CN104364764B - 用于总线系统的用户站和用于在总线系统的用户站之间传输消息的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于总线系统（1）的用户站（20）和一种用于在总线系统（1）的用户站（10、20）之间传输消息（40）的方法被描述。该用户站（20）具有用于直接从RAM（22）读取消息（40）的要发送的数据而无需在中间存储器（14）中进行中间存储的CAN控制器（23）和用于检测所述CAN控制器（23）的存储器存取错误（S2、S5、S8、S21）并且用于处理所检测的存储器存取错误（S3、S4、S6、S7、S9、S10、S31、S41、S42、S43、S72、S73、S102、S103）的存储器存取错误检测/处理装置（25）。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于总线系统的用户站和一种用于在总线系统的用户站之间传输消息的方法，其中特别是存储器存取错误可以被解决。
背景技术
已知一种总线系统，在该总线系统中消息如在ISO11898中的CAN规范中所描述的那样借助CAN协议来传输。
DE 100 00 305 A1描述CAN（Controller Area Network＝控制装置网络）以及被称为TTCAN（Time Triggered CAN＝时间触发CAN）的CAN的扩展。
CAN和TTCAN以基于消息的协议工作并且例如被用在车辆中。基于CAN或TTCAN的总线系统能够实现所有与该总线系统连接的用户站、诸如微控制器，用以相互通信。
在当前的CAN协议（ISO 11898-1）中，数据字段的大小被限制为8字节。因此CAN的用户站的消息存储器（邮箱（Mailboxen））也被限制为8数据字节（Data-Byte），所述消息存储器也可以被称为硬件CAN模块。例如在2011.05.02在因特网网页http://www.semiconductors.bosch.de/公开的文档“CAN with Flexible Data-Rate，WhitePaper，Version 1.0”提出一种相对于ISO 11898-1修改的数据传输协议，该数据传输协议此外能够实现数据字段的扩大以及能够为CAN消息的部分根据发生的仲裁实现位长度的缩短。
消息存储器可以被实现为RAM（Random Access Memory＝具有自由选择存取的存储器）或寄存器单元。在此情况下可以将消息存储器在外部的RAM中实现。在该情况下，在用户站中设置有中间存储器，其中在该CAN消息通过CAN总线被发送之前，整个CAN消息被存放在所述中间存储器中。要存储在中间存储器中的CAN消息以字的方式从RAM被装载。当中间存储器完全被装载时，消息的传输才开始。中间存储器防止用户站的CAN协议控制器在持续的传输时到达以下的点，即在该点处CAN协议控制器没有有效的数据字节可供使用，因为例如RAM报告数据错误（奇偶校验错误）或因为RAM的读出由于存取冲突而延迟。
然而有问题的是，在CAN协议中存储器存取错误的可能性不被考虑。持续的传输的中止会是CAN协议的损害，数据的无效性的其它信令没有被设置。
作为该问题的解决方案，目前例如内部（Binnen）CRC校验和或其它校验数据一起在数据字段中被发送，以便使CAN系统之内的数量路径安全。然而，这降低有效数据速率并且对应用软件加负荷。
发明内容
因此本发明的任务是提供一种用于总线系统的用户站以及一种用于在总线系统的用户站之间传输消息的方法，其可以考虑CAN总线系统中的存储器存取错误并且特别是可以以有效数据速率的少的减小和应用软件的小的负荷来解决。
该任务通过具有权利要求1的特征的用于总线系统的用户站来解决。用户站包括用于直接从RAM读取消息的要发送的数据而无需在中间存储器中进行中间存储的CAN控制器和用于检测CAN控制器的存储器存取错误并且用于处理所检测的存储器存取错误的存储器存取错误检测/处理装置。
利用所描述的用户站，可以利用（标准）CAN协议控制器或CAN-FD协议控制器符合协议规则地对存储器存取错误作出反应，其中CAN或CAN-FD协议被变换。利用所描述的用户站避免包含无效数据的消息的接收器错误地将无效的数据认为是有效的。
