DE69532779T2 - Verfahren zum Nachrichtenübermittlung zwischen Modulen in einem Multiplexnetzwerk - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Nachrichten zwischen elektronischen Modulen eines gemultiplexten Kommunikationsnetzes, vor allem an Bord eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung ist anwendbar auf Automobilnetzwerke, die auf verschiedenen Protokollen basieren, wie VAN – Vehicle Area Network -, CAN oder J1850.
• Ein gemultiplextes Kommunikationsnetzwerk wird im Allgemeinen durch mehrere elektronische Module gebildet, vor allem aus Rechnern für die Einspritzung, dem Antiblockiersystem ABS, dem Automatikgetriebe, dem Armaturenbrett oder der Klimaanlage z.B., untereinander verbunden durch ein- oder zweiadrige Mittel zur Verkabelung, die einen Übertragungsbus für Daten verwirklichen. Es sind Module zur Erfassung von Signalen, die von Sensoren herrühren, wie dem Sensor für den Bremsverschleiß oder den Reifendruck, und Module zur Steuerung einer oder mehrerer Anwendungen, die lokal in dem Fahrzeug vereint sind, wie die Steuerung von Aktoren wie die Signallampen, das Instrumentenbrett... . Die Übertragung von Informationen zwischen diesen Modulen des Netzwerks verwirklicht sich durch unteilbares Packet, Datenübertragungsblock genannt, von numerischen Signalen, welches erhalten wird durch Umwandlung dieser Information, realisiert durch einen Protokoll-Controller und welche übertragen wird gemäß einem asynchronen Übertragungsprinzip. Jeder Datenübertragungsblock umfasst verschiedene aufeinanderfolgende Felder, von denen jedes durch eine bestimmte Anzahl von Bits gebildet wird, wobei der Datenübertragungsblock selbst einem festen Protokoll folgend angeordnet und übertragen wird.
• 1 ist z.B. eine Darstellung eines in einem Netzwerk von Typ VAN benutzten Datenübertragungsblocks. Er enthält zunächst ein Feld für den Anfang des Datenübertragungsblocks SOF, gefolgt von einem Identifikationsfeld IDEN von 12 Bits, welches die Natur der Daten und die Empfänger des Datenübertragungsblocks definiert. Der Datenübertragungsblock umfasst ferner ein Steuerfeld COM von 4 Bits der auszuführenden Operation, gefolgt von einem Datenfeld DAD, welches eine ganzzahlige Anzahl von Oktetten umfasst. Diese Daten sind an eines oder mehrere Module adressiert, die den Datenübertragungsblock über den Identifikator IDEN filtern. Endlich endet der Datenübertragungsblock mit einem Fehlerprüffeld FCS (Frame Check Sequence) und einem Feld des Endes des Datenübertragungsblocks.
• Der Kommunikationsbus, der die Module miteinander verbindet, ist zweiadrig und gebildet durch zwei Leiter, mit DATA und DATAb bezeichnet, zwischen welchen eine Spannung übermittelt wird, welche differenzielle analoge Signale bildet, wobei das Vorzeichen der Spannung repräsentativ ist für einen logischen binären Zustand.
• 2 ist das Schema eines Kommunikationsinterface zwischen einem Datenbus 1 und dem "Anwendungs-Teil" 2 eines Netzwerkmoduls, das im Wesentlichen einen differenziellen Leitungs-Sender-Empfänger 3 und einen Protokoll-Controller 4 umfasst. Der sendende Teil des Leitungs-Sender-Empfängers stellt die Umwandlung der Daten DE, die durch das Modul gesendet werden und über eine unipolare Leitung eingehen, in differenzielle Signale mit an den Bus angepasster Spannung sicher (DATA, DATAb). Der empfangende Teil überträgt die vom Bus empfangenen Daten DR an den Protokoll-Controller, nach eventueller Korrektur.
• Der Protokoll-Controller überprüft die Natur der Informationen DR, die von dem Leitungs-Sender-Empfänger herrühren, stellt sicher, dass die empfangenen Nachrichten das definierte Protokoll respektieren, verwaltet die Prioritäten, kann überprüfen, ob die zu einem Modul hin gesendeten Daten an ihrem Bestimmungsort ankommen, serialisiert und ordnet die zu sendenden Informationen DE gemäß dem Protokoll, deserialisiert die empfangenen Informationen im Hinblick auf ihre Benutzung in der Anwendung, die z.B. in der Steuerung eines Aktors bestehen kann oder eines Sensors, verbunden mit dem bidirektionalen Austausch von Informationen mit denselben.
