CN103748838A - 用于检验串行数据传输的正确运行的方法和设备 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于检验在具有至少两个总线用户的总线系统中串行数据传输的正确运行的方法，其中所述总线用户经由总线连接单元连接到总线并且经由总线交换消息，其中针对每个消息对总线的发送访问通过根据CAN标准ISO11898-1的仲裁方法分配给总线用户，该总线用户对于该消息成为发送器，其中消息具有根据CAN标准的逻辑结构，也就是由帧起始比特、仲裁字段、控制字段、数据字段、CRC字段、确认字段和帧结束字段构建而成，其中通过将发送给总线连接单元的发送信号与该总线连接单元所接收的接收信号（CAN_RX）相比较来在传输期间检验数据传输的正确运行，其特征在于，在发送器中保持相对于发送信号（CAN_TX）延迟了延迟时间（T_DELAY）的发送信号（CAN_TX_DEL），其中依据用于检验数据传输的正确运行的转换使用未经延迟的发送信号（CAN_TX）或经过延迟的发送信号（CAN_TX_DEL）。

Description

用于检验串行数据传输的正确运行的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于在总线系统中的至少两个用户之间串行传输数据的一种方法和一种设备。

背景技术

例如从标准族ISO 11898-1至11898-5中已知控制器局域网（CAN）以及称为“时间触发的CAN”(TTCAN)的CAN扩展，下面也称为标准CAN。在CAN中使用的介质访问控制方法基于逐比特的仲裁。在CAN中，该逐比特的仲裁借助在待经由总线传输的消息内的主导标识符来进行。

在所述逐比特的仲裁中，多个用户占同时经由总线系统传输数据，而不会由此干扰数据传输。用户站可以在经由总线发送比特（发送信号）时并行地求得该总线的逻辑状态（0或1）（接收信号）。为此总是将在发送信道上传送的发送信号不断与接收信号相比较。如果在特定时刻、即采样点不存在一致，则总线用户结束发送行为，因为必定假设另一个总线用户正尝试传送具有较高优先权或较低标识符的消息。接收信号是所有在仲裁期间尝试实现对总线的访问的总线用户的消息比特的叠加。由于信号在总线线路上的运行时间并且由于总线连接单元（收发器）中的固有延迟时间，所述信号的叠加结果稍后在比特时间段内才存在，从而采样点在该比特时间段内必定相对靠后。尤其是该事实向下限制了在CAN中的容许的比特长度。缩短不容易实现。

在用户站完全发送了标识符之后，确定该站已经赢得了仲裁并且由此赢得了对总线的独占访问。根据CAN的协议规范，不允许其它用户站经由总线发送数据，直到进行发送的用户站已经传输了消息的校验和字段（CRC字段，“CRC Checksumme”）为止。由此传输CRC字段的结束时刻与其中进行发送的用户站仅将由其自己发送的发送信号看做接收信号的时间间隔的结束对应，所述发送信号基本上只由于总线连接单元的固有延迟时间而被延迟。在该时间间隔中，发送信号与接收信号之间的所述比较继续被执行并且被用于探测在传输数据时的错误或通过其它总线用户确定错误通知。

通过该协议，经由总线实现对以下消息的无破坏、安全的传输，所述消息的发送器已经赢得了仲裁方法。CAN协议尤其适合于在实时条件下传输短通知，其中通过合适分配标识符可以保证：对于特别重要的消息几乎总是赢得仲裁并且成功地发送对应的消息。

例如通过传输借助发生器-多项式从事先在消息中传输的数据中形成的CRC字段并且通过在接收器侧执行CRC检验，以及通过持续地检验发送信号与接收信号之间的一致性，给定了高的传输安全性或错误识别可靠性。

随着现代交通工具越来越多的交联以及引入用于改善例如驾驶安全性或驾驶舒适性的附加系统，对将要传输的数据量、传输速率、传输安全性以及在传输时容许的等待时间的要求提高了。例子是例如电子稳定程序ESP的驾驶动态调节系统、例如制动距离调节ACC的驾驶员辅助系统、或例如交通标志识别的驾驶员信息系统（例如参见在“Bosch Kraftfahrtechnisches Handbuch”，27版，2011，Vieweg+Teubner中的描述）。

2011年5月2日在互联网页http://www.semiconductors.bosch.de/上发布的文献“CAN with Flexible Data-Rate, White Paper, Version 1.0”介绍了经过修改的数据传输协议，该数据传输协议尤其是实现了数据字段的扩大以及对于CAN消息的一部分来说实现了在进行仲裁之后比特长度的缩短。比特长度的缩短在该领域中尤其是受到总线连接单元的固有延迟时间的限制，因为在传输比特之前必须对于前面的比特检验发送信号与接收信号之间的一致性。已经表明，现有技术在数据传输速率和/或数据传输安全性的提高方面不是在任何方面都提供令人满意的结果。

发明内容

下面借助附图和实施例描述本发明及其优点。本发明的主题不限于所示出和所描绘的实施例。

本发明的优点

本发明基于一种用于在具有至少两个总线用户的总线系统中串行传输数据的方法，所述总线用户经由总线交换消息，其中针对每个消息对总线的发送访问通过根据CAN标准ISO 11898-1的仲裁方法分配给总线用户，该总线用户由此对于该消息成为发送器，其中消息具有根据CAN标准的逻辑结构，也就是由帧起始比特、仲裁字段、控制字段、数据字段、CRC字段、确认字段和帧结束字段构建而成，并且其中通过将发送给总线连接单元的发送信号（CAN_TX）与该总线连接单元所接收的接收信号（CAN_RX）相比较来持续地检验数据传输的正确运行。

本发明方法的特征在于，在发送器中保持相对于发送信号延迟了延迟时间的发送信号，其中依据用于检验数据传输的正确运行的转换使用未经延迟的发送信号或经过延迟的发送信号。由此可以有利地在发送信号与接收信号之间存在基本上固定的时间延迟的情况下在检验数据传输的正确运行之前补偿所述时间延迟。

