CN103782283B - 用于具有灵活的消息大小和可变的位长的数据传输的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
描述了一种用于在具有至少两个总线用户的总线系统内进行串行数据传输的方法，所述总线用户通过总线交换消息，其中所发送的消息具有按照CAN标准ISO11898‑1的逻辑结构，其中该逻辑结构包括帧起始位、仲裁字段、控制字段、数据字段、CRC字段、确认字段和帧结束序列，其中控制字段包括含有关于数据字段的长度的信息的数据长度代码。该方法的特征在于，在存在第一标记(EDL)的情况下与CAN标准ISO11898‑1不同，消息的控制字段包括多于6个的位，其中在存在第一标记(EDL)的情况下将消息的控制字段扩展至少一个另外的位(ESI)，并且其中通过所述另外的位(ESI)或所述另外的位之一将关于总线用户的状态“被动错误”的信息集成到发送的信息中。
Description
技术领域
本发明涉及用于在串行总线系统内在至少两个用户之间进行串行数据传输的方法及装置、例如通信控制器。
背景技术
例如从家族ISO 11898-1至-5的标准已知控制器域网络(CAN)以及被称作“时间触发CAN”(TTCAN)的CAN的扩展，以下也被称作标准CAN。在CAN中所使用的介质访问控制方法以逐位仲裁为基础。在逐位仲裁的情况下多个用户站可以同时通过总线系统的信道传输数据，而数据传输不因此受到干扰。此外用户站可以在通过信道发送一个位的时候确定信道的逻辑状态(0或1)。如果发送的位的数值与所确定的信道的逻辑状态不对应，则用户站结束对信道的访问。在CAN中通常借助要通过信道传输的消息内的标识符进行逐位仲裁。当一个用户站已将标识符完整地发送给信道之后，该用户站知道其具有对信道的独占访问。因此标识符的传输的结束对应于释放间隔的开始，在释放间隔之内该用户站可以独占地利用信道。按照CAN的协议规范，在正在发送的用户站已传输了消息的校验和字段(CRC字段)之前一直不允许其它的用户站访问信道、即向信道发送数据。因此CRC字段的传输的结束时刻对应于释放间隔的结束。
因此，通过逐位仲裁来实现通过信道非破坏性地传输已赢得仲裁方法的消息。CAN的协议特别适合于在实时条件下传输短的信息，其中通过适当地分配标识符可以保证，特别重要的消息几乎总是赢得仲裁并且成功地得以发送。
随着现代车辆越来越多地联网和引入用于改善例如行车安全或驾驶舒适性的附加的系统，对要传输的数据量和在传输中允许的等待时间的要求增高。实例是诸如电子稳定程序ESP的行驶动力学调节系统、诸如自动距离调节ACC的驾驶员辅助系统或诸如交通标志识别的驾驶员信息系统(参看例如在”Bosch Kraftfahrtechnisches Handbuch(博世汽车手册)“，第27版，2011，Vieweg+Teubner中的说明)。
DE103 11 395A1说明一种系统，在所述系统中替代地可以通过非对称物理CAN协议或通过对称物理CAN协议进行异步串行通信，并由此可以实现异步通信的较高的数据传输速率或数据传输安全。
DE10 2007 051 657A1建议，为了提高所传输的数据量，在TTCAN协议的独占的时间窗内应用异步的、快速的、不符合CAN的数据传输。
G.Cena和A.Valenzano在“Overclocking of controller area networks”(Electronic Letters，Vol.35，No.22(1999)，第1924页)中就在消息的分区内总线频率的超频对有效地实现的数据速率的影响进行了探讨。
已经表明，现有技术在任何一方面都没有提供令人满意的结果。
发明内容
下面借助附图和实施例对本发明及其优点进行说明。本发明的主题并不局限于所示的和所述的实施例。
本发明的优点
本发明提供用于在具有至少两个总线用户的总线系统内进行串行数据传输的方法，所述总线用户通过总线交换消息，其中所发送的消息具有按照CAN标准ISO 11898-1的逻辑结构。这意味着，传输数据的消息由单个引导的“帧起始”位和由多个位形成的字段(Field)序列、即仲裁字段、控制字段、数据字段、CRC字段、确认字段、以及帧结束字段来构建。
该方法的特色在于，在存在第一标记的情况下与CAN标准ISO 11898-1不同，消息的控制字段包括多于6个的位，其中在存在第一标记的情况下将消息的控制字段扩展至少一个另外的位，其中通过该另外的位或另外的位之一将关于总线用户的状态“ErrorPassive(被动错误)”的信息集成到发送的信息中。所建议的方法的优点在于，利用这种方法，能够明确地识别处于状态“Error Passive”的总线用户与其它的总线用户。
