und zweite Busader 41, 42 sind in der Sende-/Empfangseinrichtung 12 nicht nur mit dem Sendemodul 121, das auch als Transmitter bezeichnet wird, sondern auch mit dem Empfangsmodul 122 verbunden, das auch als Receiver bezeichnet wird, auch wenn die Verbindung in
Im Betrieb des Bussystems 1 setzt das Sendemodul 121 ein Sendesignal TXD oder TxD der Kommunikationssteuereinrichtung 11 in entsprechende Signale CAN-XL_H und CAN-XL_L für die Busadern 41, 42 um und sendet diese Signale CAN-XL_H und CAN-XL_L an den Anschlüssen für CAN_H und CAN_L auf den Bus 40.During operation of the
Das Empfangsmodul 122 bildet aus von dem Bus 40 empfangenen Signalen CAN-XL_H und CAN-XL_L gemäß
Gemäß dem Beispiel von
Die Abfolge der Zustände 401, 402 für die Signale CAN-XL_H, CAN-XL_L in
Das optional vorhandene Signalverbesserungsmodul 125 ist ausgestaltet, eine SIC-Funktion (SIC = Signal Improvement Capability) auszuführen. Die SIC-Funktion bewirkt, dass in der Arbitrationsphase 451 der Übergang der Differenzspannung VDIFF auf den Busadern von Dominant (401 von
Mit anderen Worten erzeugt das Sendemodul 121, wenn es in eine erste Betriebsart B_451 (SLOW) geschaltet ist, gemäß
Außerdem sendet das Sendemodul 121, für die zeitlichen Verläufe der Signale CAN-XL_H, CAN-XL_L in einer zweiten Betriebsart B_452_TX (FAST_TX), welche die Datenphase 452 umfasst, die Bits mit einer höheren Bitrate auf den Bus 40. Die CAN-XL_H und CAN-XL_L Signale können in der Datenphase 452 zudem mit einem anderen Physical Layer als bei CAN FD erzeugt werden. Dadurch kann die Bitrate in der Datenphase 452 noch weiter erhöht werden als bei CAN FD. Eine Teilnehmerstation, die in der Datenphase 452 kein Sender des Rahmens 450 ist, stellt in ihrer Sende-/Empfangseinrichtung eine dritte Betriebsart B_452_RX (FAST_RX) ein.In addition, the
Zur Signalisierung der Umschaltung von der Betriebsart B_451 in die Betriebsart B_452_TX (FAST_TX) oder die Betriebsart B_452_RX (FAST_RX) führt die Kommunikationssteuereinrichtung 11 eine Pulsweitenmodulation (PWM) des Sendesignals TxD durch. Dazu verwendet die Kommunikationssteuereinrichtung 11 ein oder mehr PWM-Symbole pro logischem Bit des CAN XL Rahmens 450. Grundsätzlich gilt, dass ein PWM-Symbol aus zwei Phasen besteht, nämlich einer 0-Phase und einer 1-Phase. Außerdem wird ein PWM-Symbol von zwei gleichen Flanken begrenzt, beispielsweise von zwei steigenden Flanken.To signal the changeover from the B_451 operating mode to the B_452_TX (FAST_TX) operating mode or the B_452_RX (FAST_RX) operating mode, the
Das Phasenfehler-Kompensationsmodul 15 von
Wie bereits in
Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 erkennt aufgrund der hohen Frequenz der Flanken des Signals am TXD Anschluss, dass die Sende-/Empfangseinrichtung 12 von der Betriebsart B_451 der Arbitrationsphase in eine der schnellen Betriebsarten B_452_TX (FAST_TX), B_452_RX (FAST_RX) wechseln soll bzw. auch dort bleiben soll. Die Sende-/Empfangseinrichtung 12, erkennt am Wert des zuvor gesendeten resXL Bits, ob sie in die Betriebsart B_452_TX (FAST_TX) oder die Betriebsart B_452_RX (FAST_RX) wechseln soll. Zusätzlich oder alternativ erkennt die Sende-/Empfangseinrichtung 12 am Wert des ersten PWM-Symbols oder der S ersten PWM-Symbole, in welche Betriebsart sie wechseln soll. S ist eine natürliche Zahl die größer oder gleich 1 ist. Das Signal an dem Anschluss TXD ist aufgrund der durchgeführten PWM-Codierung um eine Zeitdauer T_V1 verzögert gegenüber dem TxD-Signal. Der Signalisierblock 152 generiert die ersten S PWM-Symbole