• Jedes Modul ist im Stande Datenübertragungsblöcke von Signalen zu erkennen, die verschiedene Adressen aufweisen, für verschiedene in dem Modul versammelte Anwendungen bestimmt. Ferner, um Datenübertragungsblöcke zu mehreren Rechnern, die in einem Kommunikationsnetzwerk verbunden sind, zu übertragen, können zwei Typen der Adressierung benutzt werden, die eine von Punkt zu Punkt, d.h. ein Datenübertragungsblock pro Adressat, die andere mittels Diffusion, d.h. ein Datenübertragungsblock für mehrere Adressaten. Die Adressierung Punkt zu Punkt ist viel kostspieliger im Hinblick auf die Last des Netzwerks und auf die Verarbeitungskapazität des die Datenübertragungsblöcke produzierenden Moduls. Sie muss gerechtfertigt sein, z.B., durch Anforderung an die Qualität der Übertragung, wie die Benutzung einer Quittierung.
• Die Adressierung mittels Diffusion muss sämtliche Bedürfnisse der Adressaten desselben Datenübertragungsblocks befriedigen, insbesondere die, die am meisten beschränkend sind. So müssen, wenn ein Adressat eine Information sehr häufig braucht, die anderen Adressaten, die weniger fordern, die Datenübertragungsblöcke filtern, um die Häufigkeit der Empfänge der Datenübertragungsblöcke an ihre Anforderung anzupassen. Dieser Unterschied in den Anforderungen kann sich in einem Unterschied der Präzision einer Information niederschlagen, vor allem durch das Erfordernis, lediglich einen Datenübertragungsblock von zwei oder n im Verhältnis zu den strengsten Anforderungen zu benutzen.
• Dieses Problem wird häufig gelöst durch die Anpassung des produzierenden Moduls, das die Datenübertragungsblöcke aussendet, mit einem Identifikator pro Sendeperiode oder pro adressiertem Modul. Dieses führt zu kostspieligen Mechanismen, da die Last des Netzwerks erheblich ist und die Verarbeitungskapazitäten des produzierenden Moduls überdimensioniert werden müssen im Verhältnis zu den Anforderungen der Gesamtheit der Module des Netzwerks.
• Es wird bisweilen gelöst durch das Akzeptieren sämtlicher Datenübertragungsblöcke in dem Protokoll-Controller des adressierten Moduls, gefolgt von einer Filterung durch die Anwendung dieses Moduls. Zum Beispiel beschreibt die Veröffentlichung GB-A-2 268 035 ein Diffusionsnetzwerk von Datenblöcken mit mehren Empfangsstationen, wobei jede Empfangsstation jeden Datenblock speichert, bevor sie hieraus den an sie andressierten Teil extrahiert. Ein eindeutiger Identifikator eines Datenblocks wird benutzt, um die Speicheradresse in der Empfangsstation zu kalkulieren, wo die Datenblöcke gespeichert sind. GB-A-2 268 035 lehrt daher, alle Datenblöcke an jeder Adressstation zu akzeptieren, bevor nicht die Information durch die ausgeführte Anwendung gefiltert wird.
• Die Veröffentlichung EP-A-0 255 767 beschreibt eine Methode zum Definieren einer Untermenge von adressierten Stationen, an welche eine Nachricht durch eine Sendestation verbreitet wird. Folglich werden die verbreiteten Blöcke gleichermaßen empfangen. Dieses führt zu kostspieligen Mechanismen bei jedem Adressaten, vor allem hinsichtlich des Speicherplatzes oder der Verarbeitungskapazität. Es kann ebenfalls nicht mehr als ein einziger Datenübertragungsblock in dem Protokoll-Controller nach einem Lesevorgang akzeptiert werden, aber dies führt zu einer Verzögerung der Information.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist dieses Problem zu lösen, in dem jedem Empfangsmodul ermöglicht wird, mit Hilfe eines wenig kostspieligen Mechanismus, eine Probe von auf dem Netzwerk verfügbaren Datenübertragungsblöcken zu akzeptieren, ohne eine Verzögerung der Information herbeizuführen.
