CN102884744B - 用于保护有待于通过接口传输的数据包的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于保护有待于通过接口传输的数据包的方法，所述方法包括在第一数据包(336)的至少一部分和第二数据包(324)的至少一部分上确定校验码(322)的步骤。在此，所述第一数据包(336)根据传输协议设置在第一数据帧(311)中，而所述第二数据包(324)根据所述传输协议设置在第二数据帧(312)中。

Description

用于保护有待于通过接口传输的数据包的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于保护有待于通过接口传输的数据包的方法、一种相应的设备以及一种相应的计算机产品。

背景技术

DE 10 2006 047 632 A1涉及一种用于处理事故传感器的测量值的方法。在存储和传输二进制表示的数据的时候，可能由于干扰而篡改了个别比特。为了识别这种错误，在数据上附加了校验比特。

发明内容

在这种背景下，利用本发明提供一种用于保护有待于通过接口传输的数据包的方法，还提供一种使用该方法的设备以及最后提供一种根据独立权利要求所述的相应的计算机产品。由相应的从属权利要求和下面的说明书给出了有利的方案。

本发明基于如下认识，即在传感器中符合发展趋势地从从机发送到主机的数据的规模必定明显大于从主机发送到从机的数据。校验特征码表示不是例如传感器信息的直接使用的数据。如果在传感器(MISO)的每个应答帧中都连带发送校验特征码，那么非传感器数据的部分提高了由校验和形成的开销(Overhead)。

如果校验特征码与由此得以校验的数据之间存在固定的联系，那么不能实现特定于应用的适配。但是，按照根据本发明的传输协议，不要求在协议中硬性确定通过数据帧(Frames)的哪些位来计算校验和，例如CRC(循环冗余校验)。如果应用的安全要求很低，那么根据本发明可以避免相对于先前限定的数据来计算校验特征码。

公知的数字串行协议(SPI)要么没有对请求和应答的归属性进行校验(例如MM5SPI)要么必须在应答中提供特定比特，所述特定比特使得应答唯一地归于请求(OpenSPI32)。由其他协议(例如CAN)公知“消息计数器(Message Counters)”的构想，其应该能够实现关于是否用正确的应答答复了每个请求的报告，并且不会“漏掉”任何请求/应答。根据本发明，可以避免在上述公知构想中出现的应答中的大量的开销。

因此，根据本发明，可以减少应答报文的负载(Overload)，而不用舍弃与安全相关的数据。由此，可以避开当前协议的做法，其在应答报文中为了安全而会传送由主机请求的数据，例如传感器ID。

根据本发明的SPI构造的优点在于，优化了应答帧内的有效负荷。因此，可以特定于应用地优化作为安全性的校验特征码的覆盖并且优化有效负荷关系而不用改变协议。无需附加比特即所谓的“消息计数器”就能够实施对请求-应答-对的检验。实施关于指令代码(Instruction-Code)和地址域的反馈提供了附加保护。

本发明提供了一种用于保护有待于通过接口传输的数据包的方法，其中，所述方法包括如下步骤：在第一数据包的至少一部分和第二数据包的至少一部分上确定校验码，其中，所述第一数据包根据传输协议设置在第一数据帧中，而所述第二数据包根据所述传输协议设置在第二数据帧中。

所述接口可以是数据接口，通过所述接口可以在发送器和接收器之间传输信息。发送器和接收器可以是数字元器件，例如是微控制器和传感器。传感器可以设置在汽车中。有待传输的信息能够以数据包的形式传输。数据包可以具有大量数据比特。数据包的发送和接收以及数据包的组成可以通过传输协议来调整。数据帧可以限定由传输协议预先给定的时间窗，在所述时间窗内发送数据包、接收数据包或者发送数据包和接收数据包。两个相继的数据帧可以通过时间间隔彼此分隔开。替代地，两个相继的数据帧也可以直接彼此相邻。每个数据帧可以通过一个或多个接口信号来标记。可以使用校验码，以便检验那些由校验码覆盖的数据的完整性。依赖于所要求的安全性，可以使用相应已知的方法来确定校验码。例如，校验码可以实现奇偶校验或者循环冗余校验(CRC)。校验码可以具有一个或者多个数据比特。有利地，校验码不仅在一个数据包上而且在多个数据包上形成，其中，校验码也可以仅仅在一个或所有的数据包的部分区域上形成。借助于校验码，校验码的接收器可以检验，由校验码覆盖的数据是否正确地通过接口得以传输。

