CN105024898A - 用于控制控制器局域网络(can)通信量的can设备和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种设备和方法的实施例。在实施例中，公开了一种CAN设备。所述CAN设备包括：TXD输入接口；TXD输出接口；RXD输入接口；RXD输出接口；以及通信量控制系统，连接在TXD输入和输出接口之间以及连接在RXD输入和输出接口之间。所述通信量控制系统配置为：检测在RXD输入接口上是否存在CAN灵活数据速率(FD)通信量，并且如果所述通信量控制系统检测到在RXD输入接口上存在CAN？FD通信量，则将RXD输入接口与RXD输出接口断开，并且将TXD输入接口与TXD输出接口断开。

Description

用于控制控制器局域网络(CAN)通信量的CAN设备和方法

本申请是2013年10月2日提交的题为“Controller Area Network(CAN)transceiver and method for operating a CAN transceiver”的美国实用新型申请序列号No.14/044,432的部分接续申请，该申请通过全文引用被合并于此。

背景技术

控制器局域网络(CAN)总线是基于消息的通信总线协议，该协议通常用于汽车。CAN总线协议用于实现在多种电子控制单元(ECU)之间进行通信，例如引擎控制模块(ECM)、动力控制模块(PCM)、气囊、防抱死制动、巡航控制、电动助力转向系统(electric powersteering)、音频系统、窗、门、镜调整、针对混合/电力汽车的电池和充电系统等。CAN协议的数据链路层标准化为国际标准组织(ISO)11898-1。标准化的CAN数据链路层协议正在进行扩展以便提供更高的数据速率。扩展协议(称作灵活数据速率的CAN或“CAN FD”)以对现有的ISO 11898-1标准进行更新的形式，正向标准化发展。在于2012年4月17日发布的文档(“CAN with Flexible Data-Rate，Specification Version 1.0”)中描述了新兴的ISO11898-1标准的工作草案(WD)，将其称作ISO 11898-1 WD。

为了在诸如车辆的系统中实现CAN FD，网络内的所有节点应该是与CAN FD可兼容的。然而，具有多个ECU的复杂系统(诸如汽车)，难以自动地将所有ECU改变为CAN FD兼容的。已提出并实施了多种技术来支持过渡到CAN FD。

一种技术涉及CAN FD“被动的”部分联网收发机。被动的部分联网收发机将节点置于睡眠或待机模式，这样将来自旧的CAN引擎的CAN FD通信量“隐藏”在微控制器中。例如，可以将这种技术用于“闪烁(Flash-ing)”在网络(例如，汽车)中支持CAN FD的节点的子集，其中在该网络中同样存在“旧的”CAN节点，但是无法在正常通信期间同时使用CAN FD和旧的节点。这种技术便于实现并具有早期可用性。然而，该技术不支持在汽车的运行期间进行CAN FD通信，对于在专业服务期间或结束线编程期间进行软件闪烁，这是一种孤立的解决方案。

另一技术涉及使用适用于连接任何微控制器的CAN FD“主动”单独控制器。该技术涉及与CAN FD桥连接的接口(例如，SPI)，并且允许通过改变协议控制器来用CAN FD对许多ECU进行更新。尽管该技术允许CAN FD遍布汽车，然而它需要在每个ECU中进行硬件和软件更新。

另一技术涉及用新的CAN FD组块更新微控制器。具体地，旧的CAN引擎被修改为CAN FD“沉默”。对于该技术，CAN IP不需要发射或接收新的CAN帧格式，而是“忽略”新的CAN帧格式却不会强制总线错误。这种技术需要更新所有微处理器，但是只对集成CAN IP具有极小影响。尽管所有微处理器必须经历硬件和软件更新，该网络仍然无法实现宽网络的CAN FD。

另一技术涉及研发备选标准。例如，提出了一种备选标准(被称作“CAN FD Compatible”或“CAN FDC”)，涉及使用在总线上两个不同总线电平(bus level)方案，针对标准CAN通信量的传统总线电平方案以及针对新型快速总线通信量的逆电平方案。通过第二CAN收发机使用相反极性来简单地应用逆电平方案，而这对于正常连接的CAN收发机是不可视的。根据这个备选标准，可能后台存在被隐藏的快速通信量，而正常CAN节点根据已知的CAN规则只看到虚设帧(dummy frame)。第二收发机与以较高速度运行的新型CAN引擎相连。尽管该技术是向后兼容的，但是由于旧的CAN节点无法识别快速通信量，支持CAN FDC的所有节点需要新的CAN协议引擎以及第二CAN收发机。

