CN102047615B - 具有减少数量的连接线的串行外围接口 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电子通信系统，包含至少一个第一以及一个第二通信单元(1，2)，第一以及第二通信单元借助至少一个第一数据线(3)彼此连接，其中，通信系统具有数据传输协议，根据数据传输协议，在用于同步数据传输的至少一个第一数据传输模式中，第一通信单元(1)至少一次地经由第一数据线(3)向第二通信单元(2)传送数据请求信号或时钟信号，第二通信单元(2)响应于数据请求信号或时钟信号经由第一数据线(3)向第一通信单元(1)传送数据信号。

Description

具有减少数量的连接线的串行外围接口
技术领域
本发明涉及根据权利要求1前序部分的电子通信系统、用于至少一个第一通信单元和至少一个第二通信单元之间的数据传输的方法以及该通信系统在机动车中的应用。
背景技术
名称“串行外围接口(serial peripheral interface)”用于已知的串行数据总线标准，其允许主机(master)单元和多种从机(slave)单元之间的双向同步且串行数据传输。然而，在此背景下，适当的通信系统包含主机单元和第一从机单元之间用于双向数据传输的至少三条线，即两条数据线和一条时钟线。如果存在多个从机单元，这些单元各自需要到主机单元的附加的选择线。
发明内容
本发明的目的在于提出一种通信系统以及用于数据传输的方法，其相对较为廉价和/或能用相对较少的连接线来实现。
借助根据权利要求1的电子通信系统和根据权利要求21的方法，本发明实现了此目的。
第一通信单元和至少第二通信单元优选为借助作为单一数据线的第一数据线彼此连接。
与具有多个数据线的通信系统相比，基于根据本发明的数据传输协议的相对较少数量的线、特别是数据线——特别优选的是单一数据线——允许成本上的显著节省。
优选为，数据信号和/或另一信号经由线——特别是经由第一数据线——的传输理解为意味着经由线发送信号和/或将信号施加到线。
时钟信号优选为理解为意味着时钟信号，时钟发生器单元优选为理解为意味着时钟或时钟单元。
数据传输协议优选为采用这样的形式：对于第一数据传输模式，使得来自第二通信单元的数据信号包含规定数量的位(bit)，特别精确的是一位。
优选为，数据传输协议对于第一数据传输模式采用这样的形式：使得从第二通信单元到第一通信单元的消息包含多个数据信号，特别地，该消息包含至少一个规定的可分立解释信息项。特别优选的是，此消息精确地包含一个信息项。
举例而言，消息理解为意味着对于传感器或致动器的运行参数或由传感器元件检测的物理变量的编码值。
数据传输协议优选为至少对于第一数据传输模式采用这样的形式：使得来自第一通信单元的时钟信号和来自第二通信单元的数据信号经由第一数据线实质上同时被传送。
有利的是，第一通信单元和至少第二通信单元借助附加的接地线或基准接地电位线和/或经由附加的电源线彼此连接。特别优选的是，第一数据线另外也用作电源线，其在下面被称为双线接口。
优选为，数据传输协议至少对于第一数据传输模式采用这样的形式：使得作为来自第二通信单元的输出信号的数据信号和来自第一通信单元的时钟信号或数据请求信号在第一数据线上重叠(overlaid)，或来自第二通信单元的数据信号在第一数据线上超激励(overdrive)来自第一通信单元的时钟信号或数据请求信号，其中，特别地，数据信号确定第一数据线上的信号值。
优选为，至少第二通信单元不具有其自己的时钟发生器单元，或其具有不与第一通信单元的时钟发生器单元同步(in sync)运行的时钟发生器单元，和/或相比于第一通信单元的时钟发生器单元，其具有较低的时钟精度或较大的时钟波动。
第二通信单元优选为采用这样的形式：其对于来自第一通信单元的时钟信号或数据请求信号的响应时间在规定的时间间隔内，特别地，该时间间隔小于或短于来自第一通信单元的时钟信号和/或第一通信单元的时钟发生器单元的时钟的周期持续时间或其倍数。特别优选的是，至少第二通信单元或第一从机单元采用这样的形式：使得其对于来自第一通信单元的至少一个规定信号具有得到保证的响应时间，结果，具有实时能力。
第一通信单元优选为具有数据输出或数据输出连接，其直接或间接连接到第一数据线，其中，来自第一通信单元的时钟信号或数据请求信号在此数据输出或数据输出连接上被提供或施加。
通信系统优选为采用具有减少数量的线——特别是具有确切的一根信息传输线——的修改的串行外围接口通信系统的形式，其中，至少第一通信单元和/或至少第二通信单元实质上依照串行外围接口标准来设计。在这一点上，第一通信单元特别具有至少一个数据连接和时钟连接，其与通用时钟发生器单元相关联或与之时钟同步地运行。或者，第一通信单元具有两个数据连接，其中，一个数据连接作为数据输入运行，一个数据连接作为数据输出运行，其中，数据连接彼此同步运行。第一通信单元特别优选为具有数据输出和数据输入，其中，它们直接或间接地共同连接到第一数据线。
通信系统优选为具有至少一个切换单元，其被设计和连接为能用于在至少在第一与第二通信单元间没有分立时钟线的运行和根据串行外围接口标准至少在第一与第二通信单元之间具有分立时钟线的运行之间进行切换。切换单元由第一通信单元致动，特别地，其中，第一通信单元特别优选为具有附加的切换连接，所述切换连接特别优选为借助至少一个连接线连接到切换线。
有利的是，数据传输协议采用这样的形式：处于第二数据传输模式的第一通信单元经由第一数据线至少向第二通信单元实质上同时地传送数据信号和数据请求信号或时钟信号，和/或嵌入在数据信号中的时钟信号，和/或通用数据时钟信号。
优选为，数据传输协议采用这样的形式：使得规定的通信过程、特别是相应的规定的通信过程，包含同步包(synchronization packet)和/或识别包(identification packet)和/或命令包(command packet)和/或地址包(address packet)的从第一通信单元经由第一数据线向至少第二通信单元的传输。
