CN101385296B - 用于总线间信息自动路由的网关 - Google Patents

Abstract

本发明实现了用于信息在总线(3)之间自动路由的网关(1)，所述网关(1)具有多个用于暂存和经由总线传送信息(N)的通信组件(2)和网关控制单元，为了交换信息(N)，网关控制单元经由系统总线与通信组件(2)连接并且从各个通信组件(2)收到以外部事件(EV_est)形式通知的在所述组件出现的要路由的信息(N)，其中网关控制单元具有矢量存储器(VRAM)，矢量存储器(VRAM)包含用于存储通信组件矢量(KBV)的第一存储区，其中对于通信组件(2)的各个信息组设置了通信组件矢量(KBV)，所述矢量指示了暂存在通信组件(2)信息(N)的下一个预期内部事件(EV_int)的时间点(ZP)和到信息矢量(NV)的矢量转移地址，信息矢量(NV)存储在矢量存储器(VRAM)的第二存储区，其中对于各个暂存在通信组件(KB)的信息(N)存储了相应的信息矢量(NV)，所述矢量指示了由关联信息(N)触发的内部事件(EV_int)的可配置时间点(ZP)以及指令转移地址，网关控制单元还具有用于存储可由信息矢量(NV)中指示的指令转移地址寻址的指令的指令存储器(IRAM)，和运行控制(FSM)，出现时间点(ZP)在暂存于通信组件(KB)的信息(N)的信息矢量(NV)中指示的内部事件(EV_int)时，或出现由通信组件(2)通知运行控制(FSM)的外部事件(EV_ext)时，运行控制(FSM)将属于各个通信组件(2)的通信组件矢量(KBV)从矢量存储器的第一存储区(VRAM)读出并借助包含在所述矢量中的矢量转移地址将寻址信息矢量(NV)的指令转移地址从矢量存储器(VRAM)的第二存储区读出，并随后借助读出的指令转移地址从指令存储器(IRAM)读出至少一条指令并执行，其中在矢量(NV，KBV)中指示的时间点(ZP)被更新。

Description

用于总线间信息自动路由的网关

本发明涉及用于总线之间，尤其是串行总线和现场总线之间的信息自动路由的网关。

控制装置、传感器和激励器借助包含通信连接(尤其是总线)和相应的通信组件的网络及通信系统的联网，近几年来在构建现代车辆或在机械制造中，尤其是在机床领域中和自动化中的应用迅速增加。通过将功能分配给多个参与者(尤其是控制装置)能够获得协合作用。人们称之为分布式系统。这种分布式系统或网络由此包括参与者和连接参与者的总线系统或多个相连的总线系统。多个站点即参与者之间的通信越来越多地通过这种通信系统、总线系统或网络来进行，通过这种通信系统、总线系统或网络要传送的数据以消息的形式传输。在总线系统上的该通信业务、访问机制和接收机制以及错误处理通过相应的协议来管理，其中各自的协议名称本身通常也用作网络及总线系统的别名。

例如，作为协议在车辆领域已建立CAN总线(控制器局域网)。这是事件控制协议，即如信息发送的协议活动通过事件起动，这些事件具有在通信系统外部的源。到通信系统及总线系统的唯一入口通过基于优先级的位仲裁(Bitabitrierung)来解决。对此的前提条件是给要传送的数据和由此的各个消息提供优先级。CAN协议是非常灵活的；只要仍存在空闲的优先级(消息标识)，另外的参与者和消息连到其上就是可能的。所有在网络中要发送的具有优先级和发送或接收参与者和相应通信组件的消息的汇集在列表中(所谓的通信矩阵)放置。

用于事件控制、自发的通信的备选方式是纯粹时间控制方式。所有在总线上的通信活动是严格地周期性的。如发送消息的协议活动仅通过更新对整个总线系统有效的时间的更新来触发。到该媒介的入口基于时域分配，在时域中发送者具有唯一发送权。消息顺序通常在运行之前已经确定。即创建运行计划，运行计划满足相关重复率、冗余、期限等等的消息请求。人们称之为所谓的总线调度。例如，这种总线系统是TTP/C。

在时间控制CAN(所谓的TTCAN(时间触发控制器局域网))解决方式中实现了两种提及总线方式优点的综合。这满足了上面起草的对时间控制通信的要求以及对一定程度灵活性的要求。TTCAN通过以下满足这些要求，即通过在用于确定的通信参与者的周期性消息的所谓的独占时间窗中和在用于多个通信参与者的自发消息的所谓的仲裁时间窗中构建通信环。由此TTCAN主要基于时间控制、周期性的通信，该通信由主计时参与者和/或通信组件，即所谓的时间主设备(Zeitmaster)借助时间参考信息而提供时钟脉冲(takten)。

