DE102008014254A1 - Star coupler for bus system, has data processing unit designed to transmit signal, which is received from one port in predetermined time slot, to another port fixed based on predetermined allocation, in another time slot - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Sternkoppler für ein Bussystem sowie ein Bussystem, in dem ein solcher Sternkoppler eingesetzt ist. Sie betrifft auch ein Verfahren zum Austauschen von Signalen in einem Bussystem, in dem eine Mehrzahl von Buszweigen über einen Sternkoppler gekoppelt ist.The The invention relates to a star coupler for a bus system and a bus system in which such a star coupler used is. It also relates to a method for exchanging signals in a bus system in which a plurality of bus branches over a star coupler is coupled.
Ein
Sternkoppler ist das zentrale Element einer Sternschaltung. An einen
solchen Sternkoppler sind mehrere Buszweige angeschlossen. Jeder
Buszweig umfasst zumindest ein Steuergerät, wobei zumindest
ein Teil der Steuergeräte senden und ein Teil der Steuergeräte
empfangen kann, bevorzugt zumindest ein Teil der Steuergeräte
sowohl senden als auch empfangen kann. Aufgabe eines Sternkopplers ist
es, die von einem Zweig eintreffenden Signale an die anderen Zweige
weiterzuleiten. Ein aktiver Sternkoppler verstärkt hierbei
die Signale. So ist beispielsweise aus der
In zeitgesteuerten Bussystemen wie etwa in in Kraftfahrzeugen eingesetzten FlexRay-Systemen oder TTP/C-Systemen wird eine Zykluszeit in mehrere Zeitschlitze eingeteilt. In jedem Zeitschlitz darf nur ein bestimmtes Steuergerät senden, damit es nicht zu Signalinterferenzen mit den Signalen eines anderen Steuergeräts kommt. In solchen zeitgesteuerten Systemen gibt es sogenannte Buswächter (Englisch: bus guardians), die überprüfen, ob ein Teilnehmer (Steuergerät) des Bussystems zum jeweiligen Zeitpunkt, also in einem aktuellen Zeitschlitz, überhaupt senden darf. Der Buswächter bestimmt auch, ob die Botschaft weiterverbreitet werden darf. Ein solcher Buswächter kann in einen Sternkoppler integriert werden. Bei zeitgesteuerten Systemen besteht ein solcher Sternkoppler üblicherweise aus kaskadierten Transceivern für jeden Zweig. Aus Sicht des Sternkopplers ist an eine Mehrzahl von Anschlüssen, an die Buszweige anschließbar sind, jeweils ein solcher Tranceiver, also ein Sender-Empfänger zugeordnet. Transceiver wandeln über den jeweiligen zugehörigen Anschluss einlaufende analoge Signale in digitale Signale und zu dem jeweiligen zugehörigen Anschluss hinlaufende Signale von digitalen Signalen in analoge Signale um. In der Phase, in der die Signale in digitale Signale gewandelt sind und noch nicht in analoge Signale zurückgewandelt sind, kann die Buswächterfunktion eingesetzt werden. Typischerweise umfasst der Sternkoppler dann einen Zeitgeber, um einzelne Zeitschlitze voneinander unterscheiden zu können. Mit steigender Zahl von Busteilnehmern stoßen Busse an Grenzen, was ihre Übertragungskapazität angeht. Beispielsweise hat ein FlexRay-Bus eine Busbandbreite von 10 MBit. Man wünscht, diese Bandbreite möglichst optimal auszunutzen. Hierzu ist man dazu übergegangen, das Bussystem in einzelne Cluster aufzuteilen, wobei die Busteilnehmer eines Clusters in zu dem Cluster definierten Zeitschlitzen senden dürfen. Der Austausch von Daten zwischen unterschliedlichen Clustern ist nur möglich, wenn ein sogenanntes Gateway eingesetzt wird. Bei zeitgesteuerten Systemen müssen in jedem Clustersystem zumindest zwei Synchronisationsknoten vorhanden sein. Zur Absicherung der Kommunikation muss in jedem Cluster ein eigener Buswächter eingesetzt werden.In Timed bus systems such as used in motor vehicles FlexRay systems or TTP / C systems will have one cycle time in several Timeslots divided. In each timeslot may only a certain Send control unit so it does not cause signal interference comes with the signals of another controller. In such Timed systems have so-called bus guards (English: bus guardians) who check if a subscriber (control unit) of the bus system to the respective Time, so in a current timeslot, ever send may. The bus guardian also determines if the message spreads may be. Such a bus guardian can be in a star coupler to get integrated. For timed