CN103621016A - 用于运行与多个通信用户通信用总线系统的方法和机动车 - Google Patents

Abstract

用于运行总线系统的方法，该总线系统用于——尤其在陆上交通工具和/或空中交通工具中——与多个通信用户通信，其中在周期性重复的、固定长度的静态的时间窗（13）中给每个通信用户分派一时隙（16，17）用以传递有效信息，该有效信息具有在总线系统运行期间固定的、至少能确定一次的字节数，其特征在于，所述时间窗（13）具有至少两个关联的子时间窗（14，15），其中，为同一个子时间窗（14，15）的所有时隙（16，17）确定相同的字节数。

Description

用于运行与多个通信用户通信用总线系统的方法和机动车

本发明涉及用于运行总线系统的方法，该总线系统用于——尤其在陆上交通工具和/或空中交通工具中——与多个通信用户通信，其中在周期性重复的、固定长度的静态的时间窗中给每个通信用户分派一时隙用以传递有效信息，该有效信息具有在总线系统运行期间固定的、至少能确定一次的字节数。

允许和组织不同通信用户之间的通信的总线系统是已知的并且经常也被使用在陆上交通工具和/或空中交通工具中。为了通过总线系统完全实现分散/非中心式的通信而已知不同的标准，在所述标准下能够运行总线系统，例如CAN总线或者FlexRay总线。

FlexRay总线是专为汽车研发出的并且是串行、确定性并且容错式的现场总线系统。为了建立FlexRay总线的节点，例如将机动车中的控制器连接到FlexRay总线上，作为部件需要“总线收发器”和“通信控制器”，其中，“总线收发器”是数据传导接口而“通信控制器”——例如微处理器——实现用于具体节点的总线协议。总线协议控制如何开始网络、如何建立并且在同步化的意义上维持全局时间、以及哪些节点、尤其是哪些控制器应当在哪个时间点进行发送。“通信控制器”监视其他通信用户的接收信号并且导出自己的节点应当发送以及准备好相应待发送的数据包的时间点。

在此，FlexRay协议的特征在于，为每个周期设置有静态的和动态的时间窗。在静态段中，每个节点、尤其每个控制器配置有一个时隙（Slot），在该时隙中它能够发送消息。在此，每个节点包含一个固定长度的时隙，归根结底即用于可传递的有效数据的固定字节数，其中，相应的字节数在开始运行总线系统之前确定。节点不应超出字节数并且由此不应超出它的时隙的时间长度。如果待发送的消息过长，则必须使用下一周期或者动态时间窗以继续发消息。静态时间窗的目的是，代表总线协议的确定性部分，从而重要的消息、例如关于转向系统或者制动系统的消息能够在已知的时间内被传递。

当应发送较长或者另外的消息并且其静态时隙的字节数不足或其用于较高优先级的消息时，总长度固定的动态的时间窗能够被节点、尤其被控制器所使用。当控制器不想删除消息时，动态时间窗中的时隙（Minislot）在此能够简单地被经过。一旦节点要发送消息，则下一节点能够进行发送的时间点相应于消息的长度向后移动，从而会使另外的节点不再能够发送并且总的动态事件窗口耗尽。动态时间窗的时隙因此根据一定的优先级来给定。

在一个周期中，在此还可以设置另外的时间窗，“网络空闲时间”（NIT），其应能够使得节点又进行精确的同步化。

通过总线系统、例如FlexRay总线系统发送的消息或者数据包大多这样建立，使得它们包括起始段、净荷段（“Payload”）和结束段。此外，每个时隙的不可用于有效数据的时间段包括“信道空闲时间”（CIT）和“信道空闲界定符”（CID）。