FlexRay协议提供了综合多种传送方式的另一种可能，通过FlexRay协议介绍了尤其是用于在车辆中的快速、确定性的和容错的总线系统的使用。该协议按照时分多址(TDMA)方法工作，其中向参与者及要传送的消息提供固定的时隙，在这些时隙中它们具有对通信连接(总线)独占的访问。这些时隙以确定的周期重复，从而使消息通过总线传送的时间点能够精确预测并且确定性地实现总线访问。为了最佳地利用在总线系统上用于消息传送的带宽，该周期细分为静态部分和动态部分。固定的时隙位于总线周期开始的静态部分中。在动态部分中，时隙根据灵活时分多址(FTDMA)方法动态给出。其中专用总线访问分别只是短时间被允许。如果没有实现访问，则允许下一个参与者的访问。这个时间段被称为小间隙(Minislot)，在该间隙中等待第一参与者的访问。

如上所述存在多个不同的传送技术以及由此产生的总线系统或网络形式。通常是这样的，即相同或不同形式的多个总线系统必须相互连接。对此总线接口单元(所谓的网关)起作用。网关是不同总线之间的接口，这些总线可以是相同或不同形式，其中网关将(部分)消息从一总线转发到一个或多个其它总线。已知网关包括多个独立通信组件，其中消息交换通过相应参与者的处理器接口(CPU接口)即相应通信组件的相关接口组件来实现。除要发送到参与者本身的消息之外，数据交换和另外的应用功能大大的加重了CPU接口的负担，这样连同由此得到的传送结构导致较低的数据传送速度或者另一方面得到具有高功率消耗的高脉冲频率。此外还存在集成的通信控制器或通信组件，它们共同使用共有的消息存储器(所谓的信息存储器和/或消息RAM)从而由此弥补这些结构缺点。这样这种集成通信组件相关于数据传送是非常不灵活的，且尤其是固定为确定数目的总线联接并且通常也固定为相同总线系统。

图1显示了用于现有网关的现有通信组件及通信控制器CC，现有网关如图2所示。该通信组件CC具有用于网关内部外围总线和系统总线的接口和用于外部串行总线的另外的接口。该系统总线包括地址总线、数据总线和控制总线并且用于在网关内的内部数据传送。除通信组件外，在系统总线上联接了具有数据存储器AM的主CPU以及另外的可选元件(比如DMA控制器)。该主CPU用于内部数据处理并控制从通信组件CC到其它通信组件CC的内部数据传输。通信组件CC根据主/从原则与主CPU通信，其中通信组件是从属单元并且主CPU构成了主单元。

正如从图1能够看出，通信组件CC到系统总线的内部接口由二层接口构成，即客户接口和通用接口。客户接口将系统总线与通用接口连接，其中客户接口是生产者专用且易于替换的。通用接口能够通过客户接口连接到大量客户专用系统总线。根据该技术现状并如图1所示，通信组件CC还包含用于暂存要传输数据的缓冲存储器。例如，由RAM寄存器或数据寄存器构成缓冲存储器。通信组件CC还包含信息转发单元和/或消息处理器，用于转发至少一个信息存储器和通信协议单元以及缓冲存储器的信息。信息存储器或消息RAM存储了要传输的信息对象以及之间的配置信息数据和状态信息数据。信息转发单元负责所有缓冲存储器、通信协议单元和信息暂存器之间数据流的控制。在图1所示传统通信组件CC的通信协议单元(PRT)根据所应用的数据传送协议实现通信。通信协议单元PRT负责经外部串行总线传送的数据分组DP的数据格式和通信组件内使用的信息即消息MSG之间的转换以及转换。由信息转发单元即消息处理器转发的信息MSG至少包括数据字DW，其中数据字DW的字长即位数优选地相应于网关内部设置的数据总线的总线宽度。例如，如果系统总线具有32位宽度的内部数据总线，则数据字DW也包括32位。信息和/或消息MSG可以包括给定数目的数据字DW。例如，缓冲存储器的存储容量相应于信息和/或消息的数据范围，该信息和/或消息包括给定数目的数据字DW。数据流的仲裁通过信息转发单元或消息处理器进行。

尤其是，当今在车辆中应用了更多的串行的总线和现场总线，例如串行的现场总线比如CAN总线、FlexRay总线、MOST总线或LIN总线。在运行期间能够构成部分网络的这些串行总线之间通过网关GW交换数据。

取决于车辆和执行的功能，在中心网关GW(如图2所示)中出现的数据总量可以很高。该数据总量导致了高CPU负载，即由此加重CPU的负载，串行总线的数据路由到一个或多个其它串行的总线。此外CPU负载通过为减少在单个网络以及串行总线中带宽必需的操作而提高，例如将多个信息和/或消息的数据内容组合成新的信息。

在许多情况下，以下是必要的，即为了满足安全性要求周期性地以给定的时间间隔发送信息。对于高优先级的信息没有时间间隔或在时间间隔之外的立即传输可以是必要的。检查信息是否应该重新发送以及由于例如未出现信息的错误出现而不再允许信息被发送，同样能够通过网关GW的CPU实现并损耗CPU的计算功率。

在许多情况下CPU并行执行另外的功能，即在CPU上并行运行相互有负面影响和并且延迟信息发送或转发的处理过程。通过并行运行的过程加大了信息传送的抖动以及等待时间，原因在于中断并行运行的过程在许多情况下是不可能的。