systems, there is one Star couplers usually made of cascaded transceivers for each branch. From the perspective of the star coupler is to a Plurality of connections, connectable to bus branches are, in each case such a transceiver, so a transmitter-receiver assigned. Transceivers convert over their respective ones Connecting incoming analog signals to digital signals and to the respective associated connection running signals from digital signals to analog signals. In the phase in which the signals have been converted into digital signals and not yet analogue Signals are converted back, the bus guardian function be used. Typically, the star coupler then includes a timer to distinguish individual time slots from each other to be able to. With increasing number of bus users encounter Buses on borders, what their transmission capacity As. For example, a FlexRay bus has a bus bandwidth of 10 MBit. One wishes, this bandwidth as possible optimally exploit. For this one has passed to it, split the bus system into individual clusters, with the bus subscribers send a cluster in time slots defined to the cluster allowed to. The exchange of data between different Clusters are only possible if a so-called gateway is used. In timed systems must be in each Cluster system at least two synchronization nodes may be present. To secure the communication, a separate bus guardian must be installed in each cluster be used.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Effizienz der Datenübertragung in zeitgesteuerten Bussystemen zu verbessern.It Object of the invention, the efficiency of data transmission to improve in timed bus systems.
Die Aufgabe wird durch das Bereitstellen eines Sternkopplers mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1, durch ein Bussystem gemäß Patentanspruch 8 mit einem solchen Sternkoppler und ein Verfahren zum Austauschen von Signalen in einem Bussystem gemäß Patentanspruch 10 gelöst.The Task is by providing a star coupler with the Features according to claim 1, by a bus system according to claim 8 with such a star coupler and a method of exchanging signals in a bus system solved according to claim 10.
Die Aufgabe wird somit gelöst durch einen Sternkoppler für ein Bussystem mit einer Mehrzahl von Anschlüssen, an die Buszweige anschließbar sind, wobei die Anschlüsse über einen jeweiligen Sender-Empfänger mit einer digitalen Datenverarbeitungseinheit gekoppelt sind, wobei die Sender-Empfänger über den jeweils zugehörigen Anschluss einlaufende analoge Signale in zur Datenverarbeitungseinheit weiterlaufende digitale Signale wandeln und von der Datenverarbeitungseinheit ausgesandte digitale Signale in zu dem jeweiligen zugehörigen Anschluss weiterlaufende analoge Signale wandeln, wobei die Datenverarbeitungseinheit einen Zeitgeber umfasst, so dass für jeden Anschluss die Zeit in eine sich zyklisch wiederholende Folge von Zeitschlitzen einteilbar ist, und wobei die Datenverarbeitungseinheit dazu ausgelegt ist, ein von einem Anschluss in einen vorbestimmten zu dem Anschluss definierten Zeitschlitz erhaltenes Signal an zumindest einen gemäß einer vorbestimmten Zuordnung festgelegten weiteren Anschluss in einem durch die vorbestimmte Zuordnung festgelegten zu dem weiteren Anschluss definierten Zeitschlitz weiterzuleiten.The Task is thus solved by a star coupler for a bus system having a plurality of terminals to which Bus branches are connected, the connections via a respective transceiver with a digital data processing unit coupled, the transmitter-receiver via incoming analogue signals to the respective connection convert to the data processing unit running digital signals and digital signals emitted by the data processing unit in continuing to the respective associated port convert analog signals, the data processing unit a Timer includes, so that for each port the time into a cyclically repeating sequence of time slots divisible is, and wherein the data processing unit is designed to one from a terminal to a predetermined one to the terminal defined time slot received signal to at least one according to a predetermined assignment defined further connection in one defined by the predetermined assignment defined for the further connection Forward time slot.