在唯一消息的发送过程内在使用未经延迟的发送信号与使用经过延迟的发送信号之间的转换可能性具有以下优点：该方法可以有针对性地仅在该消息的以下范围内采用：在所述范围中在发送信号与接收信号之间存在基本上固定的时间延迟。尤其是由此可以保证所述转换最早在将发送访问分配给总线用户之后进行。

如果所出现的时间延迟基本上与例如温度等的外部参数无关，则有利的可以是，该延迟时间被固定地预先给定或者例如可以在初始配置的范围内预先给定。在特别有利的实施方式中，延迟时间被动态地预先给定并且取决于时间延迟的求得。由此可以考虑在运行中时间延迟的持续改变，这尤其是提高了本方法的鲁棒性。

所提到的时间延迟的求得有利地包括分别求得在未经延迟的发送信号中和在接收信号中的至少一个信号变换或信号边缘，因为这种信号变换特别好地适合于启动或结束时间测量。此外有利的是，除了延迟时间之外还从时间测量的结果中确定用于检验数据传输的正确运行的比较时刻（T_CMP），因为该时刻于是可以最佳地适配于在发送信号与接收信号之间存在的时间延迟并且检验的鲁棒性又得到提高。在此如果使用所求得的时间延迟与一半比特长度之和，则始终在所接收的信号的中部进行采样。这特别有利于对接收信号的可靠采样和检验。

如果所述转换通过达到或分析在刚发送的消息内的预定或可预定比特来进行，则本方法可以特别透明和简单地实现。通过向转换单元施加为此设置的信号而实现的转换具有以下优点：该转换例如可以通过通信控制器或微处理器以特别灵活的方式进行。

有利地，应当基于本发明的方法加以检验的消息通过合适的标志来表征，因为由此交换消息的本发明设备可以识别出通信是按照根据标准的方法还是按照根据本发明的方法进行。当存在该标志时，在有利的实施中消息的控制字段具有多于6个比特。由此可以设计为，所述标志通过一个隐性比特实现，在所有数据消息中在该隐性比特后面紧接着至少一个显性比特。在这种情况下，第一标志的隐性比特与至少一个随后的显性比特之间的边缘被用于求得在未经延迟的发送信号与接收信号之间的时间位移，其优点是由此提高了求得时间延迟的精确度，尤其是当从“隐性”到“线性”的边缘具有特别陡峭的边缘时。

本发明的消息的数据字段被同时增大到大于8个字节带来了附加的优点：可以在一个消息内传输更大的数据量并且有用数据与协议相关的控制数据的比例有利地改变。于是为了确定数据字段的大小，必须对数据长度代码的4个比特的值至少部分地与CAN标准不同地解释。

本发明方法的另一优点当针对消息内的至少一个预定或可预定区域的比特长度采取相对于先前使用的比特长度缩短的值时产生。在此被证明该方法特别有利的是，也可以使用小于总线连接单元的固有时间延迟的比特长度。如果没有根据本发明的补偿，未经延迟的发送信号与接收信号之间的比较在这种情况下不正确地导致识别出传输错误。这种经过修改的消息可以通过第二标志加以识别。此外可以通过该修改进一步提高每单位时间传输的数据量。所述区域有利地最早从第二标志开始并且最迟必须以CRC分隔符结束。有利地，比特长度的不同值通过将不同的缩放因子（预标定器）用于相对于最小时间单位或振荡器时钟来调整总线时间单位而实现。该方法的鲁棒性在以下情况下被进一步提高：在较长和较短比特长度的范围内使用比特定时参数的不同值。

第二标志的优点是：两种措施的优点可以被单独利用。例如即使出于总线拓扑的原因不能转换为较短的比特长度，还是按照本发明的方法检验消息并且用较高的数据量发送。即使在具有缩短的比特长度的消息中出现错误的情况下也可以首先转换为正常的比特长度而无需牺牲其它优点。

本方法有利地可以在机动车的正常运行中被用于在该机动车的至少两个控制设备之间传输数据，所述至少两个控制设备经由合适的数据总线连接。但是本方法同样可以有利地在制造或维护机动车期间被用于在为了编程的目的而与合适的数据总线连接的编程单元与机动车的至少一个控制设备之间传输数据，该至少一个控制设备与所述数据总线连接。另一有利使用可能性在于工业控制设备的运行中、尤其是在长的连接线路情况下。在所有情况下，在传输速率方面的灵活性在传输安全性同时非常高的情况下是有利的，以便将传输方法与例如信号运行时间的相应给定条件匹配。

另一优点是，标准CAN控制器只需要被最小地改变，以便能根据本发明工作。也可以作为标准CAN控制器工作的本发明的通信控制器仅仅不明显地大于常规的标准CAN控制器。所属的应用程序不需要被改变，并且这样也获得在数据传输的速度方面的优点。

可以按照有利的方式接管CAN一致性测试（ISO 16845）的很大部分。在有利的实施中，本发明的传输方法可以与TTCAN的补充（ISO11898-4）组合。

附图说明

下面借助附图详细阐述本发明。

图1a示出根据CAN标准ISO11898-1、CAN标准格式和CAN扩展格式的数据消息的结构的两个选择。

图1b示出具有更改的控制字段和数据字段和CRC字段的灵活大小的相应修改的“CAN FD长”消息的格式的两个例子。既示出标准CAN消息的修改又示出扩展CAN消息的修改。