校验码可以与所述第二数据包一起设置在所述第二数据帧中，并且与所述第二数据包一起通过所述接口来传输。通过这种方式，可以在接收第二数据包之后立即开始对由校验码所覆盖的第一和第二数据包的部分进行检验。

根据一种实施方式，可以通过接口来发送第一数据包和第二数据包。因此，在两个有待发送的数据包上形成校验码。替代地，可以通过所述接口来接收第一数据包，而通过所述接口来发送第二数据包。因此，可以在已经接收的以及有待发送的数据包上形成校验码。通过这种方式，第二数据包的接收器(其已经发送了第一数据包)可以借助于校验码识别是否正确地传送了第一数据包。

在这种情况下，可以将第二数据包作为对第一数据包的应答来发送，以及第一数据包可以具有识别数据，其中，在其上确定所述校验码的第一数据包的所述一部分包括识别数据。借助于识别数据，可以执行请求与应答之间的归属。

可以在整个第二数据包上确定校验码，但是也可以仅在第一数据包的一部分上确定校验码。第一数据包的所述一部分是第一数据包的整个数据量的子集。因此，第一数据包具有不在其上确定校验码的另一部分。

根据一种实施方式，可以在确定步骤中在其他数据包上确定校验码，所述其他数据包在所述第一数据帧与所述第二数据帧之间的其他数据帧中通过所述接口来传输。通过这种方式，可以将根据本发明的方案扩展到多于两个数据包上。在此，可以分别在整个其他数据包上确定校验码或者分别仅在其他数据包的一部分上确定校验码。

所述其他数据包的数量根据传输协议是可变的。所述其他数据包的传输可以响应于校验事件的出现而被中断。可以响应于校验事件的出现而确定所述校验码，并且传输所述第二数据包。因此，可以通过校验事件限定所述其他数据包的数量，根据所述其他数据包传输带有校验码的所谓的第二数据包。可以独立于传输协议地触发所述校验事件。

例如，可以通过经由接口传输预先确定的数据包来示出所述校验事件。所述数据包可以是能够经由所述接口或者另一接口进行通信的特殊请求。替代地，也可以事先传送所述校验事件，并且包含这样的信息，即将在哪些数据上确定所述校验码。

此外，本发明提供了一种设备，其被构造为用于在相应的装置中执行或者实施根据本发明的方法的步骤。通过本发明的这种设备形式的实施变化例，可以快速并且有效地解决本发明的目的。所述设备可以被实现为数字线路。

有利地还有一种具有程序代码的计算机程序产品，所述程序代码存储在机器可读的载体例如半导体存储器、硬盘存储器或者光学存储器上，并且当所述程序在所述设备上实施时用于执行根据前述实施方式之一所述的方法。

附图说明

下面结合附图对本发明进行示例性详细阐述。其中：

图1示出接口的图示；

图2示出接口上数据传输的图示；

图3示出根据本发明实施例的所保护的数据传输的图示；

图4示出根据本发明另一实施例的所保护的数据传输的图示；

图5示出根据本发明另一实施例的所保护的数据传输的图示；

图6示出根据本发明另一实施例的所保护的数据传输的图示；

图7示出根据本发明另一实施例的所保护的数据传输的图示；

图8示出根据本发明另一实施例的方法的流程图。

具体实施方式

在对本发明优选实施例的下列描述中，针对不同附图中示出的并且作用类似的元件使用相同或相似的附图标记，其中省去对这些元件的重复描述。

图1示出主机102与从机104之间的SPI硬件接口的示意性图示。所述主机102可以实现为微控制器(uC)，而所述从机104可以实现为传感器。所述接口具有时钟线路(CLK)、芯片选择线路(CS)、主机输入从机输出线路(MISO)和主机输出从机输入线路(MOSI)。所述时钟线路(CLK)被构造为用于提供时钟信号，所述芯片选择线路(CS)被构造为用于将主机102的芯片选择信号提供给从机104。通过主机输入从机输出线路(MISO)，可以将数据从从机104传输至主机102。通过主机输出从机输入线路(MOSI)可以将数据从主机102传输至从机104。