在一个优选的实施方式中，在存在第一标记的情况下，与CAN标准ISO 11898-1不同，消息的数据字段可以包括多于8个的字节，其中为了确定数据字段的大小，至少部分地与CAN标准ISO 11898-1不同地解释数据长度代码的4位的数值。在一个特别优选的实施方式中，在存在第二标记的情况下，在消息之内的至少一个预先给定的或可预先给定的区域的位长取相对于在存在第二标记之前所使用的位长缩短的数值，其中该区域最早以第二标记开始并且最迟以CRC定界符结束，其中第二标记只在存在第一标记的情况下才出现并且在消息的与CAN标准ISO 11898-1不同包括多于6个的位的控制字段内实现。这相对于由现有技术已知的方法具有优点，即通过两级切换(一方面数据字段的大小和另一方面消息的各部分内的位长)可以分别利用单独的标记根据可能性也单独地充分利用这两项措施的优点。例如当由于总线拓扑的原因不能切换到较短的位长时，也可以继续发送具有较高的数据量的消息。当在具有缩短的位长的消息内出现错误的时候也可以首先切换到正常的位长，而无需牺牲扩大数据范围的优点。
特别有利的是，第一标记(EDL)通过隐性位在控制字段内实现，因为在那里在按照标准的CAN消息中始终被显性地发送的位可供使用。此外，如果如在一个有利的实施方式中规定的那样在所有数据消息中至少一个显性位跟在第一标记(EDL)的隐性位之后，则可以将隐性标记和随后的显性位之间的边沿用于同步目的。
此外，对于标记和同步目的来说有利的是，第二标记(BRS)同样通过控制字段中的一个隐性位实现，其中该隐性位在时间上在第一标记(EDL)的位之后被传输，尤其是这个位与第一标记的隐性位通过至少一个显性位来分开。
在存在第一标记的情况下能够以有利的方式将第一标记的隐性位与至少一个跟随的显性位之间的边沿用于总线用户的位定时的重新同步或硬同步，这尤其在随后切换位长时提高数据传输的可靠性和故障安全性。
此外有利的是，根据第一切换条件的数值将数据长度代码的4个位的可能的数值组合中的每一个分配给数据字段的允许的大小之一。由此创造一种透明的和灵活的使用大量不同的数据字段大小的可能性。
有利地在总线用户中对第一标记进行分析并且根据第一标记使接收过程与消息的控制字段的和/或数据字段的和/或随后的组成部分的、尤其是CRC字段的大小相适配。在存在第一标记的情况下在总线用户中也对第二标记进行分析并且根据第二标记的数值使接收过程与消息之内的位长的不同数值相适配。由此在传输错误的情况下使CAN总线出众的高的错误识别概率得以保持，因为所有的总线用户能够根据标记检验协议规定的遵守。
在有利的、因为最小化实施费用的方式中，通过使用至少两个不同的缩放因子来相对于最小的时间单元或振荡器节拍调节总线时间单元，在持续运行中实现一个消息之内的时间位长的至少两个不同的数值。
在存在可以与第一标记(EDL)一致的另一个标记的情况下，在一个有利的改进方案中消息的CRC字段具有与CAN标准ISO 11898-1不同的位数和/或使用至少一个与CAN标准ISO 11898-1不同的发生器多项式，使得即使在所传输的数据字段较大的情况下也实现期望的错误识别概率。另一个标记的数值也在总线用户中被确定并且根据另一个标记的数值和/或数据长度代码的内容使接收过程与CRC字段的大小相适配。
特别有利的是，在按照本发明的消息开始时并行地启动借助不同的发生器多项式的至少两个CRC校验和的计算并且只有当基于标记确定，应该应用哪一种CRC检验方法来传输消息的时候才决定，使用来自并行地启动的CRC计算之一的哪一个结果。
该方法有利地在机动车的正常运行中被用于在机动车的至少两个通过适当的数据总线相连接的控制设备之间传输数据。但是，该方法可同样有利地在制造或保养机动车期间被用于在为了编程目的而与适当的数据总线连接的编程单元和机动车的至少一个与数据总线相连接的控制设备之间传输数据。
另一个优点是，只需最小限度地改变标准CAN控制器，以便能够按照本发明工作。按照本发明的、也可以作为标准CAN控制器工作的通信控制器仅仅不显著地大于传统的标准CAN控制器。不必改变所属的应用程序，并且于是已经实现数据传输的速度方面的优点。
有利地可以采用CAN符合性测试(ISO 16845)的很大的部分。在有利的改进方案中可以将按照本发明的传输方法与TTCAN(ISO 11898-4)的补充组合。
附图说明
下面借助附图对本发明更详细地进行解释。
图1a示出按照CAN标准ISO 11898-1的数据消息的结构的两个替代方案，即CAN标准格式和CAN扩展格式。
图1b示出与此相对地按照本发明修改的具有改变的控制字段和数据字段和CRC字段的灵活大小的“CAN FD Long”消息的格式的两个实例。不仅示出了标准CAN消息的修改，而且也示出了扩展CAN消息的修改。
图2示出如何能够按照本发明与CAN标准ISO 11898-1不同地对数据长度代码的内容进行解释的不同的可能性。
图3示意性地示出总线系统的类型“CAN FD Long”的用户站上的接收过程的实施例。
图4示出按照本发明修改的类型“CAN FD Fast”的消息的两个另外的实例，其中相对于图1b在消息之内附加地确定了区域，在这些区域内按照本发明使用不同的位长。
图5示意性地示出在总线系统的类型“CAN FD Fast”的用户站上按照本发明的接收过程的实施例。
具体实施方式