Dadurch, dass in dem erfindungsgemäßen Sternkoppler ein Weiterleiten von Signalen nicht, automatisch erfolgt, sondern definiert aufgrund der vorbestimmten Zuordnung, kann das Bussystem durch geeignete Gestaltung dieser vorbestimmten Zuordnung optimal für die jeweiligen Zwecke ausgelegt werden. Die Zuordnung kann insbesondere so aussehen, dass anders als bisher nicht in jedem Zeitschlitz sämtliche Signale, die von einem ersten Anschluss empfangen werden, an sämtliche weiteren Anschlüsse weitergeleitet werden. So ist es in zumindest einem Zeitschlitz möglich, dass der Sternkoppler das Bussystem (das Netz) virtuell in mehrere Teilsysteme (Teilnetze) teilt, in dem er nur innerhalb der Teilsysteme Botschaften weiterleitet. Es ist insbesondere möglich, dass der Sternkoppler mit zeitlicher Überschneidung, z. B. bei globaler Definition der Zeitschlitzfolge in demselben Zeitschlitz über zwei Anschlüsse Signale empfängt, wobei er von dem ersten Anschluss das Signal an einen ersten weiteren Anschluss weiterleitet und von dem zweiten Anschluss das Signal an einen zweiten weiteren Anschluss weiterleitet. Der an dem ersten Anschluss angeschlossene Buszweig bildet dann mit dem an dem ersten weiteren Anschluss angeschlossenen Buszweig für die Dauer des Zeitschlitzes ein Teilnetz und der an dem zweiten Anschluss angeschlossene Buszweig bildet mit dem zweiten weiteren Anschluss angeschlossenen Buszweig dann ebenfalls ein Teilnetz. Der Sternkoppler hat durch die Beobachtung der Zeitschlitze gleichzeitig die Funktion eines Buswächters. Auch wenn virtuell mehrere Teilnetze gebildet werden, genügt ein einziger Sternkoppler als Teil beider Teilnetze, und dieser hat gleichzeitig die Funktion des Buswächters für sämtliche Teilnetze. Somit wird die Bandbreite, die das FlexRay-Bus-System bietet, optimal ausnutzbar. Es ist nicht in einzelnen Teilsystemen jeweils eine gesonderte Uhrensynchronisation erforderlich, denn weil aufgrund der Zuordnung vorgesehen sein kann, dass ein Signal in einem oder mehreren Zeitschlitzen an sämtliche Buszweige weiter geleitet wird, kann über diese Signal eine Uhrensynchronisation erfolgen. Somit sind keinerlei Änderungen am Protokoll notwendig. Es kann auf ein Gateway verzichtet werden. Dadurch ist die Lösung besonders preisgünstig.The fact that in the star coupler according to the invention a forwarding of signals not automatically done, but defined due to the predetermined assignment, the bus system can be optimally designed by suitable design of this predetermined assignment for the respective purposes become. The assignment may in particular be such that, unlike in the past, all signals received by a first connection are not forwarded to all other connections in each time slot. Thus, it is possible in at least one time slot that the star coupler virtually divides the bus system (the network) into several subsystems (subnetworks) in which it forwards messages only within the subsystems. It is particularly possible that the star coupler with temporal overlap, z. B. in global definition of the time slot sequence in the same time slot via two terminals receives signals, wherein it forwards the signal from the first terminal to a first further terminal and forwards the signal from the second terminal to a second further terminal. The bus branch connected to the first connection then forms a subnetwork with the bus branch connected to the first further connection for the duration of the time slot, and the bus branch connected to the second connection then also forms a subnetwork with the bus branch connected to the second further connection. The star coupler also has the function of a bus guardian by observing the time slots. Even if virtually several subnetworks are formed, a single star coupler suffices as part of both subnetworks, and this also has the function of the bus guardian for all subnetworks. Thus, the bandwidth offered by the FlexRay bus system is optimally exploitable. It is not necessary in individual subsystems each separate clock synchronization, because because of the assignment can be provided that a signal in one or more time slots is routed to all bus branches, can be done via this signal, a clock synchronization. Thus, no changes to the protocol are necessary. It can be dispensed with a gateway. As a result, the solution is particularly inexpensive.