entsprechend der Betriebsart, in die die Sende-/Empfangseinrichtung geschaltet werden soll. Die ersten S PWM-Symbole sind also nicht abhängig von dem Wert des ADH-Bits codiert. Zusätzlich oder alternativ können die ersten S PWM Symbole in dem Sendeknoten dazu verwendet werden, einen schrittweisen Übergang der Differenzspannung VDIFF auf dem Bus 40 von Dominant +2V über die Differenzspannung VDIFF von +1V für die logische 0 in der Datenphase 452 hin zur Differenzspannung VDIFF von -IV für die logische 1 in der Datenphase 452 zu erreichen.Due to the high frequency of the edges of the signal at the TXD connection, the
Bei dem Beispiel in
Zudem haben die ersten zwei PWM-Symbole in dem Signal an dem Anschluss TXD bei dem Beispiel von
Wie in
Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 decodiert also die Zustände an dem Anschluss TXD von
Jedes der PWM-Symbole SB_D0, SB_D1 an dem Anschluss TXD kann erst an dem Ende des jeweiligen PWM-Symbols SB_D0, SB_D1 decodiert werden. Somit fügt die Decodierung in der Sende-/Empfangseinrichtung 12 eine zusätzliche Verzögerungszeitdauer T_V2 in das seriell auf den Bus 40 zu sendende Signal TxD_TC ein. Die Verzögerungszeitdauer T_V2 ist gleich der Zeitdauer einer Symbollänge eines der PWM-Symbole SB_D0, SB_D1, wie in
Nachdem die Sende-/Empfangseinrichtung 12 die Zustände an dem Anschluss TXD von
Nach der Datenphase 452 endet die Pulsweitenmodulation (PWM) des Sendesignals TxD. Die Umschaltung von der Betriebsart B_452_TX (FAST_TX) oder der Betriebsart B_452_RX (FAST_RX) in die Betriebsart B_451 (SLOW) wird über das Abstellen der PWM-Codierung und somit über das Ausbleiben der vielen Flanken signalisiert.After the
Wie bereits in
Die Pulsweitenmodulation (PWM) des Sendesignals TxD von
Am Ende der Datenphase 452 erkennt die Sende-/Empfangseinrichtung 12 an der nun geringeren Frequenz aufgrund der ausbleibenden vielen Flanken des Signals am TXD Anschluss, dass die Sende-/Empfangseinrichtung 12 von der Betriebsart der Datenphase 452 in die Betriebsart B_451 der Arbitrationsphase wechseln soll bzw. auch dort bleiben soll. In der Betriebsart B_451 führt die Sende-/Empfangseinrichtung 12 keine PWM-Decodierung des Signals TxD von
Bei dem Beispiel von
Wie in
Als Folge des Phasensprungs endet für den Empfangsknoten das AH1-Bit am Empfangsknoten gemäß
Der Empfangsknoten, genauer gesagt seine Kommunikationssteuereinrichtung 11, tastet das Empfangssignal RxD zu Zeitpunkten t_1, t_2 gemäß der bisherigen Synchronisation in dem Signal RxD_E von
Bei dem Beispiel von
Der Empfangsknoten, genauer gesagt seine Kommunikationssteuereinrichtung 11, aktiviert die Hartsynchronisation am Ende des DAH-Bits unabhängig von dem Wert, der für das DAH-Bit abgetastet wurde. Außerdem synchronisiert sich der Empfangsknoten, genauer gesagt seine Kommunikationssteuereinrichtung 11, nach dem DAH-Bit auf die erste fallende Flanke, insbesondere von einem Zeitquantum, in dem für das RxD-Signal der logische Wert 1 abgetastet wird, zu einem Zeitquantum, in dem für das RxD-Signal der logische Wert 0 abgetastet wird. Dieser Zeitpunkt liegt bei dem Beispiel von
Alternativ aktiviert der Empfangsknoten, genauer gesagt seine Kommunikationssteuereinrichtung 11, die Hartsynchronisation am Abtastzeitpunkt (Sample Point) t_1 des DAH Bits. Auch bei dieser Variante wird an der Flanke zum AL1-Bit eine Hartsynchronisation ausgeführt.Alternatively, the receiving node, more precisely its