图1c示出在本发明的数据传输方法中经过修改的类型为“CAN FD快速”的消息的另外两个例子，其中相对于图1b附加地在消息内设定其中使用不同比特长度的区域。

图2a示例性示出发送信号被延长了时间间隔T_DELAY，以便补偿例如通过总线连接单元引起的、接收信号的时间延长。

图2b示意性示出借助所设定的、从隐性比特到显性比特的信号边缘对发送信号CAN_TX与接收信号CAN_RX之间的时间延迟DELTA_T的测量。

图2c示意性示出对发送信号的时间延迟的本发明补偿对用于检验正确数据传输的当前方法的影响。

图3示出本发明电路的实施例的相关部件的示意性电路图。

具体实施方式

在图1a中示出在CAN总线上被用于传输数据的消息的结构。示出两种不同的格式“标准的”和“扩展的”。本发明的方法可以在合适的实施方式中应用于两种格式。

消息从“帧起始”（SOF）比特开始，该比特通知该消息的开始。接着是首先用于识别该消息的片段，并且总线系统的用户借助该片段判断是否接收该消息。该片段用“仲裁字段”表示并且包含标识符。接着是“控制字段”，其尤其是包含数据长度代码。数据长度代码包含关于该消息的数据字段的大小的消息。接着是实际的数据字段“数据字段”，其包含将在总线系统的用户之间交换的数据。接着是具有包括15个比特的校验和以及分隔符的“CRC字段”，接着是两个用于向发送器通知消息的成功接收的“确认”（ACK）比特。最后通过“帧结束”（EOF）序列结束该消息。

如果经由总线来传输消息，则在仲裁过程期间执行常见的检验方法，在该常见的检验方法中将未经延迟的发送信号与接收信号进行比较，因为在该阶段中还可以有多个发送器参与总线并且因此一般在发送信号与接收信号之间不存在固定的时间关系。在进行了仲裁之后，当总线用户已经获得针对消息的发送器角色时，可以通过以下方式提高在发送信号与接收信号之间执行的比较的鲁棒性和精确度，即对发送信号与接收信号之间于是基本上固定的时间延迟进行补偿。

本发明方法的作用在图2a中详细示出。CAN_TX和CAN_RX是发送信号和接收信号的时间变化曲线，它们施加在本发明装置、例如通信控制器的对应管脚上。信号在对应于逻辑“1”或逻辑“0”的电压值之间切换。为简单起见，在图2a中仅示出一个比特序列1-0-1-0，可以对该比特序列示例性地图解所述作用。例如边缘陡峭度等的确切信号变化曲线取决于相应电路的细节，这些细节对于本方法的作用的示意显示并不重要。

两个逻辑信号CAN_TX和CAN_RX的比较或检验在常见的方法中通过合适的电路，例如通过XOR（异或）门进行，为此目的该异或门保持在对应的设备中。该电路在输入信号一致的情况下例如在输出端上提供逻辑“0”并且在不一致的情况下提供“1”。所产生的信号变化曲线在图2a中作为信号D1量化地示出。为了检验正确的数据传输，在特定的时刻、即采样点扫描逻辑关联的信号D1。如可看出的，采样点必须被调整为，使得该采样点落入每个比特的其中信号D1展示“0”的区域内。随着发送信号与接收信号之间的延迟的增加，该区域越来越小并且对采样点的合适选择以使得在正确传输的情况下扫描信号D1中的“0”越来越困难。

为了改善这一点并且提高鲁棒性，在本发明的方法中将发送信号延迟预定的或可预定的延迟时间T_DELAY。本发明的设备为此优选附加地包含合适的延迟单元。该结果同样在图2a中示出：获得经时间延迟的发送信号CAN_TX_DEL。如果经过延迟的信号被输送给本发明的电路，例如异或门并在那里与接收信号逻辑关联或比较，则获得逻辑关联的信号D2，该信号同样在图2a中示意性示出。由于对总线连接单元的固有时间延迟的补偿，信号D2在宽的区域中对应于逻辑“0”。在信号切换的区域中，由于信号电平或经补偿的延迟时间方面的不精确性还会在信号D2中出现逻辑值“1”。现在可以简单地实现对采样点的合适选择以使得比较结果在数据传输正确运行的情况下可靠地产生“0”。

由于仲裁（基本上不固定的时间延迟）期间和此后（基本上固定的时间延迟）的不同比例，所描述的方法被构造为可转换的，使得在仲裁阶段中应用常见的检验方法，而在稍后的传输阶段中执行本发明的检验方法。在稍后的传输阶段中或在其一部分中还可以转换为较短的比特长度，稍后将再进行阐述。在这种情况下该方法具有以下特殊优点：可以使用与总线连接单元的固有时间延迟处于相同数量级或甚至小于该固有时间延迟的比特长度。如果没有本发明的补偿这是不可能的，因为未经延迟的发送信号与接收信号之间的比较于是可能不正确地导致识别出传输错误。

延迟时间T_DELAY的值可以被固定地预先给定或者可以构造为可预定的。固定的预先给定尤其是当所使用的总线连接单元不具有非常宽的固有时间延迟变化时有利。可预定的延迟时间在固有时间延迟与在总线用户中存在的特定参量有关的情况下有利。例如，当总线用户中存在温度信息并且与此相应地可以与温度有关地预先给定不同的延迟时间值时，可以补偿温度依赖性。

在优选的实施方式中，所使用的延迟时间T_DELAY基于事先执行的、发送信号与接收信号之间的时间位移的测量。为此例如可以分析在消息内位于结束的仲裁之后的隐性-显性信号边缘。

有利的是，本发明的通信控制器自主地识别总线系统的通信是按照标准CAN还是按照本发明的方法运行。对此的一种可能性在于，将在仲裁字段或控制字段内的、在标准CAN中总是用固定值传输的比特用于标识，使得通信控制器从该第一标志中可以推导出第一转换条件，依据该第一转换条件该通信控制器选择待应用的检验方法。

在图1b中示出经过修改的消息格式，分别从两个标准格式中推导出来。它们与图1a中的按照标准的消息的区别在于在控制字段中补充了附加比特，也就是在该例子中的EDL，BRS，ESI。此外在所示例子中本发明的消息与按照标准的消息的区别在于数据字段和CRC字段的可变大小，其中数据字段还允许包含多于8个字节，也就是在所示实施中包含至多K个字节。但是为了实现本发明的方法，数据字段和CRC字段还可以具有按照标准的大小。