Die Zuordnung ist bei einer Ausführungsform insbesondere vom Zeitschlitz abhängig und für unterschiedliche Zeitschlitze verschieden, auch wenn das Signal über denselben Anschluss eintrifft. Mit anderen Worten kann die Zuordnung für über zumindest einen Anschluss eintreffende Signale für zwei unterschiedliche zu dem Anschluss definierte Zeitschlitze unterschiedlich sein. Ein Busteilnehmer in dem an genau diesem Anschluss angeschlossenen Buszweig kann also einmal Signale für ein Teilnetz aussenden und ein anderes Mal für das gesamte Netz. Dies lässt sich so ausdrücken, dass für zumindest einen der Anschlüsse gilt, dass ein in einem ersten zu diesem Anschluss definierten Zeitschlitz eintreffendes Signal an einen ersten weiteren Anschluss weitergeleitet wird und ein in einem zweiten zu diesem Anschluss definierten Zeitschlitz eintreffendes Signal nicht an den ersten weiteren Anschluss weitergeleitet wird. Der erste weitere Anschluss kann einfach entfallen. Das letztere Signal kann z. B. statt dessen an einen zweiten weiteren Anschluss weitergeleitet werden, an den das erste Signal nicht weitergeleitet wird.The Assignment is in one embodiment in particular from Time slot dependent and for different Time slots are different, even if the signal is about the same Connection arrives. In other words, the assignment for over at least one port incoming signals for two different time slots defined to the port different be. A bus participant in the exact connection connected to this Bus branch can thus send signals for a subnet once and another time for the entire network. This leaves express themselves in such a way that for at least one of the Connections is one in a first to this connection defined time slot incoming signal to a first further Connection is forwarded and one in a second to this connection defined time slot arriving signal not to the first further connection is forwarded. The first further connection can simply be omitted. The latter signal can z. B. instead be forwarded to a second further connection to the the first signal is not forwarded.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Zeitschlitze global definiert, für jeden Anschluss ist also die gleiche Folge von Zeitschlitzen definiert. Dies erleichtert die Handhabung und Zuordnung.at In a preferred embodiment, the time slots are globally defined, so each port is the same Sequence of time slots defined. This facilitates handling and assignment.
Es ist möglich, in zumindest einem Zeitschlitz Signale über zumindest zwei unterschiedliche Anschlüsse zu empfangen und das von einem ersten Anschluss eintreffende Signal an zumindest einen ersten weiteren Anschluss weiterzuleiten und das von dem zweiten Anschluss im selben Zeitschlitz eintreffende Signal an zumindest einem zweiten weiteren Anschluss weiterzuleiten. Dies ist genau die Situation, dass das Bussystem in zwei Teilsysteme aufgeteilt wird, zumindest für die Dauer des betreffenden Zeitschlitzes.It is possible in at least one time slot signals over to receive at least two different connections and the signal arriving from a first terminal on at least to forward a first further connection and that of the second Connection in the same time slot arriving signal at least forward a second further connection. This is exactly the situation that divided the bus system into two subsystems is, at least for the duration of the relevant time slot.
Bevorzugt arbeitet die Datenverarbeitungseinheit so schnell, dass die Signale im selben Zeitschlitz weitergegeben werden können wie sie empfangen wurden. Es ist möglich, bewusst die Signale in einem anderen (insbesondere späteren) Zeitschlitz weiterzugeben als sie eintreffen. Dadurch wird die Flexibilität in der Kommunikation erhöht.Prefers the data processing unit works so fast that the signals can be passed on in the same timeslot as they are were received. It is possible to be aware of the signals in to pass on another (especially later) timeslot when they arrive. This will increase the flexibility in the Communication increased.