图2示出SPI帧(Frame)，其中在帧内部传输带有自己的校验和的应答和请求。通过激活的芯片选择(CS)信号来限定SPI帧。在所述帧内部，通过主机输入从机输出(MISO)线路和主机输出从机输入线路(MOSI)来传输数据。根据该实施例，传输十六位数据，其中，通过主机输入从机输出(MISO)传输的数据的最后两位形成关于其余数据包224的校验码222。根据该实施例，传输十六位数据，其中，通过主机输出从机输入线路(MOSI)传输的数据的最后两位形成关于剩余数据包234的校验码232。

在数字串行协议(SPI)中(如图1中所示)，对于每帧都单个地针对请求和应答计算一个或多个校验特征码例如校验和、循环冗余校验码(CRC)或者奇偶性，如图2中所示。在这里，帧表示的是通信字段，所述通信字段在SPI中由芯片选择(CS)的激活相位表征。

根据本发明，不是在单个帧或者单个帧的部分上计算校验特征码，而是在多个帧上计算校验特征码。在此，无关紧要的是，所述计算是否在一个或多个请求帧和/或一个或多个应答帧上进行。

在图3至图6中示出本发明的不同实施例。这些实施例的共同点在于，在多个通信字段上计算校验特征码。

根据图3中所示的实施例，在一个应答帧和一个请求帧上形成校验码。

所示出的是第一数据帧311和第二数据帧312，它们分别由激活的芯片选择(CS)表征。所述帧311、312通过如下时间间隔分开，在所述时间间隔中，芯片选择(CS)信号是不激活的。第一帧311在时间上处于第二帧312之前。在第一帧311中通过主机输入从机输出(MISO)线路传输应答数据包，并且通过主机输出从机输入(MOSI)线路传输请求数据包。在第二帧312中通过主机输入从机输出(MISO)线路传输应答数据包，并且通过主机输出从机输入(MOSI)线路传输请求数据包。

第二帧312的应答数据包包括如下校验码322，所述校验码在应答数据包的除了校验码322的其余部分324和第一帧311的完整的应答数据包336上形成。根据该实施例，校验码322包括两个比特(bit)并且覆盖了应答数据包的其余部分324的14个比特和完整的请求数据包336的16个比特。紧接着，该校验码322被传输至应答数据包的其余部分324。

根据图4中所示的实施例，在多个应答帧和请求帧上形成校验码。

示出的是第一帧311、第二帧312和第三帧413，它们分别由激活的芯片选择(CS)表征。所述帧311、312、413通过如下时间间隔分开，在所述时间间隔期间，所述芯片选择(CS)信号是不激活的。第一帧311在时间上处于第二帧312之前，而第二帧312在时间上处于第三帧413之前。在所述帧311、312、413内，通过主机输入从机输出线路(MISO)传输应答数据包，并且通过主机输出从机输入线路(MOSI)传输请求数据包。

第三帧413的应答数据包包括如下校验码432，所述校验码在第三帧413的应答数据包的除了校验码432的其余部分434上、在第三帧413的请求数据包424的一部分424上、在第二帧312的完整的应答数据帧436上、在第二帧312的完整的请求数据包426上和在第一帧411的请求数据包428的一部分428上形成。所述校验码也可以在其他数据包上形成。