在具有静态时间窗（常也为静态规划范围）的总线系统、例如FlexRay总线中，静态时间窗的时隙的字节数因此可针对所有包含在其中的时隙来设置并且由此也确定静态时间窗的长度。在此，例如可以选择从0到254字节的字节数。然而，这有如下缺点：最后存在带宽的浪费。而选择高字节数（宽的时隙设计），则具有小通信需求的用户不能利用在其时隙中分派给它们的、高的带宽。如果相反选择小的字节数（窄的时隙设计），则具有高通信需求的用户必须使用多个时隙并且由此由于多次使用每个时隙的不适用于有效数据的时间段而具有高的损失，尤其由于多次使用起始段、结束段、CIT和CID。

因此，本发明的任务在于，提出一种方法，其中能够高效地利用总线系统、尤其FlexRay总线系统中的静态时间窗（规划范围）。

为了解决这个任务，在开头提到类型的方法中根据本发明提出，（静态）时间窗具有至少两个关联/连续的子时间窗，其中，为同一个子时间窗的所有时隙确定相同的字节数。

即本发明提出：在运行总线系统之前不是仅仅为静态时间窗设置唯一的固定的字节数，而是存在至少两个子时间窗，其中，确定的通信用户的时隙是相关的。对于这种子窗的每一个现在可以独立地确定用于有效数据的字节数，这意味着：给各子时间窗分派的字节数可以是不同的。子时间窗中的时隙的数量和其中具体使用的字节数可以根据结构来选择，这意味着，针对具体实现的总线系统（例如在陆上交通工具和/或空中交通工具中的）的特别要求的协调是可能的。尤其可在此构想已知FlexRay标准的扩展，从而也在该处能够实现根据本发明设想的、不同的、可确定的时隙宽度（字节数）。优选地，根据本发明的方法用于扩展FlexRay总线系统的总线协议。

在此，本发明的一合理方案中可以使用两个或者三个子时间窗。使用数量多于三个的子时间窗会导致以下问题：所需要的不同字节数越多，用于每个通信用户的运算耗费明显地升高。也就是说，这一点必然在每个通信用户、尤其每个控制器中存在，由此其能够理解何时达到自己的时隙。现在已证实，使用两个或者三个子时间窗可就运算耗费方面有利并且少耗费地实现，而总线协议就此不具有过高的复杂性。

在本发明的一种具体方案中可以规定：为具有高通信需求的——尤其具有大于60字节的字节数的——通信用户确定一个子时间窗，为具有中等通信需求的——尤其具有20字节到70字节的字节数的通信用户——确定一个子时间窗，以及为具有低通信需求的——尤其具有小于24字节的字节数的——通信用户确定一个子时间窗。例如可构想，根据通信需求将通信用户分成不同的组，然后将所述组分派给不同的子时间窗。当然也可以构想，设置两个不同的静态子时间窗，即一个用于具有高通信需求的、尤其具有大于60字节的字节数的通信用户的子时间窗和一个用于具有低通信需求的、尤其具有小于60字节的字节数的通信用户的子时间窗。在机动车的实例中，具有高通信需求的用户例如为发动机控制器、变速器控制器、EPS系统控制器和制动系统控制器，具有中等通信需求的用户例如为安全气囊控制器或者通信显示器控制器，具有低通信需求的用户例如为转向角度传感器控制器、牵引连接装置控制器和车门控制器。

由于例如根据FlexRay标准可以将字节数确定为0到254字节的值，在根据本发明的方法中也可以这样设置。

在此应当再次指出的是：在为子时间窗的时隙宽度（时隙范围）确定字节数之后该字节数在总线系统运行期间是固定的，因此规定出周期的静态时间段。静态时间窗的字节数因此在总线系统运行期间是不可变的。这与动态时间窗不同，该动态时间窗根据本发明同样可以为周期的一部分。

因此可以规定：静态的时间窗是通信周期的一部分，该通信周期包括所述静态的时间窗和动态的时间窗，在所述动态的时间窗中各个时隙的大小在总线系统运行期间被至少部分地动态匹配。这种动态的时间窗可以用于传递另外的、较大的或者附加的有效数据。