此外可以节省中间存储器，因为消息在持续的传输期间直接从RAM被读取而不使用中间存储器。因为中间存储器迄今在CAN-FD控制器中代替8数据字节必须维持直至64数据字节，所以可以通过中间存储器的节省显著地减小完全扩建的CAN-FD控制器的面积需求。该面积需求否则将显著地大于标准CAN控制器的面积需求。
用户站的有利的其它构型在从属权利要求中被说明。
用于处理所检测的存储器存取错误的存储器存取错误检测/处理装置优选地通过以下方式被构成，即该存储器存取错误检测/处理装置设置错误代码。如果存储器存取错误检测/处理装置已经设置了错误代码，那么CAN控制器在此情况下此外可以实施预先确定的措施。
可能的是，存储器存取错误是RAM中的奇偶校验错误或ECC错误或时间错误或数据一致性错误。在此情况下，时间错误可以是以下的错误，即在该错误的情况下在由CAN控制器所读取的RAM存储字的第一位应该在总线系统的CAN总线上被发送之前，该存储字没有及时被提供，并且数据一致性错误可以是以下错误，即在该错误的情况下在消息的发送在进行中期间，消息的内容被软件改变。
有利的是，预先确定的措施是CAN控制器转换为总线监视模式并且为此该CAN控制器被构成用以转换为总线监视模式。因此可以消除错误并且总线系统中的有效数据速率不受影响。
可替代地，预先确定的措施可以是CAN控制器在发送消息时通过错误片段或还另外地可替代地通过过载片段中断该消息并且为此该CAN控制器被构成用于利用错误片段或还有进一步可替代地利用过载片段中断该消息的数据片段。
根据另一种替代方案，预先确定的措施可以是CAN控制器在发送消息时发送无效的校验和并且但是为此为了不改变地发送消息的数据片段而被构成用于发送该消息中的无效的校验和。
所描述的用户站可以是用于在用户站之间传输消息的总线系统的部分，其中至少一个所描述的用户站存在。在此情况下，用于传输数据的总线系统可以借助CAN协议或CAN-FD协议来构成。
该任务此外通过用于在具有权利要求1的特征的总线系统的用户站之间传输消息的方法来解决。该方法具有以下步骤：借助CAN控制器直接从RAM读取消息的要发送的数据而无需在中间存储器中进行中间存储，利用存储器存取错误检测/处理装置检测CAN控制器的存储器存取错误，以及利用该存储器存取错误检测/处理装置处理所检测的存储器存取错误。
本发明的其它可能的实施也包括之前或下文中关于实施例所描述的特征或实施方式的未详尽提及的组合。在此专业人员也将添加单方面作为对本发明的相应基本形式的改进或补充。
附图说明
随后参考附图并且借助实施例进一步描述本发明。其中：
图1示出根据第一实施例的总线系统的简化的框图；
图2示出用于阐明在根据第一实施例的总线系统中所发送的消息的结构的简化的框图；
图3示出根据第一实施例的方法的流程图；
图4示出根据第一实施例的修改的方法的流程图；
图5示出根据第二实施例的方法的流程图；
图6示出用于阐明在根据第二实施例的总线系统中在错误情况下所发送的消息的结构的简化的框图；
图7示出用于阐明在根据第二实施例的修改的总线系统中在错误情况下所发送的消息的结构的简化的框图；
图8示出根据第三实施例的方法的流程图；
图9示出用于阐明在根据第三实施例的总线系统中在错误情况下所发送的消息的结构的简化的框图；
在图中只要没有另外说明，相同或功能相同的元件配备有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出总线系统1，该总线系统例如可以是CAN总线系统，该CAN总线系统可以在车辆等中或在医院等中被使用。总线系统1具有第一用户站10、两个第二用户站20和总线30，第一和第二用户站10、20被连接到该总线上并且通过该总线第一和第二用户站10、20可以分别发送和接收消息40。
在图1中，第一用户站10分别具有拥有RAM 12（RAM＝Random Access Memory，随机存取存储器＝具有自由选择存取的存储器）的微控制器11、随后被称为CAN控制器13并且具有中间存储器14的CAN控制装置13和随后被称为CAN收发机16的CAN发送/接收装置16。微控制器11通过连接17与CAN控制器13连接。CAN控制器13通过连接18与CAN收发机16连接。通过连接17、18，数据可以在微控制器11、CAN控制器13和CAN收发机16之间被交换。所述数据可以是要通过总线系统1或总线30传输的消息40和/或配置、控制和状态信息。