第一通信单元和/或第二通信单元优选为具有有着高侧驱动器和低侧驱动器的推挽级，或具有有着视情况可选的下拉电阻器的高侧驱动器或有着视情况可选的上拉电阻器的低侧驱动器。特别地，第一与第二通信单元分别具有推挽级，用于将相应的输出信号输出到第一数据线。高侧驱动器在这种情况下特别优选为理解为意味着一电子电路，其将激活的高信号施加到第一数据线，和/或将第一数据线上的电气变量设置为规定的“高”值。低侧驱动器在这种情况下特别优选为对应地理解为意味着一电子电路，其用于设置激活的“低”信号，或“低”信号值，或施加实质上对应于地电位的电位。
第一以及至少第二通信单元以及数据传输协议优选为采用这样的形式：使得数据信号和/或数据请求信号或时钟信号使用规定的电流和/或电压值或借助光学信号传输在第一数据线上被传送。在这种情况下，对于数据信号和/或数据请求信号或时钟信号提供了借助规定的信号形式来编码的规定，其包括至少一个规定的信号边缘和/或至少一个信号脉冲和/或至少一个信号脉冲停歇(pause)。
便利的是，第一通信单元采用主机单元的形式，第二通信单元采用从机单元的形式，特别地，数据传输协议采用这样的形式：使得第一数据传输模式被设计为从机发送数据传输模式，和/或第二数据传输模式被设计为主机发送数据传输模式。
第一通信单元优选为借助两线接口连接到至少第二通信单元，两线接口用于单向地或双向地传送信息，特别是以电流编码的形式。特别地，这涉及经由所述两线接口被供以电力的第二通信装置。
便利的是，第二通信单元采用这样的形式：其能从第一通信单元接收并独立解释识别包和/或命令包和/或地址包和/或结尾包。
优选为，至少第二通信单元采用这样的形式：使得其解释识别包，用于来自至少两个规定访问方法的选择，基于此解释，独立地将其自己引入规定的操作模式和/或向第一通信单元传送规定的响应，特别是根据第一数据传输模式，和/或独立地引起(prompt)和执行内部活动，其中，所述内部活动特别包含在一个或多于一个的规定存储器地址中存储规定的数据项或多个规定数据项。
第二通信单元优选为集成在传感器和/或致动器单元中。
便利的是，通信系统包含多个“从机”通信单元，其各自实际上采用基于第二通信单元的形式，特别地，各自借助单一数据线连接到第一通信单元。
优选为，对于第一数据传输模式，该方法借助来自第二通信单元的数据信号建立，该数据信号包含规定数量的位，特别精确地为一位。
便利的是，至少对于第一数据传输模式，来自第一通信单元的时钟信号和来自第二通信单元的数据信号经由第一数据线实质上同时地被传送。
优选为，在规定时间间隔内，第二通信单元响应于来自第一通信单元的数据请求信号或时钟信号发送数据信号，特别地，该时间间隔小于来自第一通信单元的时钟信号和/或来自第一通信单元的时钟发生器单元的时钟的周期持续时间或周期持续时间的倍数。
有利的是，处于第二数据传输模式的第一通信单元经由第一数据线至少向第二通信单元实质上同时地传送数据信号和数据请求信号/时钟信号，和/或嵌入在数据信号中的时钟信号和/或通用数据时钟信号。
第一通信单元优选为在与至少第二通信单元的规定的——特别是自备的——通信过程开始时经由第一数据线至少向第二通信单元传送同步包。
作为替代性的优选方案，或特别作为附加的是，在其自己的发送过程开始时，第二通信单元至少向第一通信单元传送同步包。
便利的是，同步包理解为意味着采用可明确识别的形式的信号和/或采用这样的形式的合适的信号/数据序列：使得同步信息项可从其发生或从相应的接收时间或发送时间或其构成(formation)获得，该同步信息项可由至少一个通信单元使用，以便将其自己的通信与同步包所来自的另一通信单元同步。
一个优选方案在于，在规定的通信过程中，特别是在随后，同步包和/或识别包和/或命令包和/或地址包从第一通信单元经由第一数据线被传送到至少第二通信单元。特别地，使用识别包，第一通信单元可随时选择通信用户(subscriber)。特别地，通过发送同步包，可随时发起新的通信过程。另外，同步包可对数据传输速度/速率进行定制。举例而言，识别包可定义通信过程中的通信用户的特定选择。
便利的是，在规定的通信过程结束时，结尾包被传送，其特别包含校验和，使得被错误传送的消息能被识别。
便利的是，在规定的通信过程中，作为附加的是、特别是在随后的是，经由第一数据线，根据第二数据传输模式，消息从第一通信单元被传送到第二通信单元，和/或，根据第一数据传输模式，消息从第二通信单元被传送到第一通信单元。
同步包优选为包含可明确识别的开始块信号，其特别具有有着规定长度的开始脉冲停歇和有着规定长度的开始脉冲，和/或具有开始脉冲/开始脉冲停歇信号，其中，开始脉冲与开始脉冲停歇的持续时间比具有规定的、特别是可明确识别的量值，和/或其具有有着分别规定的持续时间的开始脉冲和开始脉冲停歇的可明确识别的序列。特别优选的是，至少第二通信单元由可明确识别的开始块信号确定时钟基准变量，特别优选的是，此后，使用所述时钟基准变量来定制其自己的规定数据请求信号/时钟信号响应信号时间间隔，或定制其自己的响应时间。
便利的是，识别包包含信息项，用于至少两个规定访问方法中的选择，第二通信单元对其进行解释，并在此后将其自己引入规定运行模式，和/或根据其，特别地，根据第一数据传输模式，第二通信单元向第一通信单元传送规定的响应，和/或独立引起和执行内部活动，其中，所述内部活动特别包含规定数据项或多个规定数据项在一个或多于一个的规定存储器地址上的存储。
优选为，识别包包含关于以下内容的信息项：当前通信过程是否涉及所有进一步的通信单元(“广播消息”)，特别是连接到发送通信单元的所有从机单元，或一个或多于一个的个体通信单元、例如仅仅是第二通信单元，以及，它们是否可预期进一步的消息，或是否期望一个或多于一个或全部进一步的通信单元执行一个或多于一个的规定内部活动或动作(“EID”或“事件ID”)，作为其结果，一个或多于一个的这种内部活动可同步地被引起。识别包因此可用于在运行时间(runtime)或在通信过程中灵活地在不同的通信类型之间选择。另外，通信用户或通信或相应的通信过程的地址可被定义。
