DE102021200082A1

DE102021200082A1 - Kommunikationssteuereinrichtung für eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem und Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem

Info

Publication number: DE102021200082A1
Application number: DE102021200082.7A
Authority: DE
Inventors: Steffen Walker; Simon Weissenmayer; Arthur Mutter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-01-07
Filing date: 2021-01-07
Publication date: 2022-07-07
Also published as: US20220217010A1; JP2022106680A; CN114726670A; US11848797B2

Abstract

Es ist eine Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) für eine Teilnehmerstation (10; 20; 30) für ein serielles Bussystem (1) und ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem (1) bereitgestellt. Die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ist ausgestaltet zum Steuern einer Kommunikation der Teilnehmerstation (10; 20; 30) mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation (10; 20; 30) des Bussystems (1) und zur Erzeugung eines Sendesignals (TxD) zum Senden auf einen Bus (40) des Bussystems (1) und/oder zum Empfangen eines Signals (VDIFF) von dem Bus (40), wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ausgestaltet ist, das Sendesignal (TxD; TxD_TC) gemäß einem Rahmen (450; 450A; 450B) zu erzeugen, und wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ausgestaltet ist, das Sendesignal (TxD; TxD_TC) derart zu erzeugen, dass in dem Sendesignal (TxD; TxD_TC) die Bitzeit (T1 bis T5) mindestens eines Bits (B1 bis B8; B1 bis B10) in Abhängigkeit von einer Flankenhöhe angepasst ist, die zwischen dem mindestens einen Bit (B1 bis B8; B1 bis B10) und dem vorhergehenden Bit in einem Signal (VDIFF) vorzusehen ist, in welchem das Bit über den Bus (40) zu übertragen ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kommunikationssteuereinrichtung für eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem und ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem, das mit hoher Datenrate sowie großer Fehlerrobustheit arbeitet.
Stand der Technik
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. Bei vielen Anwendungen ist es gefordert, dass die Daten mit höchstmöglicher Datenübertragungsrate vom Sender zum Empfänger zu übertragen sind.
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.
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.
Um die über den Bus übertragbare Datenrate zu erhöhen, könnte die Flankensteilheit des auf den Bus eingekoppelten Signals erhöht werden. Je höher die Flankensteilheit wird, desto größer werden elektromagnetische Strahlungen. Jedoch dürfen derartige Strahlungen Grenzwerte in Bezug auf die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) der Teilnehmerstationen nicht überschreiten. Dadurch kann die Flankensteilheit nicht beliebig gesteigert werden. Soll sicher zwischen Spannungsunterschieden des Bussignals unterschieden werden, die für verschiedene Bits eines digitalen Signals auf den Bus gesendet werden, wäre es denkbar, die Spannungsunterschiede möglichst groß zu wählen. Je größer jedoch die Spannungsunterschiede sind, desto länger dauern Einschwingeffekte zwischen verschiedenen Spannungsunterschieden. Dadurch muss eine vorbestimmte Bitzeit oder zeitliche Länge des Bits zur Übertragung auf dem Bus vorgesehen sein, damit ein von dem Bus empfangenes Signal von einem Empfänger richtig abtastbar ist. Die zeitliche Länge steigt mit der Größe des Spannungsunterschieds zwischen den verschiedenen Buszuständen.
Außerdem kann es bei der Übertragung von Daten in einem Rahmen über einen Kanal (CAN Bus) zu Fehlern kommen. Beispielsweise kann durch äußere Einflüsse, insbesondere Einstrahlung oder Reflexionen an Busenden, ein Bit verfälscht werden oder Flanken zwischen Bits verschoben werden. Zudem kann aufgrund von nicht idealen Taktquellen ein Phasenfehler in einer Teilnehmerstation auftreten, die bei der derzeitigen Kommunikation auf dem Bus kein Sender, sondern nur Empfänger der Nachricht ist (Empfangsknoten).
Diese Rahmenbedingungen tragen mit zur Senkung der effektiv übertragbaren Menge an Daten pro Zeit, der Nettodatenrate, bei.
Offenbarung der Erfindung
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kommunikationssteuereinrichtung für 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, und gegebenenfalls einer Steigerung der Menge der Nutzdaten pro Rahmen, eine große Fehlerrobustheit der Kommunikation realisierbar ist.
Die Aufgabe wird durch eine Kommunikationssteuereinrichtung für eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Kommunikationssteuereinrichtung ist ausgestaltet zum Steuern einer Kommunikation der Teilnehmerstation mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation des Bussystems und zur Erzeugung eines Sendesignals zum Senden auf einen Bus des Bussystems und/oder zum Empfangen eines Signals von dem Bus, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, das Sendesignal gemäß einem Rahmen zu erzeugen, und wobei die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, das Sendesignal derart zu erzeugen, dass in dem Sendesignal die Bitzeit mindestens eines Bits in Abhängigkeit von einer Flankenhöhe angepasst ist, die zwischen dem mindestens einen Bit und dem vorhergehenden Bit in einem Signal vorzusehen ist, in welchem das Bit über den Bus zu übertragen ist.
Der Begriff Bit steht stellvertretend für eine Ziffer in einem Stellenwertsystem oder Zahlensystem zur Basis 2 oder einer anderen Basis wie z.B. -3 oder kleiner, 3 oder größer.
Durch die Ausgestaltung der Kommunikationssteuereinrichtung können mehr Daten als bisher pro Zeiteinheit über den Bus übertragen werden, ohne dadurch die Fehlerrobustheit der Kommunikation in dem Bussystem zu senken. Insgesamt kann mit der Teilnehmerstation eine Steigerung der Datenrate um insbesondere mehr als das 2,5-fache erreicht werden.
Mit der Kommunikationssteuereinrichtung kann dadurch in einem seriellen Bussystem, insbesondere bei CAN oder CAN FD oder CAN XL, bei weiter erhöhter Datenrate dennoch eine robuste Kommunikation ermöglicht werden.
Dabei ist es mit der Kommunikationssteuereinrichtung in dem Bussystem möglich, in einer ersten Kommunikationsphase eine von CAN bekannte Arbitration beizubehalten und dennoch die Übertragungsrate gegenüber CAN oder CAN FD oder CAN XL nochmals beträchtlich zu steigern.
Das von der Kommunikationssteuereinrichtung 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.
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Kommunikationssteuereinrichtung und der Teilnehmerstation sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Flankensteilheit der Flanken des über den Bus übertragenen Signals kann unabhängig von der Flankenhöhe der Flanken im Wesentlichen gleich sein.
Möglicherweise hat die Kommunikationssteuereinrichtung zudem einen Umrechnungsblock zur Umrechnung eines logischen Werts von mindestens zwei Bits des Sendesignals aus dem binären Zahlensystem in einen logischen Wert in einem Zahlensystem, das auf einer Zahl größer 2 basiert, und zur Erzeugung mindestens eines Bits für das Sendesignal, und einen Bitzeit-Anpassungsblock zur Anpassung der Bitzeit des mindestens einen Bits des Sendesignals in Abhängigkeit von dem logischen Wert des mindestens einen Bits des Sendesignals.
In einer Ausgestaltung ist die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet, in dem Rahmen mindestens ein Bit, das in einer Bitfolge von mindestens zwei Bits mit demselben logischen Wert angeordnet ist, im Vergleich zu einem anderen Bit der Bitfolge zu verkürzen.
Jedes Bit des Sendesignals kann ohne Verkürzung über der Zeit in vier Segmente unterteilt sein, wobei zwischen dem ersten und zweiten Segment ein erster Abtastpunkt zum Abtasten des Signals nach Übertragung über den Bus vorgesehen ist, und wobei zwischen dem dritten und vierten Segment ein zweiter Abtastpunkt zum Abtasten des Signals nach Übertragung über den Bus vorgesehen ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet, in das Sendesignal mindestens ein vorbestimmtes Bit einzufügen, welches einem Empfangsknoten im Bussystem anzeigt, dass ein derzeit vom Bus empfangenes Signal zumindest abschnittsweise derart modifiziert ist, dass das mindestens eine Bit in Abhängigkeit von einer Flankenhöhe angepasst ist. Hierbei kann die Kommunikationssteuereinrichtung zudem ausgestaltet sein, das mindestens eine vorbestimmte Bit in ein Steuerfeld des Rahmens und/oder in ein Datenfeld des Rahmens einzufügen.