因此本发明的任务在于，实现用于信息在总线之间自动路由的网关，该网关不受CPU影响且能够独立于CPU负载而转发信息。

根据本发明，该任务通过具有专利权利要求1中说明特征的网关来解决。

本发明实现用于信息在总线之间自动路由的网关，具有：

-多个通信组件，用于暂存和通过总线的传送信息；及具有

-网关控制单元，为了交换信息通过系统总线与通信组件连接，并且从各个通信组件获得通知为外部事件EV_ext的要路由的信息在通信组件中的出现，

其中网关控制单元具有：

-具有用于存储通信组件矢量KBV的第一存储区的矢量存储器VRAM，其中对于各个通信组件设置了通信组件矢量KBV，该矢量KBV指示了暂存在通信组件中的信息N的下一个期待的内部事件EV_int的时间点ZP和指向信息矢量NV的矢量转移地址，信息矢量NV存储在矢量存储器VRAM的第二存储区，其中对于各个在通信组件中暂存的相关信息N，存储了相应的信息矢量NV，该信息矢量NV指示了要由相应信息触发的内部事件EV_int的可配置时间点ZP、指令转移地址以及另外的配置数据和控制数据；

-指令存储器IRAM，用于存储通过这些在信息矢量NV中指示的指令转移地址可寻址的(adressierbar)指令；及

-状态寄存器SR，暂存所有在通信组件中暂存的信息N的所有预期内部事件的下一个预期事件的时间点。

-运行控制FSM，在出现其时间点ZP暂存在所有在通信组件中暂存的信息N的状态寄存器中的内部事件EV_int时或在出现通过通信组件通知(angezeigt)运行控制FSM的外部事件EV_ext时，从矢量存储器VRAM的第一存储区读出属于各自通信组件的通信组件矢量KBV并借助包含在该矢量的矢量转移地址从矢量存储器VRAM的第二存储区读出寻址的信息矢量NV的指令转移地址且紧接着借助读出的指令转移地址从指令存储器IRAM读出并执行至少一条指令，其中矢量NV、KBV中指示的时间点ZP被更新。

在根据本发明的网关的一个实施形式中，网关具有至少一个通过第二单独的系统总线与通信组件连接的另外的处理器。

在根据本发明网关的一个实施形式中，网关控制单元的运行控制(Ablaufsteuerung)具有在出现内部或外部事件EV_ext时估算在矢量存储器VRAM中存储的矢量KBV、NV并更新在矢量中指示的时间点的事件FSM；还具有执行从指令存储器IRAM读出指令的指令FSM。

在根据本发明网关的一个实施形式中，信息矢量NV还具有由关联信息触发的内部或外部事件的时间点与下一个由关联信息触发的内部事件EV_int的时间点之间的时间差。

在根据本发明网关的一个实施形式中，网关控制单元具有作为内部计时器用于触发(Ausloesen)内部事件EV_int的计数器(Zaehler)Z。

在根据本发明网关的一个实施形式中总线由串行的总线构成。

在根据本发明网关的一个实施形式中各个通信组件具有：

-联接到串行总线的通信协议单元，用于各由多个数据字DW组成的信息和数据分组DP之间的转换；

-信息转发单元，用于在至少一个信息存储器和通信协议单元以及缓冲存储器之间转发信息；

-多个接口单元，分别联接到网关的相应系统总线，其中各个接口单元与至少一个暂存信息的相应缓冲存储器连接，其中通过多个系统总线及其相应接口单元能够无需等待时间地同时实现数据字DW出入(von und zu)接口单元缓冲存储器的传送。

在根据本发明网关的一个实施形式中，串行的总线是现场总线。

在根据本发明网关的一个实施形式中，现场总线是CAN(控制器局域网)总线。

在根据本发明网关的一个实施形式中，现场总线是LIN(局域互联网络)总线。

在根据本发明网关的一个实施形式中，现场总线是FlexRay总线。

在根据本发明网关的一个实施形式中，串行的总线是以太网总线。

在根据本发明网关的一个实施形式中，这两个系统总线中的每一个都具有相应系统总线主设备。

在根据本发明网关的一个实施形式中，通信组件的信息转发单元信号化(signalisiert)通过系统总线以字的方式传送的信息在系统总线的系统总线主设备的接收。

在根据本发明网关的一个实施形式中，在系统总线主设备询问信息后，信息转发单元通过信号向系统总线主设备确认获得要传送的信息。

在根据本发明网关的一个实施形式中，为了信号化通过串行总线的发送准备，由各自系统总线接收、暂存在缓冲存储器中并且由信息转发单元转发到信息存储器的信息具有一个标志位。

