CN102907046A - 用于处理消息的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于利用至少一个以太网控制器处理消息的方法，所述以太网控制器具有消息存储器（96），其中由至少一个以太网控制器在至少一个特性的存在方面对所接收的消息进行检验，并且其中如果该至少一个特性适用于所述消息，则将所接收的消息存储在消息存储器（96）中。

Description

用于处理消息的方法

技术领域

本发明涉及用于处理消息的方法和装置。

背景技术

为了在线缆连接的网络、例如LAN中传输数据分组，尤其是使用所谓的以太网技术。以太网是用于数据处理的网络，所述网络可以包括用于数据处理的多个装置。在此情况下使用的控制模块或以太网控制器一般被构造用于经由数据分组接收不同的信息并且转发给设备的软件驱动用于处理。软件驱动被构造用于分析消息并且从以太网的控制器的接收存储器中复制到另外的内部存储器中。该过程是计算密集的并且导致不必要的高处理时间。

与之不同，在机动车中使用通信控制器用于通常所使用的现场总线系统，例如CAN或FlexRay，其拥有消息存储器。在该消息存储器中的每个存储位置用于处理专门的消息，所述消息尤其是可以包括机动车的运行参数，例如发动机转速或者车辆速度。在此情况下，发生对消息的预先分析并且已经在软件中发生自动存储。软件可以任何时候在需要时存取最后接收的数据。在此，较旧的消息被当前的消息改写。

发明内容

以此为背景，介绍具有独立权利要求的特征的方法和装置。本发明的其他扩展方案从从属权利要求和说明书中得出。

在本发明的范围中所设置的以太网控制器、也即用于网络的控制设备或控制模块包括消息存储器，其中在所述网络情况下数据分组利用以太网技术被传输。该以太网控制器因此典型地适用于在具有固定的消息配置的封闭网络中使用。

也可以称为以太网控制设备的以太网控制器作为数据分组接收消息，并且检验该消息的确定特性，所述特性事先在消息存储器中被定义。如果确定的或有关的特性适用于所接收的消息，则所述特性在相应的位置被存放在消息存储器中。在此，可以为具有确定内容的消息设置仅用于该消息的确定的位置或存储位置，其中为该消息预留所述确定的位置或存储位置或者在所述确定的位置或存储位置中存储该消息。消息对存储位置的分配尤其是与该消息包含哪个至少一个运行参数有关。相应地，在为至少一个确定的运行参数预留的存储位置中仅存储具有该至少一个运行参数的消息。

通常使用的软件可以任何时候专用地存取最后所接收的消息。较当前的消息在此自动地改写较旧的。作为运行参数例如可以考虑车辆速度。

在本发明的扩展方案中可以规定，消息具有至少一个运行参数，通过所述至少一个运行参数确定该消息的至少一个特性。一般，机动车的运行参数具有确定的值。运行参数的值通常在机动车的运行期间变化。

在本发明的另一扩展方案中，第一消息具有至少一个运行参数的第一值，其中第一消息的至少一个特性经由该至少一个运行参数定义。第二消息具有与在第一消息情况下相同的至少一个运行参数的第二值，其中所述第二消息的至少一个特性经由该至少一个运行参数定义。在更新过程中规定，较旧的、第一消息通过较新的第二消息代替。从而在消息存储器内至少一个运行参数的值变化。

如果规定，由控制设备在软件方面发送消息，则消息被定址到消息存储器中的适当的位置并且触发发送。

该触发通常通过通信控制器中的发送寄存器中的相应的写过程进行。在扩展方案中也可以在每个修改之后立即和从而例如在更新消息之后自动地触发对该消息的发送。该功能性等于间接地将消息镜像到两个或多个相互通信的通信控制器上。

如果处理器改变消息，也即消息的内容，使得从第一消息得知第二消息，则该消息可以自动地被传输并且在消息存储器中的所有其他存储位置相应地被更新。为了保持在消息存储器中的相容性，通信控制器通常具有输入或Input和输出或Output缓冲存储器，利用其，消息可以被请求并且由通信控制器提供。但是也可以设想，将以太网控制器的消息存储器直接放在处理器的地址空间中，以便从而能够实现直接存取。因此可以执行存储器叠合（Speichereinblendung）（存储器映射（Memory Mapping））。

利用该方法可以实现软件的显著去负荷，因为以太网控制器由自己分析和相应地存放消息。在根据现有技术的方法情况下，软件必须首先在协议堆栈中分析所述消息并且从而在OSI模型中分析多个层并且最后将消息复制给相应的位置。消息的停留时间或等待时间因此可以在根据本发明的方法的一种实施方式中被减少。此外，以太网控制器的中央计算单元（CPU）被去负荷并且可以用于其他任务。