在图1a中示出了如在CAN总线上被用于传输数据的消息的结构。示出了两种不同的格式“标准”和“扩展”。在适当的实施方式中按照本发明的方法可以应用于两种格式。
消息以“帧起始”(SOF)位开始，该位用信号通知消息的开始。紧接着是一段，该段首先用于识别消息并且总线系统的用户借助该段来决定，其是否接收该消息。该段用“仲裁字段(Arbitration Field)”表示并且包含标识符。随后是尤其包含数据长度代码的“控制字段(Control Field)”。数据长度代码包含有关消息的数据字段的大小的信息。在此之后紧接着是真正的数据字段“Data Field”，该数据字段包含要在总线系统的用户之间交换的数据。随后是“CRC字段(CRC Field)”，该字段具有包括15位的校验和及定界符，以及紧接着两个“确认”(ACK)位，这两个位用于用信号通知发送方消息的成功接收。消息通过“帧结束(End of Frame)”(EOF)序列而结束。
在按照标准的CAN传输方法中数据字段最大允许包含8个字节、即64位的数据。数据长度代码按照标准包括4个位，即可以取16个不同的数值。在现今的总线系统中从该值范围只将8个不同的数值用于1个字节直到8个字节的数据字段的不同大小。在标准CAN中不推荐0字节的数据字段，8个字节之上的大小是不允许的。在图2中在列CAN标准中示出了数据长度代码的数值与数据字段的大小的分配。
在图1b中以类似的图示将按照本发明要传输的、修改的分别从两个标准格式导出的消息进行了对比。它们与图1a中的按照标准的消息的区别在于，在控制字段内补充几个附加的位，这些位用EDL、BRS、ESI来表示并且以下还要对它们的目的进行解释。此外按照本发明的消息的区别在于数据字段和CRC字段的可变的大小。因此消息携带名称“CAN FDLong”。
在按照本发明修改的传输方法中数据字段也允许包含多于8个字节，即在所示的改进方案中直至K个字节。与在标准CAN中不同，充分利用数据长度代码可以采用的其它数值来标记较大的数据字段。例如可以使用数据长度代码的4个位来表示0到15个字节的数值。但是也可以采取其它的分配，例如，可以将数据长度代码的在现今的CAN消息中通常没有被使用的数值DLC＝0b0000用于数据字段的另一个可能的大小，例如用于大小16个字节。
这两种可能性在图2中以表格形式作为DLC 1和DLC 2被示出。数据字段的最大大小K在这些情况下具有数值15或16。另一种可能性是，对于数据长度代码的大于0b1000并且直到0b1111的数值，数据字段的所属的大小以一个较大的增量增长。这种情况的一个实例在表格中作为DLC 3被示出。数据字段的最大大小K在该变型中达到数值64个字节。另外的选择当然是可能的，例如每次4个字节的增量。
为了保证按照本发明的通信控制器能够确定，其必须以哪种方式来解释数据长度代码的内容，有利的是，其独立地识别，总线系统的通信是按照标准CAN还是按照本发明的方法进行。为此一种可能性在于，使用仲裁字段或控制字段之内的一个在标准CAN中总是利用固定的数值被传输的位进行标记，使得通信控制器能够从这个第一标记推导出第一切换条件，通信控制器根据该切换条件选择要应用的传输方法。
在标准寻址时的标记：
如在图1a中在上面部分中所示，在标准格式中，标准CAN数据消息的控制字段的第二位始终显性地被发送并且用r0表示。在图1b中在上面部分中所示的按照本发明的具有标准寻址(即，具有按照标准CAN格式的仲裁字段)的消息的实例中通过以下方式使用控制字段的该第二位来进行标记，即该第二位隐性地被发送。因此，在这样的消息内的控制字段的第二位的隐性数值表明，下面传输与标准不同的消息格式。具有标准仲裁字段的消息的控制字段的隐性地传输的第二位用EDL(扩展的数据长度)表示。在标准CAN中始终显性地传输的位r0在按照本发明的消息中通过隐性EDL位代替或在按照本发明的消息中向后移动位置到隐性位EDL与在切换位长时同样隐性的位BRS之间的位置上。此外还可以在控制字段中插入其它的位。例如在图1b中示出了被称作ESI的位，稍后还要对该位进行探讨。也可以在这个位置插入两个或更多个位，而不影响按照本发明的方法。
因此，总而言之，标准CAN消息的控制字段中的位序列{IDE，r0，DLC3，DLC2，DLC1，DLC0}在按照本发明的消息中被{IDE，EDL，N个其它的位，DLC3，DLC2，DLC1，DLC0}取代。
在图1b中所示的实例中适用N＝3，具有插入的位r0，BRS，ESI。但是N也可以取任意的大于零的其它数值。位BRS必要时出于稍后解释的原因应该在一个始终显性地传输的位之后、例如与位r0组合并且直接在位r0之后被插入。
在扩展寻址时的标记：