Denkbar ist, dass die Kommunikationssteuereinrichtung einen Fehlerrahmenzählblock zum Zählen von vom Bus empfangenen Fehlerrahmen aufweist, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, in dem Sendesignal keine Bitzeit anzupassen, wenn der Zählwert des Fehlerrahmenzählblocks eine vorbestimmte Anzahl überschreitet.
Die Kommunikationssteuereinrichtung kann ausgestaltet sein, das Sendesignal derart zu erzeugen, dass sich für eine Nachricht, die zwischen Teilnehmerstationen des Bussystems ausgetauscht wird, die Bitzeit eines in einer ersten Kommunikationsphase auf den Bus gesendeten Signals unterscheiden kann von einer Bitzeit eines in der zweiten Kommunikationsphase gesendeten Signals, 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, und wobei die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, mindestens ein Bit in der ersten und/oder zweiten Kommunikationsphase in der Bitzeit anzupassen.
Der für die Nachricht gebildete Rahmen kann kompatibel zu CAN FD und/oder CAN XL aufgebaut sein.
Möglicherweise ist die zuvor beschriebene Kommunikationssteuereinrichtung Teil einer Teilnehmerstation, die zudem ein Spannungszuordnungsmodul zur Zuordnung eines ersten Spannungswerts oder eines zweiten Spannungswerts zu dem logischen Wert eines Bits des Sendesignals für das über den Bus zu übertragende Signal aufweist, wobei das Spannungszuordnungsmodul ausgestaltet ist, dem mindestens einen Bit für das Signal auf dem Bus den logischen Wert zuzuordnen, mit welchem das mindestens eine Bit in dem Signal auf dem Bus an seinem Anfang die minimale Flankenhöhe hat.
In einer Ausgestaltung ist einem ersten logischen Wert eines ersten Bits in einer Bitfolge des Sendesignals ein erster Spannungswert zugeordnet, wobei einem zweiten logischen Wert eines zweiten Bits der Bitfolge ein zweiter Spannungswert zugeordnet ist, wobei der erste logische Wert kleiner als der zweite logische Wert ist, und wobei der erste Spannungswert kleiner als der zweite Spannungswert ist.
Die zuvor beschriebene Teilnehmerstation kann zudem eine Sende-/Empfangseinrichtung zum Senden des Sendesignals auf den Bus des Bussystems aufweisen, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung ausgestaltet ist, den gesamten Rahmen in einer Betriebsart zum Senden und Empfangen des Rahmens in der ersten Kommunikationsphase auf den Bus zu senden.
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.
Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem nach Anspruch 15 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 zum Erzeugen eines Sendesignals zum Senden auf einen Bus des Bussystems und/oder zum Empfangen eines Signals von dem Bus, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung das Sendesignal gemäß einem Rahmen erzeugt, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung das Sendesignal derart erzeugt, dass in dem Sendesignal die Bitzeit mindestens eines Bits in Abhängigkeit von einer Flankenhöhe angepasst ist, die zwischen dem mindestens einen Bit und dem vorhergehenden Bit in einem Signal vorzusehen ist, in welchem das Bit über den Bus übertragen wird.
Das Verfahren bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Kommunikationssteuereinrichtung und 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.
Figurenliste
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 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 einen zeitlichen Verlauf eines Teils eines Signals, das beim Senden eines Rahmens an Anschlüssen der Teilnehmerstation gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auftritt;
7 einen zeitlichen Verlauf eines Teils eines Signals, das beim Senden eines Rahmens an Anschlüssen der Teilnehmerstation gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel auftritt;
8 einen zeitlichen Verlauf eines Teils eines Signals, das beim Senden eines Rahmens an Anschlüssen der Teilnehmerstation gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel auftritt;
9 ein Schaubild zur Veranschaulichung des Aufbaus einer Nachricht, die von einer Teilnehmerstation des Bussystems gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel gesendet werden kann; und
10 ein Schaubild zur Veranschaulichung des Aufbaus einer Nachricht, die von einer Teilnehmerstation des Bussystems gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel gesendet werden kann.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt als Beispiel ein Bussystem 1, das insbesondere grundlegend für ein CAN-Bussystem, ein CAN FD-Bussystem, ein CAN XL-Bussystem, und/oder Abwandlungen davon ausgestaltet ist, wie nachfolgend beschrieben. 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 Vielzahl von Teilnehmerstationen 10, 20, 30, die jeweils an einen Bus 40 mit einer ersten Busader 41 und einer zweiten Busader 42 angeschlossen sind. Die Busadern 41, 42 können auch CAN_H und CAN_L oder CAN-XL_H und CAN-XL_L genannt werden und dienen zur elektrischen Signalübertragung nach Einkopplung der dominanten Pegel bzw. Erzeugung von rezessiven Pegeln oder anderen Pegeln für ein Signal im Sendezustand. Über den Bus 40 sind Nachrichten 45, 46 in der Form von Signalen zwischen den einzelnen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 seriell übertragbar. Tritt bei der Kommunikation auf dem Bus 40 ein Fehler auf, wie durch den gezackten schwarzen Blockpfeil in 1 dargestellt, kann optional ein Fehlerrahmen 47 (Error Flag) gesendet werden. Die Teilnehmerstationen 10, 20, 30 sind beispielsweise Steuergeräte, Sensoren, Anzeigevorrichtungen, usw. eines Kraftfahrzeugs.
Wie in 1 gezeigt, hat die Teilnehmerstation 10 eine Kommunikationssteuereinrichtung 11, eine Sende-/Empfangseinrichtung 12, ein Bitzeit-Modifiziermodul 15 und ein Spannungszuordnungsmodul 16. Die Teilnehmerstation 20 hat eine Kommunikationssteuereinrichtung 21, eine Sende-/Empfangseinrichtung 22 sowie optional ein Bitzeit-Modifiziermodul 25 und ein Spannungszuordnungsmodul 26. Die Teilnehmerstation 30 hat eine Kommunikationssteuereinrichtung 31, eine Sende-/Empfangseinrichtung 32, ein Bitzeit-Modifiziermodul 35 und ein Spannungszuordnungsmodul 36. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 22, 32 der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 sind jeweils direkt an den Bus 40 angeschlossen, auch wenn dies in 1 nicht veranschaulicht ist.
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.
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 2 detaillierter beschrieben ist, und bei welchem das jeweilige Bitzeit-Modifiziermodul 15, 35 zum Einsatz kommt. Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 31 können zudem ausgeführt sein, um je nach Bedarf eine CAN XL-Nachricht 45 oder eine CAN FD-Nachricht 46 für die Sende-/Empfangseinrichtung 32 bereitzustellen oder von dieser zu empfangen. Auch hierbei kommen die jeweiligen Bitzeit-Modifiziermodule 15, 35 zum Einsatz. Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 31 erstellen und lesen also eine erste Nachricht 45 oder zweite Nachricht 46, wobei sich die erste und zweite Nachricht 45, 46 durch ihren Datenübertragungsstandard unterscheiden, nämlich in diesem Fall CAN XL oder CAN FD, die weiter modifiziert sind, wie nachfolgend beschrieben.
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 dazu ist optional das Bitzeit-Modifiziermodul 25 vorhanden, das dieselbe Funktion hat wie die Bitzeit-Modifiziermodule 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.
Die Sende-/Empfangseinrichtung 22 kann wie ein herkömmlicher CAN Transceiver nach ISO 11898-1:2015 oder CAN FD Transceiver ausgeführt sein. Zusätzlich dazu ist das Spannungszuordnungsmodul 26 vorhanden, das dieselbe Funktion hat wie die Spannungszuordnungsmodule 16, 36.
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. Zusätzlich dazu sind die Spannungszuordnungsmodule 16, 36 vorhanden.
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. Die Nachricht 45 ist weiter modifizierbar, wie nachfolgend beschrieben.
2 zeigt für die Nachricht 45 einen Rahmen 450, der insbesondere ein CAN XL Rahmen ist, wie er von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 für die Sende-/Empfangseinrichtung 12 zum Senden auf den Bus 40 bereitgestellt wird. Hierbei erstellt die Kommunikationssteuereinrichtung 11 den Rahmen 450 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als kompatibel mit CAN FD. Dasselbe gilt analog für die Kommunikationssteuereinrichtung 31 und die Sende-/Empfangseinrichtung 32 der Teilnehmerstation 30.