如上所述，每个时隙通常不仅包括可用于有效数据的时间段，而且包括不可用于有效数据的时间段，其中，在根据本发明的方法中也可以规定时隙的这种不可用于有效数据的时间段，所述时间段尤其被起始段和/或结束段和/或信道空闲时间（CIT）和/或信道空闲界定符（CID）所使用。这种附加的时间段通常通过所使用的总线协议来规定。

除了该方法以外，当前发明也涉及一种机动车，其包括具有多个通信用户、尤其控制器的总线系统，该总线系统构造用于执行根据本发明的方法。本发明方法的所有实施方案可类似地应用于根据本发明的机动车，因此使得机动车能够实现上述优点。另外，在其他的陆上交通工具和空中交通工具中也能够杰出地使用按照本发明方法运行的总线系统，其中，尤其能够使用根据FlexRay标准的总线系统。

本发明的其他优点和特点由以下描述的实施例以及参考附图得出。在此示出：

图1根据本发明的机动车的原理草图和

图2利用本发明方法的通信周期。

图1示出根据本发明的机动车1的原理草图。它包括带数据线2的总线系统，多个控制器形式的通信用户连接到该总线系统上，其中在这里现有仅示例性地示出发动机控制器3、变速器控制器4、ESP控制器5、制动器控制器6、安全气囊控制器7、组合显示器控制器8、转向角控制器9、牵引连接装置控制器10和车门控制器11。不言而喻，也还设置有其他的在此未详细示出的控制器。

根据本发明方法在此可以这样配置总线系统：使得在此包括静态时间窗和动态时间窗的通信周期在静态时间窗方面允许规定出两个或三个子时间窗，给所述子时间窗的各通信用户分派的时隙具有固定的有效数据长度（净荷），即能够在运行总线系统之前固定的、子时间窗专有的、0到254字节的字节数。

这要借助于图2以当前由于更好的可展示性仅涉及十一个通信用户的实例来详细阐明；以下还说明另外的具体实例。如已经提到的，通信周期12当前包括静态时间窗13，该静态时间窗的时隙(Slots)具有在总线系统运行期间不可改变的时隙宽度，即字节数。还设置有动态时间窗23，在该动态时间窗内能够动态地匹配时隙的大小。这种动态时间窗基本上是已知的并且不需在此详细说明。

由图2还详细可见，静态时间窗13被分成两个子时间窗14、15，这两个子时间窗相关地/连续地形成。在此，在所示的实施例中，第一子时间窗14具有五个大字节数——例如100字节——的时隙16。第一时隙16的这种大字节数在总线系统运行之前已被固定，被分派了时隙16的通信用户和通信用户数量也被固定。

相应地，第二子时间窗15包括六个在总线系统运行之前便固定的小字节数——例如40字节——的、先后跟随的时隙17，这些时隙又被分派给具有较小通信需求的固定通信用户。作为通信用户的各个控制器能够在仅少量的子时间窗被给出之后不费事地确定:何时开始其自身的时隙16或17，但由于具有大通信需求的用户能够得到第一子时间窗14中的时隙、具有小的通信需求的用户能够得到第二子时间窗17中的时隙，实现了较大的灵活性和对总线系统的具体结构的可匹配性。

此外，图2也示意性地示出时隙16（或类似地17）的结构。可见的是，除了为有效数据本身设置的时间段18以外首先还设置有起始段19，其除其他信息（如实际包含的有效数据的长度）外还包含不同的指示符等。有效数据后面跟随例如可以包含校验和的结束段20。在结束段20之后跟随信道空闲时间21（CIT）。其最后通过信道空闲界定符22终止。

根据本发明的方法清楚地使得能够限定两个或者三个子时间窗14、15，这些子时间窗具有不同的、但是为静态的即在总线系统的运行期间固定的、作为允许的有效数据量的字节数，其中，在运行期间子时间窗14、15构成通信周期12的静态部分并且如已知的周期那样重复。