如在图1a中在下面部分中所示，在扩展格式中标准CAN数据消息的控制字段的前两位始终显性地被发送并且用r1和r0表示。在图1b中在下面部分中所示的按照本发明的具有扩展寻址(即，具有按照扩展的CAN格式的仲裁字段)的消息的实例中通过以下方式使用控制字段的第一位r1进行标记，即第一位隐性地被发送。在这种情况下在这样的消息内的控制字段的第一位的隐性数值表明，下面传输与标准不同的消息格式。控制字段的该隐性地传输的位在此也用EDL(扩展的数据长度)表示。这个位代替具有扩展格式的标准CAN消息的保留的显性位r1。替代地，显性位r1也可以得到保持并且向后移动一个位置，使得EDL位作为附加的位被插入在RTR与r1之间。同样可以将EDL位(隐性地)作为附加的位插入在r1(显性)与r0(显性)之间。在这种情况下随后也可以在控制字段中还插入其它的位。例如在图1b中又示出了被称作ESI的位，对该位还要进行探讨。也可以插入两个或更多个位，而不影响按照本发明的方法。因此，总而言之，扩展标准CAN消息的控制字段中的位序列{r1，r0，DLC3，DLC2，DLC1，DLC0}在按照本发明的消息中被{EDL，N个其它的位，DLC3，DLC2，DLC1，DLC0}或{r1，EDL，M个其它的位，DLC3，DLC2，DLC1，DLC0}取代。
在图1b中所示的实例示出最先被提到的具有N＝3、即具有插入的位r0，BRS，ESI的变型方案。但是N或M也可以取任意的大于零的其它数值。在这里位BRS也应该在必要时出于稍后解释的原因在一个始终显性地传输的位之后、例如与位r0组合并且直接在位r0之后被插入。
替代地，也可以将该方法应用于适当的通信控制器中，这些通信控制器也不是被设计用于按照标准的CAN通信。在这种情况下也可以例如根据消息的适当的标记取消确定所提到的第一切换条件。通信控制器在这种情况下更确切地说只按照所述的方法之一工作并且与此相应地只能用于如下总线系统中，在这些总线系统中只使用这样的按照本发明的通信控制器。
如果如在本发明中所规定的那样将消息的数据字段扩大，则可能有意义的是，为了获得足够的故障安全性，也对所使用的用于循环冗余校验(CRC)的方法进行适配。尤其可以有利的是，使用另一种例如具有更高阶数的CRC多项式并且相应地在按照本发明修改的消息中设置不同大小的CRC字段。这在图1b中通过下述方式被示出，即在所示的实例中按照本发明的消息的CRC字段具有L位的长度，其中L与标准CAN不同可以是不相同的，尤其是大于15。
通过表示另一种切换条件的另一个标记用信号通知总线用户修改的方法用于计算CRC校验和。在一个优选的实施方式中该另一个标记可以与第一标记和/或切换条件一致。
在标准CAN控制器中待发送的CAN消息的CRC代码借助反馈的移位寄存器生成，其中顺序地将消息的串行发送的位馈入到该移位寄存器的输入端中。移位寄存器的宽度对应于CRC多项式的阶数。CRC编码通过在移位操作期间寄存器内容与CRC多项式的逻辑运算进行。当接收CAN消息时，消息的串行接收的位相应地被移入CRC移位寄存器中。如果在CRC字段的末端移位寄存器的所有位都处于零，则CRC测试是成功的。在发送情况下的CRC代码生成以及在接收情况下的CRC测试这两者都是以硬件进行，而不需要软件的介入。因此对CRC编码的修改对应用软件不产生影响。
在一个特别优选的实施方式中通信控制器被设计，使得该通信控制器具有与标准CAN的兼容性，即在标准CAN总线系统中按照标准工作，而该通信控制器在按照本发明修改的总线系统中一方面允许消息内的较大的数据字段，另一方面也执行CRC代码的适配的计算和检验。
因为在消息的接收开始时还没有确定，是接收符合标准的CAN消息还是接收按照本发明修改的消息，所以在按照本发明的通信控制器中实现两个并行地工作的CRC移位寄存器。在接收CRC定界符之后，如果在接收器中对CRC代码进行分析，则基于按照本发明的另一个标记确定，应用了哪一种传输方法，并且然后对分配给该传输方法的移位寄存器进行分析。如之前已经描述的，所述另一个标记可以与涉及数据字段的大小和数据长度代码的解释的第一标记一致。
虽然在消息的发送开始时对于发送方已经确定应按照哪一种传输方法进行发送。但是由于可能发生，关于总线访问的仲裁丧失并且开始的消息未被发送，而是替代于此另一个消息被接收，因此在这里也并行控制两个CRC移位寄存器。
两个并行地工作的CRC移位寄存器的所述的实现也能够实现进一步的改善：标准CAN协议的CRC多项式(x15+x14+x10+x8+x7+x4+x3+1)是针对少于127位的消息长度而设计的。如果按照本发明传输的消息也使用较长的数据字段，则有意义的是，为了保持传输安全性，使用另一种尤其是较长的CRC多项式。按照本发明传送的消息与此相应地获得改变的、尤其是较长的CRC字段。在持续运行中通信控制器动态地在两个CRC移位寄存器、即按照标准CAN的和按照本发明的移位寄存器之间转换，以便使用分别适当的多项式。