优选为，命令包包含关于以下内容的信息项：由第一通信单元到第二通信单元或反之亦然的访问的类型，以及，在此背景下，特别地，期望执行读取访问操作和/或写入访问操作。在这种情况下，命令包特别优选地定义实现使用地址指针的间接存储器访问或是直接存储器访问。另外，特别优选的是，命令包定义目的是访问一个或多于一个的存储器地址和/或目的是进行随机访问(在存储器地址的情况下，或者，在多个存储器地址的情况下，“随机突发(random burst)”)还是线性或增量(incremental)存储器访问(对于多个存储器地址，“增量突发”)或逐位访问(“读取-修改-写入”)或隐含访问(“固有的”)，其中，所述一个或多于一个的存储器地址为命令的一部分。这种类型的命令包——其定义了至少一个上面介绍的访问操作——允许在运行时间或在通信过程中进行灵活的访问，取决于操作状态，所述访问能够以命令包的形式由第一通信单元或主机单元定义。
所述至少一个地址包——其优选为在至少一个命令包之后被传送——定义了或包含了预期实现读取和/或写入访问的所述一个或多于一个的存储器地址的信息。
消息优选为包含数据项或多个数据项或数据包，所述数据项/所述多个数据项或数据包特别具有分别关联的多个适当的数据信号，其经由第一数据线被发送。
便利的是，数据传输协议采用这样的形式：首先，同步包视情况可选地被传送，接着经由第一数据线传送一个或多于一个的识别包，特别是单一识别包，接着是一个或多于一个的命令包，特别是单一命令包，接着是一个或多于一个的地址包，接着是消息，其包含一个或多于一个的数据包，或者是多个消息，特别是从第一通信单元到第二通信单元的消息和/或从第二通信单元到第一通信单元的消息，以视情况可选的结尾包结束。
在通信过程中，个体或所有包或包的一部分——例如识别包和/或一个或多于一个的数据包——优选为被冗余地发送或传送，这可增大通信过程的可靠性。通信单元和/或数据传输协议特别对于这种类型的冗余数据和/或包传送而被设计。
便利的是，借助到冗余数据源(至少两个不同数据源的相同内容)的访问，特别是借助命令包，例如消息的冗余反转数据传输在通信过程中发生，实现不同形式的数据内容的多种传输，其中，至少一个冗余数据源以不同的形式或编码(例如以反转形式)保持冗余内容。
优选为，通过借助第一通信单元对“事件ID”的冗余传输来保护将被同步的通信单元的活动，识别包冗余地在通信过程中被传送。
作为替代的是，优选为，通过借助第一数据单元冗余发送“事件ID”、使得被冗余传送的“事件ID”以不同的形式被传送(例如以反转的形式)而受到保护的将被同步的通信单元的活动，识别包的冗余反转传输在通信过程中发生。
优选为，借助被访问的通信单元——例如第二通信单元——传送状态信息，以便将向将要实现访问的单元——例如第一通信单元——通知关于发送数据的单元的状态和/或数据自身有效性的信息，状态信息项在通信过程中被传送。特别地，借助正在被访问的通信单元在通信过程中传送状态信息以便向正在实现访问的通信单元通知关于传输数据的单元的状态或数据自身有效性的信息，并借助可配置的将被传输的状态信息项的类型和/或数量，可配置状态信息项被传输。特别优选的是，借助正在被访问的通信单元在通信循环内传送状态信息以便向正在实现访问的通信单元通知关于传送数据的单元的状态或数据自身有效性的信息，并借助依赖于将被访问的通信单元的存储器单元的内容——其能在运行时间由至少一个其他通信单元来改变——的将被传送的状态信息项的数量和/或类型，可在运行时间配置的状态信息被传输。
便利的是，借助正在被访问的单元至少部分地重复由访问单元传送的信息项以便确认正确的接收，在通信过程中传送回声(echo)，特别地，来自识别包和/或命令包和/或地址包和/或结尾包的回声借助正在被访问的通信单元——例如第二通信单元——向第一通信单元传送相关包的至少局部重复以便确认或承认相关包的接收而被传送。
优选为，结尾包作为回声从已经被访问的通信单元——例如第二通信单元——重新被发送到第一通信单元，所述回声包含基于原始发送的数据/包计算或形成的校验数据和/或至少部分重复。作为替代的是，优选为，在通信过程的末尾，作为至少部分重复和/或检验数据包，结尾包从访问单元——例如第一通信单元——被传送到其他通信单元。
优选为，借助正在被访问的单元——例如第二通信单元——形成对于数据年龄的时间信息项并将所述时间信息项与数据一起传送到访问单元，用于确定数据项的年龄(age)的时基在通信过程中被传送。
优选为，借助正在被访问的单元形成对于数据年龄的时间信息项并将所述时间信息项与数据一起传送到访问单元，用于内部时基的计数在通信过程中被传送，其中，时间信息项通过对K2内部事件进行计数来形成(例如内部计时器)。作为替代的是，优选为，借助正在被访问的单元形成用于数据年龄的时间信息项并将所述时间信息项与数据一起传送到访问单元，用于外部时基的计数(MSG-CNT)被传送，其中，时间信息项通过对正在被访问的单元——例如第二通信单元——外部的事件进行计数来形成(例如识别出的通信循环的数量)。
第一通信单元或主机单元优选为由控制器和/或电子控制单元包含在内，至少第二通信单元或第一从机单元特别被包含在传感器和/或致动器和/或另一电子控制单元之内。
有利的是，数据传输协议定义数据接口，其提供用于增大在部件或第一与第二通信单元或主机与从机单元之间的数据传输速率的选项，其不仅可能涉及有用数据的传输，还涉及用于保护信号调节和数据传送的补充数据的传输。除了增大数据传输的安全性、抗干扰性和鲁棒性的选项以外，例如，数据接口提供了比模拟接口更大的灵活性和可量测性。循序数据传送和对应的较少数量的连接线或数据线、特别是单一数据线允许对于接口连接减小成本，并允许作为接触问题的结果出现的潜在误差源最小化。
特别地，这里所介绍的本发明允许传感器、致动器和控制器以最小数量连接与通信线的连接。作为少量硬件部件和标准硬件部件(标准串行外围接口模块)的结果，这在以减小成本的传输安全性、抗干扰性、鲁棒性和灵活性方面具有双向数字数据传输的所有优点，这也减小了软件复杂性/代码总开销和计算运行时间。