在图4中同时包含了多个构思。

一方面，在数据428、426、436、424、434上的校验码或者CRC被包含在包432中。但是，主机必须总是提供通知，应该从何时至何时包含所述CRC。例如，主机可以在消息中告知从机，在确定数量、确定类型和/或数据包的确定部分上计算后续的校验和。替代地，可以形成明确的顺序模型，所述顺序模型确定在哪些数据包上形成校验码。

此外，只要包含在宽范围上的校验码或者CRC，就不需要在每个帧中都连带地发送校验码。这种方案在图4中示出。这尤其在所述CRC为n*8bit长的时候具有意义，这是因为当前的SPI驱动器以该帧格(Raster)工作。

此外，在当前传送的包424、434上形成校验码并不是必须的。

根据图5所示的实施例，在不确定数量的应答帧上形成校验码。

示出的是第一帧311和第三帧413，在它们之间可以设置多个其他帧。所述帧311、413分别由激活的芯片选择(CS)表征。在所述帧311、413内，通过主机输入从机输出线路(MISO)传输应答数据包，并且通过主机输出从机输入线路(MOSI)传输请求数据包。

第三帧413的应答数据包包括如下校验码432，所述校验码在第三帧413的请求数据包的除了校验码432的其余部分434上、在第一帧312的完整的请求数据包436上以及在所述其他帧的完整的请求数据包上形成。

图5示出根据本发明的这样的构思，其中在事先未确定数量的帧上计算校验和432。首先利用特定的请求或者在特定的配置中，在所有的或者特定部分的表示信息的先前通信的比特上形成校验和。

对校验和的计算可以在从机或者传感器中执行。所述从机或传感器可以执行操作并将相应的通信计入校验和，直至主机将确定的指令发送至传感器，所述指令也可以通过总线来发送。确定的指令可以例如是硬件引脚，通过它将指令表示成信号。

所述指令不必是被传送了不多次的信息，它也可以是一个比特，其根据标准在协议中连带地被发送并且仅承载如下信息，即所述校验和是否通过当前通信得以扩展或者以当前通信结束。

因此，特定的请求可以是HW引脚上的信号表示，可以是每个消息的报头中的单个比特，或者可以是来自主机的单个消息。在此，通过这种方式，主机可以控制校验和的计算或者所述计算的中断。

根据图6所示的实施例，在请求和应答上形成校验和。在此，所述请求包含用于识别请求与应答之间的联系的特定比特。

图6中所示的实施例相应于图3中所示的实施例，其中，图6中所示的请求数据包336具有识别比特，所述识别比特可以实现的是将应答数据包324分配给请求数据包336。根据该实施例，设置有三个识别比特I0、I1、I2。所述校验码322考虑了所述识别比特。

图6示出了扩展请求以包含可自由选择的识别比特，例如3个bit，即从I0至I2。如果应答帧中的校验特征码322不仅在应答上而且在包括识别比特的请求上来计算，那么可以确证所述应答归于所述请求，这是因为否则的话校验特征码与所述应答不相符。通过识别比特的变化，可以区分开多个相继到来的相同的请求和/或应答，方法是：使请求与请求之间的识别比特不同并因此使校验特征码不同。

在理论情况下(该理论情况的概率非常小)，可能给出两组通信消息，其产生相同的校验码。但是，这种概率是指错误校验和的原理上的概率。利用较长的校验和将降低这种出现概率，就如同它随着有待保护的数据的数量的提高而降低那样。例如，对于比特长度等于1或2的校验和，两个相应长度的消息产生相同的校验和的概率很高。此外，出于这个原因，应该保证，不要在校验和中计算过多具有恒定长度的数据。相应地，应该保证，校验和的长度符合安全要求。根据本发明，可以使用针对校验和以及有待保护的数据的长度与所述校验和之间的关系的公知的计算规定(多项式)。