尽管提出和/或执行了多种技术来支持过渡到CAN FD，然而仍需要向后兼容的解决方案，允许在汽车运行期间同时使用CAN FD和“旧的”CAN。

发明内容

公开了一种设备和方法的实施例。在实施例中，公开了一种CAN设备。CAN设备包括：TXD输入接口；TXD输出接口；RXD输入接口；RXD输出接口；以及通信量控制系统，连接在TXD输入和输出接口之间并且连接在RXD输入和输出接口之间。通信量控制系统配置为检测在RXD输入接口上是否存在CAN灵活数据速率(FD)通信量，如果所述通信量控制系统检测到在RXD输入接口上存在CAN FD通信量，则将RXD输入接口与RXD输出接口断开，并且将TXD输入接口与TXD输出接口断开。

在另一实施例中，公开了一种用于控制CAN通信量的方法。所述方法涉及：对在RXD输入接口上接收到的通信量进行解码；监测解码后的通信量以确定是否存在CAN FD通信量；以及如果在RXD输入接口上检测到存在CAN FD通信量，则将RXD输入接口与RXD输出接口断开，并且将TXD输入接口与TXD输出接口断开。

附图说明

根据作为本发明原理而说明的结合附图的以下详细描述本发明的其他方面将变得清楚明白。

图1描述了包括多个电子控制单元(ECU)的CAN网络，每个ECU与CAN总线相连。

图2描述了图1中的一个ECU的放大视图。

图3A描述了在CAN正常模式下使用的ISO 11898-1的格式。

图3B描述了在CAN FD模式下使用的ISO 11898-1WD帧的格式。

图4描述了传统CAN收发机的实施例，传统CAN收发机包括：接收机、发射机、接收数据(RXD)接口、发射数据(TXD)接口以及CAN总线接口。

图5A描述了CAN收发机的实施例，该CAN收发机配置为检测是否存在CAN FD模式通信量，并且如果检测到CAN FD模式通信量，则执行改变CAN收发机的操作状态。

图5B示出了图5A的CAN收发机的操作情况，其中在CAN总线处接收CAN正常模式通信量。

图5C示出了图5A的CAN收发机的操作情况，其中在CAN总线处接收CAN FD模式通信量，并且只将TXD接口与CAN总线断开。

图5D示出了图5A的CAN收发机的操作情况，其中在CAN总线处接收CAN FD模式通信量，并且将TXD接口和RXD接口都与CAN总线断开。

图6示出了根据本发明实施例的用于操作CAN收发机的方法的处理流程图。

图7A描述了包括CAN收发机和在正常模式下操作的通信量控制系统的CAN系统。

图7B描述了在遮蔽模式(shield mode)下操作的图7A的CAN系统。

图8是用于操作通信量控制系统的技术的处理流程图。

图9描述了CAN收发机的另一实施例。

图10描述了CAN收发机和CAN FD遮蔽设备的实施例，其中将CAN FD遮蔽设备形成在与该CAN收发机分离的IC设备上。

贯穿说明书，可以使用相似的附图标记来表示相似的元素。

具体实施方式

应该容易理解的是这里通常所述的和附图中所示的实施例的组件可以布置并设计为许多种不同配置。因此，在附图中呈现的对多种实施例的以下详细描述不是意在限制本公开的范围，而只代表多种实施例。尽管在附图中呈现了实施例的多个方面，然而除非明确指示，否则附图并不是必须按比例绘制的。

在不脱离本发明精神或实质特性的前提下，本发明可以表现为其它具体形式。应将所述实施例理解为说明性的，而绝不应理解为限制性的。因此，由所附权利要求而不是通过具体描述来指示本发明的范围。在权利要求等同物的含义和范围内的所有改变都包括在本发明的范围内。

贯穿本说明书，对特征、优点的引用或类似语言不意味着本发明可以实现的所有特征和优点应该在或确实在本发明的任何单个实施例中。相反，应将引用特征和优点的语言理解为意味着本发明的至少一个实施例包括连同实施例描述的具体特征、优点或特性。因此，贯穿本说明书，对特征和优点的讨论和类似语言非必须性地指相同实施例。

此外，在一个或多个实施例中可以以任何适合方式组合本发明描述的特征、优点和特性。相关领域技术人员应认识到，根据本文的描述，可以在没有特定实施例的一个或多个具体特征或优点的前提下实践本发明。其它示例中，可以在特定实施例中识别可能没有展现在本发明所有实施例中的其它特征和优点。

贯穿本说明书，对“一个实施例”、“实施例”的应用或类似语言意味着本发明的至少一个实施例包括连同所示实施例描述的具体特征、结构或特性。因此，贯穿本说明书的词组“一个实施例中”、“实施例中”和类似语言可以非必须性地表示同一实施例。