因此，优选为，本发明还涉及通信单元和/或数据传输方法，用于第一通信单元/主机单元——特别是采用微控制器的形式——和第二通信单元/第一从机单元——特别是采用传感器或致动器的形式——之间采用标准串行外围接口的双向串行数据通信。在保持完整功能的同时减少到仅仅一根信号线提供了节约成本且具有高开发效率的接口实现方式。与标准化同步串行外围接口——其可在大多数传统微控制器上以三个信号线+从机选择线可用——的兼容性也可用此一根信号线或第一/单一数据线成为可能，并可优选为在没有附加逻辑/电子部件或总线驱动器的情况下实现。相比于模拟或伪数字传输，数字数据传输不使信号劣化，这也是为什么其他有用数据也可在无损情况下被传输。作为数字或无损数据传输的结果消失的公差(tolerance)可在传感器和致动器的设计和大规模制造中在其他地方分散，这具有减小成本的效果。
优选为，在至少第二通信单元的至少一个输出/输入和/或所有从机单元和/或第一通信单元的至少一个输出/输入上，通信系统具有过电压保护二极管或“瞬态电压抑制器二极管(TVS)”，这增大了系统的ESD鲁棒性。
便利的是，通信系统在信号线或至少在第一数据线上具有电容器，其以希望或规定的方式影响信号边缘的上升和下降时间，因此影响所发射的寄生辐射。
例如在初始化时，为了确保第一通信单元的“空闲(idle)高电压水平”，优选为，其具有上拉电阻器，如果没有通信用户正在经由第一数据线传输数据的话，该电阻器将第一数据线上的信号值设置为规定的高水平。
术语OSPI优选为理解为意味着单线串行外围接口(一线串行外围接口)。
便利的是，通信系统仅仅具有一个作为第一通信单元的主机单元，不具有分立的时钟传输线。
优选为，第一通信单元/主机单元连接到电子控制单元ECU，特别是集成在电子控制单元ECU中。ECU特别优选为接收由主机单元接收的数据并对所述数据进行评估。
便利的是，根据数据传输协议，来自第一通信单元的数据请求信号经由第一数据线用未定义的时钟时间周期性地或偶发地传输到至少第二通信单元。
优选为，根据数据传输协议，来自第一通信单元的数据请求信号被用作用于数据传送时钟的时钟源，特别是用作用于具有不准确定时的至少一个另一通信单元的时钟源。
优选为，数据请求信号由第一通信单元在第一数据线/通用连接线上输出或施加到第一数据线/通用连接线。第二通信单元识别出数据请求信号，就其个体来说，在通用第一数据线上致动数据信号的合适的位。一旦第二通信单元已经识别出来自第一通信单元的请求信号，来自第二通信单元的数据信号的发送可开始，特别地，不管当前的数据请求信号如何。如果第二通信单元为“占优势的(dominant)”设计，在第一通信单元的数据接收时的第一数据线上的总和信号对应于来自第一通信单元的数据信号，而不绝对必须断开数据请求信号。在这种情况下，数据请求信号和数据信号均可同时有效。
出于发送其数据和同步信号的目的，第一通信单元和第二通信单元优选为使用同样的物理变量，例如电压或电流。作为替代的是，优选为，使用不同的物理变量。
优选为，第一与第二通信单元对于信号传输使用同样的值或值范围或水平。作为替代的是，优选为，它们使用不同的值/值范围/水平。
如果从机需要被重新配置为主机以及反之，有利的是，将被使用的输出电路的重新配置必须确保从机可在单线连接线上改写(overwrite)来自主机的信号。于是，例如，新主机将可用标准的“串行外围接口”模块运行，新从机将可用OSPI配置运行。
另外，从机优选为可使用OSPI转换器运行，OSPI转换器从数据信号提取时钟并使之在分立线上可用。因此，可以用标准“串行外围接口”模块来使用从机通信单元。优点在于，传输可在片段(section)上减小到既包含数据又包含时钟信号的至少一个连接线。
优选为，主机单元(主机)可具有连接于其上的一个或多于一个的从机单元或从机通信单元或从机，个体从机通信单元自身又能对于进一步的次级从机通信单元作为主机单元。为此目的，有利的是，用作用于次级从机的主机的第一从机通信单元应当具有分立的“串行外围接口”/OSPI模块，或具有从一次总线解耦合和/或对主机与从机配置重新进行配置的选项。
优选为，电子通信系统基于串行同步数据传输，并包含至少一个第一通信单元或主机单元——其发起通信——和至少一个第二通信单元或从机单元K2——其对之进行反应，其中，在通信期间，用于两个方向的数据元的传输的时基由发起通信的单元规定。
电子通信系统优选为采用用于汽车区域(sector)的形式。
有利的是，电子通信系统采用用于安全相关应用的形式或对于安全相关应用设计。
优选为，电子通信系统包含同步总线，或作为替代的是，优选为，异步总线。
本发明还涉及电子通信系统在机动车中的应用。特别地，通信系统被设置为用于在机动车中连接传感器——特别优选的是压力传感器——和/或致动器。作为替代的是，优选为，本发明涉及电子通信系统和方法在自动化工程中的使用。
传统机动车中传感器、致动器、电子控制和调节部件的持续上升的数量以及同时对以同样或较低成本对扩展功能的需要要求对于控制器和传感器/致动器的通信的灵活并且高要求的机会。由于这些部件中许多对于汽车区域中的驱动动态也具有显著的影响，有必要在信号、数据、系统的安全性和鲁棒性方面遵从有关要求，这特别由根据本发明的通信系统和数据传输方法满足。
附图说明
在从属权利要求和下面参照附图对示例性实施例的介绍中可找到进一步的优选实施例，在附图中，原理性地：
图1和2示出了示例性通信系统；
图3和4示出了根据第一数据传输模式的示例性数据传输；
图5示出了用于第二数据传输模式的示例性信号形式；
图6示出了示例性的同步包；
图7示出了具有用于改进EMC(电磁兼容)的电子补充元件的示例性通信系统；
图8示出了具有确定的数据格式或代码格式的示例性数据传输协议；
图9示出了发起单元或第一通信单元(主机)的数据访问的数据传输协议的示例性实施例；
图10示出了数据传输协议的基础；
图11到13示出了第一数据传输模式的三个替代性示例性方式；
图14示出了通信系统的不同示例性实施例；以及
图15示出了示例性转换器的框图。
具体实施方式