根据图7所示的实施例，在请求和应答上形成校验码。在此，所述请求包含请求与应答之间或者请求与应答内容之间的联系的有待特别保护的比特。

所示出的是第一帧311和第二帧312，它们分别由激活的芯片选择(CS)表征。所述帧311、312通过如下时间间隔分开，在所述时间间隔期间，芯片选择(CS)信号是不激活的。第一帧311在时间上处于第二帧312之前。在第一帧311内，通过主机输入从机输出线路(MISO)传输应答数据包，而通过主机输出从机输入线路(MOSI)传输请求数据包。在第二帧312内，通过主机输入从机输出线路(MISO)传输应答数据包，而通过主机输出从机输入线路(MOSI)传输请求数据包。

第二帧312的应答数据包包括如下校验码322，所述校验码在应答数据包的除了校验码322的其余部分324上和在第一帧311的请求数据包336的一部分736上形成。根据该实施例，校验码322包括四个比特并且覆盖了应答数据包所述其余部分324的12个比特和所述请求数据包的7个比特。紧接着应答数据包的其余部分324，传输所述校验码322。根据该实施例，所述请求数据包具有三个位I0、I1、I2，它们标明了请求与应答之间或者请求与应答内容之间的联系。所述位I0、I1、I2设置在请求数据包的在其上形成校验码322的一部分736中。

图7中所示的实施例构成根据本发明的如下构思的基础，该构思为不在各个应答帧上计算校验特征码，而是在请求的一部分和应答上计算校验特征码。

图7中所示的构思描述了扩展请求以包含可自由选择的比特。如果应答帧中的校验特征码322不仅在应答上而且在请求的一部分上来计算，那么可以确证所述应答归于所述请求，这是因为否则的话校验特征码与所述应答不相符。通过识别比特的变化，可以区分开多个相继到来的相同的请求和/或应答，方法是：使请求与请求之间的识别比特不同并因此使校验特征码不同。

此外，利用这种构思确保了，例如通过从机的CRC间接地连带发送指令代码和/或有待读取或者有待写入的地址。这意味着，不仅仅是用于这种不连续请求的ID比特，而是主机的请求比特和所有其他比特，都在共同的校验和中连带地得以保护。这对当前协议(MM5SPI)来说是具有优点的，在当前协议中，在应答中不连带发送指令代码(Befehlscode)或者地址。

如果在所示的实施例中对校验特征码的校验位于传感器中或者普适性地位于从机中，那么必须将校验的结果传递给主机。这可以例如借助于状态比特来实现。

所示的实施例仅仅是示例性的，其中，可以实现替代方案和广义化的方案。

例如，跨帧的校验和计算的构思也可以在不同于所示协议的协议中使用。其中可以实施根据本发明的构思的公知的例子是例如CAN或是PSI5。可以考虑单向协议也可以考虑双向协议。

尤其是，代替一个校验码，也可以在一个或多个帧的单个字段或者多个字段上计算一个或多个校验码。

可以将不必加以保护的比特从校验特征码计算中去除。

不用保护的数据可以是如下的数据，即所述数据不必满足有待保护的数据的安全要求，而是仅须满足较低的安全要求。这例如是如下情况，即汽车中的数据不会导致安全性关键的性能。

不用保护的数据的例子可以是环境数据，所述环境数据被传送给传感器并且由传感器在故障存储器记录中连带地加以保存。所述故障存储器记录可能在稍后的分析中有用，例如在诊断的时候，但是它并不掌控确定的系统性能。