根据本发明的装置被构造用于执行所介绍的方法的所有步骤。在此，方法的各个步骤也可以由装置的各个组件执行。此外，装置的功能或装置的各个组件的功能可以被实施为方法的步骤。此外可能的是，将方法的步骤作为装置的至少一个组件的功能或整个装置的功能实现。

本发明的其他优点和扩展方案从说明书和附图中得出。

不言而喻，前面所述的和下面仍要阐述的特征可以不仅以分别所说明的组合的方式、而且以其他组合的方式或单独地被使用，而不偏离本发明的范围。

附图说明

图1以示意图示出从现有技术中已知的以太网控制器。

图2以示意图示出所谓的TCP/IP堆栈的框图。

图3以示意图示出从现有技术中已知的通信控制器的例子，其通常使用在机动车中。

图4以示意图示出如可以在根据本发明的以太网控制器的一种实施方式中使用的消息存储器。

图5以示意图示出以太网帧或时帧（Rahme）的例子。

图6以示意图示出如例如在版本4的因特网协议情况下使用的用于数据分组的时帧和IPV4帧的结构。

图7以示意图示出例如在版本6的因特网协议中使用的IPV6帧或时帧。

图8以示意图示出TCP时帧或TCP帧的例子。

图9以示意图示出UDP时帧或UDP帧的例子。

图10以示意图示出根据本发明的装置的实施方式。

具体实施方式

本发明根据实施方式在附图中示意性地示出并且下面参照附图详尽地予以描述。

图相关联地和全面地被描述，相同的附图标记表示相同的组件。

在图1中示意性示出的传统以太网控制器2包括主机接口4和从而通向数据库供应者的接口、8 kB用户闪存6或数字存储芯片、用于发送消息的2 kB Tx缓冲器8或缓冲存储器、用于接收消息的4 kB Rx-FIFO(先进先出（First In First Out）)缓冲器10、这里以20 MHz的频率运行的时钟12、用于控制对媒体地址的接入的以太网MAC（媒体访问控制）14、控制显示器16（LED Control）和物理层18（以太网PHY）。

以太网控制器2的接口4经由并行的总线连接20与数据供应者（主机）的微控制器22（MCU）连接。此外，图1示出模块24，具有芯片26（RJ-45）以及作为ACT LED所构造的发光二极管28和作为LINK LED所构造的发光二极管30，其经由用于 LINK LED和用于ACT LED的引线32、33与控制显示器16连接。此外规定，物理层18经由发送路径34给模块24发送消息并且从模块24经由接收路径36接收消息。

图2以示意图示出用于传输控制协议/因特网协议的TCP/IP堆栈和从而堆栈存储器38的框图。该堆栈存储器38包括具有应用程序42的用户区域40、内核44以及硬件46，其包括网络适配器48。

内核44具有TCP/UDP网络协议50（UDP，用户数据报协议）、用于按照版本4（ICMPv4 IGMP）的因特网协议控制因特网通知的模块52、包括版本4的因特网协议的模块54、包括版本6的因特网协议的模块56以及用于按照版本6（ICMPv6）的因特网协议控制因特网消息的模块58。此外，内核54包括用于其他网络协议（ARP、地址解析协议）的模块60、具有传送层（链路层（Link Layer））的模块62和用于设备驱动（Device Driver）的模块64。

在接收消息之后，通过主机MCU 22（图1）处理该消息。为此，消息经历以太网驱动和堆栈存储器38（TCP/IP堆栈）（图2）。之后，应用程序（Applikation（应用））42才可以处理数据。

图3以示意图示出通信控制器66，其作为现有技术例如在机动车的网络（CAN，控制局域网）中使用。该通信控制器66包括驱动68（总线-CLK）以及消息存储器70，其这里被构造为RAM并且包括用于32个消息的缓冲器以及136×32比特的存储位置。

驱动68包括接口72，其被构造用于接收地址74以及用于与其他设备交换数据76和控制指令78。此外，驱动68包括第一判决模块80（IF CON REG 1）以及第二判决模块80（IF CON REG 2）。此外，驱动68具有寄存器84、用于处理通知的模块86以及用于控制消息存储器70的模块88。内核90（CAN-CORE）被构造用于经由发送路径92（CAN-TX）给CAN总线发送消息和经由接收路径94（CAN-RX）从CAN总线接收消息。

具有消息存储器70的在这里示出的、可以在机动车中所使用的通信控制器66包括用于接收和发送消息所需要的信息，并且消息存储器70包括区域，在所述区域中存放消息的所属的有用数据。在CAN控制器情况下，这些信息例如包含发送方向、消息标识和消息掩码。在FlexRay情况下，此外存储关于在通信时间计划中的时间位置的信息。