图1示出了具有第一通信单元1或主机单元1的示例性通信系统，第一通信单元1或主机单元1经由第一数据线3连接到第二通信单元2或第一从机单元2以及进一步的从机单元“OSPI从机”(一线串行外围接口)。第一通信单元1具有集成时钟发生器单元，该单元提供时钟信号SCLK。另外，主机单元1具有输出信道SIMO(从机in主机out)和输入信道SOMI(从机out主机in)，举例而言，其分别借助电阻器R1、R2连接到第一数据线3。在这种情况下，输出信道SIMO和输入信道SOMI通过集成时钟发生器单元或用集成时钟发生器单元致动。在第二数据传输模式或在主机发送数据传输模式中，主机单元1使用输出信道SIMO来传输时钟信号SCLK，其在内部被时钟发生器单元提供，同时作为输出数据。例如第二通信单元2等的从机单元的输出各自处于高阻状态。从机单元经由第一数据线3读取SIMO数据。
从机单元对其自身来说使用第一数据传输模式或从机发送数据传输模式来传输其数据，无论当前被施加到第一数据线3的来自SIMO输出的信号水平如何，其中，相应的数据信号的从机端发送借助数据信号总是响应于经由第一数据线3来自第一通信单元1的时钟信号传送而被同步。此时钟信号被施加到主机单元1的输出SIMO，并被类似地经由第一数据线3传送。来自第二通信单元2或来自第一从机单元2的相应的数据信号由主机单元1经由SOMI输入接收。
第一数据线3也被称为“一线串行外围接口”总线节段(bus segment)。按照此实例，各个从机单元具有过电压保护二极管(瞬态电压抑制器二极管)TVS，以便获得对于与从机单元的通信的改进的电磁兼容。
与图1形成对比的是，图2所示通信系统的示例性实施例具有附加的多工器单元MUX，所有从机单元“OSPI从机”连接于其上。另外，主机单元1借助控制线4连接到多工器单元MUX的Select输入，并以这种方式对于用户选择控制经由第一数据线3借助从机单元的通信。按照此实例，各个从机单元具有过电压保护二极管(瞬态电压抑制器二极管)TVS，以便对于与从机单元的通信获得改进的电磁兼容。按照此实例，多工器单元抑制来自未选择的从机单元的不希望的输出信号。
对于第一通信单元或主机单元与第二通信单元或第一从机单元之间的数据传输协议，图3示出了示例性第一数据传输模式或从机发送数据传输模式。来自主机单元的时钟信号SCLK规定，在双倍的频率下，用于经由数据线被传送到从机的交替数字信号SIMO的时钟作为用于同步的时钟信号或数据请求信号，这是因为根据此实例，所述从机不具有其自己的时钟发生器单元，或者尽管其具有时钟发生器单元，所述时钟发生器单元至少不与主机单元的时钟发生器单元同步运行。相应的“高”电平的上升边缘b向从机单元提供发送命令，其中，从机单元需要在规定的时间窗口内响应，也就是说，在由时钟信号的上升边缘定义的相应的时刻a0之后，在引起从机单元的相应的后续发送的相应的时刻b之前。在各种情况下，主机单元在时刻a0和a1读取，举例而言，仅在时刻a1读取的数据被使用。由从机单元发送的数据用“从机数据”行表示，相应的总信号水平或数据线OSPI上的总数据用OSPI表示。在这种情况下，时钟信号SIMO数据——其依赖于时钟信号SCLK——和来自从机单元的数据信号“从机数据”被叠加，并在实质上经由数据线同时被传送。在示例性实施例中，主机单元因此读取“0”和“1”。从机单元的发送节奏和“定时”由来自主机单元的SIMO数据并经由从机单元的形式确定。从机数据的保持时间在各种情况下必须至少一直延伸到主机的下一个读入时刻a1。从主机单元传送到第一从机单元的时钟信号“SIMO数据”确保第一数据传输模式中的同步数据传输。
图4示出了第一数据传输模式或从机发送数据传输模式的示例性双倍速率(double rate)模式，其中，从机单元分别在SIMO信号的交替高水平的上升和下降边缘上发送，或在所述相关边缘之后发送。在各种情况下，主机单元在时刻a0和a1读取，在两个时刻上捕获的数据根据该实例被连接到主机单元的ECU进一步使用。图4所示的协议在其他方面基于图3所介绍的。在这种情况下，同样，从机单元没有其自己的时钟发生器单元，或具有不与主机单元的时钟发生器单元同步运行的时钟发生器单元。
作为替代性实例，也提出了异步时钟编码方案或数据传输模式，例如，2∶1或3∶1速率，代替图3和4所示的1∶1速率。
在未示出的实例中，来自第一通信单元或主机单元的时钟信号由非周期性数据请求信号替换，其中，在数据速率的方面和数据请求的相应时间的方面，第一数据传输模式的数据传输可由主机单元灵活确定。
图5a)和5b)示出了用于第二数据传输模式或主机发送数据传输模式的示例性编码方案，其不包含连续的“Low”或“High”位，故主机发送数据传输模式的数据可由同步包区分出来。举例而言，快的边缘变化表明“0”，慢的边缘变化表明“1”。使用在同步包之后的数据——其根据这些编码方案中的一个来编码，按照此实例，向一个或多于一个的从机单元传送关于通信伙伴的选择的信息或识别包以及视情况可选的进一步的信息包，例如命令包、地址包和数据包。
举例而言，数据传输协议包含在通信过程开始时同步包从第一通信单元向至少第二通信单元的传送，结果，第二通信单元或第一从机单元或所有从机单元可被动和/或主动地同步参与通信过程。此同步包具有可明确识别或分立且不可能弄错的模式，以便将其自己与其他信号或信号模式区分开，因此，明确指示新的通信过程的开始。
这样的同步包frame sync令牌借助图6示出，并包含：4个“低电平”项的序列，作为开始脉冲停歇，1个“高电平”项，作为开始脉冲，以及最后的“低电平”。根据此实例，由4与1的脉冲-停歇-脉冲比，第二通信单元或相应的从机单元可获得时钟基准变量，其用于定制其自己的响应时间间隔或数据请求信号/时钟信号-响应信号时间间隔。举例而言，基于用于从机单元的相对较为不准确的时钟发生器单元，对于从机单元规定，当存在仅仅相对较小数量的连续传送“低”位、例如三个时，照此识别出同步包。