最后，还要指出针对5毫秒的通信周期提出两种具体的应用可能性，其中，静态时间窗为3毫秒长，动态时间窗为2毫秒长。在分成三个不同的静态子时间窗的情况下可能的是，使用以下子时间窗：

a）用于具有高通信消耗的通信用户的第一子时间窗，其长度为960微秒。其具有8个时隙，即适用于8个通信用户。一个时隙的持续时间（时隙宽度）为120微秒，其中98微秒用于有效数据（因此允许每时隙发送98字节作为有效数据）。每时隙保留22微秒作为不可用带宽（起始段、结束段、CIT、CID）。

b）用于具有中等通信消耗的通信用户的第二子时间窗，其为1040微秒长。这里设置13个时隙用于13个通信用户，其中，一个时隙的长度仅为80微秒。其中，仍有22微秒的不可用带宽，58微秒用于有效数据，因此该有效数据可以长至58字节。

c）用于具有低通信需求的通信用户的第三子时间窗，当前1000微秒长。这种子时间窗具有25个时隙，因此被配置给25个不同的通信用户。该时隙宽度、即一个时隙的长度为40微秒，其中又有22微秒作为不可用的带宽并且18微秒用于有效数据，因此有18字节的字节数可供使用。

在根据图1的实施例中，属于具有高通信消耗的通信用户的例如可以包括发动机控制器3、变速器控制器4、ESP控制器5和制动器控制器6。具有中等通信需求的用户可包括安全气囊控制器7和组合显示器控制器8。转向角控制器9、牵引连接装置控制器10和车门控制器11属于具有低通信需求的通信用户，它们的时隙因此处于第三子时间窗中。

具有两个不同的静态子时间窗的构型例如可以包含以下的子时间窗：

a）用于具有高通信需求的通信用户的第一子时间窗，其长度持续1000微秒，其中，10个具有各100微秒的持续时间的时隙可供使用。其中84微秒用于有效数据，从而每时隙有84字节可供使用。不可用的带宽、即用于起始段、结束段、CIT和CID的时间段为每时隙16微秒长。

b）用于具有低通信需求的通信用户的第二子时间窗，其为2000微秒长。时隙的数量、因此所分派的通信用户在这里为40个并且每个时隙为50微秒长。其中给出不可用的带宽为16微秒每时隙，用于有效数据的为34微秒，因此每时隙34字节。

Claims (7)

1.用于运行总线系统的方法，该总线系统用于——尤其在陆上交通工具和/或空中交通工具中——与多个通信用户通信，其中在周期性重复的、固定长度的静态的时间窗（13）中给每个通信用户分派一时隙（16，17）用以传递有效信息，该有效信息具有在总线系统运行期间固定的、至少能确定一次的字节数，其特征在于，所述时间窗（13）具有至少两个关联的子时间窗（14，15），其中，为同一个子时间窗（14，15）的所有时隙（16，17）确定相同的字节数。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，使用两个或者三个子时间窗（14，15）。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于，为具有高通信需求的——尤其具有大于60字节的字节数的——通信用户确定一个子时间窗（14，15），为具有中等通信需求的——尤其具有20字节到70字节的字节数的通信用户——确定一个子时间窗（14，15），以及为具有低通信需求的——尤其具有小于24字节的字节数的——通信用户确定一个子时间窗（14，15）。

4.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，所述字节数被确定为从0至254字节的值。

5.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，静态的时间窗（13）是通信周期（12）的一部分，该通信周期包括所述静态的时间窗（13）和动态的时间窗（23），在所述动态的时间窗中各个时隙的大小在总线系统运行期间被至少部分地动态匹配。

6.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，每个时隙（16，17）包括不可用于有效数据的时间段，其中，所述时间段尤其被起始段（19）和/或结束段（20）和/或信道空闲时间（21）和/或信道空闲界定符（22）所使用。

7.机动车（1），包括总线系统连同多个通信用户，所述车辆构造成用于执行根据前述权利要求之一的方法。

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