图1描述了包括多个ECU 102(也称作“节点”)的CAN网络100，每个节点与CAN总线104相连。在图1的实施例中，每个ECU包括具有嵌入式CAN协议控制器114的微控制器110和CAN收发机120。微控制器通常与至少一个设备(诸如传感器、执行器或一些其它控制设备)相连，并且编程为确定接收到的消息的含义和产生正确的输出消息。微控制器(也称作主处理器或数字信号处理器(DSP))在本领域中是公知的。

CAN协议控制器114执行本领域公知的数据链路层操作，该CAN协议控制器114可以嵌入在微控制器110中或微控制器外部。例如，在接收操作中，CAN协议控制器存储接收到的来自收发机的串行比特，直到整个消息可供微控制器提取为止。CAN协议控制器还可以根据标准化的帧格式对CAN帧进行解码。在发射操作中，CAN协议控制器从微控制器接收消息，并将该消息按照CAN帧格式的串行比特发射至CAN收发机。

CAN收发机120位于微控制器110和CAN总线104之间，并且执行物理层操作。例如，在接收操作中，CAN收发机将来自CAN总线的模拟差分信号转换为CAN协议控制器可以破译的串行数字信号。CAN收发机还保护CAN协议控制器免受CAN总线上的极端电学条件，例如电涌。在发射操作中，CAN收发机将从CAN协议控制器接收到的串行数字比特转换为在CAN总线上发送的模拟差分信号。

CAN总线104携带模拟差分信号，并包括CAN高(CANH)总线线路124和CAN低(CANL)总线线路126。CAN总线在本领域是公知技术。

图2描述了来自图1的一个ECU 102的放大视图。ECU的微控制器110和CAN收发机120连接在电源电压Vcc和地GND之间。如图2所示，将从微控制器向CAN收发机传送的数据标识为发射数据(TXD)，并且将从CAN收发机向微控制器传送的数据称作接收数据(RXD)。通过CANH和CANL总线线路124和126分别从CAN总线和向CAN总线传送数据。

如上所述，CAN协议控制器可以配置为支持正常模式或灵活数据速率模式。这里使用的“CAN正常模式”(也称作“CAN典型模式”)表示根据ISO 11898-1标准进行格式化的帧；“CAN FD模式”表示根据新兴的ISO 11898-1 WD标准或其等同物进行格式化的帧。在于2012年4月17日发布的文档(“CAN with Flexible Data-Rate，SpecificationVersion 1.0”)中描述了新兴的ISO 11898-1 WD标准，该文档通过全文引用合并于此。

图3A描述了在CAN正常模式中使用的ISO 11898-1帧130的格式(典型基础帧格式(CBFF))，图3B描述了在CAN FD模式中使用的ISO 11898-1 WD帧132的格式(FD基础帧格式)。如下所示地限定CAN正常模式和CAN FD模式帧的域：

SOF      帧的开始(总是显性的)

ID       比特标识符比特，限定消息的内容

RTR      远程发射请求

IDE      ID扩展

r0       保留比特0(在CAN FD格式中被FDF替换)

FDF      FD格式(这是区分帧格式的比特)

BRS      波特速率开关

ESI      错误状态指示符

DLC      数据长度代码

Data     数据字节

CRC      循环冗余校验

CRC DelCRC  分隔符(总是隐性的)

ACK      应答

ACK Del  应答分隔符

EOF      帧的末端

还存在另一版本的典型格式，称作“典型扩展帧格式(CEFF)”，其中FDF比特位于旧的r1位置，而FDF比特在CBFF中位于r0位置。应注意，CAN协议使用在CAN正常模式帧中的保留比特(r0或r1)(也称作FDF比特)，以便将帧识别为CAN FD模式帧。具体地，FDF比特是1比特域，指示该帧是否是CAN正常模式帧(ISO 11898-1)或是CAN FD模式帧(ISO 11898-1WD)。当FDF比特是显性的时(例如，低或“0”)，该帧是CAN正常模式帧；当FDF比特是隐形的时(例如，高或“1”)，该帧是CAN FD模式帧。在CAN正常模式帧中，对于总线线路，保留比特(r0，r1)总是被驱动显性的。