Die Zeitschlitze müssen bei dem erfindungsgemäßen Sternkoppler nicht global definiert sein. Es ist auch eine Ausführungsform denkbar, bei dem unterschiedliche Zeitschlitzfolgen zu unterschiedlichen Anschlüssen definiert sind. Bevorzugt ist dann aber die Zykluszeit, die in unterschiedliche Zeitschlitze eingeteilt wird, dieselbe. Das Verwenden unterschiedlicher Zeitschlitze kann hilfreich sein, wenn in verschiedenen Buszweigen unterschiedliche Steuergeräte mit möglicherweise unterschiedlichen Grundeinstellungen verwandt werden sollen. Dann wird eine aufwendige Anpassung vermieden. Eine Zuordnung kann dennoch möglich sein. Beispielsweise kann die Zykluszeit bei einem ersten Anschluss in vier Zeitschlitze eingeteilt und bei einem zweiten Anschluss in sechs Zeitschlitze eingeteilt sein. Dann beginnen der erste Zeitschlitz bei beiden Anschlüssen gleichzeitig und der dritte Zeitschlitz bei dem Anschluss mit den vier Zeitschlitzen sowie der vierte Anschluss bei dem Anschluss mit den sechs Zeitschlitzen gleichzeitig. Es können insbesondere Signale, die in kürzeren Zeitschlitzen empfangen wurden, in den längeren Zeitschlitzen weitergeleitet werden.The Time slots must be in the inventive Star coupler can not be globally defined. It is also an embodiment conceivable, in which different time slot sequences to different connections are defined. But then the cycle time is the one that is different Timeslots is divided, the same. Using different Time slots can be helpful when in different bus branches different controllers with possibly different basic settings should be used. Then a costly adaptation is avoided. An assignment can nevertheless to be possible. For example, the cycle time at a first port divided into four time slots and a second Connection divided into six time slots. Then start the first time slot at both ports simultaneously and the third time slot in the four slot connection and the fourth port on the six-slot port simultaneously. It can be used in particular in shorter signals Time slots were received in longer time slots to get redirected.
Der erfindungsgemäße Sternkoppler findet bevorzugt Einsatz in einem Bussystem, wenn an ihn zumindest drei Buszweige (an verschiedenen Anschlüssen) angeschlossen sind. Bei drei Buszweigen kann die Kommunikaton global erfolgen, also ein Signal, das über einen ersten Buszweig eintritt, kann an die zwei weiteren Buszweige weitergesandt werden. Es ist die Bildung einer Untergruppe aus zwei Buszweigen möglich, bei dem die Signale des einen der beiden Buszweige zum zweiten der beiden Buszweige gesandt wird, der dritte Buszweig aber von der Kommunikation ausgeschlossen wird. Bei vier Buszweigen sind sogar zwei Teilnetze definierbar.The star coupler according to the invention is preferably used in a bus system if at least three bus branches (at different terminals) are connected to it. With three bus branches, the communication can take place globally, ie a signal which enters via a first bus branch can be forwarded to the two other bus branches. It is possible to form a subgroup of two bus branches, in which the signals of one of the two bus branches are sent to the second of the two bus branches, but the third bus branch is excluded from the communication. With four bus branches, even two subnets can be defined.
So kann die Datenverarbeitungseinheit des Sternkopplers dazu ausgelegt sein, ein von einem Buszweig an einem Anschluss eintreffendes Signal nur an einen Teil der weiteren Buszweige weiterzuleiten, zumindest in einem vorbestimmten Zeitschlitz. Überschneidet sich bei Verwendung von vier Buszweigen die Zeitdauer des Empfangs von Signalen, was insbesondere der Fall ist, wenn eine Zeitschlitzfolge global definiert ist und in ein- und demselben Zeitschlitz Signale von zwei unterschiedlichen Buszweigen empfangen werden, so lässt sich ein von einem ersten Buszweig eintreffendes Signal an einen ersten weiteren Buszweig weiterleiten und ein von einem zweiten Buszweig eintreffendes Signal an einen zweiten weiteren Buszweig weiterleiten.So the data processing unit of the star coupler can be designed for this purpose be a signal arriving from a bus branch at a terminal only to forward to a part of the other bus branches, at least in a predetermined time slot. Overlaps with Use of four bus branches the time duration of the reception of signals, what in particular, when a timeslot sequence is globally defined is and in the same time slot signals of two different Bus branches are received, so can one of a first bus branch arriving signal to a first further bus branch forward and a signal arriving from a second bus branch forward to a second further bus branch.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Austauschen von Signalen in einem Bussystem, in dem eine Mehrzahl von Buszweigen über einen Sternkoppler gekoppelt ist, wobei zu jedem Buszweig eine Folge von Zeitschlitzen definiert ist, wird in zumindest einem ersten Buszweig (von einem dort angeschlossenen Steuergerät als Busteilnehmer) in zumindest einem zu diesem ersten Buszweig definierten Zeitschlitz ein Signal ausgesandt, und der Sternkoppler leitet das Signal an zumindest einen in Abhängigkeit von dem ersten Buszweig und dem Zeitschlitz, in den das Signal ausgesandt wurde, festgelegten weiteren Buszweig weiter.at the inventive method for replacement of signals in a bus system in which a plurality of bus branches over a star coupler is coupled to each bus branch a sequence of time slots is defined in at least a first Bus branch (from a connected control unit as Bus subscriber) in at least one defined for this first bus branch Timeslot sent a signal, and the star coupler passes the Signal to at least one in response to the first Bus branch and the time slot into which the signal was sent specified further bus branch on.