当然也可以使用多于两个的移位寄存器并且与此相应地根据数据字段的长度或期望的传输安全性分级地使用多于两个的CRC多项式。在这种情下，只要与标准CAN的兼容性应得以保持，就适配相应的标记和与该标记相联系的切换条件。例如控制字段的第二位可以表示第一标记，所述第一标记表示到例如按照图2中的DLC1的较长的数据字段和所属的第二CRC多项式的切换。对于包含较长的数据字段并且通过第一标记来表示的消息，可以例如在控制字段中插入一个附加的位，所述位表示到另一组数据字段大小、例如图2中的DLC3和第三CRC多项式的切换。可以向具有第一标记的消息的控制字段中插入附加的位，因为在这里反正在通信控制器中应用改变的发送和接收过程，并且因此能够对这样的变化给予考虑。与标准CAN的兼容性通过如下方式来给定，即在不存在第一标记的情况下，即在所示的实例中在控制字段的第二位显性的情况下，消息的结构精确地遵循ISO标准11898-1的规定。
图3以简化的图示显示在总线系统的用户站上运行的按照本发明的接收过程的一部分。在这里示出了如下情况，在该情况下通过根据第一切换条件对通信控制器的特性进行适配而实现与标准CAN的兼容性。尽管在图3中选择了对于描述利用软件的程序运行来说常用的图示，但是该方法完全适合于以硬件实现。
只要在总线上不存在通信量，用户站就首先位于扫描总线的状态。因此询问302等待总线上的一个显性位。这个位表示新消息的开始(帧起始)。
一旦确定了新消息的开始，就在方框304中开始计算至少两个要并行计算的校验和。第一校验和对应于标准CAN的CRC计算，而第二校验和按照新的方法来计算。
然后从步骤306起接收消息的其它的、跟随在SOF位后面的、以仲裁字段开始的位。如果多个总线用户想发送消息，在这里按照由标准CAN常用的方法在总线用户中协商，哪一个总线用户获得对总线的访问。所示的方框306表示在接收了第一标记或确定第一切换条件之前所有位的接收。在所示的实例中第一切换条件从控制字段、例如从该控制字段的第二位确定(参看图1)。然后还可以在方框308中接收消息的其它的位，直到从消息的某一位起根据所确定的第一切换条件不同地进行处理。如下面示例性地所示出的，通过相应的询问或分支310来保证这种到不同的处理方式的分解。
如果在分支310中、例如在接收控制字段的作为显性位r0的第二位之后存在如下信息，即按照第一标记通信根据标准CAN进行(图3的用“1”表示的路径)，则在步骤312中读入控制字段的其它位。从这些位按照标准CAN对数据长度代码进行分析并且随后在步骤316中接收所属的、最大8个字节的、对应于数据字段的数据量。然后在步骤320中接收包括15位的CRC字段。如果在分支324中存在如下信息，即由发送方传送的CRC校验和与由接收方自己确定的CRC校验和相一致，则在方框328中发送一个显性的确认位。需要注意的是，在这种情况下将按照标准的CRC校验和进行比较，因为通信按照标准CAN进行。如果确定不一致，则(方框330)隐性地发送确认位。随后在步骤332或334中跟随的是ACK定界符和EOF位。以此结束消息的接收过程。
与之相反，如果在分支310中、例如在接收控制字段的作为隐性位EDL的第二位之后存在如下信息，即应该应用按照本发明修改的通信方法(图3的用“2”表示的路径)，则在方框314中读入控制字段的其它位。例如在这里也可以读入附加的、在控制字段中补充的位，这些位例如可以用于切换到另一个不同的CRC多项式，或也可以用于切换位长，用于同步或用于其它目的。对这一方面还要更详细地进行探讨。按照新的解释从该结果中确定数据长度代码，对于新的解释在图2中以表格的方式列举了一些实例。在方框318中相应的数据量、即对于图2中的表格中的实例DLC1最多15个字节、对于实例DLC2最多16个字节、对于实例DLC3最多64个字节的数据被接收。在方框332中接收按照本发明不同的、尤其是较长的CRC字段。如果在分支324中存在如下信息，即由发送方传送的CRC校验和与由接收方自己确定的CRC校验和相一致，其中在这种情况下比较基于按照本发明不同的CRC校验和，则在方框328中发送一个显性的确认位。否则(方框330)隐性地发送确认位。随后在步骤332或334中跟随的是ACK定界符和EOF位。以此结束消息的接收过程。
在图3中示出了如下情况，在该情况中确定要使用的CRC的另一个标记与涉及数据字段的大小与数据长度代码的解释的第一标记相一致。因此在接收320或322CRC校验和之前不再次询问，哪一个CRC按照另一个标记应被接收并且针对分支324应进行分析。通过简单地修改图3中的流程图，必要时可以将该附加的询问纳入流程之中。
图4示出按照本发明修改的消息的另外两个实例，其中相对于图1b在消息之内附加地确定有区域，在这些区域中按照本发明使用不同的位长并且因而更快地通过总线传输各个位。因此消息携带名称“CAN FD Fast”。对于消息的两个可能的寻址变型，即标准格式和扩展格式，在图4中画出了区域，在这些区域中在以快速CAN仲裁(Fast-CAN-Arbitration)和快速CAN数据(Fast-CAN-Data)表示的两种状态之间进行切换。这两种状态之间的切换导致，对于消息的相应的部分，位长被缩短并且因而更快地通过总线传输各个位。消息的传输时间由此相对于按照标准的方法能够被缩短。时间位长的所属的变换可以例如通过使用至少两个不同的缩放因子来相对于最小的时间单元或振荡器节拍调节总线时间单元而在持续运行中实现。在图4中同样示例性地示出了位长的切换以及缩放因子的相应的改变。