在标准寻址情况下的标识：

标准CAN数据消息的控制字段的第二比特在如图1a中的上部示出的标准格式中始终被显性发送并且用r0表示。在图1b的下部示出的具有标准寻址（也就是具有根据标准CAN格式的仲裁字段）的本发明消息的例子中，控制字段的第二比特被用于标识，其方式是是该第二比特被隐性发送。因此，在这种消息中控制字段的第二比特的隐性值表明下面将使用与标准不同的检验方法和消息格式。具有标准仲裁字段的消息的控制字段的、隐性传输的第二比特用EDL（扩展数据长度）表示。在标准CAN中始终显性传输的比特r0在本发明的消息中被隐性的EDL比特代替，或者在本发明的消息中，一个位置向后移位到位于隐性比特EDL和在比特长度转换时同样隐性的比特BRS之间的位置。此外，在控制字段中还可以添加其它比特。在图1b中例如示出称为ESI的比特。在该位置上还可以添加两个或更多比特，而不会影响本发明的方法。因此总的来说，标准标准CAN消息的控制字段中的比特序列

在本发明的消息中被

{IDE,EDL,N个其它比特,DLC3,DLC2,DLC1,DLC0}代替。

在图1b所示的例子中，N=3，并且添加了比特r0,BRS,ESI。但是N还可以采取大于0的任意其它值。

在扩展的寻址情况下的标识：

标准CAN数据消息的控制字段的前面两个比特在如图1a中的上部示出的扩展的格式中始终被显性发送并且用r1和r0表示。在图1b的下部示出的具有扩展的寻址（也就是具有根据扩展的CAN格式的仲裁字段）的本发明消息的例子中，控制字段的第一比特r1被用于标识，其方式是该第一比特被隐性发送。在这种消息中控制字段的第一比特的隐性值在这种情况下表明下面将使用与标准不同的检验方法和消息格式。在此控制字段的隐性传输的比特也用EDL（扩展的数据长度）表示。其代替了具有扩展的格式的标准CAN消息的保留的显性比特r1。替换地，显性比特r1也可以保留并且向后移位一个位置，使得EDL比特作为附加的比特添加到RTR和r1之间。同样可能的是，EDL比特（隐性）作为附加比特添加到r1（显性）和r0（显性）之间。接着还可以在这种情况下在控制字段中再添加其它比特。在图1b中例如又示出称为ESI的比特。还可以添加两个或更多比特而不会影响本发明的方法。因此总的来说，扩展的标准CAN消息的控制字段中的比特序列

在本发明的消息中被

{EDL,N个其它比特,DLC3,DLC2,DLC1,DLC0}或{r1,EDL,M个其它比特,DLC3,DLC2,DLC1,DLC0}代替。

在图1b所示的例子中，示出首次提到的、具有N=3的变型，即添加了比特r0,BRS,ESI。但是N或M还可以采取大于0的任意其它值。

对于具有如前所述的这种标志或格式的消息，可以按照在图2b中示出的方式实现对发送信号和接收信号之间的实际时间位移的测量：在合适选择所添加的比特的情况下，例如在标志EDL的隐性比特和随后的比特r0之间总是存在从隐性到显性的边缘。也可以通过其它方式，例如通过添加对应的保留比特，在按照本发明标识的消息中强迫总是存在的从隐形到显性的边缘。这样的边缘很好地适合于时间测量。例如通过由发送信号的该边缘启动计数器并且由接收信号的对应边缘停止该计数器，可以为每单个消息测定如图2b中示出的实际的时间延迟DELTA_T。

替换地，还可以使用始终存在的从显性到隐性的边缘。可以按照规则的间隔或者仅一次性地执行对应的测量。规则的、尤其是对每个消息都发生的时间延迟测量具有以下优点：例如可能通过温度影响而产生的、实际时间延迟的改变可以被可靠地补偿。

如已经讲述的，有利的是分析在消息内位于结束的仲裁之后iude隐性-显性信号边缘以求得DELTA_T。由于在此在总线上肯定不再有同时存在的发送机，因此在总线用户被保留作为发送机的情况下在发送信号和接收信号之间存在基本上固定的时间关系。如果例如选择如在图1c中所示的在控制字段中添加的比特，则EDL比特与r0比特之间的隐性-显性信号边缘是在CAN FD消息中在数据字段开始传输之前唯一总是下降的边缘，在该边缘中肯定不再有同时存在的发送机。因此借助该信号边缘确定DELTA_T提供了良好的结果，只要在总线上不出现其它干扰。

可能影响总线连接单元的内部延迟ELTA_T的测量的这种其它干扰例如可以通过所有类型的线路干扰、电磁辐射、电感或电容的耦合输入等等引发。在测量期间的干扰一方面可以导致发送器错误地确定比特错误并且中断消息的传输。另一方面还可能求得ELTA_T的错误测量值并且不被识别为有错。随后对时间延迟的补偿无论如何都会在结果方面被恶化。因此为了减小在求得ELTA_T时的单个错误影响本方法，有利地由ELTA_T的多次测量形成平均值DELTA_T_MEAN，以得到可靠的结果。

由多个先后求得的值、例如借助EDL比特的边缘从多个前后相继发送的消息中求得的测量值DELTA_T形成平均值DELTA_T_MEAN。对于用于形成平均值的方法，在此情况下可以采用所有对于这种任务技术人员已知的平均值方法或滤波方法，例如加权的或不加权的滑动平均值形成。

在特别有利的实施方式中，在形成平均值时拒绝与最后确定的平均值强烈不同的测量值。这些测量值例如以较高的概率基于受干扰的测量并因此可以被丢弃。有利地，可以调整当前存在的测量值与最后确定的平均值DELTA_T_MEAN之差的阈值或之比的极限值，从该阈值或该极限值开始与平均值的偏差或比例被分类为过大。

对于例如滑动的平均值形成，在对应的通信控制器中保留合适的存储区域用于管理N个项目DELTA_T_1，…至DELTA_T_N的列表。所考虑的测量值的该列表例如作为FIFO工作，也就是分别最新的测量值代替分别最久的测量值。从该列表的值中，通过合适的控制器得到期望的平均值DELTA_T_MEAN，如已经说明的例如作为算术平均值、作为加权的平均值、作为均方值、或者根据可以用硬件表示的其它方法。然后该平均值在存储器中被提供用于本发明的方法。