此外结合用于说明本发明主要特征的附图介绍了根据本发明网关的优选实施形式。

显示了：

图1：根据现有技术的通信组件；

图2：根据现有技术的网关；

图3：根据本发明网关的可能实施形式的框图；

图4：根据本发明的网关内的通信组件的可能实施形式的框图；

图5：根据本发明的网关中包含的网关控制单元的可能实施形式的框图；

图6：用于介绍包含在根据本发明网关中的矢量存储器的存储内容的简图；

图7：用于介绍包含在根据本发明网关中的指令存储器数据内容的简图；

图8：用于介绍通过根据本发明网关转发信息的示例的信号图；

图9：用于介绍通过根据本发明网关转发信息的另一示例的信号图；

图10：用于介绍通过根据本发明网关转发信息的又一示例的信号图；

图11：用于介绍通过根据本发明网关转发信息的又一示例的信号图；

图12：用于介绍通过根据本发明网关转发信息的又一示例的信号图。

可以从图3看出，根据本发明的网关1具有分别联接到串行总线3-i的多个通信组件2-i。例如串行总线3-i是现场总线或以太网总线。通过串行总线3-i将数据作为信息传送。传送的数据分组即信息包括管理数据即报头数据以及有效数据即有效负载数据。根据图3介绍的实施形式，根据本发明的网关1具有多个主单元，其中第一主单元由网关控制单元4-1构成而第二主单元由CPU 4-2构成。这两个主单元4-1、4-2负责不同的功能。在图3介绍的实施形式中网关控制单元4-1负责不同通信组件2-i之间的数据传输。由包含主CPU和内部存储器RAM的处理器4-2构成的另一主单元，执行例如除网关集成之外控制装置功能本身的数据处理。优选地，在图3介绍的实施形式中各主单元4-1、4-2具有各自的系统总线5-1、5-2。各系统总线5-1、5-2就其而言具有各自的数据总线、地址总线和控制总线。在一个可能实施形式中，在网关1内以字方式传送这些数据，其中数据字DW的长度相应于系统总线的各个数据总线的总线宽度。优选地，在一种可能实施形式中对于各个系统总线5-i，通信组件2-i同样具有关联的接口。

图4显示了通信组件2-i的可能实施形式。通信组件2-i用于通过接口联接串行总线3，其中对于网关1的各个内部系统总线5-i，通信组件2-i具有各自的分离的接口2a、2b。在图4介绍的实施形式中通信组件2-i具有用于连接到系统总线5-1的第一接口2a，系统总线5-1的主单元由网关控制单元4-1构成。此外，通信组件2-i具有用于连接到网关1的系统总线5-2的另外的接口2b，系统总线5-2的总线主设备由处理器4-2的主CPU构成。通信组件2-i的通信协议单元2c联接到外部串行数据总线3-i。通信协议单元2c执行数据分组即信息之间的转换，这些信息在外部通过串行数据总线3-i传送并借助消息处理器的分别能够由一个或多个数据字DW组成的内部信息和/或消息而发送出。

图4的通信组件2-i还包含信息转发单元即消息处理器2d，用于在至少一个内部信息存储器，即消息RAM 2e和通信协议单元2c以及不同缓冲存储器2f、2g之间通过内部数据线2h转发信息。优选地，缓冲存储器2f、2g的存储容量相应于内部要传送的信息以及另外的管理数据的数据范围。通信组件2-i具有分别联接到网关1的相应系统总线5-i的多个接口单元2a、2b。各个接口单元2a、2b与至少一个相应缓冲存储器2f、2g连接，在缓冲存储器2f、2g中可暂存至少一个信息和/或消息即消息对象MO。

网关控制单元4-1对消息对象MO以及信息的访问通过网关接口2a及其相应接口寄存器2f来实现。CPU 4-2通过客户接口(customerinterface)5-2和与其相应接口寄存器2g对信息和/或消息对象访问。由此既可能由网关控制单元4-1，也可能由处理器单元4-2在不相互影响的情况下访问所有信息和/或消息对象。

图5显示了包含在根据本发明网关1中的网关控制单元4-1的可能实施形式。为了交换信息，网关控制单元4-1通过相应系统总线5-1与通信组件2-i连接。由此，网关控制单元4-1从各个通信组件2-i收到外部事件EV_ext形式通知的要路由的信息以及要路由的消息对象MO在通信组件中的出现。正如从图3能够看出，各个具有至少一个用于通知事件(Event)的通知线路的通信组件2-i与网关控制单元4-1连接。在一种可能实施形式中，图4介绍的通信组件2-i对于各接口具有多个并行信息寄存器以存储每个信息寄存器的信息。在一种可能实施形式中，这些信息划分为多个组，例如m个组。在一种可能实施形式中，通信组件2-i内设置的信息组的数目m＝4。例如，出现外部事件EV_ext时，通信组件2-i的消息处理器2d通过相应的通知线路通知了网关控制单元4-1转发信息的接收。在一种可能实施形式中，对于各组信息设置了各自的通知线路，例如m＝4条通知线路。如果通信组件2-i的数目为N，并假设所有通信组件2-i具有相同的N，再如果通信组件2-i内的组的数目为m，则对于外部事件(Event)通知线路的数目为Nxm。