• Hierfür schlägt die Erfindung ein Übertragungsverfahren für Nachrichten gemäß dem Anspruch 1 und ein Kommunikationsnetzwerk gemäß Anspruch 5 vor.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden bei Lektüre der folgenden Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels deutlich, wobei diese Beschreibung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen vorgenommen wird, in welchen, außer den bereits beschriebenen 1, 2, die einen in einem Netzwerk vom Typ VAN benutzten Datenübertragungsblock bzw. das Schema eines Kommunikationsinterface zwischen einem Datenbus und dem "Anwendungs-Teil" eines Netzwerkmoduls darstellen:
• 3 ist die Darstellung eines nach dem Verfahren gemäß der Erfindung gesendeten Datenübertragungsblocks;
• 4 stellt den Ablauf des Verfahrens gemäß der Erfindung angewandt auf ein gemultiplextes Netzwerk mit vier elektronischen Modulen dar;
• 5 ist die Darstellung verschiedener Datenübertragungsblöcke, die im Laufe der Zeit gesendet werden.
• Gemäß der Erfindung besteht das Verfahren zur Übertragung von Nachrichten zwischen elektronischen Modulen eines gemultiplexten Netzwerks, die untereinander durch einen Kommunikationsbus verbunden sind, vor allem im Definieren eines Feldes SAM von N Bits in dem identifizierenden Teil des Datenübertragungsblocks. Im Fall eines CAN-, VAN- oder J1850-Netzwerks, besteht der Identifikator IDEN aus 12 Bits und erlaubt die übertragenden Daten zu identifizieren. Die Rechner benutzen die Datenübertragungsblock-Identifikatoren, um die Datenübertragungsblöcke auszuwählen, die sie auf dem Netzwerk interessieren. Es kann z.B. ein Feld SAM mit 5 Bits mit niedrigem Stellenwert des Identifikators definiert werden, wie in 3 gezeigt. In einem zweiten, fakultativen Schritt initialisiert das einen Datenübertragungsblock produzierende Modul den Wert des Inhalts dieses Feldes SAM mit einem Wert, der allen adressierten Modulen bekannt ist, z.B. mit einem Wert Null 0.
• Nach jedem Aussenden des Datenübertragungsblocks während einer Periode T, erhöht oder verringert das produzierende Modul, Dank einem Zähler, den Inhalt dieses Feldes SAM modulo seinem Maximalwert 2^N. Im Fall eines Feldes SAM mit 5 Bits, wird es mit 0 initialisiert und erhöht, oder verringert, um 1 modulo 2⁵ oder 32 nach jedem Aussenden eines Datenübertragungsblocks.
• Jedes Empfängermodul, das die übertragende Information empfängt, muss dann eine Filterung mittels einer Maske veranlassen, basierend auf dem Akzeptieren des Datenübertragungsblocks, wenn ein Teil seines Feldes SAM übereinstimmt mit einem gegebenen Muster, mit welchem es verglichen wird. So besteht die Filterung zum einen im Vergleichen von n Bits mit niedrigem Stellenwert des Feldes SAM, wobei n eine ganze positive Zahl ist, kleiner als die Zahl N von Bits des Feldes SAM, mit einem gegebenen Wert, z.B. 0, während die Bits mit hohem Stellenwert markiert sind und zum anderen in der Ausführung weiterer gewöhnlicher Tests auf dem Identifikationsfeld IDEN. Wenn die Ergebnisse dieser beiden Vergleiche positiv sind, kann der Datenübertragungsblock akzeptiert werden, wenn nicht, wird der Datenübertragungsblock nicht durch das Empfangsmodul berücksichtigt. Die Periode des Empfangs durch das Empfangsmodul des auf dem Netzwerk ausgesendeten Datenübertragungsblocks ist daher 2ⁿ mal die Periode T der Übertragung. Jedes Empfangsmodul muss daher über einen Filter mittels einer Maske verfügen, welcher ihm erlaubt eine Auswahl der auf dem Netzwerk verfügbaren Datenübertragungsblöcke zu akzeptieren. Ein derartiger Filter ist leicht realisierbar in dem Protokoll-Controller des Moduls.
• 4 stellt den Ablauf des Verfahrens gemäß der Erfindung dar, angewandt auf ein gemultiplextes Netzwerk mit vier elektronischen Modulen C₁ bis C₄, untereinander verbunden über einen Kommunikationsbus B.