在接通之后，所描述的N个测量值的列表首先是空的或者具有随机项目，平均值就应当从这些测量值中形成。由于平均值DELTA_T_MEAN应当通过用硬件表示的方法或控制器从列表项目DELTA_T_1，…至ELTA_T_N形成，因此必须在几个列表项目还无效时设定如何形成期望的平均值的措施。例如可以应用下面三个策略：

策略1：将硬件扩展为，使得列表项目必须通过对应的测量释放，然后这些列表项目参与平均值的形成。因此在第一步骤中仅用一个测量值（例如DELTA_T_1，只要该测量值首先通过测量被满足）来执行平均值形成，然后在第二步骤中用两个测量值执行，以此类推，直到所有列表项目都基于测量并且对应地被释放为止。该措施所需要的逻辑电路使得所述电路更大。

策略2：在消息开始时的所有隐性-显性边缘直到EDL与r0比特之间的边缘在系统启动时都被测定，使得在第一次平均值形成时所有列表项目就已经来自或多或少精确的、时间延迟DELTA_T的单个测量，前提是列表长度N小于在消息中到那时出现的隐性-显性边缘的数量。在此，所述电路仅被不明显地增大。

策略3：为了在最初填充该列表，在所有列表位置上录入在期望的边缘处、也就是例如在EDL比特与r0比特之间的隐性-显性边缘处首次求得的平均值DELTA_T_1。接着将其它测量值连续地录入列表位置2至N。在此该电路也仅被不明显地增大。

在所有三种情况下，如果确实设置了，可以按照与最后形成的平均值DELTA_T_MEAN相差过大的测量值来拒绝这些方法，至少一直停止这些方法，直到所有列表项目仅基于在不同消息的期望（例如EDL-r0）边缘处的测量。

下面可以用DELTA_T总是还表示从多个测量值中通过所提到的平均值形成产生的值DELTA_T_MEAN。

于是从所求得的时间延迟DELTA_T或平均值DELTA_T_MEAN中推导出延迟时间T_DELAY，该延迟时间例如经过滤波或者校正或者适配于或舍入到特定的时基（例如比特长度）的整数多倍。在特别简单的实施方式中，通过舍入到下个整数的商（DELTA_T/比特长度）乘以比特长度来给出延迟时间T_DELAY。因此在所测量的时间延迟DELTA_T为150纳秒并且比特长度例如为250纳秒（等于4Mbit/s的波特率）的情况下，延迟时间T_DELAY是250纳秒。相反，在所测量的时间延迟DELTA_T为100纳秒的情况下，得到为0的值T_DELAY。

通过这种方式生成的延迟时间T_DELAY作为输入参量用于为此设计的延迟单元，以便从原始的发送信号CAN_TX出发提供被延迟了该时间T_DELAY的发送信号CAN_TX_DEL，如在图2a中已经示出的。如果经过延迟的发送信号CAN_TX_DEL被用于与接收信号CAN_RX的比较或异或逻辑关联，则总线连接单元的固有时间延迟对结果的影响被显著减小，如在图2a中以示意性示出的结果信号D2上可看出的。

在有利的实施方式中，转换为使用经过延迟的发送信号的本发明检验方法直接在进行了时间延迟的测量之后进行，例如在比特r0的采样点处或者紧接着的比特BRS的采样点处进行。但是还可以在稍后的时刻转换，例如在控制字段中的所添加的其它比特之一处。只要在消息中在稍后时刻转换到较短的比特长度，则有利的是向本发明检验方法的转换最迟随着转换到较短的比特长度来执行。在这种情况下，转换回来最早在切换到长的比特长度之后进行，但是也可以在接触消息传输之后才进行。

隐性到显性的边缘还可以被用于改善总线用户之间的同步，这尤其是在转换为较短的比特长度的情况下是有利的。

在根据标准的CAN传输方法中，数据字段最大允许包含8个字节的数据，即64比特的数据。数据长度代码根据该标准包括4个比特，因此可以采取16个不同的值。从该值域中仅将8个不同的值用于数据字段的从1个字节到8个字节的不同大小。0字节的数据字段在标准CAN中是不推荐的，高于8个字节的大小是不容许的。

与在标准CAN中不同，在图1b所示的消息中利用数据长度代码可以采取的其它值以标识较大的数据字段。例如，对于大于0b1000和直至0b1111的数据长度代码值，所属的数据字段大小可以增加大于1个字节的增量，例如增加两个、三个或四个字节，或者增加不规则的值。数据长度代码值向数据字段大小的分配基本上可以被自由设定。消息可以携带标志“CAN FD长”。

如果如所述那样增大消息的数据字段，则可能有意义的是，也将所使用的方法与循环冗余校验（CRC）相匹配，以获得足够的防错安全性。尤其是可能有利的是，使用另外的CRC多项式，例如具有更高阶的CRC多项式并且对应地在本发明的经过修改的消息中设置具有不同大小的CRC字段。这在图1b中按照以下方式示出：本发明消息的CRC字段在所示的例子中具有L个比特的长度，其中与标准CAN不同，L可以不等于、尤其是大于15。

在有利的实施方式中，通信控制器被设计为使得该通信控制器具有与标准CAN的兼容性，也就是在标准CAN总线系统中按照标准工作，而该通信控制器在本发明的经过修改的总线系统中应用本发明的检验方法，容许消息中更大的数据字段并且还执行与此相匹配的、CRC代码的计算和校验。

由于在开始接收消息时还没有确定将接收符合标准的CAN消息还是根据本发明的经过修改的消息，因此在本发明的通信控制器中实现多个并行工作的CRC移位寄存器。在接收了CRC分隔符之后，当在接收器中分析了CRC代码时，基于本发明的其它标志确定应用了哪种传输方法，并且然后分析分配给该传输方法的移位寄存器。所述其它标志如前面已经示出的可以与涉及数据字段大小和数据长度代码解释的第一标志一致。