图7示出了通信系统的示例性实施例，其具有切换单元5，通信系统以及特别是第一通信单元1或主机单元1可使用该单元来在用作为单一数据线的第一数据线3或数据传送线运行以及根据串行外围接口总线标准使用多个数据线——例如为四个——以及时钟线的串行外围接口正常模式之间切换。所述切换使用第一通信单元1的OneWireSPI禁用或OW_SPI_DIS输出来实现，该输出被连接到切换单元5。根据此实例，主机单元1被连接，以便能够用于两个运行模式。在此示例性实施例中，第一通信单元1或主机单元1具有两个数据连接SIMO、SOMI，其中，一个数据连接SIMO、SOMI被运行为数据输入，一个数据连接SIMO、SOMI被运行为数据输出，数据连接SIMO、SOMI彼此同步运行。另外，视情况可选的多工器MUX也被示出，其可用于使用主机单元的Select输出SEL来选择从机单元。附加的电子元件τIn和τout用于第一数据线的电气对称连接并增大EMC。
图8示出了根据数据传输协议的数据传送过程的示例性形式，其中，消息“message”使用第二数据传输模式“主机传送”从第一通信单元被传送到第二通信单元，以及使用第一数据传输模式“从机传送”从第二通信单元到第一通信单元。在这种情况下，消息分别包含多个数据包DATA#n，其可在其发送者的方面——也就是说，主机还是从机——区分。
首先，第一通信单元或主机单元发送同步包Frame Sync，其用于同步与第二通信单元或所述至少第一从机单元或进一步的总线用户的通信并发起通信过程。这之后继以识别包ID，其用于识别目的地SID(从机ID)或识别将被执行的例程(routine)或事件EID(事件ID)。举例而言，EID识别包不以直接的方式产生进一步的通信，因为与此事件相关联的命令和地址已经存储在各个从机中。对于SID＝0的情况，进一步的信息或指示包到所有进一步的总线用户(广播消息)。举例而言，所述包为命令包，包含：用于主机单元中的纯发送过程的写入命令write CMD，地址包ADDR#1、ADDR#2以及以数据包DATA#1至DATA#8的形式的消息。最后，通信过程包含结尾包TRALL的传送，结尾包TRALL包含校验数据。
另外，通信过程被示出，其中，来自特定从机单元的从机ID(识别)SID作为识别包由主机单元发送。主机单元于是发送作为命令包的读取命令“读取CMD”以及两个地址包ADDR#1、ADDR#2。此后，从机单元以存储在这些地址中的数据响应，并将这些数据发送到主机单元。主机单元于是发送用于同步从机单元的数据传输的请求信号DSYNC#1到DSYNC#8，从机单元分别用数据包DATA#1到DATA#8中的一个响应。这种数据传输用结尾包TRAIL结束，其由从机单元响应于来自主机单元TSYNC的请求包类似地发送。
按照此实例，主机单元和从机单元经由作为单一数据线的第一数据线专门地(exclusively)通信。
举例而言，图9示出了响应于来自第一通信单元或主机单元的消息或与之协作的第二通信单元或从机单元的信息和信号处理。在这种情况下，从机单元在通信过程开始时检测来自主机单元的同步包或同步信号framesync——未示出。此后，由主机单元发送的识别包ID被评估。如果其包含事件ID EID，于是，这一事件使用存储在从机中的EID命令表来解释，相关例程使用所存储的命令和地址包以及所存储的数据来执行。在这种情况下，按照此实例，这种执行在连接到同一总线的各个从机单元中发生，其中，从机单元不响应，而是仅仅在其自己的规定的存储器地址中存储可能的结果。
如果识别包包含从机ID SID——其包含一个或多一个的位，则从机单元将这解释为仍为不完整的与主机单元的通信过程，并解释随后的命令包CMD，其包含关于以下内容的信息：读取还是写入访问将发生，所述访问是否使用指针间接地或直接地对于直接地址实现，期望使用指针的所述存储器访问“线性地”还是增量、增量突发地或“随机”、随机突发地执行。或者，命令包CMD可具有写入或读取访问，在这种情况下，地址被隐含地包含，“固有的”，或者，在这种情况下，进行逐位的访问，“读取-修改-写入”。
按照此实例，从机单元包含具有地址指针——address pointer——的存储器管理器和存储器，存储器可包括寄存器和/或RAM和/或EEPROM和/或另一类型的存储器。在消息结束时，主机单元或从机单元发送以数据包DATA#1至DATA#n的形式的消息或有用数据。
举例而言，图10示出了数据传输协议的主要特征。在第一数据传输模式D1中，从机单元以相应的数据信号响应于来自主机单元的数据请求信号。在第二数据传输模式D2中，仅仅主机单元发送数据或数据信号，其分别被嵌入在时钟信号中。新通信过程开始时的同步借助主机单元进行的同步包的传送来进行。
图11-13用于示出第二通信单元Comm2或第一从机单元和第一通信单元Comml或主机单元之间的第一数据传输模式或从机发送数据传输模式的多种形式。
在图11中的标准从机发送数据传输模式的情况下，从机单元Cmm2的各个数据元通过同步信号或者数据请求信号的上升或下降边缘同步。在主机单元的标准“串行外围接口”模块中，这意味着两个相应的读取循环仅仅涉及被传送的一个数据信息项。被设置在主机“串行外围接口”模块或主机单元中或上游的滤波器可用于对附加的读取脉冲后续传输数据进行滤波。结果，内部程序循环省掉对从已经读取的数据流中滤出有用数据的要求。在此背景下，图11示出了第一数据传输模式的“即时读取”形式，同步到数据请求信号或sync信号的下降边缘，其中，有用数据在数据请求信号之后直接读取。
图12示出了第一数据传输模式的“迟发读取”形式，同步到数据请求信号或sync信号的下降边缘，其中，有用的数据不被读入，直到下一个sync信号之前短暂时候。因此，有用的数据允许稳定更长的时间，以便实现更为稳定的信号水平。
图13示出了第一数据传输模式的“双倍速率”形式，其中，来自Comm2的有用的数据被Comml sync信号的下降边缘以及上升边缘请求。在此背景下，与图11、12所示的两种形式形成对照的是，对于数据的较低“串行外围接口”深度的更高数据传输速率是可能的，这是因为各个读取循环涉及新的有用数据信息项的传送。
在未示出的进一步的替代性形式中，在每第n个数据请求信号边缘或sync信号边缘或在电平控制(level control)下，用于Comm2的同步也是可能的。另外，也可想到，每第m个读取循环读入有用的数据。