正如从图5中可以看出，网关控制单元4-1通过系统总线5-1与通信组件2-i连接并从各个通信组件2-i收到通过通知线路通知为外部事件EV_ext的要路由的信息在通信组件中的出现。网关控制单元4-i包含其存储器内容在图6介绍的矢量存储器(VRAM)。此外，网关控制单元4-1包含用于存储指令的指令存储器即指令RAM(IRAM)，指令RAM的存储器内容在图7中介绍。网关控制单元4-1的中心控制部件由运行控制(Ablaufsteuerung)，即状态机(Zustandsautomaten)(FSM：有限状态机)构成，状态机由事件FSM和与其分离的指令FSM组成。此外，网关控制单元4-1还包含状态寄存器SR和计数器Z，计数器Z作为用于触发内部事件EV_int的计时器。网关控制单元4-1通过系统总线接口SBI与系统总线5-1连接。如图6中介绍，矢量存储器即VRAM主要包含三个存储区。在第一存储区中存在通信组件2的配置数据，即对于各个通信组件2-i，每个信息组存储一个通信组件矢量KBV。通信组件矢量KBV对于相应通信组件2-i存储各自的时间点ZP，时间点ZP指示了在通信组件2-i中暂存的信息N的下一个预期内部事件EV_int。通信组件矢量KBV具有到相应信息N的信息矢量NV的矢量转移地址VSA。各个通信组件矢量KBV还具有相应通信组件2-i的另外的配置数据。可能的配置数据由CC标志(Flag)构成，CC标志指示通信组件2及通信控制器是否激活或去激活。如果通信组件2具有多个信息组，则对于通信组件2内的各组信息设置了通信组件矢量KBV。

网关控制单元4-1内部的矢量存储器VRAM还包含第二存储区，在第二存储区中对于各个信息或对于各个消息MSG，配置数据存储为信息矢量NV。对于各个相关消息和/或信息，信息矢量NV存放在矢量存储器VRAM中。对于各个暂存在通信组件2-i的信息，设置了相应的信息矢量NV并存储在VRAM中，信息矢量NV指示了由相应信息N触发的内部事件EV_int的可配置时间段ZP以及指令转移地址BSA。

在根据本发明网关1的一种可能实施形式中，信息矢量NV还具有由关联信息触发的内部或外部事件的时间点ZP与下一个由关联信息触发的内部事件的另外的时间点ZP之间的时间差Δt。

除了用于通信组件矢量KBV的存储区和用于信息矢量NV的第二存储区，矢量存储器VRAM还具有可自由使用的第三存储区，在第三存储区中，变量被暂存且常量和标志也可被暂时存储。此外可自由使用的矢量存储器VRAM的第三存储区用于与CPU 4-2的数据交换。

存储在矢量存储器VRAM的第二存储区的信息矢量NV具有指令转移地址(Befehlssprungadresse)BSA，通过指令转移地址BSA在指令存储器IRAM内部至少一条指令子例程(Befehlsubroutine)是可寻址的。对于各个信息N，信息矢量NV存储在矢量存储器VRAM的第二存储区中，信息矢量NV相应具有到指令存储器IRAM内部的子例程内的指令转移地址BSA。这种指令序列即子例程存放在各自的信息关联的IRAM的存储区中。存储区大小优选为可变的。此外，指令存储器IRAM内的存储区的位置也是可变的。

在网关控制单元4-1中除矢量存储器VRAM和指令存储器IRAM之外还设置了具有事件FSM和指令FSM的运行控制FSM。在出现内部或外部事件时，运行控制的事件FSM估算(auswerten)在矢量存储器VRAM中存储的矢量，即通信组件矢量KBV和信息矢量NV，并更新在各个矢量中指示的时间点。

此外，网关控制单元4-1具有配置寄存器或状态寄存器SR，配置寄存器或状态寄存器及其它类似的寄存器暂存了所有暂存在通信组件2-i中的信息的所有预期内部事件EV_int的紧接着的下一个预期事件的那个时间点ZP。

运行控制内的指令FSM执行了从指令存储器IRAM读出的指令。在出现其时间点ZP在状态寄存器中的内部事件EV_int时或者出现通过通信组件2-i通知运行控制的外部事件EV_ext时，事件FSM从矢量存储器VRAM的第一存储区读出关联于各个通信组件2-i的通信组件矢量KBV。读出的通信组件矢量KBV包含到矢量存储器VRAM的第二存储区的信息矢量NV的矢量转移地址VSA。对于各个通信组件2-i或对于通信组件2-i内的各组信息N设置了各自的通信组件矢量KBV。通信组件矢量KBV在一定程度上构成了用于矢量存储器VRAM的第二存储区的信息矢量NV的哈希表。借助矢量转移地址VSA运行控制的事件FSM从矢量存储器VRAM的第二存储区读出寻址的信息矢量NV并随后用包含在其中的指令转移地址BSA对指令存储器IRAM内的子例程寻址。该寻址的指令或这些寻址的指令将从指令存储器IRAM中读出并由运行控制内的指令FSM运行，其中指令FSM也优选地通过事件FSM或运行指令相应于NV和KBV矢量更新在矢量中，即在信息矢量NV和通信组件矢量KBV中指示的时间点ZP。

图5中介绍的网关控制单元4-1具有计数器Z，作为用于触发内部事件的内部计时器。

在根据本发明网关控制单元4-1中，外部事件EV_ext和内部事件EV_int之间相互区别。外部事件EV_ext由通信组件2-i触发，尤其是在接收转发信息N或转发信息分组DP时。内部事件EV_int通过计时器或时间计数器Z触发。例如，内部事件用于周期的信息发送或接收信息脉冲串的消除反冲或去抖动(Debouncen)，或者用于在超出预期时间时发送超时(Time-out)信息。在根据本发明网关1的一种可能实施形式中，对于通信组件2-i内的各个相关的信息缓冲存储器，信息矢量NV存放在矢量存储器-VRAM中，例如，信息矢量NV具有以下信息，即要发送的数据对象或信息的标记，用于实施确定的指令顺序、下一个内部事件和计算紧接着的内部事件相差时间的转移地址以及用于控制的信息数据和状态信息。