在开始发送消息时，虽然对于发送器来说已经确定应当根据哪种传输方法来进行发送，但是由于可能发生失去关于总线访问的仲裁并且不发送已经开始的消息，而是代替地接收另外的消息，因此在此也并行地操控多个CRC移位寄存器。

图1c示出两个针对本发明经过修改的消息的其它例子，其中相对于图1b附加地在消息内设定其中根据本发明使用不同比特长度并由此各个比特更快速地经由总线传输的区域。消息携带标志“CAN FD快速”。对于两个可能的消息寻址变型——标准格式和扩展的格式，在图1c中示出其中在两个状态（用快速-CAN-仲裁和快速-CAN-数据表示）之间转换的区域。两个状态之间的转换引起针对消息的对应部分使得比特长度缩短并且由此各个比特更快速地经由总线传输。由此相对于按照标准的方法可以缩短消息的传输时间。所属的时间比特长度的切换例如可以通过使用至少两个不同的缩放因子（预标定器）加以实现，所述缩放因子用于相对于最小的时间单位或正在运行中的振荡器时钟来调整总线时间单位。比特长度的转换以及对应的、缩放因子的改变在图1c中同样示例性示出。

状态—快速CAN仲裁和快速CAN数据—之间的过渡在消息中依据第二标志进行，所述消息具有第一标志EDL，该第二标志通知数据传输的用户所应用的是缩短的比特长度。第二标志在时间上在消息内的第一标志之后进行。在这里示出的实施例中，该标志的位置是在控制字段中用BRS（比特速率切换）表示的附加比特。该附加比特在所示出的例子中作为控制字段的第四比特传输。

当如所描述的那样在消息内转换到较短的比特长度时，有利的是转换到本发明的检验方法最迟随着转换到较短的比特长度来执行。在本方法的优选实施方式中，与第二标志BRS的发送同时地转换到本发明的检验方法。

这在图2c中示意性示出。发送信号CAN_TX在所示片段中包括比特序列EDL,r0,BRS,ESI,A,B,C,D。比特A，B，C，D在此情况下可以是数据长度代码的4个比特或者还可以是控制字段的其它附加添加的比特。接收信号CAN_RX被延迟了时间延迟DELTA_T，该时间延迟可以借助EDL与r0之间的边缘求得，如结合图2b所示的。异或逻辑关联的信号D1在采样点处（通过十字表示）得到分析，以检验成功的传输。在BRS比特的采样点处转换为较短的比特长度。由于较短的比特长度在所示情况下具有与时间延迟DELTA_T类似的长度，因此信号D1现在快速连贯地提供“1”信号，该信号对应于发送信号与接收信号之间的不一致。正确传输的检验不再能借助信号D1实现。

被延迟了延迟时间T_DELAY的发送信号CAN_TX_DEL在图2c中同样被示出。从求得的时间延迟DELTA_T中生成延迟时间T_DELAY的值，或者借助测量结果更新以前存在的值。但是也可以应用预定的值。经过延迟的发送信号CAN_TX_DEL和接收信号CAN_RX（在图2c中作为信号D2示出）的异或逻辑关联提供比较信号，该比较信号在足够的时间段期间通知“0”值，也就是发送信号与接收信号之间的一致。在合适选择比较时刻（又通过十字表示）的情况下，可以实现对数据传输的鲁棒检验。

通过这种方式可以保证对于较短的比特长度总线连接单元的固有时间延迟不会负面影响该比较的结果。转换回到按照标准的检验和传输方法在该实施方式中直接在达到为该转换回而设定的比特（例如CRC分隔符比特）之后进行，或者在识别了启动错误帧的原因时进行。

原则上根据该标准将一个比特的持续时间或比特长度分解为不重叠的区段：

· 同步区段（SYNC_SEG）

· 传播时间区段（PROP_SEG）

· 阶段缓冲区段1（PHASE_SEG1）

· 阶段缓冲区段2（PHASE_SEG2），

这些区段拥有以下功能：

区段SYNC_SEG用于对不同总线用户进行同步。总线信号的边缘预计在该区段中。

区段PROG_SEG用于补偿网络内的物理延迟时间。

区段PHASE_SEG1和PHASE_SEG2用于补偿在信号边缘位置方面的偏差。这些区段在再同步范围内被动态匹配。采样点位于PHASE_SEG1的结束时。

在本发明的方法中，各个区段的长度对于不同长度的区域来说规定为多倍，在所示例子中是两倍，并且例如存储在两个配置寄存器中。尤其是由此根据比特长度对采样点的位置进行不同地配置。此外可以在较短比特长度的区域中所使用的配置中最小化传播区段或者将传播区段配置为0的长度，以缩短比特长度。

在图3中示出在本发明的设备中执行本方法的电路的相关部件的结构框图。该电路包括发送移位寄存器300、延迟计数器305、延迟单元310、比较单元320、转换单元330、分析单元340以及标准比较器350。当然还可以组合地或集成地实施这些部件中的各个部件。

从通过连接用比特时钟CLK_BIT操控的发送移位寄存器300中，随着每个比特时钟、也就是每个比特长度一次地将待作为发送信号CAN_TX传输的串行数据流的比特经由对应的连接线路输出到总线连接单元。经由连接线路从总线连接单元获得的接收信号CAN_RX施加在比较单元320上并且施加在标准比较器350上。通过分析合适的边缘，例如发送信号CAN_TX和接收信号CAN_RX的EDL与r0之间的边缘，在该设备中产生用于延迟计数器305的启动信号和停止信号，该延迟计数器从中例如通过对现有振荡器的振荡器周期计数来求得时间延迟DELTA_T。此外，延迟计数器依据所测量的时间延迟生成比较点T_CMP。例如，该比较点可以作为所求得的时间延迟DELTA_T和预定或可预定的比特长度百分比、尤其是一半比特长度之和来生成。该比较点定义了在什么时刻在比较单元320中分析经过延迟的发送信号CAN_TX_DEL与接收信号CAN_RX之间的异或逻辑关联。