Gemäß 2 ist der Rahmen 450 für die CAN-Kommunikation auf dem Bus 40 in unterschiedliche Kommunikationsphasen 451, 452 unterteilt, nämlich eine Arbitrationsphase 451 und eine Datenphase 452. Der Rahmen 450 hat, nach einem Startbit SOF, ein Arbitrationsfeld 453, ein Steuerfeld 454, ein Datenfeld 455, ein Prüfsummenfeld 456 und ein Rahmenabschlussfeld 457.
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 OSI-Modells (Open Systems Interconnection Modell).
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.
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.
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. In dem Prüfsummenfeld 456 kann eine Prüfsumme über die Daten der Datenphase 452 einschließlich der Stuffbits enthalten sein, die vom Sender der Nachricht 45 nach jeweils einer vorbestimmten Anzahl von gleichen Bits, insbesondere 10 gleichen Bits, als inverses Bit eingefügt werden. Am Ende der Datenphase 452 wird wieder in die Arbitrationsphase 451 zurückgeschaltet.
In einem Endefeld in der Rahmenabschlussphase 457 kann mindestens ein Acknowledge-Bit enthalten sein. Außerdem kann eine Folge von 11 gleichen Bits vorhanden sein, welche das Ende des CAN XL-Rahmens 450 anzeigen. Mit dem mindestens einen Acknowledge-Bit kann mitgeteilt werden, ob ein Empfänger in dem empfangenen CAN XL-Rahmen 450 bzw. der Nachricht 45 einen Fehler entdeckt hat oder nicht.
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.
In einem Bussystem mit CAN XL werden bewährte Eigenschaften übernommen, die für die Robustheit und Anwenderfreundlichkeit von CAN und CAN FD verantwortlich sind, insbesondere Rahmenstruktur mit Identifier und Arbitrierung nach dem CSMA/CR-Verfahren. Somit verwendet die Teilnehmerstation 10 in der Arbitrationsphase 451 als erster Kommunikationsphase teilweise, insbesondere bis zum FDF-Bit (inklusive), ein von CAN/CAN-FD bekanntes Format gemäß der ISO11898-1:2015. Jedoch ist im Vergleich zu CAN oder CAN FD in der Datenphase 452 als zweiter Kommunikationsphase eine Steigerung der Netto-Datenübertragungsrate, insbesondere auf etwa 10 Megabit pro Sekunde möglich. Außerdem ist ein Anheben der Größe der Nutzdaten pro Rahmen, insbesondere auf etwa 2kbyte oder einen beliebigen anderen Wert möglich.
3 zeigt den grundlegenden Aufbau der Teilnehmerstation 10 mit der Kommunikationssteuereinrichtung 11, der Sende-/Empfangseinrichtung 12, dem Bitzeit-Modifiziermodul 15, das Teil der Kommunikationssteuereinrichtung 11 ist, und dem Spannungszuordnungsmodul 16, das Teil der Sende-/Empfangseinrichtung 12 ist. Die Teilnehmerstation 20 ist vom Grundaufbau her, bis auf die zuvor genannten Unterschiede, auf dieselbe Weise aufgebaut, wie in 3 gezeigt. Die Teilnehmerstation 30 ist in ähnlicher Weise aufgebaut, wie in 3 gezeigt, jedoch ist das Bitzeit-Modifiziermodul 35 gemäß 1 separat von der Kommunikationssteuereinrichtung 31 und der Sende-/Empfangseinrichtung 32 angeordnet. Dasselbe gilt für das Spannungszuordnungsmodul 36. Daher wird die Teilnehmerstation 30 nicht separat beschrieben.
Gemäß 3 hat die Teilnehmerstation 10 zusätzlich zu der Kommunikationssteuereinrichtung 11 und der Sende-/Empfangseinrichtung 12 einen Mikrocontroller 13, welchem die Kommunikationssteuereinrichtung 11 zugeordnet ist, und eine System-ASIC 17 (ASIC = Anwendungsspezifische Integrierte Schaltung), die alternativ ein System Basis-Chip (SBC) sein kann, auf dem mehrere für eine Elektronik-Baugruppe der Teilnehmerstation 10 notwendige Funktionen zusammengefasst sind. In dem System-ASIC 17 ist zusätzlich zu der Sende-/Empfangseinrichtung 12 eine Energieversorgungseinrichtung 18 eingebaut, welche die Sende-/Empfangseinrichtung 12 mit elektrischer Energie versorgt. Die Energieversorgungseinrichtung 18 liefert üblicherweise eine Spannung CAN_Supply von 5 V. Je nach Bedarf kann die Energieversorgungseinrichtung 18 jedoch eine andere Spannung mit einem anderen Wert liefern. Zusätzlich oder alternativ kann die Energieversorgungseinrichtung 18 als Stromquelle ausgestaltet sein.
Das Bitzeit-Modifiziermodul 15 hat einen Umrechnungsblock 151, der das Sendesignal TxD von einer Bitfolge in binärer Darstellung unter Verwendung einer Umrechnungsvorschrift 1511 in eine Bitfolge umrechnet, bei der mehr als zwei Spannungszustände für Bits vorgesehen sind. Zudem hat das Bitzeit-Modifiziermodul 15 einen Bitzeit-Anpassblock 152 zum Anpassen der Bitlänge bzw. Bitzeit gemäß einer vorbestimmten Bitzeit-Bestimmungsvorschrift 1521 und optional einen Fehlerrahmenzählblock 153. Die Blöcke 151, 152, 153 sind nachfolgend noch genauer beschrieben.
Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 hat zudem ein Sendemodul 121 und ein Empfangsmodul 122. 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 12 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. Zudem ist das Spannungszuordnungsmodul 16 mit einem Sendeblock 161 und einem Empfangsblock 162 vorgesehen, wie nachfolgend genauer beschrieben.
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.
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 3 zur Vereinfachung nicht gezeigt ist. Zudem sind die erste und zweite Busader 41, 42 in der Sende-/Empfangseinrichtung 12 mit dem Spannungszuordnungsmodul 16, insbesondere mit dem Sendeblock 161 und dem Empfangsblock 162 verbunden.
Im Betrieb des Bussystems 1 setzt das Sendemodul 121 ein Sendesignal TXD oder TxD_TC 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, wie in 4 gezeigt. Zumindest in der Datenphase 452 wird das Sendesignal TXD oder TxD_TC von dem Spannungszuordnungsmodul 16, insbesondere mit dem Sendeblock 161, in Signale für die erste und zweite Busader 41, 42 umgesetzt und an den Anschlüssen für CAN_H und CAN_L auf den Bus 40 gesendet. Hierzu hat der Sendeblock 161 mindestens einen Operationsverstärker und/oder einen Transistor.
Das Empfangsmodul 122 bildet aus von dem Bus 40 empfangenen Signalen CAN-XL_H und CAN-XL_L gemäß 4 ein Empfangssignal RXD oder RxD und gibt dieses an die Kommunikationssteuereinrichtung 11 weiter, wie in 3 gezeigt. Zumindest in der Datenphase 452 bildet der Empfangsblock 162 des Spannungszuordnungsmoduls 16 das Empfangssignal RXD oder RxD und gibt dieses an die Kommunikationssteuereinrichtung 11 weiter. Hierzu hat der Empfangsblock 162 mindestens einen Operationsverstärker und/oder einen Transistor. Mit Ausnahme eines Leerlauf- oder Bereitschaftszustands (Idle oder Standby), hört die Sende-/Empfangseinrichtung 12 mit dem Empfangsmodul 122 und/oder dem Empfangsmodul 162 im Normalbetrieb immer auf eine Übertragung von Daten bzw. Nachrichten 45, 46 auf dem Bus 40 und zwar unabhängig davon, ob die Sende-/Empfangseinrichtung 12 Sender der Nachricht 45 ist oder nicht.
