CN101836397A - 具有can总线的通信系统以及用于运行这种通信系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种通信系统和一种用于运行通信系统的方法，其中该通信系统具有CAN总线和至少两个借助该CAN总线而耦合的设备。这种设备具有CAN控制单元、异步串行通信(ASC)接口单元和切换装置。该CAN控制单元适于在第一传输模式中借助第一物理协议通过该CAN总线来传输CAN数据帧。该异步串行通信(ASC)接口单元适于在一个第二传输模式中借助一个第二物理协议通过该CAN总线来传输ASC数据帧。该切换装置设置用于根据在该设备与至少另一设备之间所适用的至少一个协议而在该第一传输模式和第二传输模式之间进行切换。

Description

具有CAN总线的通信系统以及用于运行这种通信系统的方法
技术领域
本发明涉及一种具有CAN总线的通信系统以及一种用于运行具有CAN总线的通信系统的方法。
在借助CAN总线传输数据时，尤其在传输CAN消息时，由CAN总线所决定的物理协议的协议开销约为55％，也即相应CAN消息的报头部分大于其有用数据部分或有效载荷部分。
另外，当前由于物理限定条件并尤其由于在CAN总线上的非对称延迟，CAN总线最大可能的符号率被限制为约1M波特。
本发明的公开
具有权利要求1的特征的本发明的通信系统以及具有权利要求13所述特征的、用于运行通信系统的本发明的方法相应所具有的优点是，借助该CAN总线所耦合的设备适合于通过CAN总线在一个第一传输模式中传输CAN数据帧，并在一个第二传输模式中传输ASC(ASC；asynchrone serielle Kommunikation，异步串行通信)数据帧。
本发明的一个特别的优点在于，该ASC数据帧相对于CAN数据帧可以以较高的总线时钟通过该CAN总线来传输。另外该ASC数据帧相对于CAN数据帧还具有较小的报头部分，并从而具有较大的有用数据部分或有效载荷部分。从而根据本发明提高了该CAN总线的符号率和数据传输速率或使之最大化。利用本发明有利地实现了4M波特的符号率，并有利地能够把协议开销从55％降低到10％。
根据本发明推荐了一种通信系统，该通信系统具有一个CAN总线和至少两个借助该CAN总线而耦合的设备。在此这种设备具有CAN控制单元、异步串行通信(ASC)接口单元和切换装置。
相应的CAN控制单元适于在第一传输模式中借助第一物理协议通过该CAN总线来传输CAN数据帧。该异步串行通信接口单元或ASC接口单元适于在第二传输模式中借助第二物理协议通过该CAN总线来传输ASC数据帧。该切换装置设置用于根据在相应的设备与至少另一设备之间所适用的至少一个协定(Vereinbarung)而在该第一传输模式与该第二传输模式之间进行切换。
此外还推荐了一种用于运行具有一个CAN总线和至少两个借助该CAN总线而耦合的设备的通信系统的方法，其中该方法具有以下的步骤：
a)相应的设备设置有CAN控制单元，该CAN控制单元适于在第一传输模式中借助第一物理协议通过该CAN总线来传输CAN数据帧；
b)相应的设备设置有异步串行通信(ASC)接口单元，该接口单元适于在第二传输模式中借助第二物理协议通过该CAN总线来传输ASC数据帧；以及
c)根据在预定数量的设备之间所适用的至少一个协定在该第一传输模式与该第二传输模式之间来切换所述预定数量的设备。
在从属权利要求中是在权利要求1中所述通信系统以及在权利要求14中所述方法的有利改进方案和扩展方案。
本发明的实施方案
根据本发明的一个优选扩展方案，该协定包含有：在哪个或哪些预定时间窗内和/或根据哪个或哪些预定的事件，预定数量的设备的相应切换装置切换到该第一传输模式或到该第二传输模式中。
根据另一优选的扩展方案，该协定表明：在哪个或哪些预定的时间窗内和/或根据哪个或哪些预定的事件，预定数量的设备的相应切换装置切换到该第二传输模式中，以及哪个设备在随后的一个或多个时间窗中具有专有的发送授权。
根据另一优选的扩展方案，该协定至少部分地被构造为可存储在相应设备中的控制程序部分和/或至少部分地被构造为可通过CAN总线传输的协定消息部分。
根据另一优选的改进方案，在该第二传输模式中预先确定了时间窗用于尤其作为C数据帧来传输数据帧，在所述时间窗中至少一个相应的设备、预定数量的设备或全部设备能够进行发送或接收。