因为在按照以太网技术传输数据分组时所述传输超出第二OSI层（以太网）并且也可以应用第三层（IPv4/IPv6）和第四层（TCP/UDP），所以根据改进阶段也许需要明显更多的信息。

图4以示意图示出消息存储器96的实施方式，所述消息存储器可以作为以如在本发明的可能的实施方式中使用的太网控制器的组件被使用。消息存储器96包括用于数据分组的头部数据（Header（报头））的第一区域98、未被利用的第二区域100和用于数据分组的有用数据的第三区域102。在此，第一区域98包括用于第一消息的头部数据的第一存储位置104、用于第二消息的头部数据的第二存储位置106和用于第n消息的头部数据的第n存储位置108。第三区域包括用于第一消息的有用数据的第一存储位置110、用于数据分组的有用数据的第二存储位置112和用于第n消息的有用数据的第n存储位置114。在此无关紧要的是，用于处理消息的信息和消息的有用数据是处于消息存储器96的分开的区域98、102中（如这里所示的）还是相应地共同地被存放在一个块中。如果头部数据的大小与消息的有用数据的大小明显不同，则通常进行消息存储器98的分离。在以太网情况下，通常是这种情况。而在CAN情况下，有用数据总是直接在所属的头部数据之后，所述头部数据尤其是包括处理信息。

图5以示意图示出以太网分组116的例子，其包括具有7字节长度的前导码和具有1字节长度的时帧定界符120（Stack Frame Delimiter（堆栈帧定界符）， SFD）。以太网时帧122（以太网帧）包括目的MAC地址124和源MAC地址126，其分别具有6字节的长度。VLAN标记128或者VLAN标签包括具有TPID 130和TCI 132的7字节的长度，其中VLAN代表虚拟局域网并从而代表虚拟区域性受限的网络。以太网时帧122此外包括类型字段134以及在0和1500字节之间的长度的数据136。此外，以太网时帧122包括PAD填充字段138和CRC校验和140。

在利用以太网技术传输数据时，在最简单的情况下仅需要关于第二层OS/层2（以太网）的信息。从图5中的以太网时帧122中可以导出消息存储器中的用于发送和接收的所述消息信息。

图6以示意图示出作为IPv4头部数据区域所构造的头部数据区域142和从而如在版本4的因特网协议（IPv4）情况下作为消息的要发送的数据分组（帧）的引言所使用的报头。

具有32比特宽的该头部数据区域142包括具有4比特的宽度的关于头部数据区域142的版本144的说明、具有4比特的宽度的关于数据分组的长度146的信息（其中该长度146也缩写为用于IP报头长度的IHL）、具有8比特的宽度的关于服务类型148（TOS，Type of Service）的信息以及具有16比特的宽度的关于数分组的总长度150的信息。

此外，头部数据区域142包括具有16比特的宽度的标识152、具有3比特的宽度的控制开关152（标志）和具有13比特的宽度的关于分段156（分段偏移（Fragment Offset））的信息。此外，这里设置具有8比特的宽度的关于数据分组的寿命158（（生存时间）Time to live, TTL）的信息、具有8比特的宽度的关于在本发明的扩展方案的范围中所使用的因特网协议160的信息和具有16比特的宽度的校验和162。按照版本4的因特网协议160的这里所示的头部数据区域21也包括关于源地址164、目的地址166的信息和必要时关于其他选项168的至少一个信息，其分别具有32比特的宽度。

用于版本6的因特网协议（IPv6）的消息的数据分组（帧）的头部数据区域170在图7中示意性示出。该作为IPv6头部数据区域构造的头部数据区域170或报头包括具有4比特的宽度的版本172的信息、具有8比特的宽度的关于优先权预设174（Traffic Class（业务类别））的信息、具有20比特的宽度的关于流值176（Flow Label（流标签））的信息、具有16比特的宽度的关于作为IPv6数据分组构造的数据分组的长度178的信息、具有8比特的宽度的关于随后的头部数据区域的标识180的信息和具有8比特的宽度的关于中间步骤182（Hop Limit(跳极限））的最大数量的信息，其允许经由路由器覆盖所分配的数据分组。此外，所示的头部数据区域170包括源地址184和目的地址186，其分别具有128比特的宽度。

对于第三层OS/层上的IP协议，使用用于头部数据区域142、170的在图6和7中所示的版本。由此可以导出用于发送和接收消息的所示信息。

图8以示意图示出如在TCP协议情况下所使用的时帧188或帧。时帧188包括TCP头部数据区域190（TCP报头）和用于要传送的数据的区域192。

头部数据区域190包括关于源端子192的信息、关于目的端子194的信息、关于序列号196的信息以及关于接收确认198的信息。此外，头部数据区域190包括数据间距200（Data offset（数据偏移））、所预留的区域202、多个控制变量204、窗206、校验和208、紧迫性指针210和关于具有多个32比特字的其他选项212的信息。