Gemäß dem Beispiel von 4 haben die Signale CAN-XL_H und CAN-XL_L zumindest in der Arbitrationsphase 451 die dominanten und rezessiven Buspegel 401, 402, wie von CAN bekannt. Auf dem Bus 40 bildet sich ein Differenzsignal VDIFF = CAN-XL_H - CAN-XL_L aus, das in 5 für die Arbitrationsphase 451 gezeigt ist. Die einzelnen Bits des Signals VDIFF mit der Bitzeit t_btl können in der Arbitrationsphase 451 mit einer Empfangsschwelle T_a von beispielsweise 0,7 V erkannt werden. In der Datenphase 452 werden die Bits der Signale CAN-XL_H und CAN-XL_L schneller, also mit einer kürzeren Bitzeit t_bt2, gesendet als in der Arbitrationsphase 451. Somit unterscheiden sich die Signale CAN-XL_H und CAN-XL_L in der Datenphase 452 zumindest in deren schnelleren Bitrate von den herkömmlichen Signalen CAN_H und CAN_L.
Die Abfolge der Zustände 401, 402 für die Signale CAN-XL_H, CAN-XL_L in 4 und der daraus resultierende Verlauf der Spannung VDIFF von 5 dient nur der Veranschaulichung der Funktion der Teilnehmerstation 10. Die Abfolge der Datenzustände für die Buszustände 401, 402 ist je nach Bedarf wählbar.
Mit anderen Worten erzeugt das Sendemodul 121, wenn es in eine erste Betriebsart B_451 (SLOW) geschaltet ist, gemäß 4 einen ersten Datenzustand als Buszustand 402 mit unterschiedlichen Buspegeln für zwei Busadern 41, 42 der Busleitung und einen zweiten Datenzustand als Buszustand 401 mit demselben Buspegel für die zwei Busadern 41, 42 der Busleitung des Busses 40.
Außerdem sendet das Sendemodul 121 oder das Sendemodul 162, 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.
Das Bitzeit-Modifiziermodul 15 von 3 ist aktiv, wenn die Teilnehmerstation 10 als Sender und/oder Empfänger des Rahmens 450 agiert. Das Bitzeit-Modifiziermodul 15, insbesondere dessen Umrechnungsblock 151, rechnet die Bitfolgen in dem Rahmen 450 von dem binären Zahlensystem in ein anderes Zahlensystem um, dessen Zahlenbasis größer als 2 ist, bevor die Kommunikationssteuereinrichtung 11 ein TxD-Signal als TxD_TC-Signal an dem Anschluss TXD an die Sende-/Empfangseinrichtung 12 zum Senden auf den Bus 40 weitergibt.
Beispielsweise rechnet der Umrechnungsblock 151 eine binäre Bitfolge 1101001011101110(₂) aus 16 Bits unter Verwendung der Umrechnungsvorschrift 1511 in ein Zahlensystem mit der Basis 3 oder 4 oder 5 usw. um. Bei dem Beispiel von 6 hat die umgerechnete Bitfolge in einem Fünferzahlensystem (Basis 5) die logischen Werte oder Ziffern 3211443₍₅₎ und somit nur noch sieben Bits.
Zudem kann das Bitzeit-Modifiziermodul 15, insbesondere sein Bitzeit-Anpassblock 152, die Bits des TxD-Signals für das TxD_TC-Signal anpassen. Das Spannungszuordnungsmodul 16, insbesondere der Sendeblock 161, ordnet jedem Bit in der oben genannten Bitfolge 3211443₍₅. in dem Fünferzahlensystem unter Verwendung der Zuordnungsvorschrift 1521 einen vorbestimmten Spannungswert zu. Dies ist nachfolgend anhand von 6 genauer beschrieben.
Das von dem Bitzeit-Modifiziermodul 15 und dem Spannungszuordnungsmodul 16 ausgeführte Verfahren bietet sich besonders für die Datenphase 452 an, wo eine der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 exklusiven Zugriff auf den Bus 40 hat, um eine der Nachrichten 45, 46, insbesondere als Rahmen 450, zu senden. Die Module 15, 16 können das Verfahren zumindest teilweise jedoch alternativ oder zusätzlich in der Arbitrationsphase 451 verwenden.
6 zeigt über der Zeit t ein Beispiel für ein Differenzsignal VDIFF, das sich in Folge eines digitalen Sendesignals TxD bzw. TxD_TC auf dem Bus 40 ausgebildet hat. Das Sendesignal TxD kann entweder gemäß dem Rahmen 450 erzeugt sein oder gemäß dem Protokoll für CAN FD erzeugt sein.
Die gezeigte Bitfolge hat am Anfang ein Bit 1 mit dem logischen Wert 0, das von den sieben Bits B2 bis B8 mit den logischen Werten oder Ziffern 3211443₍₅₎ gemäß dem Fünferzahlensystem gefolgt ist.
Das Spannungszuordnungsmodul 16 hat jedem logischen Wert bzw. Ziffer in der Bitfolge 03211443₍₅₎ in dem Signal TxD_TC einen vorbestimmten Spannungswert für das Signal VDIFF zugeordnet. Das Sendemodul 162 hat die Bitfolge 03211443₍₅₎ entsprechend auf den Bus 40 gesendet, so dass sich auf dem Bus 40 das Signal von 6 ausgebildet hat. Der Ziffer 0 ist der Spannungswert +2V zugeordnet. Hierfür kann das Sendemodul 162 eine Schaltung mit mindestens einem Operationsverstärker und/oder mit mindestens einem Transistor haben. Der Ziffer 1 ist der Spannungswert +1V zugeordnet. Der Ziffer 2 ist der Spannungswert +1V zugeordnet. Der Ziffer 3 ist der Spannungswert -IV zugeordnet. Der Ziffer 4 ist der Spannungswert -2V zugeordnet.
In dem Empfangssignal RxD ordnet das Spannungszuordnungsmodul 16, insbesondere sein Empfangsmodul 162, den entsprechenden Spannungen des Differenzsignals VDIFF bei fehlerfreiem Empfang die Ziffernwerte zu, die der Bitfolge 03211443₍₅₎ entsprechen. Hierfür verwendet das Spannungszuordnungsmodul 16, insbesondere sein Empfangsmodul 162, die Empfangsschwellen U_TH1, U_TH2, U_TH3, U_TH4. Diese Empfangsschwellen können in einer Schaltung mit mindestens einem Operationsverstärker und/oder mit mindestens einem Transistor realisiert sein.
Die Bits B1 bis B8 in 6 sind jeweils in eine Vielzahl von Zeitquanten TQ unterteilt. Mindestens 1 Zeitquantum ist einem von mehreren Segmenten SY, PP, P1, P2 zugeordnet. Jedes Bit B1 bis B8 in 6 hat mindestens die Segmente SY, P1, P2. Somit hat jedes Bit B1 bis B8 in 6 mindestens drei Segmente.
Am Anfang eines Bits B1 bis B8 ist ein Synchronisationssegment SY vorgesehen, das je nach Bit eine Anzahl von 1 bis 4 Zeitquanten TQ hat. Daran schließt sich ein Ausbreitungssegment PP an, das mehrere Zeitquanten TQ hat. Zwischen dem Segment SY und dem Segment PP ist ein erster Abtastpunkt TP zum Abtasten des Bits angeordnet. Nach dem Segment PP kommt eine erste Phase P1 vor einem zweiten Abtastpunkt TP zum Abtasten des Bits. Nach dem zweiten Abtastpunkt TP folgt eine zweite Phase P2. Kommt ein Übergang zwischen zwei verschiedenen logischen Werten in dem Sendesignal TxD bzw. dem vom Bus empfangenen Signal RxD vor, also zwischen 1 und 0 oder zwischen 0 und 1, kann ein Empfangsknoten bzw. Empfänger des Rahmens 450 prüfen, ob der Übergang zu einer erwarteten Zeit vorkommt oder nicht. Falls der Übergang nicht zu der erwarteten Zeit vorkommt, die am Anfang des Bits liegt, kann der Empfänger des Rahmens 450 die Zeitdifferenz berechnen und je nach Ergebnis die zeitliche Länge der Phase P1 oder die zeitliche Länge der Phase P2 anpassen. Dadurch kann sich der Empfänger kontinuierlich auf die zeitliche Taktung des Sendeknotens bzw. Senders des Rahmens 450 synchronisieren. Dies reduziert Fehler, die aufgrund von Einstrahlung auf dem Bus 40 auftreten (Physical Layer Effekte).
Die Kommunikationssteuereinrichtung 11 ist ausgestaltet, in einem vom Bus 40 empfangenen Signal RxD ein Bit B1 bis B8 an dem ersten Abtastpunkt TP und an dem zweiten Abtastpunkt TP abzutasten. Die Abtastpunkte sind jeweils zwischen zwei der Segmente SY, PP, P1, P2 angeordnet.