如上所述，为了令ECU支持CAN FD模式，CAN协议控制器必须支持CAN FD模式。如果CAN协议控制器不支持CAN FD模式而接收到CAN FD模式帧，则CAN协议控制器不会识别该帧，并有可能进入错误状态，这样通常引起CAN协议控制器在CAN总的线上输出错误信号。然而，需要的是使得只支持CAN正常模式的节点与支持CAN FD模式的节点共存在同一CAN总线上。根据本发明的实施例，CAN中ECU的CAN收发机配置为检测是否存在CAN FD模式通信量，如果检测到CAN FD模式通信量，则执行改变CAN收发机的操作状态，诸如将ECU的CAN协议控制器与CAN总线断开。当检测到CAN FD模式通信量时执行改变CAN收发机的操作状态(诸如，将CAN协议控制器与CAN总线断开)防止微控制器110处的CAN协议控制器114响应于CAN FD模式帧而向CAN总线传送错误信号，因此，允许正常模式CAN协议控制器与FD模式CAN协议控制器共存在同一CAN总线上。

在一个实施例中，改变CAN收发机的操作状态涉及将发射数据(TXD)与CAN总线断开，以便防止在CAN总线上传送错误信号，在其它实施例中，改变CAN收发机的操作状态涉及将接收数据(RXD)与ECU的CAN协议控制器断开，以便防止CAN FD模式帧到达CAN协议控制器。当检测到CAN FD模式帧的末端(例如，如应答位置所示，应答位置是在CRC分隔符(CRC DEL)之后的比特)时，CAN收发机可以将ECU的CAN协议控制器与CAN总线重新连接。

在其它实施例中，当检测到CAN FD模式帧时，CAN收发机产生一个或多个的与CAN正常模式相兼容的虚设帧，将该虚设帧提供给CAN协议控制器，以便防止CAN协议控制器进入错误状态。一旦检测到FD模式帧的末端，CAN收发机就可以停止产生虚设帧。

传统CAN收发机不能检测正在CAN总线上接收的帧的类型，因此，无法响应于接收到的帧的类型来选择性地控制它自己的操作状态。图4描述了传统CAN收发机122的实施例，传统CAN 122收发机包括：接收机136；发射机138；RXD接口140；TXD接口142；以及CAN总线接口144，具有CANH总线接口146和CANL总线接口148。在CAN总线接口处接收到的CAN通信量(例如，RXD)经由接收机简单地传递到RXD接口，在TXD接口处接收到的CAN通信量(例如，TXD)通过发射机简单地从CAN总线接口送出。由于CAN收发机不能检测正在接收的帧的类型，CAN通信量被传递通过CAN收发机，而不清楚该帧是CAN正常模式帧还是CAN FD模式帧。

图5A描述了CAN收发机220的实施例，该CAN收发机220配置为检测是否存在CAN FD模式通信量，如果检测到CAN FD模式通信量，执行改变该CAN收发机的操作状态，诸如，将在微控制器110处的CAN协议控制器114与CAN总线104断开。CAN收发机包括：RXD接口240；TXD接口242；CAN总线接口244(具有CANH总线接口246和CANL总线接口248)；接收机236；发射机238；以及通信量控制系统250，包括它自己的CAN协议控制器252(能够对CANFD帧进行解码)和允许TXD接口242和RXD接口240独立地与CAN总线接口断开的开关系统，从而将微控制器110处的CAN协议控制器与CAN总线104断开。在图5A的实施例中，通信量控制系统包括CAN协议控制器252、振荡器254、接收路径复用器256和发射路径复用器258。CAN协议控制器252连接用于接收来自接收机的串行数字信号、来自振荡器的时序信号、以及来自TXD接口的串行数字数据(标识为RXD’)。CAN协议控制器252连接用于向接收路径复用器输出串行数字数据(标识为TXD’)，向接收路径复用器和/或发射路径复用器输出复用器控制信号(CAN_FD_Detected_TXD、CAN_Normal_Dectected_TXD、CAN_FD_Detected_RXD和CAN_Normal_Dectected_RXD)。接收路径复用器连接用于直接从接收机和CAN协议控制器接收串行数字数据，并根据RXD复用器控制信号的状态(例如，CAN_FD_Detected_RXD或CAN_Normal_Dectected_RXD)，从CAN协议控制器或接收机直接向RXD接口输出串行数字数据。发射路径复用器连接用于从TXD接口接收串行数字数据，并根据TXD复用器控制器信号的状态(例如，CAN_FD_Detected_TXD或CAN_Normal_Dectected_TXD)，向发射机或CAN协议控制器252输出串行数字数据。