状态快速CAN仲裁与快速CAN数据之间的过渡在具有第一标记EDL的消息内根据第二标记进行，该第二标记用信号通知数据传输的用户，应用缩短的位长。在这里所示的实施例中该标记的位置是控制字段内的附加的位，该位用BRS(位速率转换(Bit Rate Switch))来表示。在所示的实例中该位作为控制字段的第4个位被传输。
在所示的第二标记BRS跟在第一标记之后的情况下，以按照本发明的传输方法传输消息，这些消息的位长明显缩短，这些消息的数据字段大小可扩大到8个字节以上的数值，并且这些消息的CRC与较大的数据字段适配。因此实现在同时改善传输安全性的情况下通过总线系统的传输容量的显著提高。
在所示的实例中直接在发送所属的标记之后开始更快速的传输并且直接在达到为反向切换(Rückumschaltung)确定的位之后结束或当识别出错误帧的起始的原因时结束。
图5示出相对于图3修改的接收过程，在该接收过程中附加地根据第二标记BRS在状态快速CAN仲裁和快速CAN数据之间进行切换。如果在分支310中、例如在接收控制字段的作为隐性位EDL的第二位之后存在如下信息，即应该应用按照本发明修改的通信方法，则在方框408中读入控制字段的紧接着的位。如果在分支410中例如隐性地接收具有所设置的值的用于第二标记的位、例如按照本发明扩展的控制字段的第4位BRS，则例如在该位的采样点上采用状态快速CAN数据，即切换到缩短的位长(路径“C”)。如果涉及的位具有相反的数值，即在该实例中是显性的，则不缩短位长(路径“B”)。在方框412或414中接收控制字段的包括数据长度代码在内的剩余的位，并且按照数据长度代码中的大小信息接收数据字段。在方框412中以标准位长进行接收，在方框414中以缩短的位长进行接收。在方框416或418中读入按照本发明不同的、尤其是较长的CRC字段。在CRC字段的最后一位、即CRC定界符时在方框418中重新切换到具有通常的位速率的状态快速CAN仲裁中。与图3类似地然后在分支324中检验，由发送方传送的CRC校验和与由接收方自己确定的CRC校验和是否一致并且据此继续进行处理，如在图3中已经示出的。
如可以例如在图1b和图4中看出的，在按照本发明的消息中跟在第一标记EDL的隐性位之后的始终显性的位r0(或在扩展寻址中可能r1)导致在所有的按照本发明的数据消息中的隐性-显性边沿。该边沿可以被用于改善总线用户之间的同步，这尤其在所设置的到较短的位长的切换情况下是有利的。
如果网络中的所有总线用户都与发送用户同步，则可以毫无问题地切换到较短的位长。但是也可能发生，在被设置用于切换的位处不是所有的总线用户都与发送用户同步，例如当第一发送用户在仲裁字段的末端发送位序列“显性-显性”并且在仲裁的范围内还想获得对总线的访问的第二发送用户发送位序列“显性-隐性”的时候。第二发送用户在隐性位丧失仲裁并且变为接收方。在该隐性位之前这两个发送方发送了相同位序列。因为两个发送器基于通过CAN总线的传播时间和收发器比分别由另外的发送方发送的边沿更早地看见分别由自己发送的隐性到显性的边沿，因此它们不相互同步。如果现在在新变成接收方的总线用户与剩余的发送方同步之前切换位长，则在切换之后在较短的位长的范围内进行同步。通过同步导致的相移于是相对于位长较大。根据两个总线用户之间的信号传播时间，相移可能变大，使得出现同步故障(Fehl-Synchronisation)并且位错误地被采样。于是接收方不将接收的消息承认为有效的并毁坏错误帧。
在标准CAN通信中不出现这种问题，因为在那里CAN位定时的传播段均衡总线用户之间的由信号传播时间导致的相移。但是，为了缩短位长，在较短位长的配置中可以将传播段最小化或完全删去。
为了避免在切换位长之后的同步故障，必须在切换位长之前通过适当的措施保证同步。这可以通过在EDL(隐性)到r0或r1(显性)的边沿处执行同步来实现。尤其是可以代替否则在一个帧之内通常的重新同步而执行硬同步。这种硬同步例如也在帧起始位处被执行并且可靠地完全均衡可能的相移。在否则在一个帧之内通常的重新同步的情况下，如果相位误差大于所配置的重新同步转移距离(SJW)，则可能留下剩余误差。
作为所示方法的变型，可以将根据第二标记BRS的数值到缩短的位长的切换附加地与之前传输的r0位的显性值耦合，使得只有当显性地传输了r0时才切换到较短的位长。该方法的这种补充允许，将一个隐性位代替显性r0位跟在隐性EDL位之后的位序列用于未来的、其它的消息格式，诸如用于消息的部分区域内的与标准不同的位编码。
在按照本发明的消息的控制字段中插入附加的位的可能性可以此外被用于使识别处于“Error Passive(被动错误)”状态中的总线用户变得容易。当发送或接收错误计数为128或更高时，具有现有技术中的通信控制器的总线用户占据状态“Error Passive”。如果总线用户处于状态“Error Passive”中，则其不允许发送“Active Error Flags(主动错误标志)”(6个连续的显性位)。如果总线用户探测到一个错误，则其发送“Passive ErrorFlag(被动错误标志)”(6个连续的隐性位)。但是在CAN总线上不能区分“Passive ErrorFlag”与静止电平。因此其它的总线用户也许只能间接地识别，一个总线用户处于状态“Error Passive”中。