在图9中示意性示出的UDP时帧（UDP帧），如对于UDP和从而用户数据报协议所使用的，包括UDP数据分组216以及关于源端子218的信息、关于目的端子220的信息、关于长度222的信息、关于校验和224以及数据226的信息。

TCP时帧188（图8）和UDP时帧214（图9）因此包含分别示出的例如关于源端子192、218、目的端子180、225或长度222的信息。这里应注意的是，在处理TCP信息时应该考虑例如消息计数器的当前的协议状态。UDP协议是无状态的并且也可以由于小的复杂性在根据本发明方法的实施方式情况下被处理。

用于处理消息230、232的根据本发明的装置228的在图10中示意性示出的实施方式具有带有消息存储器236的以太网控制器234和从而用于作为数据分组利用以太网技术所传输的消息的控制设备，所述消息存储器包括多个存储位置238。因特网控制器236在至少一个特性的存在方面对所接收的消息230、232进行检验并且当该至少一个特性适用于消息230、232时将所接收的消息230、232存储在消息存储器236的为消息230、232预留的存储位置238、240、242、244中。

装置228此外包括具有发送寄存器248的通信控制器246，其中通信控制器246被构造用于当在发送寄存器248内执行写过程之后发送消息230、232。

本发明装置228的这里所述的实施方式布置在机动车内的网络中并且被构造用于传送消息230，232，其作为至少一个特性具有机动车的至少一个运行参数的值。然后消息230、232的至少一个特性经由至少一个运行参数定义。

在根据图10所示的运行情形中规定，第一消息230已经处于消息存储器236的存储字段240中。该第一消息230包括至少一个运行参数的第一值。此外，在机动车的连续运行时，至少一个运行参数的值被改变。但是，至少一个运行参数和从而还有消息230、232的至少一个特性不由于得出的值改变而被改变。由通信控制器246传送的第二消息232包括至少一个运行参数的更新的第二值。一旦第二消息232到达了以太网控制器234，第二消息232就被存在的存储位置240中，其中第一消息230已经位于该存储位置240中，由此此外第一消息230通过第二消息232改写。由此实现消息存储器236中的至少一个运行参数的值的更新。

Claims (10)

1.用于利用至少一个以太网控制器（234）处理消息（230，232）的方法，所述以太网控制器具有消息存储器（96，236），其中由至少一个以太网控制器（234）在至少一个特性的存在方面对所接收的消息（230，232）进行检验，并且其中如果该至少一个特性适用于所述消息（230，232），则将所接收的消息（230，232）存储在消息存储器（96，236）中。

2.根据前述权利要求之一所述的方法，所述方法针对机动车被执行，其中要处理的消息（230，232）包括机动车的至少一个运行参数的值，并且其中至少一个特性通过至少一个运行参数定义。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中当消息（230，232）被改变时，至少一个以太网控制器（234）的消息存储器（96，236）的内容被更新。

4.根据前述权利要求之一所述的方法，其中具有至少一个特性的第一消息（230，232）被存储在消息存储器（96，236）的存储位置（104，106，108，110，112，114，238，240，242，244）中，并且其中第一消息（230，232）在接收具有与该第一消息（230，232）相同的至少一个特性的第二消息（230，232）时被该第二消息（230，232）改写。

5.根据前述权利要求之一所述的方法，其中消息（230，232）由至少一个通信控制器（246）发送。

6.根据前述权利要求之一所述的方法，其中消息（230，232）在网络内经由因特网协议发送。

7.用于处理消息的装置，所述装置具有带有消息存储器（96，236）的以太网控制器（234），其中至少一个以太网控制器（234）在至少一个特性的存在方面对所接收的消息（230，232）进行检验并且当该至少一个特性适用于所述消息（230，232）时，将所接收的消息（230，232）存储在消息存储器（96，236）中。

8.根据权利要求7所述的装置，其中消息存储器（96，236）具有多个存储位置（104，106，108，110，112，114，238，240，242，244），其中为满足至少一个特性的消息（230，232）相应地预留存储位置（104，106，108，110，112，114，238，240，242，244）。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其具有带有发送寄存器（248）的通信控制器（246），其中该通信控制器（246）被构造用于在执行写过程之后通过发送寄存器（248）发送消息（230，232）。

10.根据权利要求7至9之一所述的装置，其布置在机动车中并且被构造用于与布置在机动车中的网络交换消息（230，232）。

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