• Das Modul oder der Rechner C₁ sendet Datenübertragungsblöcke während einer Periode T, mit dem Ziel der weiteren Rechner. Für jeden gesendeten Datenübertragungsblock ist ein Feld SAM definiert mit 5 Bits, initialisiert mit 0 und um 1 modulo 2⁵ = 32 nach jedem Senden erhöht.
• Der Rechner C₂ benutzt nur die Information eines von zwei Datenübertragungsblöcken, sei es mit einer Periode gleich 2ⁿT sei es 2¹T, die nicht gleich 1 ist. Deswegen verwirklicht er im Verlauf des Schritts der Filterung mittels einer Maske den Vergleich zwischen dem Wert der n Bits von niedrigem Stellenwert des Feldes SAM, was in diesem Fall das Bit mit dem niedrigstem Stellenwert wäre, und dem Wert Null. So zeigt sich in 4, dass der Rechner C₂ den ersten ausgesendeten Datenübertragungsblock t₀ berücksichtigt, dessen Feld SAM gleich 0 ist, d.h. 00000 auf den 5 Bits, dann den dritten ausgesendeten Datenübertragungsblock T2, dessen Feld SAM gleich 2 ist, d.h. 00010, und sämtliche Datenübertragungsblöcke, deren Empfangsperiode gleich 2T ist.
• Der Rechner oder das Modul C₃ benötigt nur einen Datenübertragungsblock auf vier, d.h. mit einer Empfangsperiode von 2n*T = 2²*T. Deswegen müssen die n gleich 2 Bits mit niedrigstem Stellenwert gleich Null sein.
• Was den Rechner C₄ betrifft, ist die Empfangsperiode der Datenübertragungsblöcke, die er benutzen muss, gleich 2ⁿ*T = 2³*T, derart, dass lediglich die Datenübertragungsblöcke, deren n gleich 3 Bits von niedrigem Stellenwert gleich Null sind, berücksichtigt werden.
• Der Test auf den ersten n Bits mit dem niedrigsten Stellenwert des Feldes SAM des empfangenen Datenübertragungsblocks kann mittels einem Gatter ET verwirklicht werden, in welchem man zum einen den Wert der 5 Bits und zum anderen einen Wert, der in 5 Bits ausgedrückt wird, eingibt, dessen n Bits von niedrigem Stellenwert 1 sind und die anderen sind 0, wobei der Ausgang dieses Gatters ET gleich 0 sein muss, damit der Datenübertragungsblock akzeptiert wird und durch das Empfangsmodul berücksichtigt wird.
• 5 ist die Darstellung verschiedener Datenübertragungsblöcke, die im Laufe der Zeit gesendet werden. Der erste durch das Modul C₁ ausgesendete Datenübertragungsblock t₀ wird akzeptiert durch alle Module die ein Vergleichsmuster gleich 00000 besitzen, während der zweite ausgesendete Datenübertragungsblock t₁, dessen Feld SAM gleich 00001 ist, von allen Modulen zurückgewiesen wird. Der dritte ausgesendete Datenübertragungsblock t₂, der ein Feld SAM gleich 00010 aufweist, genauso wie der fünfte t₄, der siebte t₆, werden durch den Rechner C₂ akzeptiert. Der Rechner C₃ akzeptiert den fünften t₄ und den neunten Datenübertragungsblock t₈, die ausgesendet wurden, deren Felder SAM 2 Bits mit niedrigem Stellenwert gleich 0 besitzen. Der Rechner C₄ akzeptiert den neunten t₈ und den siebzehnten t₁₆ Datenübertragungsblock, deren Felder SAM 3 Bits mit niedrigem Stellenwert gleich 0 besitzen.
• So bewirkt, gemäß der Erfindung, dass das datenübertragungsblockproduzierende Modul auf dem Netzwerk eine Fortentwicklung des Feldes SAM definiert in dem Adressabschnitt jedes Datenübertragungsblocks, gemäß einer allen adressierten Modulen bekannten Folge, was ihnen erlaubt, lediglich einen Teil der Datenübertragungsblöcke, die durch den Produzenten ausgesendet wurden, zu akzeptieren und lediglich einen Teil der Werte dieser Folge zu akzeptieren. Dies erleichtert die Last des Empfangsmoduls, da der auf Grund seines Feldes SAM nicht akzeptierte Datenübertragungsblock nicht zum Anwendungsblock des Moduls zurückkehrt, dessen Arbeitslast reduziert wird. Infolgedessen bleibt der Rechner des Empfangsmoduls bei einem relativ niedrigen Herstellungspreis und der Durchsatz des Netzwerks wird optimiert, was eine Bedeutung für ein für Kraftfahrzeuge bestimmtes Netzwerk hat.