对于其他应用，当然也可以将所介绍的原理用于优化主机的有效负荷。

图8示出根据本发明实施例的用于保护有待于通过接口传输的数据包的方法的流程图。

在步骤801中，可以由第一通信装置来接收第一数据包，所述第一通信装置例如是传感器的一部分。第一数据包可以表示请求，所述请求由第二通信装置传输给第一通信装置，所述第二通信装置例如是控制仪器或者微控制器的一部分。在步骤803中，第一通信装置可以被构造为提供第二数据包以传输给第二通信装置。所述第二数据包可以表示应答，第一通信装置提供所述应答作为对第二通信装置的请求的响应。在步骤805中，第一通信装置可以被构造为确定在第一数据包和第二数据包上的校验码。所述校验码可以作为附加信息附加在第二数据包上，这意味着，可以扩展第二数据包以包含所述校验码。替代地，第二通信装置可以构成用于仅仅在第一数据包的子集和第二数据包的子集上确定校验码、在第一数据包的子集和完整的第二数据包上确定校验码或者在完整的第一数据包和第二数据包的子集上确定校验码。在步骤807中，可由第一通信装置发送经所述校验码扩展了的第二数据包。第二通信装置可被构造为接收第二数据包、将校验码从第二数据包中提取出来并且对其进行评估。为此，第二通信装置可以被构造为根据所存储的第一数据包数据和所接收的第二数据包数据重新确定校验码，并且将其与通过第二数据包所接收的校验码进行比较。当所述校验码一致时，可以由此认为，第一数据包和第二数据包都无误地在第一通信装置与第二通信装置之间进行了传输。可以在第一和第二通信装置中分别借助于相同的算法来确定所述校验码。

所描述的步骤可以相应于前面附图中所述的实施例而改变。

在此，所描述的和在附图中所示的实施例仅仅是示例性的。不同的实施例可以完全或者在单个特征方面彼此组合。也可以通过另一个实施例的特征对一个实施例进行补充。此外，根据本发明的方法步骤可以重复地实施以及以不同于所描述的顺序来实施。如果实施例包含第一特征与第二特征之间的“和/或”联系，那么这可以解读为，所述实施例根据一种实施方式既具有第一特征又具有第二特征，而根据另一实施方式要么只具有第一特征，要么只具有第二特征。

多帧SPI校验和以及多数据SPI校验和的根据本发明的构思可以例如应用于在汽车中所使用的传感器的通信协议中。

Claims (8)

1.用于保护有待于通过接口传输的数据包的方法，其中，所述方法包括如下步骤：

直接在第一数据包(336；428；736)的至少一部分和第二数据包(324；424)的至少一部分上确定校验码(322；432)，所述校验码被用于检验由该校验码覆盖的数据的完整性，其中所述第一数据包(336；428；736)的至少一部分包括指令代码，并且其中，所述第一数据包根据传输协议设置在第一数据帧(311)中，而所述第二数据包根据所述传输协议设置在第二数据帧(312；413)中，并且通过所述接口来接收所述第一数据包(336)，而通过所述接口来发送所述第二数据包(324；424)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述校验码(322；432)与所述第二数据包(324；424)一起设置在所述第二数据帧(312；413)中，并且与所述第二数据包一起通过所述接口来传输。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将所述第二数据包(324)作为对于所述第一数据包(336)的应答来发送，并且所述第一数据包具有识别数据，并且在其上确定有所述校验码(322)的所述第一数据包的一部分包括所述识别数据。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在整个所述第二数据包(324)上确定所述校验码(322)，但仅在所述第一数据包的一部分(736)上确定所述校验码(322)。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，在确定步骤中，直接在所述第一数据包(336；428；736)的至少一部分、所述第二数据包(324；424)的至少一部分和其他数据包上确定所述校验码(432)，所述其他数据包在所述第一数据帧(311)与所述第二数据帧(413)之间的其他数据帧中通过所述接口来传输。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述其他数据包的数量根据所述传输协议是可变的，并且其中所述其他数据包的传输响应于校验事件的出现而被中断，并且响应于所述校验事件的所述出现来确定所述校验码(432)并且传输所述第二数据包(434)。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，通过接收预先确定的数据包来触发所述校验事件。

8.一种设备，其被构造为用于执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤，所述设备包括：

确定单元，用于直接在第一数据包(336；428；736)的至少一部分和第二数据包(324；424)的至少一部分上确定校验码(322；432)，所述校验码被用于检验由该校验码覆盖的数据的完整性，其中所述第一数据包(336；428；736)的至少一部分包括指令代码，并且其中，所述第一数据包根据传输协议设置在第一数据帧(311)中，而所述第二数据包根据所述传输协议设置在第二数据帧(312；413)中，并且通过所述接口来接收所述第一数据包(336)，而通过所述接口来发送所述第二数据包(324；424)。