尤其在该第二传输模式中预先确定了用于传输数据帧的在TTCAN中所定义的时间窗。通过在该第二传输模式中构造预定的时间窗，能够有利地在CAN总线上获得有保证的应答时间。
根据另一优选的扩展方案，该协定被构造为至少一个在TTCAN中所定义的时间窗，或者集成在至少一个在TTCAN中所定义的时间窗中。
根据另一优选的扩展方案，该第二传输模式优先于该第一传输模式。
根据本发明的一个优选改进方案，在该第二传输模式中借助第二物理协议进行发送的设备适于向预定数量的接收设备构造点到点连接或点到多点连接，以防止在该CAN总线上的非对称延迟。
根据另一优选的扩展方案，该CAN控制单元在该第一传输模式中利用第一总线时钟通过该CAN总线来传输CAN数据帧，该ASC接口单元在该第二传输模式中利用第二总线时钟通过该CAN总线来传输ASC数据帧，其中该第二总线时钟高于该第一总线时钟。
根据另一优选的扩展方案，该第二总线时钟比该第一总线时钟高一个倍数，该倍数在2至10之间，优选地在5至10之间，尤其优选地在8至10之间。
根据另一优选的扩展方案，CAN数据帧和ASC数据帧分别具有报头部分和有用数据部分，其中该ASC数据帧的报头部分小于该CAN数据帧的报头部分。
根据另一优选的扩展方案，该ASC数据帧的报头部分比该CAN数据帧的报头部分小一个倍数，该倍数在2至5之间，优选地在3至5之间，尤其优选地在4至5之间。
根据另一优选的改进，借助CAN总线而耦合的至少两个设备或者包含有一个测试装置和至少一个控制设备、或者包含有至少两个控制设备。
附图的简述
在附图中示出了本发明的实施例，并在下文中来详细解释。其中：
图1示出了根据本发明的通信系统的一个第一实施例的示意性框图；
图2示出了根据本发明的通信系统的一个第二实施例的示意性框图；
图3a示出了ASC数据帧的一个实施例的示意性框图；
图3b示出了CAN数据帧的一个实施例的示意性框图；
图4示出了本发明方法的一个实施例的示意性流程图。
附图的说明
在附图中相同的符号表示相同的或功能相同的组成部分。
在图1中示出了根据本发明的通信系统10的一个第一实施例的示意性框图。
该通信系统10具有CAN总线20、借助该CAN总线20而耦合的至少两个设备30、40和切换装置33。
借助该CAN总线20而耦合的至少两个设备30、40优选地或者包含有一个测试装置和至少一个控制设备，或者包含有至少两个控制设备。该测试装置比如设置在车间中。该控制设备优选地设置在汽车中。
在图1和2中参考符号30和40比如表示构造相同的两个控制设备。出于简洁的目的，仅相应具体解释该第一控制设备30。该第二控制设备40当然也是类似的。
该第一控制设备30具有CAN控制单元31、异步串行通信(ASC)接口单元32和切换装置33。该切换装置33和CAN控制单元31借助第一导线L1相耦合。该CAN控制单元31另外还被设置用于在一个第一传输模式中借助第一物理协议通过该CAN总线20来传输CAN数据帧C。为此该CAN控制单元31把该CAN数据帧C通过该第一导线L1传输至该切换装置33，该切换装置33然后能够把所接收的CAN数据帧C通过该CAN总线20传输到该第二控制设备40。这相应地也适用于到该CAN控制单元31的接收方向。
该异步串行通信(ASC)接口单元32或ASC接口单元32借助第二导线L2与该切换装置33相耦合。该ASC接口单元32被设置用于在一个第二传输模式中借助第二物理协定通过该CAN总线20来传输ASC数据帧A。为此该ASC接口单元32通过一个第二导线L2与该切换装置33相耦合以传输ASC数据帧A。
该切换装置33被设置用于根据至少一个在该第一控制设备30与至少另一设备(按照图1和2的例子是该第二控制设备40)之间所适用的协定V而在该第一传输模式和该第二传输模式之间进行切换。
该协议V在此优选地包括：在哪个或哪些预定的时间窗内和/或根据哪个或哪些预定的事件，预定数量的设备、比如图1和2的两个控制设备30、40的相应切换装置33切换到第一传输模式或切换到第二传输模式。
另外该协议V表明了：在哪个或哪些预定的时间窗内和/或根据哪个或哪些预定的事件，这两个控制设备30、40的相应切换装置33切换到该第二传输模式，以及控制设备30、40中的哪个在随后的一个或多个时间窗内具有专有的发送授权。
该协议V尤其还可以被构造为至少一个在TTCAN中所定义的时间窗，或者集成在至少一个在TTCAN中所定义的时间窗中。TTCAN表示“Time-Triggered-Communication-On-CAN，在CAN上的时间触发通信”。TTCAN处于CAN总线上，并在较高的协议层上实现了实时控制。