通过在矢量存储器VRAM中存放的数据，尤其是定义的时间点ZP，在使用计数器Z的情况下，几乎各个时间过程都能够通过根据本发明的网关控制单元4-1实现，从而在两个或多个总线3之间通过网关1传送数据。在系统开始运行时初始化计时器Z即计数器，以使计数器将CPU脉冲划分为有利于整个系统的时间间隔。为了检查矢量存储器VRAM的通信组件矢量KBV和信息矢量NV的信息对象，设置了计数器Z的实际计数值，从而触发信息的发送。在此将计时器Z的计数值与在矢量表中存储的时间值作比较。如果计数器Z的计时器值大于或等于分别存储的时间值即时间点并且相应的信息或信息对象是发送对象时，则转移到指示的地址并实施那里指示的指令。如果信息或信息对象是接收对象，则检查是否接收对象一定已被接收。如果预期时间内接收信息对象没有被接收，则由根据本发明的网关1触发超时并给出相应的超时消息。随后时间指示通过运行控制更新，其中计算是基于之前带有指示的周期时间的时间指示。借助新计算的时间点确定何时应该重新发送信息N或消息(Nachricht bzw.Message)以及何时实现下一个超时。

在直接并立即转发信息时，比较由计数器Z指示的时间值是不必要的。由通信组件2-i通知网关控制单元4-1，由通信组件2接收信息N。随后运行控制FSM矢量存储器VRAM中寻找相应的记录(Eintrag)，即关联于信息N的通信组件矢量KBV。该矢量KBV指向矢量存储器VRAM的第二存储区中的信息矢量NV。矢量NV包含指令转移地址BSA，指令转移地址BSA指到其中存放了路由指令的例程。

为了计算新的预期时间值或预期时间点ZP而由计数器Z提供的对时间值的估算以及各种通信组件2-i的控制，由自动运行的运行控制即有限状态机负责。运行控制FSM借助计数器Z和状态寄存器SR检查所有要发送的信息对象或信息，还检查外部新信息通过通信组件2-i的接收。出现内部事件(例如周期信息发送)时或出现外部事件(例如由通信组件2接收转发信息)时，则执行配置路由指令并控制不同的通信组件2。通过通信组件2经客户接口5-2的连接对于根据本发明网关1中的CPU 4-2随时存在访问通信组件及总线组件2-i中信息N的可能性。优选地，信息N暂存在通信组件2-i及串行总线3-i的总线组件中并在根据本发明网关1中对于在一种可能实施形式中的自动路由而不加载到网关控制单元4-i。在根据本发明网关1的可能实施形式中通过另外的总线(即环形总线)实现通信组件和总线组件2-i之间的信息传送，另外的总线将多个通信组件环状地相互连接。CPU 4-2能够通过接口寄存器2g访问通信组件2-i内所有暂存的信息对象和信息N，而网关控制单元4-2通过第二接口寄存器2f执行访问。

图8显示了信号过程简图，用于解释根据本发明网关1可能实施形式的功能方式。在网关控制单元4-1的状态寄存器SR中暂存了时间点ZP，在该时间点ZP出现下一个预期事件，即所有在通信组件2-i中暂存的信息N的所有预期内部事件中的紧接着的预期事件。由此，在状态寄存器SR中暂存了紧接着的内部事件或来自网关控制单元4-1的下一个预期内部事件EV_int。只要计时器Z输出计数值(计数值指示事件的进入(t_nxtEVTall＜TIMER))，运行控制内的事件FSM就确定相应通信组件2-i并估算(auswerten)相应通信组件2-i内的各组的所有在矢量存储器VRAM中存储的通信组件矢量KBV。在图8介绍的简单例子中，通信组件2具有两个信息和/或消息组，即组GRP1和组GRP2。在步骤S1中，事件FSM估算触发时间事件的通信组件矢量KBV，通信组件矢量KBV存放在矢量存储器VRAM的第一存储区中，并在图8中介绍的例子中找到通信组件2内暂存信息的第二组GRP2的通信组件矢量KBV。在另一步骤S2中读出并估算第二矢量存储器VRAM的第二存储区中的触发时间事件的信息矢量NV。在图8介绍的例子中，触发事件EV的矢量是在触发的通信组件2-i的第二组GRP2内第一信息N以及信息对象(消息对象1)的矢量。

在另一步骤S3中，计算了信息对象和/或消息对象MO的下一个时间事件及下一个内部事件：

$t_{\mathrm{nxtEV}+1-{\mathrm{Grp}}_n-{\mathrm{MO}}_m}=t_{\mathrm{nxtEVt}-{\mathrm{Grp}}_n-{\mathrm{MO}}_m}+t_{{\mathrm{Grp}}_n-{\mathrm{MO}}_m}$

