CN103109478B - 用于在事件控制的总线通信中提供全局时间信息的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明介绍了用于在CAN总线系统（100）的用户（101‑105）之间交换消息中的数据的一种方法和一种装置，其中所述用户（101‑105）具有自己的时基（106‑110），其中第一用户（101）在作为定时器的功能中通过总线（100）传输具有可预先给定的标志的参考消息（RN），所述参考消息包含有关第一用户的时基（106）的第一时间信息，其中至少第二用户（102‑105）借助其时基（107‑110）根据第一用户的第一时间信息如此构成自己的第二时间信息（IZ1‑IZ4），即从第一和第二时间信息的偏差（OS1‑OS4）中确定校正值，使得从第一用户的第一时间信息中得出总线系统的全局时间（gZ）作为定时器，并且其中设置配置装置，所述配置装置促使能够根据由CAN标准已知的判优方法事件控制地进行CAN总线系统的用户之间的消息交换。

Description

用于在事件控制的总线通信中提供全局时间信息的装置和 方法

技术领域

本发明涉及一种用于在CAN总线系统的用户站中使用的装置以及利用这种用户站构成的总线系统，所述装置被建立用于在与CAN总线系统的其他用户站事件控制地交换数据时提供或处理全局时间信息。

背景技术

例如由国际标准ISO 11898-1、-2和-3公知“Controller Area Network（控制域网络）”（CAN），该控制域网络包括用于在总线系统的用户之间交换数据的事件控制的方法。所使用的介质访问控制方法基于逐位判优，在所述逐位判优时多个用户站可以同时尝试经由总线系统的信道传输数据，而不因此干扰数据传输。用户站可以在经由信道发送位时确定信道的逻辑状态（0或1）。如果所发送的位的值不对应于信道的所确定的逻辑状态，则用户站结束对该信道的访问。

通过逐位判优实现了数据帧经由信道的无破坏性的传输。由此得出CAN的良好的实时特性。

例如由国际标准ISO 11898-4公知一种称作“Time Triggered CAN（时间触发CAN）”（TTCAN）的CAN的扩展。根据TTCAN的协议规范，在所谓的系统矩阵中定义时间窗结构，该时间窗结构具有多个相继的基础周期，所述基础周期又由时间窗（经常也称作“时隙”或者“time slots（时隙）”）组成，时间窗的顺序有规律地重复。在此，可以给每个消息并且从而给进行发送的用户站分配特定的时间窗，在该时间窗内必须传输该消息。还存在以下可能性：在时间窗中为多个用户站释放竞争的、通过判优协调的访问。因而在TTCAN中，对信道的访问至少部分地通过时间控制的方法协调。

在TTCAN中区分TTCAN级别1和TTCAN级别2。在这两种情况下，通信以基础周期的顺序进行，所述基础周期分别从参考消息开始。这两个级别之间的区别是，在级别2中，参考消息包含用于对全局时间信息或者全局时间进行同步的信息。因而，TTCAN的特征在于，能够通过时间主站（Zeitmaster）给用户站提供全局时间信息。所定义的用于同步的做法负责所有的用户站使用统一的全局时间信息。

掌握TTCAN级别2的CAN控制器具有电路（计数器、运算器、控制器），该电路以硬件同步和校准全局时间以及能够实现时间测量和时间通知。

TTCAN协议还包含监视功能，该监视功能应确保，CAN通信包含先前定义的固定的时间光栅。如果在时间光栅中出现错误，则时基显示为无效。在严重错误的情况下，可以调整CAN通信。

在特定的应用中，总线通信的时间控制或者是不可能的，或者至少是没有意义的，或者用于创建系统矩阵的开销不合理地高。然而，仍然期望全局时间信息的提供，如由TTCAN级别2所做出的那样，以便例如可以在用户站中运行的算法中使用时间信息。