Die Flanke bei dem genannten Zeitpunkt t_SY definiert auch den Beginn des AL1-Bits. Im Unterschied zu anderen Synchronisationen ist es an dieser Stelle nicht notwendig, vor der Synchronisations-Flanke zu dem Zeitpunkt t_SY an einem Abtastpunkt (Sample-Point) t_1, t_2 den logischen Wert 1 abzutasten.The edge at said point in time t_SY also defines the beginning of the AL1 bit. In contrast to other synchronizations, it is not necessary at this point to sample the
Das erste Bit, das im Anschluss mit dem logischen Wert 0 abgetastet wird, wird als AL1-Bit akzeptiert. Somit toleriert der Empfangsknoten das Fehlen des AH1-Bits.The first bit that is then sampled with the
Ganz allgemein geht das Phasenfehler-Kompensationsmodul 15, 25, 35 des Empfangsknotens davon aus, dass die erste fallende Flanke nach dem DAH-Bit den Beginn des AL1-Bits definiert. Alle Empfangsknoten synchronisieren sich auf die Flanke am Beginn des AL1-Bits, was dem Zeitpunkt t_SY in
Darüber hinaus ist das Phasenfehler-Kompensationsmodul 15, 25, 35 des Empfangsknotens derart ausgestaltet, dass ein Abtasten der ersten beiden Bits nach dem DAH-Bit mit dem logischen Wert 1 als Formatfehler gewertet wird. In diesem Fall wird ein solcher abgetasteter Rahmen als fehlerhaft, insbesondere in Bezug auf das vorbestimmte Feld, bewertet und/oder als ungültig in Bezug auf das vorbestimmte Feld verworfen. Zudem kann ein Fehlerrahmen 47 auf den Bus 40 gesendet werden.In addition, the phase
Dadurch ist sichergestellt, dass der Empfangsknoten den durch die LaufzeitVerkürzung bewirkten Phasensprung sowie ein eventuelles Fehlen des AH1-Bits durch eine geeignete Synchronisierung nach der Umschaltung von der Datenphase 452 in die Arbitrationsphase 451 kompensiert.This ensures that the receiving node compensates for the phase jump caused by the runtime reduction and a possible missing AH1 bit by suitable synchronization after switching from the
Gemäß einer Modifikation des zuvor beschriebenen DAS-Felds 1520, kann das DAS-Feld 1520 zwischen dem AH1-Bit und dem AL1-Bit noch ein zusätzliches Bit aufweisen, das den logischen Wert 1 hat. Zusätzlich oder alternativ kann das zuvor beschriebene DAS-Felds 1520 an seinem Ende noch mehr als die beschriebenen vier Bits aufweisen. Jedoch sind die vier Bits in Bezug auf die Maximierung der Nettodatenrate vorteilhaft.In accordance with a modification of the
Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass mindestens eine der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 ausgestaltet ist sicherzustellen, dass sich bis zum Abtastpunkt t_1 des DAH-Bits gemäß
Hierfür ist beispielsweise bei der Sende-Empfangseinrichtung 12 das zuvor beschriebene Signalverbesserungsmodul 125 ausgestaltet, die SIC-Funktion (SIC = Signal Improvement Capability) nicht nur in der Betriebsart B_451 (SLOW) bei dem Übergang des TxD Signals von 0 nach 1 auszuführen. Diese erste Auslösebedingung für die Ausführung der SIC-Funktion ist zuvor beschrieben. Zusätzlich oder alternativ kann das zuvor beschriebene Signalverbesserungsmodul 125 ausgestaltet sein, eine zweite Auslösebedingung für die Ausführung der SIC-Funktion zu ermöglichen.For this purpose, for example, the previously described
Die zweite Auslösebedingung für die Ausführung der SIC-Funktion ist ein Wechsel der Sende-/Empfangseinrichtung 12, 22, 32 des Sendeknotens von der Betriebsart 452_TX (FAST_TX) in die Betriebsart B_451 der Arbitrationsphase 451, wie in
Damit kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass die Empfangsknoten das DAH-Bit als logisch 1 abtasten können.It can thus advantageously be ensured that the receiving nodes can scan the DAH bit as a logical 1.