Die Bits B1 bis B8 in 6 haben jeweils dieselbe Flankensteilheit, jedoch unterschiedliche Flankenhöhen. Allgemein ist die Flankensteilheit im Wesentlichen gleich. Insbesondere treibt die Sende-Empfangseinrichtung 12 das Signal VDIFF mit Flanken mit derselben Flankensteilheit auf den Bus 40. Die Flankenhöhe zwischen den einzelnen Bits entspricht der Differenz der Spannungswerte von VDIFF von direkt aufeinanderfolgenden Bits, zwischen welchen die Flanke angeordnet ist. Je größer die Flankenhöhe ist, umso länger hat das Bitzeit-Anpassmodul 152 die Dauern der Segmente SY, PP, P1, P2 über der Zeit t gewählt. Dabei hat das Bitzeit-Anpassmodul 152 die zeitliche Länge der Segmente SY, PP von der Flankenhöhe abhängig gewählt. Im Unterschied dazu hat das Bitzeit-Anpassmodul 152 die Länge der Segmente P1 und P2 unabhängig von der Flankenhöhe des zugehörigen Bits gewählt. Die Segmente P1, P2 sind zum Synchronisieren der Uhren der einzelnen Teilnehmerstationen des Bussystems 1 verwendbar.
Das Bit B1 hat den logischen Wert 0 und eine steigende Flanke mit einer Flankenhöhe von 4 Volt, die zwischen den Spannungswerten von -2V und +2V angeordnet ist. Dadurch erstreckt sich das Segment SY des Bits B1 über 4 Zeitquanten TQ. Das Segment PP des Bits B1 erstreckt sich über 16 Zeitquanten TQ. Das Bit B1 hat eine Bitlänge oder Bitzeit T1.
Das Bit B2 hat den logischen Wert 3 und eine fallende Flanke mit einer Flankenhöhe von 3 Volt, die zwischen den Spannungswerten von +2V und -IV angeordnet ist. Dadurch erstreckt sich das Segment SY des Bits B2 über 3 Zeitquanten TQ. Das Segment PP des Bits B2 erstreckt sich über 12 Zeitquanten TQ. Das Bit B2 hat eine Bitlänge oder Bitzeit T2.
Das Bit B3 hat den logischen Wert 2 und eine steigende Flanke mit einer Flankenhöhe von 2 Volt, die zwischen den Spannungswerten von -IV und +1V angeordnet ist. Dadurch erstreckt sich das Segment SY des Bits B3 über 2 Zeitquanten TQ. Das Segment PP des Bits B3 erstreckt sich über 8 Zeitquanten TQ. Das Bit B3 hat eine Bitlänge oder Bitzeit T3.
Das Bit B4 hat den logischen Wert 1 und eine fallende Flanke mit einer Flankenhöhe von 1 Volt, die zwischen den Spannungswerten von +1V und 0V angeordnet ist. Dadurch erstreckt sich das Segment SY des Bits B4 über 1 Zeitquantum TQ. Das Segment PP des Bits B4 erstreckt sich über 4 Zeitquanten TQ. Das Bit B4 hat eine Bitlänge oder Bitzeit T4.
Das Bit B5 hat den logischen Wert 1 und daher, wegen dem vorausgehenden Bit B4 mit demselben logischen Wert, eine Flankenhöhe von 0 Volt. Dadurch erstreckt sich das Segment SY des Bits B5 über 1 Zeitquantum TQ. Das Bit B5 hat zudem kein Segment PP. Das Bit B5 hat eine Bitlänge oder Bitzeit T5.
Das Bit B6 hat den logischen Wert 4 und eine fallende Flanke mit einer Flankenhöhe von 2 Volt, die zwischen den Spannungswerten von 0V und -2V angeordnet ist. Dadurch erstreckt sich das Segment SY des Bits B6 über 2 Zeitquanten TQ. Das Segment PP des Bits B6 erstreckt sich über 8 Zeitquanten TQ. Das Bit B6 hat die Bitlänge oder Bitzeit T3.
Das Bit B7 hat den logischen Wert 4 und daher, wegen dem vorausgehenden Bit B6 mit demselben logischen Wert, eine Flankenhöhe von 0 Volt. Dadurch erstreckt sich das Segment SY des Bits B7 über 1 Zeitquantum TQ. Das Bit B7 hat zudem kein Segment PP. Das Bit B7 hat eine Bitlänge oder Bitzeit T5.
Das Bit B8 hat den logischen Wert 3 und eine steigende Flanke mit einer Flankenhöhe von 1 Volt, die zwischen den Spannungswerten von -2V und -IV angeordnet ist. Dadurch erstreckt sich das Segment SY des Bits B8 über 1 Zeitquantum TQ. Das Segment PP des Bits B4 erstreckt sich über 4 Zeitquanten TQ. Das Bit B8 hat eine Bitlänge oder Bitzeit T4.
Somit sind bei der Bitfolge in dem Fünferzahlensystem, wie in 6 gezeigt, fünf verschiedene Spannungszustände auf dem Bus 40 vorhanden. Das Spannungszuordnungsmodul 16 ordnet also fünf verschiedene Spannungswerte, nämlich +2 V, + IV, 0 V, -1 V, -2 V, für entsprechende Spannungszustände auf dem Bus 40 zu. Außerdem hat das Bitzeit-Anpassmodul 152 die Bits des Sendesignals TxD_TC auf fünf verschiedene Bitlängen oder Bitzeiten angepasst, nämlich die Bitzeiten T1 bis T5. Die Anpassung bestimmt das Bitzeit-Anpassmodul 152 gemäß einer entsprechenden Vorschrift 1521, welche die Wechsel zwischen den Ziffern 0 bis 4 berücksichtigt. Das Bitzeit-Anpassmodul 152 passt die zeitliche Länge oder Bitzeit der Bits derart an, dass das Signal VDIFF Differenzspannungen hat, deren zeitliche Dauer von der vorausgegangenen Höhe der Differenzspannungsänderung abhängig ist.
Bei dem Beispiel von 6 haben die gewählten Differenzspannungen VDIFF im Bereich von +2 V zu -2 V je nach Bitfolge Flankensprünge von 0 V bis 4 V. Dies kann zu relativ langen Bitzeiten, wie beispielsweise der Bitzeit T1, oder zu relativ kurzen Bitzeiten führen, wie beispielsweise der Bitzeit T5. Dennoch hat die Ziffernfolge 03211443₍₅₎ von 6 nur 99 Zeitquanten TQ.
Die Datenrate kann bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel im Vergleich zu dem Stand der Technik deutlich erhöht werden. Insbesondere kann die Datenrate um 21% im Vergleich zu einer Technik deutlich erhöht werden, bei der beispielsweise eine maximale Differenzspannung von 1 V verwendet wird, wie bei LVCAN, und zusätzlicher Bitzeitkompression.
Selbstverständlich können die Bits B1 bis B8 um andere zeitliche Länge(n) verkürzt sein als zuvor beschrieben. Insbesondere ist eine Verkürzung um die zeitliche Länge eines Segments P1 oder eine beliebige andere Länge möglich, die zwischen der Länge der Segmente PP, P1 liegt. Mindestens eines der Bits B1 bis B8 kann alternativ um eine zeitliche Länge verkürzt sein, die kleiner als das Segment P1 ist.
Ist die Teilnehmerstation 10 eine empfangende Teilnehmerstation des Bussystems 1, die derzeit kein Sender des Rahmens 450 ist, sondern den Rahmen 450 nur empfängt (Empfangsknoten), erkennt die Teilnehmerstation 10 mit ihrem Bitzeit-Anpassmodul 152 die verkürzte Bit-Länge der dominanten Bits B1 durch Abtastung an den Abtastpunkten TP des Empfangssignals RxD. Insbesondere tastet die Kommunikationssteuereinrichtung das Empfangssignal RxD nach jedem Zeitquantum TQ ab. Somit kann ein Empfangsknoten die Bits des Signals VDIFF gemäß 6 korrekt abtasten, das der Empfangsknoten an seinen Anschlüssen CAN_H, CAN_L vom Bus 40 empfängt. Optional kann der Bitzeit-Anpassmodul 152 die als verkürzt erkannten Bits B1 des Empfangssignals RxD wieder auf die normale Länge im binären Zahlensystem verlängern. Alternativ wertet die Kommunikationssteuereinrichtung 11 das Empfangssignals RxD jedoch mit den unterschiedlich langen Bits aus.