由现有技术已知的方法不提供在每个方面都令人满意的结果。

发明内容

本发明的任务是提供一种用于在CAN总线系统的用户站中使用的经修改的通信装置，该通信装置保留TTCAN级别2中的提供全局时间信息的优点，并且同时使得根据目前现有技术在TTCAN中需要的对完整系统矩阵的时间控制或编排（Aufstellung）不是强制性需要的。

对此描述一种对TTCAN控制器的改进，该改进的特征在于，还可以将本发明装置中的、用于表示TTCAN级别2的全局时间的、由TTCAN控制器已知的硬件用在标准的事件控制的CAN通信中。所述任务通过用于一种在CAN总线系统的用户之间交换消息中的数据的方法来解决。

本发明的优点

根据本发明，所述任务以如下方式解决：TTCAN控制器被置于特殊的运行状态中，在该运行状态中，CAN通信以常见的事件控制的方式进行，而用于表示全局时间的硬件却如在TTCAN级别2中那样工作。

这所具有的优点是，给CAN网络中的所有节点提供自动同步和校准的时基。在此，不存在软件中的计算开销，这是特别有利的。

然而，与根据ISO 11898-4的TTCAN协议级别2不同的是，时间控制地进行CAN通信是没有必要的。与此相关的用于创建完整系统矩阵的开销也是不需要的。当由于物理的、技术的或者其他的边界条件而不应建立时间控制的通信时，也可以应用该方法。

此外有利的是，在已经掌握TTCAN级别2的TTCAN控制器中，例如用于开发、设计和实现本发明方法的额外开销是低的。

附图说明

以下根据附图介绍和详细解释本发明。

图1示出具有多个总线用户101至105的总线系统100。每个用户101至105具有自己的时基106至110。

图2示出根据本发明的装置的状态图的、描述同步方法的部分。

图3示出根据本发明的装置的状态图的、描述主-从行为的部分。

具体实施方式

以下描述根据本发明的方法和装置的实施例。具体的例子用于解释实施，但不限制本发明思想的范畴。

图1示出具有多个总线用户101至105的总线系统100。每个用户101至105在此具有自己的时基106至110，所述时基一方面可以通过内部的装置——如时钟、计数器、节拍发生器等等——或者在外部向相应的用户传输。相应的本地时基IZ1至IZ4尤其是计数器，例如16位递增的，所述计数器只允许通过HW-Reset（硬件复位）来影响。在此，本地时基在每个节点或者用户102至105中实现。用户、即定时器101在此具有暴露的位置。该用户的时基被称作具有全局时间gZ的全局时基106并且或者在定时器101中实现或者在外部向该定时器101传输。全局时间gZ原则上在每个节点中由本地时基107至110或本地时间IZ（IZ1至IZ4）和偏移OS1至OS4构成。在定时器101中的偏移Osg通常等于0（Osg = 0）。如果OSg不等于0，则所有其他节点从本地时间IZ（IZ1至IZ4）和本地偏移OS1至OS4和OSg中形成他们对全局时间gZ的观点。OSg不等于0的情况例如当全局时间gZ从外部被传输到定时器101并且该定时器101附加地包含自己的时基106时出现。于是，定时器被调准到全局时间gZ并且gZ和时基106可能不一致。本地偏移是在参考消息的发送时刻（SOF，Start Of Frame（帧开始））的本地时间和由定时器在该参考消息中传输的全局时间之间的差。

在这方面，该方法对应于用于在TTCAN中提供全局时间信息的常见方法。

现在重新引入相对于TTCAN规范的以下不同，以便解决所述任务和获得所力求的相对于现有技术的优点：

不是自动化地、时间控制地，而是仅仅当主机控制器中的软件要求时才发送CAN消息。这也适用于参考消息。例如可以使用时间控制的中断，以便促使主机控制器进行该要求。该要求可以根据特定的事件——例如计算的特定结果的存在——来在软件中进行。特定的预定义的消息或远程帧的接收也可以触发该要求。所发送的参考消息的形式遵循标准ISO 11898-4，第5.3.3章中的定义。