这是可能的，因为各个信息矢量NV还具有由关联信息N或信息对象NO触发的内部事件的时间点ZP与下一个由相应的信息N触发的内部事件时间点ZP之间的时间差t。

在另一步骤S4中，由事件FSM寻找下一个时间事件即下一个内部事件EV_int：

t_nextEV·GRPn＝minimum(t_{nxtEV·GRPn·MOm})；m∈[1...m_max]

在另一步骤S5中，实现了由确定的时间点对矢量存储器VRAM的第一存储区内的通信组件矢量KBV中的时间指示t_nxtEV-GRPn的更新。

在另一步骤S6中下一个时间事件即预期的下一个内部事件能够通过所有通信组件2-i上的所有组存储的信息或消息对象MO选择。在图8介绍的例子中，这是用于第一通信组件内第一组GRP1的时间点t_m。

在随后的步骤S7中在时间点t_m即时间点t_n+1状态寄存器SR中暂时存储了紧接着的预期内部事件即内部事件。只要计数器Z到达时间点t_n+1，就开始图8介绍的新的过程，即重新执行步骤1-7。

图9显示了两个时间信号图，其中上面的信号图介绍了到达根据本发明网关的信息和/或消息对象MO，根据本发明网关1的下面的第二时间信号图显示了其它串行总线给出的信息。在图9介绍的例子中，在第一串行总线3-i接收的信息MO直接通过其它串行总线3-j转发，其中出现了轻微的时间延迟t_GDdelay。正如从图9能够看出，发送周期时间t_zyklus是常数，即周期性地转发接收的信息对象(周期的或自发的)。

图10显示了信息N经根据本发明的网关1的周期发送，即便是接收的信息对象N不被周期的接收。最后接收的信息Ni连续地、周期地在常量周期持续时间内发送到总线3-i。

图11显示了使用超时直接地转发信息，即监控预期信息的未出现。正如从图11中能够看出，通过第一串行总线3-i接收信息N和/或消息对象，并直接转发到输出总线。在时间点t_A确定预期信息未到达且网关1产生超时信息，超时信息作为到输出总线的输出信息给出，从而指示预期信息的未出现。为了执行图11中介绍的过程，运行控制在接收这种信息(信息恰好在这个时间间隔接收)时不实施图8中介绍步骤的S1并在信息(触发超时)未出现时不实施S3，而只是分别实施余下的步骤。

图12显示了信息脉冲串的消除反冲(Entprellen)或去抖动。在图12介绍的例子中网关1包含多次在给定窗口t_DEB内的信息并仅将该组第一信息转发到其它串行总线3-i。脉冲串内的其余信息通过网关1抑制。在图12介绍的功能和/或相应的运行模式中，将所谓的消除反冲有效位作为矢量存储器VRAM的信息矢量NV中的配置数据设置在第一次的过程中以接收信息。只要消除反冲有效位被设置，则实现图8介绍的过程，其中没有步骤3。随后消除反冲有效位在配置数据中又被置回。

正如从图9、10、11、12能够看出，根据本发明的网关适用于转发或处理信息的多种运行模式以及功能，这些信息在多个总线3-i、3-j之间传送。在根据本发明网关1中依赖于出现的数据总量，自动检查超时和必需的信息或多个信息组合发送的CPU负载通过网关控制单元4-1显著减少。发送信息和/或消息对象以及检查最终的超时通过网关控制单元4-1，而独立于在CPU 4-2中并行运行的过程而实现。这样就基本上达到较小的抖动和等待时间，由此网络中的过程能够更准确地开始并执行。各个消息对象和/或各个信息N能够独立于其它网络且独立于其它消息对象在单个通信组件或总线模块中配置。通过在根据本发明网关1中应用的参考技术，借助矢量根据本发明的网关1存在可配置性相关的特别高的灵活性。通过在各个通信组件2内构建可存储信息N的组，可能做进一步的嵌套(Verschachtelung)，这样灵活性进一步增加。此外，要处理信息的寻找过程的速度显著缩短并通过对通信过程的完整定义使所有信息对象存储需求达到最小。根据本发明的网关1导致了以下可能性，即外部事件(Events)共同决定及控制内部事件(内部Events)的时间过程。根据本发明的网关1自动在现场总线或串行总线3之间传送数据而不加重CPU 4-2负载。在给定时间间隔内周期性的发送、收到信息后立即传输、检查信息的未出现以及信息的去抖动都是可能的。信息N的传输通过CPU不加直接控制而实现。CPU 4-2仍随时获得对转发和利用的信息对象和/或消息对象的访问，而不中断信息的自动路由。消息对象和/或信息N的传送或转发在根据本发明网关1中独立于软件等待时间和CPU 4-2的实际负载而实现。

Claims (15)

1.一种用于总线(3)间信息自动路由的网关，具有：

(a)多个通信组件(2)，用于暂存并通过所述总线(3)传送信息(N)；及具有

(b)网关控制单元(4-1)，所述网关控制单元(4-1)通过系统总线(5-1)与所述通信组件(2)连接以交换信息(N)，且所述网关控制单元(4-1)从所述通信组件(2)获得作为外部事件(EV_ext)通知的要路由的信息(N)在所述通信组件(2)处的出现，