与此相对地，这里所建议的方法的优点在于，利用这种方法，能够明确地识别处于状态“Error Passive”中的总线用户与其它的总线用户。这至今通过接收“Passive ErrorFlags”是不可能实现的。在现有技术中的总线用户中只有在本地连接在CAN控制器上的微处理器才能识别状态“Error Passive”并且例如通过相应的状态消息通知其它的总线用户。通过这种新方法，对于微处理器来说没有必要发送状态消息。此外在这种情况下有关“Error Passive”状态的信息在发送时刻是最新的，而在发送状态消息的情况下在通过微处理器创建状态消息和发送时刻之间状态可能已改变。
在这里所述的方法中有关通信控制器的状态“Error Passive”的信息被集成到反正由总线用户发送的信息中。为此将消息的控制字段扩展另一个位(ESI)。如在图1b中所示，在第一标记(EDL)之后并且在DLC之前插入该位，例如直接在BRS位之前或之后。处于状态“Error Passive”中的总线用户例如显性地发送该位，而否则隐性地发送该位。相反的逻辑同样是可能的。
所介绍的传输方法在机动车的正常运行中适合于在机动车的至少两个通过适当的数据总线相连接的控制设备之间传输数据。但是，该方法可同样有利地在制造或保养机动车期间被用于在为了编程目的而与适当的数据总线连接的编程单元和机动车的至少一个与数据总线相连接的控制设备之间传输数据。
总而言之，该方法是一种传输方法，其特色在于，只需最小限度地改变标准CAN控制器，以便能够按照本发明工作。按照本发明的、也可以作为标准CAN控制器工作的通信控制器仅仅不显著地大于传统的标准CAN控制器。不必改变所属的应用程序，并且于是已经实现数据传输的速度方面的优点。通过使用数据字段和所属的DLC及CRC的扩展的大小可以进一步提高数据传输的速度，应用软件的适配是最小的。可以采用CAN符合性测试(ISO16845)的广泛的部分。也可以将按照本发明的传输方法与TTCAN(ISO 11898-4)的补充组合。
Claims (23)
1.用于在具有至少两个总线用户的总线系统内进行串行数据传输的方法，所述总线用户通过总线交换消息，其中所发送的消息具有按照CAN标准ISO11898-1的逻辑结构，
其中所述逻辑结构包括帧起始位、仲裁字段、控制字段、数据字段、CRC字段、确认字段和帧结束序列，
其中所述控制字段包括数据长度代码，该数据长度代码包含关于数据字段的长度的信息，
其特征在于，在存在第一标记(EDL)的情况下与CAN标准ISO 11898-1不同，消息的控制字段包括多于6个的位，
其中在存在所述第一标记(EDL)的情况下将消息的控制字段扩展至少一个另外的位(ESI)，
其中通过所述另外的位(ESI)或所述另外的位之一将关于总线用户的状态“被动错误”的信息集成到发送的信息中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在存在第一标记(EDL)的情况下与CAN标准ISO 11898-1不同，消息的数据字段可以包括多于8个的字节，其中为了确定数据字段的大小，至少部分地与CAN标准ISO 11898-1不同地解释数据长度代码的4位的数值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在存在第二标记(BRS)的情况下，在消息之内的至少一个预先给定的区域的位长取相对于在存在第二标记之前所使用的位长缩短的数值，其中该区域最早以第二标记开始并且最迟以CRC定界符结束，其中第二标记(BRS)只在存在第一标记(EDL)的情况下才出现并且在消息的与CAN标准ISO 11898-1不同包括多于6个的位的控制字段内实现。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第一标记(EDL)通过一个隐性位在控制字段内实现。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在第一标记(EDL)之后并且在数据长度代码之前插入所述另外的位(ESI)。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在存在第一标记的情况下在所有数据消息中至少一个显性位跟在第一标记(EDL)的隐性位之后。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，第二标记(BRS)通过一个隐性位在控制字段中实现，该隐性位在时间上在第一标记(EDL)的位之后被传输。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在存在第二标记的情况下第二标记(BRS)的隐性位与第一标记(EDL)的隐性位通过至少一个显性位分开。