参考消息的接收方根据针对TTCAN级别2所说明的标准规定的那样来分析该参考消息。也就是说，包含在参考消息中的“Master_Ref_Mark”是系统范围的全局时间的基础。错误处理如进一步在下面结合主状态内的“error level（错误级别）”的特性所实施的那样与TTCAN标准有偏差地进行。

用户站的主状态在TTCAN中根据标准通过6位矢量来描述，该6位矢量由分别具有2位的3个子向量“error level（错误级别）”、“sync_mode（同步模式）”和“master-slave_mode（主-从模式）”组成。以下描述在根据本发明的用户站中的可能的状态和状态过渡，其中主状态向量的大小可采用其他值，例如具有仅仅一个位用于“error level”的5位。

1）Sync_Mode（同步模式）：

图2中描述了根据本发明的同步控制器，该同步控制器处理子向量“sync_mode”的状态和状态过渡。相对于根据ISO 11898-4的现有技术，不包括状态“In_Gap”。因为总归没有严格周期性的流程，参考消息中的可能的“Next_is_Gap”位被根据本发明的用户站忽视，其中定时器通常通过该“Next_is_Gap”位来发信号通知：该定时器将TTCAN时间表中的下一个基础周期的启动同步到特定的事件上并且因而可能导致与通信的严格周期性的流程的偏差。可替代地还可以规定，一直以规定的值、例如0发送“Next_is_Gap”位，并且这可以在接收参考消息时被检查。在任何情况下，在ISO 11898-4第9.4.2章中所描述的控制器简化成图2中所描述的变型方案。

在系统启动时，在硬件复位之后或在错误状态S3中，“sync_mode”采用值“Sync_Off”。用TSO表示的过渡一直有优先权。在初始化结束和本地时基复位之后，发生到模式“Synchronizing（同步化）”的过渡TS1。在这种状态下，所有潜在的定时器与ISO 11898-4第8.2章类似地发送参考消息并且通过这种方式确定当前活跃的定时器。所述定时器发送另一参考消息并且在接收该另一参考消息之后——如有必要利用对“Next_is_Gap”位和/或“Disc_Bit”的正确值的检查——用户站通过过渡TS2变换到状态“In_Schedule”。

2）Error Level（错误级别）：

在主状态内的子向量“error level”可以在TTCAN中根据标准采用四个不同的错误状态，这些错误状态用S0至S3表示并且在ISO 11909-4第9.1章中描述。引起到状态S1或S2的变换的所有错误条件在此涉及TTCAN时间光栅中的错误。

在根据本发明的用户站中去掉这些错误条件，因为没有时间光栅被设置用于总线通信。出于这个原因，在根据本发明的用户站中，仅仅还使用这两个在ISO 11898-4中规定的错误条件“CAN_Bus_Off”和“Watch_Trigger_Reached”，这两个错误条件导致到错误状态S3的过渡。如果不存在所述错误条件，则用户站处于错误状态S0。因为用户站可以采用仅仅两个错误状态，所以唯一的位对于构成“error level”来说足够了。但还可以如在TTCAN中根据标准那样使用2位矢量。可以使用常量——例如0xFF00 NTU——作为“Watch_Trigger”的时间记号。

在根据本发明的用户站中，如所述那样，仅仅存在两个错误状态S0和S3。在S3中，时基被显示为无效，同步控制器和主-从控制器被复位。不同于在现有技术中根据ISO11898-4针对TTCAN所规定的，在错误状态S3中不停止CAN通信，而是引起下一个有效的参考消息：从S3退回到S0。

3）Master-Slave_Mode（主-从模式）：

在图3中描述根据本发明的主-从控制器，该主-从控制器处理子向量“master-slave_mode”的状态和状态过渡。该主-从控制器在根据本发明的用户站中很大程度上如在ISO 11898-4第9.4.3章中那样工作。然而去掉了通过错误状态S2引起的状态变换。