Durch diese Ausgestaltung der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 des Bussystems 1 können in der gleichen Zeit mehr Bits über den Bus 40 übertragen werden. Somit erhöht sich die Datenrate im Bussystem 1.
Sollte am Bus 40 eine Teilnehmerstation 10, 20, 30 sein, welche die Bitzeitverkürzung nicht versteht, so wird diese Teilnehmerstation 10, 20, 30 die Kommunikation im Bussystem 1, wenn eines der Bitzeit-Modifiziermodule 15, 25, 35 für ein Sendesignal TxD aktiv ist, durch Fehlerrahmen 47 stören. In einem solchen Fall zählt der Fehlerrahmenzählblock 153 die vom Bus 40 empfangenen Fehlerrahmen 47. Ab einer bestimmten Anzahl an Fehlerrahmen 47 wertet das Bitzeit-Modifiziermodul 15 aus, dass das Verfahren zum Verkürzen der Bits bzw. Bitfolgen nicht mehr verwendet wird. Stattdessen verwendet die Kommunikationssteuereinrichtung 11 dann nur noch das klassische Protokoll, bei dem keine Verkürzung von Bits bzw. Bitfolgen verwendet wird. Somit wird das zugehörige Bitzeit-Modifiziermodul 15, 25, 35 der Teilnehmerstation 10, 20, 30 deaktiviert.
Dadurch ist ein robuster Notbetrieb der Kommunikation in dem Bussystem 1 möglich. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Bussystem 1 in einem Fahrzeug eingesetzt wird. Der Notbetrieb ist dann beispielsweise während der Fahrt des Fahrzeugs gewährleistet.
Die Kommunikationssteuereinrichtung 11, insbesondere ihr Bitzeit-Modifiziermodul 15, kann den Zählwert des Fehlerrahmenzählblocks 153 bei einem erfolgreichen Versenden einer Nachricht 45 reduzieren, welche verkürzte Bits bzw. Bitfolgen hat. Dadurch führen sporadische Fehler, die nicht durch eine Inkompatibilität der Kommunikationsprotokolle der Teilnehmerstation 10, 20, 30 am Bus 40 verursacht sind, nicht zu einer Reduktion der möglichen übertragbaren Baudrate im Bussystem 1.
Im Unterschied dazu kann es bei einem Softwareupdate des Fahrzeugs in der Werkstatt gewünscht sein, mit möglichst hoher Datenrate zu arbeiten. Dies kann der Fall sein, wenn die Daten der neuen Software nur für eine einzelne Teilnehmerstation am Bus 40 von Interesse sind. Für einen solchen Fall ist es möglich, dass ein Werkstatttester gezielt so lange das zuvor beschriebene Verfahren zum Verkürzen der Bits bzw. Bitfolgen beim Senden von Nachrichten 45, 46 im Bus 40 verwendet, bis die inkompatiblen Teilnehmerstation(en) das Senden von Fehlerrahmen 47 unterbinden und in einen Fehlerausnahmezustand gehen. Ab diesem Zeitpunkt kann die Kommunikationssteuereinrichtung 11 das zuvor beschriebene Verfahren zum Verkürzen der Bits bzw. Bitfolgen beim Senden von Nachrichten 45, 46 gemäß 6 ungestört verwenden. Damit kann dann das Softwareupdate in kürzerer Zeit übertragen werden als mit den herkömmlichen Nachrichten 45, 46 mit den normal langen Bits.
7 zeigt in Bezug auf ein zweites Ausführungsbeispiel über der Zeit t ein Beispiel für ein Differenzsignal VDIFF, das sich in Folge eines digitalen Sendesignals TxD bzw. TxD_TC auf dem Bus 40 ausgebildet hat. Das Sendesignal TxD kann entweder gemäß dem Rahmen 450 erzeugt sein oder gemäß dem Protokoll für CAN FD erzeugt sein.
Die gezeigte Bitfolge hat zehn Bits, nämlich Bit B1 bis B10. Die Bits haben in einem Dreierzahlensystem die logischen Werte oder Ziffern 2202001221₍₃₎. Auch diese Ziffernfolge entspricht der Ziffernfolge 1101001011101110₍₂₎ in dem binären Zahlensystem und der Ziffernfolge bzw. Bitfolge 3211443₍₅₎ von 6 gemäß dem Fünferzahlensystem.
Das Spannungszuordnungsmodul 16 hat jedem logischen Wert bzw. Ziffer in der Bitfolge 2202001221₍₃₎ bis zu zwei vorbestimmte Spannungswerte für das Signal VDIFF auf dem Bus 40 zugeordnet. Der Ziffer 2 sind die beiden Spannungswerte +2V und -IV zugeordnet. Der Ziffer 1 sind die beiden Spannungswerte +1V und -2V zugeordnet. Der Ziffer 0 ist der Spannungswert 0V zugeordnet. Hierbei erfolgt die Zuordnung derart, dass jeweils die geringstmögliche Flankenhöhe zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bits erzeugt wird.
In dem Empfangssignal RxD ordnet das Spannungszuordnungsmodul 16, insbesondere sein Empfangsmodul 162, den entsprechenden Spannungen des Differenzsignals VDIFF bei fehlerfreiem Empfang die Ziffernwerte zu, die der Bitfolge 2202001221₍₃₎ entsprechen. Hierfür verwendet das Spannungszuordnungsmodul 16, insbesondere sein Empfangsmodul 162, die Empfangsschwellen U_TH1, U_TH2, U_TH3, U_TH4.
Dadurch können nur die Ziffern 0, 1, 2 in dem Sendesignal TxD_TC enthalten sein und über den Bus 40 übertragen werden. Daher kann das Bitzeit-Anpassmodul 152 die Dauern der Segmente SY, PP, P1, P2 über der Zeit t derart anpassen, dass bei dem Beispiel von 7 nur Bits mit den kürzeren Bitlängen oder Bitzeiten T3 bis T5 vorhanden sind.
Somit sind bei der Bitfolge in dem Dreizahlensystem, wie in 7 gezeigt, weiter fünf verschiedene Spannungszustände auf dem Bus 40 vorhanden. Das Spannungszuordnungsmodul 16 ordnet also fünf verschiedene Spannungswerte, nämlich +2 V, + IV, 0 V, -1 V, -2 V, für entsprechende Spannungszustände auf dem Bus 40 zu. Dennoch kann das Bitzeit-Anpassmodul 152 die Bits des Sendesignals TxD_TC nur auf drei verschiedene Bitlängen oder Bitzeiten anpassen, nämlich die Bitzeiten T3 bis T5. Die Anpassung bestimmt das Bitzeit-Anpassmodul 152 gemäß der entsprechenden Vorschrift 1521, welche die Wechsel zwischen den Ziffern 0 bis 2 berücksichtigt.
Bei dem Beispiel von 7 haben die gewählten Differenzspannungen VDIFF im Bereich von +2 V zu -2 V je nach Bitfolge Flankensprünge von 0 V bis 2 V. Die resultierenden kürzeren Bitzeiten T3 bis T5 führen dazu, dass die Ziffernfolge 3211443₍₅₎ bzw. 2202001221₍₃₎ von 7 nur noch 88 Zeitquanten TQ dauert. Dadurch wird eine Zeitdauer T_E für die Übertragung auf dem Bus 40 im Vergleich zu dem Beispiel von 6 eingespart.
Die Datenrate kann bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel im Vergleich zu dem Beispiel von 6 nochmals deutlich erhöht werden. Insbesondere kann die Datenrate um 36% im Vergleich zu der Technik deutlich erhöht werden, bei der beispielsweise eine maximale Differenzspannung von 1 V verwendet wird, wie bei LVCAN, und zusätzlicher Bitzeitkompression.
8 zeigt in Bezug auf ein drittes Ausführungsbeispiel über der Zeit t ein Beispiel für ein Differenzsignal VDIFF, das sich in Folge eines digitalen Sendesignals TxD bzw. TxD_TC auf dem Bus 40 ausgebildet hat. Das Sendesignal TxD kann entweder gemäß dem Rahmen 450 erzeugt sein oder gemäß dem Protokoll für CAN FD erzeugt sein.