图14a)到c)示出了通信系统的示例性的形式，其具有借助第一数据线3OSPI彼此连接的第一通信单元或主机单元1以及第二通信单元或第一从机单元2。
Wired-AND通信(图14a)；wired-OR通信(图14b)：
主机单元1和从机单元2直接连接到第一数据线3，但输出级6、7或低侧驱动器6仅仅致动“Low”水平(wired-AND通信)或高侧驱动器7致动“High”水平(wired-OR通信)。因此，相比于用电阻器耦合的实施方式，显著较高的信号水平可用于通信。采用上拉8和下拉9电阻器(以及驱动器晶体管)的设计，在应用要求的方面，例如在传输速率和EMC方面，通过设置信号传输的边缘梯度，这样的接口可被最优化到显著较大的程度。
图14c)所示的替代性示例性实施例经由接口通信，其中，经由第一数据线3和附加线——未示出，来自第一通信单元或主机单元1的电气信号作为电压、来自第二通信单元或第一从机单元2的电气信号作为电流被施加到从机单元的电源。这允许第一数据线作为供电线和数据传输线/时钟线的结合使用。为此目的，从机单元2包含电压调节单元10和电流源单元11，用于将数据信号施加到第一数据线3。按照此实例，主机单元1包含高侧驱动器7和电压调节单元12，其具有包含比较器单元的集成电流测量单元。
图15示出了在电子通信系统中用于从机单元的实现的示例性转换器OSPI转换器的框图。该图示出了转换器，在从机单元端，对于单数据线传输的先前介绍的传输原理，其对其他的次级接口——例如“串行外围接口”，I2C，存储器接口——的接口信号进行转换，用于经由作为单一数据线的第一数据线的传输。
在此背景下，由发送逻辑块(传输控制逻辑)提供同步到来自主机单元的数据请求信号的从机数据流或来自从机单元的数据信号的逐位传输的基本功能——其对于数据传输模式X(从机发送数据传输模式或主机发送数据传输模式)被需求，包括输出驱动器的定时控制。
这里视情况可选地示出的功能单元(边缘检测)采用OSPI信号的有效边缘的识别，包含可能的滤波器功能的实施。
如果视情况可选的第二数据传输模式Y(主机发送数据和“时钟”)被实现，需要从OSPI信号曲线对由主机发送的数据进行解码的功能单元(接收控制逻辑)。
对于同步包的识别的视情况可选的实施方式需要的措施通过进一步的功能单元实现(frame sync检测)。
依赖于协议定义的功能——包括次级接口的致动——在“上级”单元(协议控制逻辑)中实现。

Claims (33)

1.一种电子通信系统，包含至少一个第一及一个第二通信单元(1，2)，第一及第二通信单元借助第一数据线(3)彼此连接，第一数据线为单一数据线，其特征在于，通信系统具有数据传输协议，根据该数据传输协议，在用于同步数据传输的至少一个第一数据传输模式中，第一通信单元(1)至少一次地经由第一数据线(3)向第二通信单元(2)传送数据请求信号或时钟信号，第二通信单元(2)响应于数据请求信号或时钟信号地经由第一数据线(3)向第一通信单元(1)传送数据信号，数据信号和时钟信号在第一数据线上被同时地传送，
数据传输协议至少对于第一数据传输模式采用这样的形式：在第一数据线(3)上，来自第二通信单元(2)的作为输出信号的数据信号以及来自第一通信单元(1)的数据请求信号或时钟信号被重叠，或者，在第一数据线(3)上，来自第二通信单元(2)的数据信号超激励来自第一通信单元(1)的数据请求信号或时钟信号，其中，数据信号确定第一数据线上的信号值。
2.根据权利要求1的通信系统，其特征在于，数据传输协议对于第一数据传输模式采用这样的形式：从第二通信单元(2)到第一通信单元(1)的消息包含多个数据信号。
3.根据权利要求2的通信系统，其特征在于，该消息包含至少一个规定的可分立解释的信息项。
4.根据权利要求1-3中任一项的通信系统，其特征在于，第一通信单元(1)和第二通信单元(2)借助附加的接地线和/或借助附加的电源线彼此连接。
5.根据权利要求1-3中任一项的通信系统，其特征在于，至少第二通信单元(2)不具有其自己的时钟发生器单元，或其具有时钟发生器单元，该时钟发生器单元不与第一通信单元(1)的时钟发生器单元同步运行。
6.根据权利要求1-3中任一项的通信系统，其特征在于，第二通信单元(2)处于这样的形式：使得其对于来自第一通信单元(1)的数据请求信号或时钟信号的响应时间在规定的时间间隔内。
7.根据权利要求6的通信系统，其特征在于，所述规定的时间间隔小于来自第一通信单元的时钟信号和/或来自第一通信单元的时钟发生器单元的时钟的周期持续时间或其倍数。
8.根据权利要求1-3中任一项的通信系统，其特征在于采用具有减少数量的线的修改的串行外围接口通信系统的形式，其中，至少第一通信单元和/或第二通信单元实质上遵从串行外围接口标准。
9.根据权利要求8的通信系统，其特征在于采用具有精确的一根信息传输线的修改的串行外围接口通信系统的形式。
10.根据权利要求8的通信系统，其特征在于，第一通信单元具有两个数据连接(SIMO，SOMI)，其中，一个数据连接(SIMO，SOMI)作为数据输入运行，另一个数据连接(SIMO，SOMI)作为数据输出运行，其中，数据连接(SIMO，SOMI)彼此同步运行。
11.根据权利要求1-3中任一项的通信系统，其特征在于，数据传输协议采用这样的形式：使得处于第二数据传输协议的第一通信单元(1)经由第一数据线至少向第二通信单元(2)实质上同时地传送数据信号和数据请求信号或时钟信号和/或传输嵌入在数据信号中的时钟信号和/或通用数据时钟信号。
12.根据权利要求1-3中任一项的通信系统，其特征在于，数据传输协议采用这样的形式：使得相应的规定的通信过程包含同步包(frame sync)和/或识别包(ID)和/或命令包(CMD)和/或地址包(ADDR)的从第一通信单元(1)经由第一数据线(3)到至少第二通信单元(2)的传送。