在系统启动时，在硬件复位之后或者在错误状态S3中，“master-slave_mode”采用值“Master_Off”。在此，用TM0表示的过渡也一直有优先权。为了更好的可读性，明确画出过渡TM6、TM7和TM8，这些过渡由于错误状态S3从其他状态转入“Master_Off”状态。一旦在总线上读取参考消息，三个过渡TM1、TM2和TM3就从“Master_Off”状态转入其他状态。如果相关的用户站不是潜在的定时器，则所述用户站经由TM1进入状态“Slave（从）”。如果相关的用户站是潜在的定时器并且读取参考消息，所述参考消息不具有自己的参考消息的地址相关的优先权，则另一潜在的定时器占优势并且所述用户站经由TM2进入状态“Backup_Master”。如果相关的用户站是潜在的定时器并且读取具有自己的地址相关优先权的（由该用户站本身发送的）参考消息，则所述用户站经由TM3进入状态“Current_Master”。“Backup_Master”和“Current_Master”之间的变换经由TM4和TM5分别在读取较高优先权（TM5）或相同优先权（TM4）的参考消息时发生。

优选地，根据本发明的装置被实施为，使得其在根据本发明的行为与根据标准ISO11898-4的TTCAN行为之间可配置或可转换。为此，所述装置具有存储区和配置寄存器，在该配置寄存器中可以选择介质访问控制方法的期望模式。也就是说，所述装置可任意地在根据现有技术的TTCAN运行与根据本发明的利用全局时间信息的事件控制的运行之间转换。在到根据本发明的模式的转换中，可以继续使用为TTCAN运行设置的控制器和硬件装置，但并非接受所有可能的值。

总之，通过所表示的本发明利用所描述的实施例存在对于技术任务的以下解决方案：提供用于CAN总线系统的、相对于现有技术来说有利的经修改的通信方法，该通信方法保留TTCAN中的全局时间的优点并且不强制性要求根据现有技术在TTCAN中所需要的时间控制。

Claims (8)

1.用于在CAN总线系统（100）的用户（101-105）之间交换消息中的数据的方法，

其中在多个用户通过逐位判优同时进行发送尝试时，实现消息经由总线系统的无干扰的传输，

其中用户（101-105）具有自己的时基（106-110），

其中第一用户（101）在作为定时器的功能中经由总线传输具有可预先给定的标志的参考消息（RN），

其特征在于，

所述参考消息（RN）在没有固定时间光栅的情况下，当在主机控制器中由软件根据特定事件或者特定的预定义的消息的接收而要求时被发送，

其中所述参考消息包含有关第一用户的时基（106）的第一时间信息，

其中至少一个第二用户（102-105）借助其时基（107-110）根据第一用户的第一时间信息如此构成自己的第二时间信息（IZ1-IZ4），即从第一时间信息和第二时间信息的偏差（OS1-OS4）中确定校正值，使得从第一用户的第一时间信息中得出总线系统的全局时间（gZ）作为定时器。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

通过录入预先给定的值到被设置用于配置介质访问控制方法的存储区或寄存器中，在CAN总线系统的用户之间的消息交换能够根据由CAN标准的TTCAN扩展已知的方法而转换到时间控制的运行。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，

根据通过对存储区或寄存器的描述所选择的介质访问控制方法，在控制器的状态之间应用经修改的过渡条件。

4.根据权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，

通过合适的配置能够给多个总线用户分配承担定时器的功能的可能性。

5.根据权利要求4所述的方法，

其特征在于，

被分配承担定时器的功能的可能性的总线用户在重新启动或复位之后实施针对参考消息的发送尝试。

6.根据权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，

在事件控制的模式中，在参考消息消失了预先给定的或可预先给定的时间的情况下，总线用户执行重新启动。

7.根据权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，

不执行定时器的功能的总线用户根据分别所确定的校正值匹配其自己的时基。

8.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

所述特定事件是特定计算结果的存在。