此外，在图1中第二用户站20具有拥有RAM 22（RAM＝Random Access Memory，随机存取存储器＝具有自由选择存取的存储器）的微控制器21、随后被称为CAN控制器23并且包括存储器存取错误检测/处理装置25的CAN控制装置23和随后被称为CAN收发机26的CAN发送/接收装置26。微控制器21通过连接27与CAN控制器23连接。CAN控制器23通过连接28与CAN收发机26连接。通过连接27、28，数据可以在微控制器21、CAN控制器23和CAN收发机26之间被交换。如在第一用户站10情况下那样，所述数据可以是要通过总线系统1或总线30传输的消息40和/或配置、控制和状态信息。
如由图1可看出的，仅仅第一用户站10具有中间存储器14。此外，仅仅第二用户站20具有存储器存取错误检测/处理装置25。第一用户站10因此可以代表根据标准CAN协议来工作的用户站。与此相对地，第二用户站20可以代表根据如随后所描述的扩展的CAN协议来工作的用户站。在示出总线系统的图1中的图示有利于清楚性，该总线系统不仅包括至少一个根据标准CAN协议的用户站10，而且包括至少一个根据扩展CAN协议的用户站20。当然，本发明也可以应用在以下总线系统中，即该总线系统仅仅包括根据扩展CAN协议的用户站20或该总线系统不具有根据标准CAN协议的用户站10。
图2强烈简化地示出如通过总线30由用户站10、20之一在该实施例中所发送的消息40的结构。消息40具有根据CAN协议的结构和内容。消息40具有消息头41、数据片段42、校验和片段43和消息尾片段44。消息头41包括在根据CAN协议的消息40中被布置在数据片段42之前的所有数据，该数据片段在CAN协议中也被称为数据字段。数据片段42包括在总线30中由另外的用户站10、20对于其功能所需要的数据、诸如传感器数据、相应的用户站10、20的状态数据等等。校验和片段43包括消息40的CRC校验和，该CRC校验和在CAN协议情况下也被称为CRC检验和。消息尾片段44包括在根据CAN协议的消息40中被布置在校验和片段44之后的所有数据。
图3示出在用户站20的每个中由CAN控制器23、更确切地说该CAN控制器的存储器存取错误检测/处理装置25所执行的方法。在该方法开始之后，在步骤S1中要发送的消息40的数据、即数据片段42在从消息头41直至消息尾片段44的消息40的持续传输期间直接从RAM 22被读取，而无需在传输开始之前被收集在中间存储器中。在RAM存储字的第一位作为也可以被称为CAN帧的消息40的部分被发送之前，该存储字必须最迟一个CAN位时间已经成功地从RAM 22被读出。此后，流程转至步骤S2。
在步骤S2中由CAN控制器23、更确切地说该CAN控制器的存储器存取错误检测/处理装置25检验，在RAM 22中是否检测到数据错误、奇偶校验错误。如果在步骤S2中答案是是，那么流程转至步骤S3。
在步骤S3中，CAN控制器23、更确切地说该CAN控制器的存储器存取错误检测/处理装置25将为此设置的错误类型设置为与奇偶校验错误对应的错误类型。该错误类型也被称为误差类型（Error Typ）。此后，流程转至步骤S4。
在步骤S4中，CAN控制器23、更确切地说该CAN控制器的存储器存取错误检测/处理装置25确定，应该如何对奇偶校验错误作出反应和/或引入所设置的预先确定的措施。预先确定的措施在步骤S4中是：存储器存取错误检测/处理装置25引起CAN控制器23停止将支配位（dominante Bits）发送到CAN总线30上。换句话说，CAN控制器23转换为也被称为总线监视模式的总线观测运行方式。在总线观测运行方式中，CAN控制器23不能开始传输并且不能发送支配位，然而可以接收所有消息40。此后结束该方法。
CAN控制器23可以在通过例如微控制器上的软件进行错误处理之后又被切换回到主动运行方式中，在该运行方式中CAN控制器23也又可以开始传输并且发送支配位。
然而，如果在步骤S2中答案是否，那么流程转至步骤S5。