延迟单元310从发送信号CAN_TX及其由延迟计数器305传送的时间延迟DELTA_T中生成被延迟了延迟时间T_DELAY的发送信号CAN_TX_DEL。在特别简单的实现中，延迟时间T_DELAY可以是（短的）比特长度的整数多倍，从而延迟单元仅将比特序列错开一个或多个比特。这尤其是通过合适的硬件寄存器来简单地实施。比较单元320获得接收信号CAN_RX和经过延迟的发送信号CAN_TX_DEL。此外，比较单元320从延迟计数器305获得关于合适的比较点的信息T_CMP，在该比较点处对接收信号CAN_RX与经过延迟的发送信号CAN_TX_DEL之间的比较结果进行扫描。由此，比较单元320产生输出信号，该输出信号再现比较结果并且被转发给例如多路器的转换单元330。例如可以被构造为异或门的标准比较器350并行地产生第二输出信号，该第二输出信号再现CAN_TX与CAN_RX之间的比较结果并且同样被转发给转换单元330。该设备例如通过合适的信号SWT和/或基于所采取的预定条件将转换单元330在两个信号之间转换，使得标准比较器350的输出信号或比较单元的输出信号被施加在分析单元340上，其中所述预定条件可以包括达到或分析预定或可预定的比特。例如，所述设备在BRS比特之后对转换单元进行转换，只要存在向较短比特长度的转换。在这种情况下，在分析单元340上施加分别在图2c中示出的十字处的D1或D2的值。于是在分析单元中在所配置的采样点T_SMP处扫描分别穿过转换单元的信号并且必要时如果没有探测到一致则产生比特错误信号BERR。如可以看出的，通过在所示实施中的设备即使在短比特长度的情况下也可以对正确的数据传输进行可靠的检验。

所介绍的传输方法在机动车的正常运行中适合于在该机动车的至少两个控制设备之间传输数据，所述至少两个控制设备经由合适的数据总线连接。但是该传输方法同样有利地可以在制造或维护机动车期间用于在为了编程的目的而与合适的数据总线连接的编程单元与机动车的与数据总线连接的至少一个控制设备之间传输数据。此外还可以在工业自动化中采用该方法，也就是例如用于在分布式的、通过总线相互连接的控制单元之间传输控制信息，所述控制单元控制工业制造流程的流程。在这种环境下，也可能出现非常长的总线线路，并且可能特别有意义的是，在仲裁阶段用相对较长的比特长度来运行总线系统，例如用16、32或64微妙，使得总线信号在仲裁过程期间如所要求的可以在整个总线系统上传播。于是接着可以针对消息的一部分如所描述的那样转换到较短的比特长度，以使平均传输速率不是太小。

总的来说，该方法是一种传输方法，其特征在于，为了能根据本发明工作只需要对标准CAN控制器最小化地改变。本发明的也可以作为标准CAN控制器工作的通信控制器仅比常规的标准CAN控制器稍大。通过使用数据字段的扩展大小和缩短的比特长度，可以显著提高数据传输的速度。可以进行CAN一致性测试（ISO16845）的很大部分。还可以将本发明的传输方法与TTCAN（ISO11898-4）的补充组合。

Claims (33)

1.用于检验在具有至少两个总线用户的总线系统中串行数据传输的正确运行的方法，其中所述总线用户经由总线连接单元连接到总线并且经由总线交换消息，其中针对每个消息对总线的发送访问通过根据CAN标准ISO 11898-1的仲裁方法分配给总线用户，该总线用户对于该消息成为发送器，其中消息具有根据CAN标准的逻辑结构，也就是由帧起始比特、仲裁字段、控制字段、数据字段、CRC字段、确认字段和帧结束字段构建而成，其中通过将发送给总线连接单元的发送信号与该总线连接单元所接收的接收信号（CAN_RX）相比较来在传输期间检验数据传输的正确运行，

其特征在于，在发送器中保持相对于发送信号（CAN_TX）延迟了延迟时间（T_DELAY）的发送信号（CAN_TX_DEL），

其中依据用于检验数据传输的正确运行的转换使用未经延迟的发送信号（CAN_TX）或经过延迟的发送信号（CAN_TX_DEL）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述延迟时间（T_DELAY）是预先给定或者能预先给定的。

3.根据权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于，所述延迟时间（T_DELAY）取决于时间延迟或平均时间延迟（DELTA_T，DELTA_T_MEAN）的求得。

4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，通过在同一消息的发送过程内的转换而在使用未经延迟的发送信号（CAN_TX）与使用经过延迟的发送信号（CAN_TX_DEL）之间转换。

5.根据权利要求3至4之一所述的方法，其特征在于，通过形成多个从多个前后相继发送的消息中先后求得的、时间延迟DELTA_T的测量值（DELTA_T_1，…,DELTA_T_N）的平均值来求得平均时间延迟（DELTA_T_MEAN）。

6.根据权利要求3至5之一所述的方法，其特征在于，在形成平均值（DELTA_T_MEAN）时拒绝与最后确定的平均值强烈不同的测量值。

7.根据权利要求3至6之一所述的方法，其特征在于，能够调整当前存在的测量值（DELTA_T_1，…,DELTA_T_N）与最后确定的平均值DELTA_T_MEAN之差的阈值或之比的极限值，从该阈值或该极限值开始与平均值的偏差或比例被分类为绝对值过大。

8.根据权利要求3至7之一所述的方法，其特征在于，在列表中管理时间延迟DELTA_T的测量值（DELTA_T_1，…,DELTA_T_N），该列表在系统启动时通过合适的方法加以初始化，使得不会有无效值影响平均值（DELTA_T_MEAN）的形成。

9.根据权利要求3至8之一所述的方法，其特征在于，各个时间延迟（DELTA_T）的求得最早在向总线用户分配了发送访问之后进行。

10.根据权利要求3至9之一所述的方法，其特征在于，各个时间延迟（DELTA_T）的求得包括分别在发送信号（CAN_TX）中和在未经延迟的接收信号（CAN_RX）中识别至少一个信号切换或信号边缘。