Der Bitfolge von 8 sind dieselben logischen Werte zugeordnet wie bei 7. Die Bits B1 bis B10 haben also in einem Dreierzahlensystem die logischen Werte oder Ziffern 2202001221₍₃₎, wie zuvor beschrieben.
Das Spannungszuordnungsmodul 16 hat jedem logischen Wert bzw. Ziffer in der Bitfolge 2202001221₍₃₎ bis zu zwei vorbestimmte Spannungswerte für das Signal VDIFF auf dem Bus 40 zugeordnet. Der Ziffer 2 sind die beiden Spannungswerte +2V und -IV zugeordnet. Der Ziffer 1 ist der Spannungswert +1V zugeordnet. Der Ziffer 0 ist der Spannungswert 0V zugeordnet. Somit ist die zusätzliche Differenzspannung von -2 Volt nicht notwendig.
In dem Empfangssignal RxD ordnet das Spannungszuordnungsmodul 16, insbesondere sein Empfangsmodul 162, den entsprechenden Spannungen des Differenzsignals VDIFF bei fehlerfreiem Empfang die Ziffernwerte zu, die der Bitfolge 2202001221₍₃₎ entsprechen. Hierfür verwendet das Spannungszuordnungsmodul 16, insbesondere sein Empfangsmodul 162, die Empfangsschwellen U_TH1, U_TH2, U_TH3. Die Empfangsschwelle U_TH4 ist jedoch nicht notwendig.
Dadurch können nur die Ziffern 0, 1, 2 in dem Sendesignal TxD_TC enthalten sein und über den Bus 40 übertragen werden. Daher kann das Bitzeit-Anpassmodul 152 die Dauern der Segmente SY, PP, P1, P2 über der Zeit t derart anpassen, dass bei dem Beispiel von 8 nur Bits mit den kürzeren Bitlängen oder Bitzeiten T3 bis T5 vorhanden sind.
Somit sind bei der Bitfolge in dem Dreizahlensystem, wie in 8 gezeigt, nur noch vier verschiedene Spannungszustände auf dem Bus 40 vorhanden. Das Spannungszuordnungsmodul 16 ordnet also vier verschiedene Spannungswerte, nämlich +2 V, + IV, 0 V, -1 V, für entsprechende Spannungszustände auf dem Bus 40 zu. Dennoch kann das Bitzeit-Anpassmodul 152 die Bits des Sendesignals TxD_TC nur auf drei verschiedene Bitlängen oder Bitzeiten anpassen, nämlich die Bitzeiten T3 bis T5. Die Anpassung bestimmt das Bitzeit-Anpassmodul 152 gemäß der entsprechenden Vorschrift 1521, welche die Wechsel zwischen den Ziffern 0 bis 2 berücksichtigt.
Bei dem Beispiel von 7 haben die gewählten Differenzspannungen VDIFF im Bereich von +2 V zu -1 V je nach Bitfolge Flankensprünge von 0 V bis 2 V. Die resultierenden kürzeren Bitzeiten T3 bis T5 führen dazu, dass die Ziffernfolge 3211443₍₅₎ bzw. 2202001221₍₃₎ von 8 zwar dieselbe Zeitdauer hat wie bei dem Beispiel von 7, nämlich nur 88 Zeitquanten TQ.
Jedoch kommen bei einer Nachricht 45, 46 niedrige Ziffern, insbesondere Nullen, statistisch häufiger vor als hohe Ziffern, wie beispielsweise 2. Daher sind bei der Ausführung von 8 niedrigen Ziffern, wie 0 und 1, niedrige absolute Differenzspannungen zugeordnet. Beispielsweise ist nämlich der Ziffer 0 eine Spannung von 0 V zugeordnet. Daher kann das Signal von 8 besonders stromsparend und dadurch energiesparend über den Bus 40 übertragen werden.
Somit kann die Datenrate bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel im Vergleich zu dem Beispiel von 7 energiesparender erhöht werden.
9 zeigt einen Rahmen 450A gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Der Rahmen 450A kann von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 verwendet werden, um das Sendesignal TxD zu erstellen und/oder um das Empfangssignal RxD auszuwerten, wie zuvor beschrieben.
In dem Rahmen 450A ist im Steuerfeld 454 mindestens ein Bit B_V enthalten. Je weniger Bits B_V enthalten sind, desto weniger wird die übertragbare Nettodatenrate im Bussystem 1 gesenkt.
Das mindestens eine Bit B_V gibt an, ob die Bits bzw. Bitfolgen in einem Empfangssignal RxD, das derzeit von dem Bus 40 empfangen wird, verkürzt gesendet werden oder nicht.
Somit kann ein Sendeknoten einem Empfangsknoten am Bus 40 mit dem mindestens einen Bit B_V mitteilen, wie das derzeit empfangene Empfangssignal RxD auszuwerten ist. Der Empfangsknoten kann somit richtigerweise die vorbestimmten Vorschriften 1521, 1511 bei der Auswertung des derzeit empfangenen Empfangssignals RxD berücksichtigen.
Mit anderen Worten, der Einsatz des zuvor beschriebenen Verfahrens der Verkürzung der Bits bzw. Bitfolgen gemäß 6 oder 7 oder 8 kann durch ein reserviertes Bit im Kopf (Header) einer Nachricht 45 angekündigt werden.
Dadurch ist die Abwärtskompatibilität mit bekannten Kommunikationsprotokollen, insbesondere CAN-basierten Protokollen, gewährleistet.
Alternativ ist das mindestens eine Bit B_V im Datenfeld 455 enthalten.
9 zeigt einen Rahmen 450B gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Der Rahmen 450B kann von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 verwendet werden, um das Sendesignal TxD zu erstellen und/oder um das Empfangssignal RxD auszuwerten, wie zuvor beschrieben.
In dem Rahmen 450B ist im Datenfeld 455 mindestens ein Bit B_V enthalten. Das mindestens eine Bit B_V gibt an, dass in einer Nachricht 45, die demnächst über den Bus 40 gesendet wird, die Bits bzw. Bitfolgen verkürzt gesendet werden. Somit weiß ein Empfangsknoten, dass in einem folgenden Empfangssignal RxD die Bits bzw. Bitfolgen verkürzt sind, wie in 7 gezeigt.
Ist mehr als ein Bit B_V enthalten, kann mitgeteilt werden, welche Nachricht 45, 46 der folgenden Nachrichten am Bus 40 so modifiziert ist, dass die Bits bzw. Bitfolgen verkürzt sind. Beispielsweise kann dann ein spezieller Identifizierer für diese Nachricht 45, 46 in einer Bitfolge von mindestens zwei Bits B_V codiert sein.
Somit kann ein Sendeknoten einem Empfangsknoten mit dem Bit B_V mitteilen, wie das Empfangssignal RxD der nächsten vom Bus 40 empfangenen Nachricht 45, 46 auszuwerten ist. Der Empfangsknoten kann somit richtigerweise die vorbestimmte Vorschrift 1511, 1521 bei der Auswertung dieses Empfangssignals RxD berücksichtigen.
Mit anderen Worten, der Einsatz des zuvor beschriebenen Verfahrens der Verkürzung der Bits bzw. Bitfolgen, wie in 6 oder 7 oder 8 gezeigt, für das derzeitige Empfangssignal RxD kann in einer vorhergehenden Nachricht angekündigt worden sein.
Es ist möglich, dass auch in der Nachricht, die auf der Basis eines Rahmens 450B erstellt wurde, zumindest abschnittsweise verkürzte Bits oder Bitfolgen verwendet werden.
Auch dadurch ist die Abwärtskompatibilität mit bekannten Kommunikationsprotokollen, insbesondere CAN-basierten Protokollen, gewährleistet.
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.
Selbstverständlich kann die mindestens eine der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 anders ausgestaltet sein, um das Signal VDIFF für den Bus zu erzeugen, wie zuvor beschrieben. Beispielsweise ist zumindest eines der Module 15, 25, 35 zumindest teilweise in der zugehörigen Sende-/Empfangseinrichtung 12, 22, 32 angeordnet.
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 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.
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 Teilnehmerstationen 10 oder nur Teilnehmerstationen 30 vorhanden sind.