此外该第二传输模式优选地优先于该第一传输模式，也即相应的切换装置33只要技术限定条件允许的情况下那么就总是按照也可预先确定的设定而切换到该第二传输模式。
此外，借助该第二物理协议在该第二传输模式中进行发送的设备比如该第一控制设备30，适于或者被设置用于向预定数量的接收设备比如第二控制设备40和其他的控制设备(未示出)构造点到点连接或点到多点连接，以防止在CAN总线20上的非对称延迟。
优选地该CAN控制单元31在该第一传输模式中利用第一总线时钟通过该CAN总线20来传输CAN数据帧C。另外该ASC接口单元32在该第二传输模式中利用一个第二总线时钟通过该CAN总线20来传输ASC数据帧A。该第二总线时钟优选地高于该第一总线时钟。该第二总线时钟尤其比该第一总线时钟高如下倍数：该倍数在2和10之间，优选地在5和10之间，尤其优选地在8和10之间。
图2示出了根据本发明的通信系统10的一个第二实施例的示意性框图。按照图2的通信系统10的第二实施例与按照图1的通信系统10的第一实施例不同之处尤其在于：在该总线系统20与相应的切换装置33之间设置有驱动装置35和接口装置或通信接口36。该驱动装置35借助第三导线L3与该切换装置33相连接，并借助第四导线L4与该接口装置36相连接。该接口装置36另外还借助该CAN总线20与该第二控制设备40和/或其他的控制设备(未示出)或一个测试装置(未示出)相连接。
该驱动装置35尤其被构造为CAN驱动器，该CAN驱动器能够用所期望的电平与接口装置36进行双向连接。
该切换装置33尤其被构造为程序控制的接口切换器，或者被构造为多路复用器，其能够实现在该CAN控制单元31与该ASC接口单元32之间的切换。此外，按照图2，该协议V可以至少部分地被构造为在相应设备30、40(在图2的例子中是第一控制设备30)中可存储的控制程序SP的部分，和/或至少部分地被构造为可通过CAN总线20传输的协定消息VN的部分。为了存储该控制程序SP，比如在相应的控制设备30中集成有存储装置34。该存储装置34比如被构造为RAM存储器或EEPROM存储器。
图3a示出了一个ASC数据帧A的一个实施例的示意性框图，图3b示出了一个CAN数据帧C的一个实施例的示意性框图。该CAN数据帧C和ASC数据帧A相应地具有一个报头部分CH、AH和一个有用数据部分CL、AL。该ASC数据帧A的报头部分AH小于该CAN数据帧C的报头部分CH。从而能够实现：该ASC数据帧A的有用数据部分AL大于该CAN数据帧C的有用数据部分CL。从而根据本发明通过经CAN总线20实现ASC数据帧的传输而达到了数据传输速率的提高。
优选地，该ASC数据帧A的报头部分AH比该CAN数据帧C的报头部分CH小一个倍数，该倍数在2至5之间，优选地在3和5之间，尤其优选地在4和5之间。
在图4中示出了根据本发明的用于运行通信系统10的方法的一个实施例的示意性流程图，其中该通信系统10具有CAN总线20和至少两个借助CAN总线20而耦合的设备30、40，尤其是控制设备。
下面借助图4中的框图并参照图1的示意性框图来阐述本发明的方法。按照图4的本发明方法的实施例具有以下的方法步骤S1至S3：
方法步骤S1：
相应的设备30、40配备有CAN控制单元31。该CAN控制单元31设置用于在第一传输模式中借助第一物理协议通过该CAN总线20来传输CAN数据帧C。
方法步骤S2：
相应的设备30、40配备有一个异步串行通信(ASC)接口单元32，该接口单元设置用于在第二传输模式中借助第二物理协议通过该CAN总线20来传输ASC数据帧A。
方法步骤S3：
预定数量的设备30、40根据在预定数量的设备30、40之间所适用的至少一个协定V而在该第一传输模式和第二传输模式之间被切换。
尽管本发明在前文中借助优选实施例已经进行了阐述，但其并不局限于此，而是可以以许多方式和方法被改变。
比如可以考虑把本发明的通信系统不仅配置在汽车中，而且配置在飞机或航天器中。

Claims (14)

1.一种通信系统(10)，其具有：
a)CAN总线(20)；
b)至少两个借助该CAN总线(20)耦合的设备(30，40)，其中设备(30，40)具有：
b1)CAN控制单元(31)，该CAN控制单元适于在第一传输模式中借助第一物理协议通过该CAN总线(20)来传输CAN数据帧(C)；