11.根据权利要求3至10之一所述的方法，其特征在于，依据所求得的时间延迟（DELTA_T，DELTA_T_MEAN）确定用于检验数据传输的正确运行的比较时刻（T_CMP）。

12.根据权利要求3至11之一所述的方法，其特征在于，用于检验数据传输的正确运行的比较点（T_CMP）被确定为所求得的时间延迟（DELTA_T，DELTA_T_MEAN）和预定或可预定的比特长度百分比之和。

13.根据权利要求1至12之一所述的方法，其特征在于，所述转换通过达到或分析在刚发送的消息内的预定或可预定比特，或者通过在转换单元上施加为此设置的信号（SWT）来进行。

14.根据权利要求1至13之一所述的方法，其特征在于，在其中发生所述转换的消息通过合适的标志（EDL）来表征。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在存在第一标志（EDL）的情况下消息的控制字段与CAN标准不同包括多于6个比特。

16.根据权利要求14至15之一所述的方法，其特征在于，第一标志（EDL）对于具有标准寻址的消息来说通过控制字段中的隐性的第二比特进行，而在具有扩展的寻址的消息中通过控制字段中的隐性的第一和/或第二比特进行。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在存在第一标志的情况下在所有数据消息中在第一标志（EDL）的隐性比特之后紧接着至少一个显性比特。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在存在第一标志（EDL）的情况下，第一标志（EDL）的隐性比特与至少一个随后的显性比特之间的边缘被用于求得在发送信号（CAN_TX）与未经延迟的接收信号（CAN_RX）之间的时间延迟（DELTA_T，DELTA_T_MEAN）。

19.根据权利要求1至18之一所述的方法，其特征在于，在存在第一标志（EDL）的情况下消息的数据字段与CAN标准ISO 11898-1不同包括多于8个比特，

其中为了确定数据字段的大小对数据长度代码的4个比特的值至少部分与CAN标准ISO11898-1不同地解释。

20.根据权利要求1至19之一所述的方法，其特征在于，在存在第二标志（BRS）的情况下，针对消息内的至少一个预定或可预定区域的比特长度采取相对于在存在第二标志之前使用的比特长度缩短的值，

其中所述区域最早以第二标志开始并且最迟以CRC分隔符结束，

其中第二标志（BRS）仅在存在第一标志（EDL）的情况下出现并且在消息的与CAN标准ISO11898-1不同包括多于6个比特的控制字段中进行。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，第二标志（BRS）通过控制字段中的隐性比特进行，该隐性比特在时间上在第一标志（EDL）的比特之后被传输。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，在存在第二标志的情况下第二标志（BRS）的隐性比特通过至少一个显性比特与第一标志（EDL）的隐性比特分开。

23.根据权利要求19至22之一所述的方法，其特征在于，在存在第二标志（BRS）的情况下在具有较长和较短比特长度的区域中能够使用比特计时参数的不同值。

24.根据权利要求19至23之一所述的方法，其特征在于，消息内比特长度的不同值通过将不同的缩放因子（预标定器）用于在正在进行的运行中相对于最小时间单位或振荡器时钟来调整总线时间单位而实现。

25.用于检验在具有至少两个总线用户的总线系统中的串行数据传输的设备，其中所述总线用户经由总线连接单元连接到总线并且经由总线交换消息，其中针对每个消息对总线的发送访问通过根据CAN标准ISO 11898-1的仲裁方法分配给总线用户，该总线用户对于该消息成为发送器，其中消息具有根据CAN标准的逻辑结构，也就是由帧起始比特、仲裁字段、控制字段、数据字段、CRC字段、确认字段和帧结束字段构建而成，其中设置用于通过将发送给总线连接单元的发送信号与该总线连接单元所接收的接收信号（CAN_RX）相比较来在传输期间检验数据传输的正确运行的装置，

其特征在于，设置合适的延迟单元（310），用于提供相对于发送信号（CAN_TX）延迟了延迟时间（T_DELAY）的发送信号（CAN_TX_DEL），其中设置转换单元（330），借助该转换单元依据用于检验数据传输的正确运行的转换使用未经延迟的发送信号（CAN_TX）或经过延迟的发送信号（CAN_TX_DEL）。

26.根据权利要求25所述的设备，其特征在于，设置比较单元（320），该比较单元执行被延迟了延迟时间（T_DELAY）的发送信号（CAN_TX_DEL）与接收信号（CAN_RX）的逻辑关联并且在比较时刻（T_CMP）加以分析。

27.根据权利要求25至26之一所述的设备，其特征在于，所述转换单元（330）通过达到或分析在刚发送的消息内的预定或可预定比特和/或通过施加为此设置的信号（SWT）可转换地实施。

28.根据权利要求25至27之一所述的设备，其特征在于，设置延迟计数器（305），该延迟计数器求得发送信号（CAN_TX）与接收信号（CAN_RX）之间的时间延迟（DELTA_T）并且依据该结果提供时间延迟（DELTA_T）的值。

29.根据权利要求25至28之一所述的设备，其特征在于，该设备包括用于时间延迟的N个测量值项目（DELTA_T_1，…,DELTA_T_N）的存储区域以及适用于形成存储区域的项目的平均值（DELTA_T_MEAN）的控制器。

30.根据权利要求25至29之一所述的设备，其特征在于，该设备通过合适的装置被设计用于执行根据权利要求2至24的方法中的至少一种。

31.根据权利要求1至24之一的方法在机动车的正常运行中用于在机动车的至少两个控制设备之间传输数据的应用，所述至少两个控制设备经由合适的数据总线连接。

32.根据权利要求1至24之一的方法在工业控制设备的运行中用于至少两个控制设备之间传输数据的应用，所述至少两个控制设备经由合适的数据总线连接。

33.根据权利要求1至24之一的方法在制造或维护机动车期间用于在为了编程的目的而与合适的数据总线连接的编程单元与机动车的至少一个控制设备之间传输数据的应用，该至少一个控制设备与所述数据总线连接。

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