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在存在第一标记的情况下第一标记(EDL)的隐性位与至少一个跟随的显性位之间的边沿被用于总线用户的位定时的重新同步或硬同步。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在存在第一标记的情况下第一标记(EDL)的隐性位与至少一个跟随的显性位之间的边沿被用于总线用户的位定时的重新同步或硬同步。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在存在第一标记的情况下第一标记(EDL)的隐性位与至少一个跟随的显性位之间的边沿被用于总线用户的位定时的重新同步或硬同步。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在总线用户中对第一标记(EDL)进行分析并且根据第一标记使接收过程与控制字段的和/或数据字段的和/或随后的消息组成部分的大小相适配。
13.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在存在第一标记的情况下在总线用户中对第二标记(BRS)进行分析并且根据第二标记的数值使接收过程与消息之内的位长的不同的数值相适配。
14.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过使用至少两个不同的缩放因子来相对于最小的时间单元或振荡器节拍在持续运行中调节总线时间单元而实现一个消息之内的时间位长的至少两个不同的数值。
15.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在存在另一个标记的情况下，消息的CRC字段具有与CAN标准ISO 11898-1不同的位数和/或使用至少一个与CAN标准ISO 11898-1不同的发生器多项式，其中另一个标记可以与第一标记(EDL)一致。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在总线用户中确定另一个标记的数值并且根据另一个标记的数值和/或数据长度代码的内容使接收过程与CRC字段的大小相适配。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在消息开始时并行地启动借助不同的发生器多项式的至少两个CRC校验和的计算并且根据另一个标记的数值决定，使用来自并行地启动的CRC计算之一的哪一个结果。
18.用于在具有至少两个总线用户的总线系统内进行串行数据传输的装置，所述总线用户通过总线交换消息，其中所发送的消息具有按照CAN标准ISO11898-1的逻辑结构，
其中所述逻辑结构包括帧起始位、仲裁字段、控制字段、数据字段、CRC字段、确认字段和帧结束序列，
其中所述控制字段包括数据长度代码，该数据长度代码包含关于数据字段的长度的信息，
其特征在于，在存在第一标记(EDL)的情况下与CAN标准ISO 11898-1不同，消息的控制字段包括多于6个的位，
其中在存在第一标记(EDL)的情况下将消息的控制字段扩展至少一个另外的位(ESI)，
其中通过所述另外的位(ESI)或所述另外的位之一将关于总线用户的状态“被动错误”的信息集成到发送的信息中。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，在存在第一标记(EDL)的情况下与CAN标准ISO 11898-1不同，消息的数据字段可以包括多于8个的字节，其中为了确定数据字段的大小，至少部分地与CAN标准ISO 11898-1不同地解释数据长度代码的4位的数值。
20.根据权利要求18或19所述的装置，其特征在于，在存在第二标记(BRS)的情况下，在消息之内的至少一个预先给定的区域的位长取相对于在存在第二标记之前所使用的位长缩短的数值，其中该区域最早以第二标记开始并且最迟以CRC定界符结束，其中第二标记(BRS)只在存在第一标记(EDL)的情况下才出现并且在消息的与CAN标准ISO 11898-1不同包括多于6个的位的控制字段内实现。
21.根据权利要求18或19所述的装置，其特征在于，该装置通过适当的部件被设立用于执行根据权利要求4-17的用于数据传输的方法中的至少一个。
22.根据权利要求1-17之一所述的方法在机动车的正常运行中的应用，用于在机动车的至少两个通过适当的数据总线相连接的控制设备之间传输数据。
23.根据权利要求1-17之一所述的方法在制造或保养机动车期间的应用，用于在为了编程目的而与适当的数据总线连接的编程单元和机动车的至少一个与数据总线相连接的控制设备之间传输数据。
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