在步骤S5中，由CAN控制器23、更确切地说该CAN控制器的存储器存取错误检测/处理装置25检验，在由CAN控制器23所读取的RAM存储字的第一位被发送到CAN总线30上之前，该存储字是否及时被提供。如果例如CAN控制器23的例如多个模块想同时对RAM 22进行存取，那么不及时的提供可能出现。因此检验是否不存在时间错误。如果答案在步骤S5中是否，那么流程转至步骤S6。
在步骤S6中，CAN控制器23、更确切地说存储器存取错误检测/处理装置25将为此设置的错误类型设置为与时间错误对应的错误类型。此后，流程转至步骤S7。
在步骤S7中，CAN控制器23、更确切地说存储器存取错误检测/处理装置25确定，应该如何对时间错误作出反应和/或引入所设置的预先确定的措施。预先确定的措施在该步骤S7中与在步骤S4中的措施相同。也就是说，存储器存取错误检测/处理装置25引起CAN控制器23停止将支配位发送到CAN总线30上。换句话说，CAN控制器23转换为总线观测运行方式。此后结束该方法。
然而，如果答案在步骤S5中是是，那么流程转至步骤S8。
在步骤S8中，由CAN控制器23、更确切地说该CAN控制器的存储器存取错误检测/处理装置25检验，在传输在进行中期间，消息40的内容是否被用户站20的软件改变。这样的改变是有问题的，因为由此消息40的内部数据一致性被破坏并且在消息40的数据片段42中存在老的和新的数据字节之间的混合。因此检验，是否存在数据一致性错误。如果答案在步骤S8中是是，那么流程转至步骤S9。
在步骤S9中，CAN控制器23、更确切地说存储器存取错误检测/处理装置25将为此设置的错误类型设置为与数据一致性错误对应的错误类型。此后，流程转至步骤S10。
在步骤S10中，CAN控制器23、更确切地说存储器存取错误检测/处理装置25确定，应该如何对数据错误作出反应和/或引入所设置的预先确定的措施。预先确定的措施在该步骤S10中与在步骤S4和S7中的措施相同。也就是说，存储器存取错误检测/处理装置25引起CAN控制器23停止将支配位发送到CAN总线30上。换句话说，CAN控制器23转换为总线观测运行方式。此后结束该方法。
然而，如果答案在步骤S8中是否，那么流程转至S11。
在步骤S11中，CAN控制器23未改变地继续发送。此后，流程返回到步骤S1。
在替代的实施方式中自然可以任意地互换检验步骤S2、S5和S8的顺序，只要检验（例如S2）对错误类型确定（例如S3）和措施（例如S4）的分配保持不变。这同样适用于在下文中所描述的实施例。
因此在该实施例中CAN协议如下被改变。一方面定义新的误差类型，该误差类型例如被称为“数据误差”并且代表上面所描述的存储器存取错误。另一方面详细说明，应该如何对该“数据误差”作出反应。以该方式可能的是，CAN协议控制器23中止持续的传输。接收器、即其它的用户站20具有识别这一点或有错误的消息40的可能性，即使数据还没有例如通过内部CRC在数据字段中进一步被保护。
图4示出第一实施例的方法的修改，其中代替第一实施例的方法的步骤S2、S3和S4，实施经修改的步骤S21、S31、S41。
在是经修改的步骤S2的步骤S21中检验，是否检测到不能校正的ECC错误（ECC＝Error Correcting Code（误差校正码）＝用于错误校正的编码）。在该用于错误校正的编码情况下例如可以校正1位错误并且识别2位错误。如果答案在此是是，那么流程转至是经修改的步骤S3的步骤S31。
在步骤S31中，CAN控制器23、更确切地说存储器存取错误检测/处理装置25于是将为此设置的错误类型设置为与ECC错误对应的错误。此后，流程转至是经修改的步骤S4的步骤S41。
在步骤S41中，CAN控制器23、更确切地说存储器存取错误检测/处理装置25确定，应该如何对ECC错误作出反应和/或引入所设置的预先确定的措施。预先确定的措施在步骤S41中是与在步骤S4中相同的措施，即存储器存取错误检测/处理装置25引起CAN控制器23停止将支配位发送到CAN总线30上。换句话说，CAN控制器23转换为总线观测运行方式。此后结束该方法。
然而，如果答案在步骤S21中是否，那么流程转至步骤S5。对于第一实施例的该修改的方法的其它描述参考第一实施例的描述。