Ein anderer Vorteil der beschriebenen Ausgestaltung des Signalverbesserungsmoduls 125 liegt darin, dass durch den beschleunigten Übergang von den Pegeln der Datenphase 452 zum rezessiven Pegel der Arbitrationsphase 451 aufgrund der SIC Funktion der Einsatz größerer CAN Topologien möglich wird. Vorteilhaft ermöglicht das Signalverbesserungsmodul 125 dadurch auch, dass beim Auslegen der Topologien der beschriebene Pegelübergang nicht gesondert betrachtet werden muss.Another advantage of the described configuration of the
Soll keine Betriebsartumschaltung der Sende-Empfangseinrichtungen 12, 32 stattfinden, findet auch keine Pulsweitenmodulation (PWM) für eine Codierung der Signalisierung für das Sendesignal TxD von
Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Teilnehmerstationen 10, 20, 30, des Bussystems 1 und des darin ausgeführten 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 oder alternativ sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.All previously described configurations of the
Auch wenn die Erfindung zuvor am Beispiel des CAN-Bussystems beschrieben ist, kann die Erfindung bei jedem Kommunikationsnetzwerk und/oder Kommunikationsverfahren eingesetzt werden, bei welchem zwei verschiedene Kommunikationsphasen verwendet werden, in denen sich die Buszustände unterscheiden, die für die unterschiedlichen Kommunikationsphasen erzeugt werden. Insbesondere ist die Erfindung bei Entwicklungen von sonstigen seriellen Kommunikationsnetzwerken, wie Ethernet und/oder 100 Base-T1 Ethernet, Feldbussystemen, usw. einsetzbar.Even if the invention has been described above using the example of the CAN bus system, the invention can be used in any communication network and/or communication method in which two different communication phases are used in which the bus states that are generated for the different communication phases differ. In particular, the invention can be used in the development of other serial communication networks, such as Ethernet and/or 100 Base-T1 Ethernet, fieldbus systems, etc.
Insbesondere kann das Bussystem 1 gemäß den Ausführungsbeispielen ein Kommunikationsnetzwerk sein, bei welchem Daten seriell mit zwei verschiedenen Bitraten übertragbar sind. 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 auf einen gemeinsamen Kanal gewährleistet ist.In particular, the
Selbstverständlich kann das ADS-Feld 1510 mehr als die genannten Bits ADH bis DH2 aufweisen, die in den Ausführungsbeispielen beschrieben wurden. Of course, the
Alternativ oder zusätzlich kann das DAS-Feld 1520 mehr als die genannten Bits DAH bis AH2 aufweisen, die in den Ausführungsbeispielen beschrieben wurden.Alternatively or additionally, the
Die Anzahl und Anordnung der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 in dem Bussystem 1 der Ausführungsbeispiele ist beliebig. Insbesondere kann die Teilnehmerstation 20 in dem Bussystem 1 entfallen. Es ist möglich, dass eine oder mehrere der Teilnehmerstationen 10 oder 30 in dem Bussystem 1 vorhanden sind. Denkbar ist, dass alle Teilnehmerstationen in dem Bussystem 1 gleich ausgestaltet sind, also nur Teilnehmerstation 10 oder nur Teilnehmerstation 30 vorhanden sind.The number and arrangement of the
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