其中所述网关控制单元(4-1)具有：

(b1)具有第一存储区的矢量存储器(VRAM)，用于存储通信组件矢量(KBV)，其中对于各通信组件(2)设置了通信组件矢量(KBV)，所述通信组件矢量(KBV)指示了作为所述通信组件(2)中暂存的信息(N)的下一个预期内部事件(EV_int)的时间点(ZP)和到信息矢量(NV)的矢量转移地址，所述信息矢量(NV)存储在所述矢量存储器(VRAM)的第二存储区，其中对每一个暂存在所述通信组件(2)中的信息存储了相应的信息矢量(NV)，所述信息矢量(NV)指示了由关联信息(N)触发的内部事件(EV_int)的可配置时间点(ZP)以及指令转移地址；

(b2)存储器(IRAM)，用于存储能够由所述信息矢量(NV)中指示的指令转移地址寻址的指令；及

(b3)运行控制器，在出现其时间点(ZP)在暂存于通信组件(2)中的信息(N)的信息矢量(NV)中指示的内部事件(EV_int)时，或出现通过通信组件(2)通知所述运行控制器的外部事件(EV_ext)时，所述运行控制器从所述矢量存储器(VRAM)的第一存储区读出关联于所述各通信组件(2)的所述通信组件矢量(KBV)，并借助包含在所述通信组件矢量(KBV)中的矢量转移地址将所述寻址的信息矢量(NV)的指令转移地址从所述矢量存储器(VRAM)的第二存储区读出，且随后借助所述读出的指令转移地址从用于存储指令的所述指令存储器(IRAM)读出并执行至少一条指令，其中在所述信息矢量(NV)和通信组件矢量(KBV)中指示的时间点(ZP)被更新。

2.根据权利要求1所述的网关，其中所述网关(1)具有处理器(4-2)，所述处理器(4-2)通过单独的第二系统总线(5-2)与所述通信组件(2)连接。

3.根据权利要求1所述的网关，其中所述网关控制单元(4-1)的所述运行控制器具有：

事件FSM，在出现内部事件或外部事件时，所述事件FSM估算在所述矢量存储器(VRAM)中存储的矢量(KBV，NV)，并更新在所述矢量中指示的时间点；及

指令FSM，所述指令FSM执行从所述指令存储器(IRAM)中读出的指令。

4.根据权利要求1所述的网关，其中所述信息矢量(NV)还具有由所述关联信息(N)触发的内部事件的时间点(ZP)和下一个由所述关联信息(N)触发的内部事件的时间点(ZP)之间的时间差(Δt)。

5.根据权利要求1所述的网关，其中所述网关控制单元(4-1)具有作为内部计时器以触发内部事件(EV_int)的计数器(Z)。

6.根据权利要求1所述的网关，其中所述网关控制单元(4-1)具有状态寄存器(SR)，所述状态寄存器(SR)暂存所有在所述通信组件(2)中暂存的信息(N)的所有预期内部事件的下一个预期事件的时间点(ZP)。

7.根据权利要求1所述的网关，其中所述总线(3)是串行总线。

8.根据权利要求7所述的网关，其中各个通信组件(2)具有：

(a)联接到所述串行总线(3)的通信协议单元(2c)，用于分别由多个数据字(DW)组成的信息(MSG)和数据分组(DP)之间的转换；

(b)信息转发单元(2d)，用于在至少一个信息存储器(2e)和所述通信协议单元(2c)以及缓冲存储器(2f，2g)之间转发信息(MSG)；

(c)多个接口单元(2a，2b)，所述多个接口单元(2a，2b)分别联接到所述网关(1)的关联系统总线(5-1，5-2)，

其中各个接口单元(2a，2b)与至少一个关联的缓冲存储器(2f，2g)连接，所述缓冲存储器(2f，2g)暂存信息(MSG)；

其中通过多个系统总线(5-1，5-2)及其关联接口单元(2a，2b)出入所述接口单元(2a，2b)的缓冲存储器(2f，2g)的数据字(DW)传输同时实现而无等待时间。

9.根据权利要求7所述的网关，其中所述串行总线(3)是现场总线。

10.根据权利要求9所述的网关，其中所述现场总线是控制器局域网总线。

11.根据权利要求9所述的网关，其中所述串行总线(3)是以太网总线。

12.根据权利要求2所述的网关，其中所述两个系统总线(5-1，5-2)的每一个都具有关联的网关控制单元(4-1)或者处理器(4-2)。

13.根据权利要求8所述的网关，其中通信组件(2)的所述信息转发单元(2d)将通过所述系统总线(5-1，5-2)以字方式传送的信息在所述系统总线(5-1，5-2)的网关控制单元(4-1)或者处理器(4-2)的接收信号化。

14.根据权利要求8所述的网关，其中在所述系统总线主设备询问信息后，通信组件的所述信息转发单元(2d)通过信号向网关控制单元(4-1)或者处理器(4-2)确认获得要传送的信息。

15.根据权利要求8所述的网关，其中由所述各系统总线(5-1，5-2)接收的信息具有至少一个标志位以信号化通过串行总线(3)的发送准备，其中接收的信息暂存在缓冲存储器(2f，2g)中并由所述信息转发单元(2d)转发到所述信息存储器(2e)。

Images