Claims (5)

1. Verfahren zur Übertragung von Nachrichten zwischen elektronischen Modulen eines gemultiplexten Kommunikationsnetzes, die durch einen Kommunikationsbus verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte aufweist, ausgeführt durch ein Modul, das Datenübertragungsblöcke aussendet: – Definition eines Feldes SAM in einem Identifikationsfeld IDEN der Adressen jedes Datenübertragungsblocks; – Initialisieren des in dem Feld SAM jedes auszusendenden Datenübertragungsblocks enthaltenen Wertes mit einem Wert, der allen Zielmodulen der Datenübertragungsblöcke bekannt ist; – Aussenden jedes Datenübertragungsblocks auf dem Kommunikationsbus; – Erhöhen oder Verringern, durch einen Zähler, des Inhalts des Feldes SAM modulo seinem Maximalwert, bei jedem Aussenden eines Datenübertragungsblocks; und die folgenden Schritte, die durch jedes den Datenübertragungsblock empfangende Modul ausgeführt werden: – Filtern des empfangenen Datenübertragungsblocks mittels einer Maske, umfassend einen Vergleich zwischen dem Identifikationsfeld IDEN des Datenübertragungsblocks mit einem oder mehreren Identifikatoren, die in dem Speicher der Steuerung des Protokolls (4) des Empfangsmoduls abgelegt sind, im Hinblick auf seine Benutzung in der Anwendung des Moduls und einen Vergleich eines Teils des Feldes SAM mit einem gegebenen Muster, gespeichert durch das Empfängermodul; – Akzeptieren des Datenübertragungsblocks, wenn die Ergebnisse der beiden Vergleiche des Identifikationsfeldes IDEN und des Teils des Feldes SAM positiv sind.
2. Verfahren zur Übertragung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Feld SAM auf einer ganzen Zahl N von Bits mit niedrigem Stellenwert des Identifikators der Adressen IDEN jedes Datenübertragungsblocks definiert ist und dadurch, dass die Filterung durch jedes Empfängermodul erhalten wird durch den Vergleich von n Bits niedrigen Stellenwerts des Feldes SAM mit einem gegebenen Wert, z.B. Null, wobei n eine positive ganze Zahl kleiner als N ist, derart, dass die Empfangsperiode des Datenübertragungsblocks gleich 2ⁿ mal der Periode T der Übertragung ist, wobei die N–n Bits mit hohem Stellenwert maskiert sind.
3. Verfahren zur Übertragung gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterung mittels Maske des empfangenen Datenübertragungsblocks durch die Steuerung des Protokolls des Empfangsmoduls verwirklicht wird.
4. Verfahren zur Übertragung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, zwischen elektronischen Modulen eines gemultiplexten Kommunikationsnetzes, die auf das VAN-Protokoll antworten, dadurch gekennzeichnet, dass das Feld SAM definiert wird auf 5 der Bits von niedrigem Stellenwert des Identifikationsfeldes IDEN der ausgesandten Datenübertragungsblöcke.
5. Gemultiplextes Kommunikationsnetz, das mehrere elektronische Module zum Übertragen von Nachrichten gemäß dem Verfahren der vorhergehenden Ansprüche aufweist, wobei die Module durch einen Kommunikationsbus verbunden sind, und welches ein Sendemodul aufweist, das besitzt: – Mittel zur Definition eines Feldes SAM in dem Identifikationsfeld IDEN der Adressen jedes Datenübertragungsblocks; – Mittel zum Initialisieren des in dem Feld SAM jedes Datenübertragungsblocks enthaltenen Wertes; – Mittel zum Senden jedes Datenübertragungsblocks; – einen Zähler, dazu bestimmt, den Inhalt des Feldes SAM modulo seinem Maximalwert 2ⁿ bei jedem Senden eines Datenblocks zu erhöhen oder zu verringern. wobei jedes Empfangsmodul für Datenübertragungsblöcke besitzt: – Mittel zum Filtern jedes empfangenen Datenübertragungsblocks mittels einer Maske; – Mittel zum Akzeptieren eines Datenübertragungsblocks, wenn das Ergebnis der Filterung positiv ist.