13.根据权利要求1-3中任一项的通信系统，其特征在于，第一通信单元(1)和/或第二通信单元(2)具有有着高侧驱动器(7)和低侧驱动器(6)的推挽级，或具有有着下拉电阻器(9)的高侧驱动器(7)或有着上拉电阻器(8)的低侧驱动器(6)。
14.根据权利要求1-3中任一项的通信系统，其特征在于，第一以及至少第二通信单元(1，2)以及数据传输协议采用这样的形式：使得数据信号和/或数据请求信号或时钟信号使用规定的电流和/或电压值或借助光学数据传输在第一数据线(3)上传送。
15.根据权利要求14的通信系统，其特征在于，数据信号和/或数据请求信号或时钟信号借助规定的信号形式编码，该信号形式包含至少一个规定的信号边缘和/或至少一个信号脉冲和/或至少一个信号脉冲停歇。
16.根据权利要求1-3中任一项的通信系统，其特征在于，第一通信单元(1)采用主机单元的形式，第二通信单元(2)采用从机单元的形式，数据传输协议采用这样的形式：第一数据传输模式被设计为从机发送数据传输模式，和/或第二数据传输模式被设计为主机发送数据传输模式。
17.根据权利要求1-3中任一项的通信系统，其特征在于，第一通信单元(1)借助用于单向或双向地传送信息的两线接口连接到至少第二通信单元(2)，且这涉及至少第二通信单元经由所述两线接口被供给电力。
18.根据权利要求17的通信系统，其特征在于，所述信息采用电流编码的形式。
19.根据权利要求1-3中任一项的通信系统，其特征在于，至少第二通信单元采用这样的形式：使得其能接收并独立解释来自第一通信单元(1)的识别包(ID)和/或命令包(CMD)和/或地址包(ADDR)和/或结尾包(TRAIL)。
20.根据权利要求19的通信系统，其特征在于，至少第二通信单元(2)采用这样的形式：使得其对于至少两个规定访问方法(SID，EID)的选择解释识别包(ID)，基于此解释，根据第一数据传输模式，独立地将自己引入规定的运行模式和/或将规定的响应传送到第一通信单元(1)，和/或独立地引起和执行内部活动，其中，所述内部活动包含在一个或多于一个的规定存储器地址中存储规定的数据项或多个规定数据项。
21.根据权利要求1-3中任一项的通信系统，其特征在于，第二通信单元(2)被集成在传感器和/或致动器单元中。
22.一种在通信系统内用于至少一个第一通信单元(1)和至少一个第二通信单元(2)之间的数据传输的方法，第一及第二通信单元借助第一数据线(3)彼此连接，第一数据线为单一数据线，通信系统具有数据传输协议，根据该数据传输协议，在用于同步数据传输的至少一个第一数据传输模式中，第一通信单元(1)至少一次地经由第一数据线(3)向第二通信单元(2)传送数据请求信号或时钟信号，第二通信单元(2)响应于数据请求信号或时钟信号地经由第一数据线(3)向第一通信单元(1)传送数据信号，数据信号和时钟信号在第一数据线上被同时地传送，
数据传输协议至少对于第一数据传输模式采用这样的形式：在第一数据线(3)上，来自第二通信单元(2)的作为输出信号的数据信号以及来自第一通信单元(1)的数据请求信号或时钟信号被重叠，或者，在第一数据线(3)上，来自第二通信单元(2)的数据信号超激励来自第一通信单元(1)的数据请求信号或时钟信号，其中，数据信号确定第一数据线上的信号值。
23.根据权利要求22的方法，其特征在于，在规定的时间间隔内，第二通信单元(2)响应于来自第一通信单元(1)的数据请求信号或时钟信号发送数据信号。
24.根据权利要求23的方法，其特征在于，该规定的时间间隔小于来自第一通信单元的时钟发生器单元的时钟和/或来自第一通信单元的时钟信号的周期持续时间或其倍数。
25.根据权利要求22的方法，其特征在于，处于第二数据传输模式的第一通信单元(1)经由第一数据线(3)至少向第二通信单元(2)实质上同时传输数据信号和数据请求信号/时钟信号和/或传输嵌入在数据信号中的时钟信号和/或通用数据时钟信号。
26.根据权利要求22的方法，其特征在于，在与至少第二通信单元(2)的规定的、自备的通信过程开始时，第一通信单元(1)经由第一数据线(3)至少向第二通信单元(2)传送同步包(frame sync)。
27.根据权利要求22的方法，其特征在于，在规定的通信过程中，随后，同步包(frame sync)和/或识别包(ID)和/或命令包(CMD)和/或地址包(ADDR)经由第一数据线(3)从第一通信单元(1)被传送到至少第二通信单元(2)。
28.根据权利要求27的方法，其特征在于，在规定的通信过程中，还经由第一数据线(3)，根据第二数据传输模式，消息从第一通信单元(1)被传送到第二通信单元(2)，和/或根据第一数据传输模式，消息从第二通信单元(2)被传送到第一通信单元(1)。
29.根据权利要求28的方法，其特征在于，同步包(frame sync)包含可明确识别的开始块信号，开始块信号具有有着规定长度的开始脉冲停歇(L)和有着规定长度的开始脉冲(H)，和/或具有开始脉冲/开始脉冲停歇信号，其中，开始脉冲与开始脉冲停歇的持续时间比(L：H)具有规定的量值，和/或其具有有着分别规定的持续时间的开始脉冲和开始脉冲停歇的可明确识别的序列。
30.根据权利要求29的方法，其特征在于，开始脉冲与开始脉冲停歇的持续时间比(L：H)具有可明确识别的量值。
31.根据权利要求29的方法，其特征在于，至少第二通信单元(2)由可明确识别的开始块信号来确定时钟基准变量，并且，在其后，使用时钟基准变量来定制其自己的规定的数据请求信号/时钟信号响应信号时间间隔。
32.根据权利要求31的方法，其特征在于，识别包(ID)包含这样的信息项：对于选择至少两个规定的访问方法(SID，EID)，第二通信单元(2)对该信息项进行解释并在其后将自己引入规定的运行模式，和/或根据该信息项，根据第一数据传输模式，第二通信单元(2)向第一通信单元(1)传送规定的响应，和/或独立地引起和执行内部活动，其中，所述内部活动包括在一个或多于一个的规定存储器地址上存储规定数据项或多个规定数据项。
33.一种机动车，包括根据权利要求1-21中任一项的通信系统。
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