Wesentlich ist, dass der Sternkoppler bei der Festlegung des weiteren Buszweigs eine Abhängigkeit von dem Buszweig, über den das Signal eintrifft und dem Zeitschlitz, in welchem es eintrifft, hat. Ein solcher Sternkoppler muss die Signale in digitaler Form vorliegen haben und über eine Datenverarbeitungseinheit verfügen, über die die Festlegung des weiteren Buszweiges erfolgt.Essential is that the star coupler in the determination of the other bus branch a dependency on the bus branch over which the Signal arrives and has the time slot in which it arrives. Such a star coupler must have the signals in digital form have and have a computing device over the determination of the further bus branch takes place.
Es ist insbesondere möglich, dass sich zeitlich überschneidende Signale in zwei Buszweigen ausgesandt werden, von dem Sternkoppler empfangen werden und zu unterschiedlichen weiteren Buszweigen weitergeleitet werden. Bevorzugt geschieht dies bei globaler Definition der Zeitschlitze oder teilglobaler Definition: Bei zumindest einer Teilmenge von Buszweigen ist dieselbe Folge von Zeitschlitzen definiert. In einem ersten dieser Zeitschlitze wird in zumindest zwei Buszweigen der Teilmenge ein Signal ausgesandt, und die beiden Signale werden an unterschiedliche Buszweige (insbesondere der Teilmenge) weitergeleitet.It is particularly possible that overlapping in time Signals are sent in two bus branches, from the star coupler are received and forwarded to different other bus branches become. This is preferably done with a global definition of the time slots or partial global definition: For at least a subset of Bus branches are defined the same sequence of time slots. In one first of these time slots is in at least two bus branches of the Subset sent a signal, and the two signals are sent to different Bus branches (especially the subset) forwarded.
Diese Aufteilung des Bussystems in zwei Teilsysteme geschieht vorzugsweise nur in dem ersten der Zeitschlitze, während in einem zweiten der Zeitschlitze in nur einem Buszweig der Teilmenge ein Signal ausgesandt wird und an alle weiteren Buszweige (insbesondere der Teilmenge), bevorzugt aber überhaupt an alle Buszweige, weitergeleitet wird. Während des zweiten der Zeitschlitze ist dann das gesamte Bussystem als einheitliches Bussystem anzusehen, und es kann insbesondere eine Uhrensynchronisation stattfinden.These Division of the bus system into two subsystems is preferably done only in the first of the time slots, while in a second the time slots in only one bus branch of the subset a signal is sent out and to all other bus branches (in particular the Subset), but preferably at all bus branches, is forwarded. During the second of the time slots then is the entire bus system to be regarded as a single bus system, and in particular, a clock synchronization may take place.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, wobeifollowing is a preferred embodiment of the invention below With reference to the drawing, wherein
Ein
im Ganzen mit
Die
digitale Datenverarbeitungseinrichtung
Dies
ist in
In
einem ersten Zeitschlitz
Im
Zeitschlitz
Im
Zeitschlitz
Im
Zeitsystem
Der
Sternkoppler
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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