Claims

Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) für eine Teilnehmerstation (10; 20; 30) für ein serielles Bussystem (1), wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ausgestaltet ist zum Steuern einer Kommunikation der Teilnehmerstation (10; 20; 30) mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation (10; 20; 30) des Bussystems (1) und zur Erzeugung eines Sendesignals (TxD) zum Senden auf einen Bus (40) des Bussystems (1) und/oder zum Empfangen eines Signals (VDIFF) von dem Bus (40), wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ausgestaltet ist, das Sendesignal (TxD, TxD_TC) gemäß einem Rahmen (450; 450A; 450B) zu erzeugen, und wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ausgestaltet ist, das Sendesignal (TxD, TxD_TC) derart zu erzeugen, dass in dem Sendesignal (TxD, TxD_TC) die Bitzeit (T1 bis T5) mindestens eines Bits (B1 bis B8; B1 bis B10) in Abhängigkeit von einer Flankenhöhe angepasst ist, die zwischen dem mindestens einen Bit (B1 bis B8; B1 bis B10) und dem vorhergehenden Bit in einem Signal (VDIFF) vorzusehen ist, in welchem das Bit über den Bus (40) zu übertragen ist.
Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) nach Anspruch 1, wobei die Flankensteilheit der Flanken des über den Bus (40) übertragenen Signals (VDIFF) unabhängig von der Flankenhöhe der Flanken im Wesentlichen gleich ist.
Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) nach Anspruch 1 oder 2, zudem mit einem Umrechnungsblock (151) zur Umrechnung eines logischen Werts von mindestens zwei Bits des Sendesignals (TxD) aus dem binären Zahlensystem in einen logischen Wert in einem Zahlensystem, das auf einer Zahl größer 2 basiert, und zur Erzeugung mindestens eines Bits für das Sendesignal (TxD; TxD_TC), und einem Bitzeit-Anpassungsblock (152) zur Anpassung der Bitzeit des mindestens einen Bits des Sendesignals (TxD; TxD_TC) in Abhängigkeit von dem logischen Wert des mindestens einen Bits des Sendesignals (TxD; TxD_TC).
Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ausgestaltet ist, in dem Rahmen (450; 450A; 450B) mindestens ein Bit, das in einer Bitfolge (B4, B5) von mindestens zwei Bits mit demselben logischen Wert angeordnet ist, im Vergleich zu einem anderen Bit der Bitfolge zu verkürzen.
Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jedes Bit (B1, B2) des Sendesignals (TxD) ohne Verkürzung über der Zeit (t) in vier Segmente (SY, PP, P1, P2) unterteilt ist, wobei zwischen dem ersten und zweiten Segment (SY, PP) ein erster Abtastpunkt (TP) zum Abtasten des Signals nach Übertragung über den Bus (40) vorgesehen ist, und wobei zwischen dem dritten und vierten Segment (P1, P2) ein zweiter Abtastpunkt (TP) zum Abtasten des Signals nach Übertragung über den Bus (40) vorgesehen ist.
Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ausgestaltet ist, in das Sendesignal (TxD) mindestens ein vorbestimmtes Bit (B_V) einzufügen, welches einem Empfangsknoten im Bussystem (1) anzeigt, dass ein derzeit vom Bus (40) empfangenes Signal (VDIFF) zumindest abschnittsweise derart modifiziert ist, dass das mindestens eine Bit in Abhängigkeit von einer Flankenhöhe angepasst ist.
Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) nach Anspruch 6, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ausgestaltet ist, das mindestens eine vorbestimmte Bit (B_V) in ein Steuerfeld (454) des Rahmens (450A; 450B) und/oder in ein Datenfeld (455) des Rahmens (450A; 450B) einzufügen.
Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) einen Fehlerrahmenzählblock (153) zum Zählen von vom Bus (40) empfangenen Fehlerrahmen (47) aufweist, und wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ausgestaltet ist, in dem Sendesignal (TxD) keine Bitzeit anzupassen, wenn der Zählwert des Fehlerrahmenzählblocks (154) eine vorbestimmte Anzahl überschreitet.
Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ausgestaltet ist, das Sendesignal (TxD) derart zu erzeugen, dass sich für eine Nachricht (45), die zwischen Teilnehmerstationen (10, 20, 30) des Bussystems (1) ausgetauscht wird, die Bitzeit (t_btl) eines in einer ersten Kommunikationsphase (451) auf den Bus (40) gesendeten Signals unterscheiden kann von einer Bitzeit (T1 bis T5) eines in der zweiten Kommunikationsphase (452) gesendeten Signals, und wobei in der ersten Kommunikationsphase (451) ausgehandelt wird, welche der Teilnehmerstationen (10, 20, 30) des Bussystems (1) in der nachfolgenden zweiten Kommunikationsphase (452) einen zumindest zeitweise exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus (40) bekommt, und wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ausgestaltet ist, mindestens ein Bit (B1) in der ersten und/oder zweiten Kommunikationsphase (451, 452) in der Bitzeit (T1 bis T5) anzupassen.
Teilnehmerstation (10; 20; 30), mit einer Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) nach einem der vorangehenden Ansprüche, und einem Spannungszuordnungsmodul (16; 26; 36) zur Zuordnung eines ersten Spannungswerts oder eines zweiten Spannungswerts zu dem logischen Wert eines Bits des Sendesignals (TxD; TxD_TC) für das über den Bus (40) zu übertragende Signal (VDIFF), wobei das Spannungszuordnungsmodul (16; 26; 36) ausgestaltet ist, dem mindestens einen Bit für das Signal (VDIFF) auf dem Bus (40) den logischen Wert zuzuordnen, mit welchem das mindestens eine Bit in dem Signal (VDIFF) auf dem Bus (40) an seinem Anfang die minimale Flankenhöhe hat.
Teilnehmerstation (10; 20; 30) nach Anspruch 10, wobei einem ersten logischen Wert eines ersten Bits in einer Bitfolge des Sendesignals (TxD) ein erster Spannungswert zugeordnet ist, wobei einem zweiten logischen Wert eines zweiten Bits der Bitfolge ein zweiter Spannungswert zugeordnet ist, wobei der erste logische Wert kleiner als der zweite logische Wert ist, und wobei der erste Spannungswert kleiner als der zweite Spannungswert ist.
Teilnehmerstation (10; 20; 30) nach Anspruch 10 oder 11, wobei der für die Nachricht (45) gebildete Rahmen (450) kompatibel zu CAN FD und/oder CAN XL aufgebaut ist.
Teilnehmerstation (10; 20; 30) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, zudem mit einer Sende-/Empfangseinrichtung (22) zum Senden des Sendesignals (TxD) oder des modifizierten Sendesignals (TxD_TC) auf einen Bus (40) des Bussystems (1), wobei die Sende-/Empfangseinrichtung (22) ausgestaltet ist, den gesamten Rahmen (450) in einer Betriebsart (B_452_TX) zum Senden und Empfangen des Rahmens (450) in der ersten Kommunikationsphase (451) auf den Bus (40) zu senden.
Bussystem (1), mit einem Bus (40), und mindestens zwei Teilnehmerstationen (10; 20; 30), welche über den Bus (40) derart miteinander verbunden sind, dass sie seriell miteinander kommunizieren können und von denen mindestens eine Teilnehmerstation (10; 20; 30) eine Teilnehmerstation (10; 20; 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche 10 bis 13 ist.
Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem (1), wobei das Verfahren mit einer Teilnehmerstation (10; 20; 30) des Bussystems (1) ausgeführt wird, die eine Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, Steuern, mit der Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31), einer Kommunikation der Teilnehmerstation (10; 20; 30) mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation (10; 20; 30) des Bussystems (1) und zum Erzeugen eines Sendesignals (TxD) zum Senden auf einen Bus (40) des Bussystems (1) und/oder zum Empfangen eines Signals (VDIFF) von dem Bus (40), wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) das Sendesignal (TxD; TxD_TC) gemäß einem Rahmen (450; 450A; 450B) erzeugt, und wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) das Sendesignal (TxD; TxD_TC) derart erzeugt, dass in dem Sendesignal (TxD; TxD_TC) die Bitzeit (T1 bis T5) mindestens eines Bits (B1 bis B8; B1 bis B10) in Abhängigkeit von einer Flankenhöhe angepasst ist, die zwischen dem mindestens einen Bit (B1 bis B8; B1 bis B10) und dem vorhergehenden Bit in einem Signal (VDIFF) vorzusehen ist, in welchem das Bit über den Bus (40) übertragen wird.