图5示出第二实施例的方法，其中代替第一实施例的方法的步骤S4、S7和S10，实施经修改的步骤S42、S72、S102。因此随后也借助图6仅仅描述与第一实施例的区别并且此外参考第一实施例的描述。
图6强烈简化地示出如通过总线30由用户站20之一根据第二实施例在错误情况下所发送的消息50的结构。在其它方面（Ansonsten）继续发送消息40。消息50具有消息头51和数据片段52。在此情况下，消息头51具有与结合图2所描述的消息头41相同的结构。附加地，然而在该实施例中错误片段55被插入到数据片段52中，该错误片段也被称为错误帧。图6示意性地图解错误帧在消息内的示例性位置。更确切地说，数据片段52在紧接着错误片段55之后不被继续，而是被中止。因此消息40的发送随后被重复。
错误片段55由CAN控制器23、更确切地说存储器存取错误检测/处理装置25作为预先确定的措施在图5中所示出的方法的步骤S42和/或步骤S72和/或步骤S102中插入到数据片段42中。在其它方面该实施例的S42、S72、S102与第一实施例的方法的步骤S4、S7和S10相同。
数据片段42因此被错误片段45中断或中止或失真。然而，在该情况下总线系统1中的有效数据速率可能被影响，因为传输的中止不消除错误、诸如差的系统设计。因此错误在继续的传输尝试中又将出现。出于该原因，如在第一实施例和其修改中所描述的那样优选转换到总线观测运行方式。
图7强烈简化地示出如通过总线30由用户站20之一根据第二实施例的修改在错误情况下所发送的消息50的结构。区别于第二实施例，代替错误片段55在此过载片段56被插入到数据片段52中，该过载片段也被称为过载帧。图7示意性地图解过载帧在消息内的的示例性位置。更确切地说，数据片段52在紧接着过载片段56之后不被继续，而是被中止。因此消息40的发送随后被重复。在所有其它方面，第二实施例的修改与第二实施例相同。
图8示出第三实施例的方法，其中代替第一实施例的方法的步骤S4、S7和S10，实施经修改的步骤S43、S73、S103。因此随后也借助图9仅仅描述与第一实施例的区别并且此外参考第一实施例的描述。
图9强烈简化地示出如通过总线30由用户站20之一根据第三实施例在错误情况下所发送的消息60的结构。在其它方面继续发送消息40。消息60具有消息头61、数据片段62、校验和片段66和消息尾片段64。在此情况下，消息头61、数据片段62和消息尾片段64具有与在第一实施例中的结合图2所描述的消息头41、数据片段42和消息尾片段44相同的结构。然而，在该实施例中失真的校验和被写入校验和片段66中。
失真的校验和在校验和片段66中的该写入由CAN控制器23、更确切地说存储器存取错误检测/处理装置25作为预先确定的措施在图9中所示出的方法的步骤S43和/或步骤S73和/或步骤S103中实施。在其它方面该实施例的S43、S73、S103与第一实施例的方法的步骤S4、S7和S10相同。
然而，在该情况下总线系统1中的有效数据速率也可能被影响，因为错误的校验和的写入不消除错误、诸如差的系统设计。因此错误在继续的传输尝试中又将出现。出于该原因，如在第一实施例和其修改中所描述的那样优选转换到总线观测运行方式。
用户站10、20和方法和总线系统1的所有之前所描述的构型可以单独地或以所有可能的组合被使用。附加地可设想特别是以下修改。
根据第一至第三实施例的之前所描述的总线系统1借助基于CAN协议的总线系统来描述。根据第一至第三实施例的总线系统1然而也可以是其它类型的通信网。有利的、然而并非强制的前提是，在总线系统1中至少对于确定的时间间隔保证用户站10对公共信道的排他的、无冲突的存取。
根据第一至第三实施例的总线系统1特别是CAN网络或TTCAN网络或CAN FD网络。
在第一至第三实施例的总线系统1中用户站10、20的数量和布置是任意的。特别是也可以在第一至第三实施例的总线系统1中仅仅存在用户站20。在该情况下，所有用户站20可以识别无效的消息40。
RAM 12和RAM 22也可以是外部的RAM并且不必被集成在相应的用户站10、20，更确切地说所述用户站的微控制器11、21中。在该情况下时间错误可能最有可能出现，该时间错误的存在在步骤S5中被检验。而如果RAM 12是微控制器11的部分并且RAM 22是微控制器21的部分，那么时间错误是不太可能的。