b2)异步串行通信(ASC)接口单元(32)，该异步串行通信接口单元适于在第二传输模式中借助第二物理协议通过该CAN总线(20)来传输ASC数据帧(A)，以及
b3)切换装置(33)，该切换装置适于根据在该设备(30)和至少另一设备(40)之间的至少一个适用的协定(V)而在该第一传输模式和该第二传输模式之间进行切换。
2.根据权利要求1所述的通信系统，
其特征在于，
该协定(V)包含有：在哪个或哪些预定时间窗中和/或根据哪个或哪些预定的事件，预定数量的设备(30，40)的相应切换装置(33)切换到该第一传输模式中或切换到该第二传输模式中。
3.根据权利要求2所述的通信系统，
其特征在于，
该协定(V)表明：在哪个或哪些预定的时间窗中和/或根据哪个或哪些预定的事件，预定数量的设备(30，40)的相应切换装置(33)切换到该第二传输模式中，以及所述设备(30，40)中的哪一个在随后的一个或多个时间窗中具有专有的发送授权。
4.根据权利要求1、2或3所述的通信系统，
其特征在于，
该协定(V)至少部分地被构造为能够在相应设备(30，40)中存储的控制程序(SP)的部分，和/或至少部分地被构造为能够通过该CAN总线(20)传输的协定消息(VN)的部分。
5.根据权利要求1、2或3所述的通信系统，
其特征在于，
该协定(V)被构造为至少一个在TTCAN中定义的时间窗，或者被集成在至少一个在TTCAN中所定义的时间窗中。
6.根据权利要求1或权利要求2至5之一所述的通信系统，
其特征在于，
该第二传输模式优先于该第一传输模式。
7.根据权利要求1或权利要求2至6之一所述的通信系统，
其特征在于，
在该第二传输模式中进行发送的设备(30，40)借助该第二物理协议适于向预定数量的进行接收的设备(30，40)构造点到点连接，或者构造点到多点连接，以防止在该CAN总线(20)上的非对称延迟。
8.根据权利要求1或权利要求2至7之一所述的通信系统，
其特征在于，
该CAN控制单元(31)在该第一传输模式中利用第一总线时钟通过该CAN总线(20)来传输该CAN数据帧(C)，该ASC接口单元(32)在该第二传输模式中利用第二总线时钟通过该CAN总线(20)传输该ASC数据帧(A)，其中该第二总线时钟高于该第一总线时钟。
9.根据权利要求8所述的通信系统，
其特征在于，
该第二总线时钟比该第一总线时钟高一个倍数，该倍数在2和10之间，优选地在5和10之间，尤其优选地在8和10之间。
10.根据权利要求1或权利要求2至9之一所述的通信系统，
其特征在于，
CAN数据帧(C)和ASC数据帧(A)分别具有报头部分(CH；AH)和有用数据部分(CL，AL)，其中该ASC数据帧(A)的报头部分(AH)小于该CAN数据帧(C)的报头部分(CH)。
11.根据权利要求10所述的通信系统，
其特征在于，
该ASC数据帧(A)的报头部分(AH)比该CAN数据帧(C)的报头部分(CH)小一个倍数，该倍数在2至5之间，优选地在3和5之间，尤其优选地在4和5之间。
12.根据权利要求1或权利要求2至11之一所述的通信系统，
其特征在于，
借助该CAN总线(20)而耦合的至少两个设备(30，40)或者包含有一个测试装置和至少一个控制设备，或者包含有至少两个控制设备。
13.根据权利要求1、2或3所述的通信系统，
其特征在于，
在第二传输模式中，预先确定了用于传输ASC数据帧(A)的时间窗，其中至少一个相应的设备(30，40)或预定数量的设备(30，40)能够在所述ASC数据帧中进行发送或接收。
14.一种用于运行通信系统(10)的方法，该通信系统具有CAN总线(20)和至少两个借助该CAN总线(20)而耦合的设备(30，40)，该方法所具有的步骤：
a)给相应的设备(30、40)配备CAN控制单元(31)，该CAN控制单元适于在第一传输模式中借助第一物理协议通过该CAN总线(20)来传输CAN数据帧(C)；
b)给相应的设备(30、40)配备异步串行通信(ASC)接口单元(32)，该接口单元适于在第二传输模式中借助第二物理协议通过该CAN总线(20)来传输ASC数据帧(A)；
c)根据在预定数量的设备(30、40)之间所适用的至少一个协定(V)将预定数量的设备30、40在该第一传输模式和第二传输模式之间进行切换。
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