在第一实施例的步骤S4、S7、S10，第一实施例的修改的步骤S41、S71、S101，第二实施例的步骤S42、S72、S102和第三实施例的步骤S43、S73、S103中的预先确定的措施也可以在实施例中是不同的。所述措施可以由在实施例和其修改中所描述的措施任意地来组合。
Claims (8)
1.用于总线系统（1）的用户站（20），具有
用于直接从RAM（22）读取消息（40）的要发送的数据而无需在中间存储器（14）中进行中间存储的CAN控制器（23），和
用于检测所述CAN控制器（23）的存储器存取错误（S2、S5、S8、S21）并且用于处理所检测的存储器存取错误（S3、S4、S6、S7、S9、S10、S31、S41、S42、S43、S72、S73、S102、S103）的存储器存取错误检测/处理装置（25），其中所述存储器存取错误是RAM（22）中的奇偶校验错误或ECC错误或时间错误或数据一致性错误，其中所述时间错误是以下错误：即在这种错误的情况下在由所述CAN控制器（23）所读取的RAM存储字的第一位应该在总线系统（1）的CAN总线（30）上被发送之前，该存储字没有及时被提供，并且其中所述数据一致性错误是以下错误：即在这种错误的情况下在所述消息（40）的发送在进行中期间所述消息（40）的内容被软件改变。
2.根据权利要求1所述的用户站（20），其中所述存储器存取错误检测/处理装置（25）被构成用于处理所检测的存储器存取错误（S2、S5、S8、S21），其方式是，所述存储器存取错误检测/处理装置（25）设置错误代码（S3、S6、S9、S31），
其中如果所述存储器存取错误检测/处理装置（25）已经设置了错误代码，那么所述CAN控制器（23）此外实施预先确定的措施（S4、S7、S10、S41、S42、S43、S72、S73、S102、S103）。
3.根据权利要求2所述的用户站（20），其中所述预先确定的措施（S4、S7、S10、S41）是所述CAN控制器（23）转换为总线监视模式并且为此所述CAN控制器被构成用于转换为总线监视模式。
4.根据权利要求2所述的用户站（20），其中所述预先确定的措施（S42、S72、S102）是所述CAN控制器（23）在发送消息（50）时通过错误片段或还另外地可替代地通过过载片段中断所述消息并且为此所述CAN控制器被构成用于利用错误片段（55）或过载片段（56）中断所述消息（50）的数据片段。
5.根据权利要求2所述的用户站（20），其中所述预先确定的措施（S43、S73、S103）是所述CAN控制器在发送消息时发送无效的校验和并且但是为此为了不改变地发送消息（60）的数据片段（62）而被构成用于发送所述消息（60）中的无效的校验和（66）。
6.用于在用户站（10、20）之间传输消息（40、50、60）的总线系统（1），具有至少一个根据权利要求1至5之一所述的用户站（20）。
7.根据权利要求6所述的总线系统（1），其中所述总线系统（1）被构成用于借助CAN协议或CAN-FD协议传输数据（40）。
8.用于在总线系统（1）的用户站（10、20）之间传输消息（40）的方法，具有以下步骤：
借助CAN控制器（23）直接从RAM（22）读取（S1）消息（40）的要发送的数据而无需在中间存储器（14）中进行中间存储，
利用存储器存取错误检测/处理装置（25）检测（S2、S5、S8、S21）CAN控制器（23）的存储器存取错误，
利用所述存储器存取错误检测/处理装置处理（S3、S4、S6、S7、S9、S10、S31、S41、S42、S43、S72、S73、S102、S103）所检测的存储器存取错误，
其中所述存储器存取错误是RAM（22）中的奇偶校验错误或ECC错误或时间错误或数据一致性错误，其中所述时间错误是以下错误：即在这种错误的情况下在由所述CAN控制器（23）所读取的RAM存储字的第一位应该在总线系统（1）的CAN总线（30）上被发送之前，该存储字没有及时被提供，并且其中所述数据一致性错误是以下错误：即在这种错误的情况下在所述消息（40）的发送在进行中期间所述消息（40）的内容被软件改变。
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