现参考图5B-5D描述图5A的收发机的操作。图5B示出了在CAN总线104处接收到的CAN正常模式帧的情况，图5C和5D示出了在CAN总线处接收到的CAN FD模式帧的情况。在图5B-5D中，黑线指示有效的数据路径，例如，正在传送数据的信道。在图5B-5D的操作示例中，假定CAN收发机220与具有CAN协议控制器114的微控制器110相连，该CAN协议控制器114只支持CAN正常模式。也就是说，与CAN收发机相连的微控制器预计只看到CAN正常模式通信量，无法识别CAN FD模式通信量。

参考图5B，在CAN总线104上发射至少一个CAN正常模式帧。接收机236接收到CAN正常模式帧，并将其从差分信号转换为对应串行信号。通过接收路径复用器256将串行信号提供给CAN协议控制器252和RXD接口240。当将串行信号提供给RXD接口时，CAN协议控制器对串行信号进行解码以便确定接收到的帧是否是CAN正常模式帧或CAN FD模式帧。具体地，CAN协议控制器读取FDF比特以便确定帧的类型。在该实施例中，CAN收发机220的CAN协议控制器252能够区分CAN正常模式帧和CAN FD模式帧，而微控制器110的CAN协议控制器114不能区分CAN正常模式帧和CAN FD模式帧。由于接收到的帧是正常模式帧，控制发射路径复用器258以便从TXD接口直接向发射机238传递串行信号。然后，发射机将该数字信号转换为在CAN总线104上发射的模拟差分信号。附加地，由于接收到的帧是正常模式帧，控制接收路径复用器将该串行信号经由接收路径复用器从接收机直接传送到RXD接口，从RXD接口240的角度有效地旁通CAN协议控制器252。例如，接收机将模拟差分信号转换为串行信号线数字信号，并经由RXD接口240将该数字信号发射到ECU 102的对应微控制器110。在实施例中，CAN协议控制器向接收路径复用器256和发射路径复用器258分别输出CAN_Normal_Detected_TXD和CAN_Normal_Detected_RXD信号，以便控制复用器实现如图5B所示的通信路径。在图5B的示例中，微控制器110处的CAN协议控制器114预期看到CAN正常模式帧，并确实看到这种帧。因此，微控制器110处的CAN协议控制器114能够正确地破译数据帧。

参考图5C，在CAN总线104上发射至少一个CAN FD模式帧。接收机236接收到CAN FD模式帧，并将其从模拟差分信号转换为对应串行数字信号。通过接收路径复用器256将串行数字信号提供给CAN协议控制器252和RXD接口240，最初，经由接收路径复用器(图5C未示出)将该数据的第一个若干比特从接收机直接传送到RXD。当向RXD接口提供串行数据时，CAN收发机220的CAN协议控制器252对串行信号进行解码，以便确定接收到的帧是否是CAN正常模式帧或是CAN FD模式帧。具体地，CAN协议控制器在“通信(on the fly)”操作中读取FDF比特，以便确定帧的类型。如上所述，CAN收发机220的CAN协议控制器能够区分CAN正常模式帧和CANFD模式帧，由于接收到的帧是FD模式帧，改变CAN收发机的操作状态。例如，CAN协议控制器立即改变CAN收发机的操作状态，以便断开CAN总线接口和TXD接口，从而防止在CAN总线上发射错误信号。在实施例中，CAN协议控制器坚持CAN_FD_Detected_TXD信号，以便引起发射路径复用器将来自TXD接口的发射数据TXD引向CAN协议控制器252，而不是引向发射机238。在这种情况下，CANFD模式帧经过RXD接口240被传送到微控制器110。然而，由于断开TXD接口与CAN总线104，由微控制器产生的任何错误信号都不到达CAN总线。当到达FD模式发射的末端时，CAN收发机可以将收发机的TXD和RXD接口与CAN总线接口相连。在实施例中，通过识别CRC分隔符比特(CRC DEL)或当检测到六个连续相同比特时，来检测CAN FD模式发射的末端。

参考图5D，在CAN总线104上发射至少一个CAN FD模式帧。接收机236接收CAN FD模式帧，将其从模拟差分信号转换为对应串行数字信号。通过接收路径复用器256将串行数字信号提供给CAN协议控制器252和RXD接口240，最初，经由接收路径复用器(图5D未示出)将该数据的第一个若干比特从接收机直接传送到RXD。当向RXD接口提供串行数据时，CAN协议控制器对串行信号进行解码，以便确定接收到的帧是否是CAN正常模式帧或是CAN FD模式帧。具体地，CAN协议控制器在“通信(on the fly)”操作中读取FDF比特，以便确定帧的类型。如上所述，CAN收发机220的CAN协议控制器252能够区分CAN正常模式帧和CAN FD模式帧，由于接收到的帧是FD模式帧，改变CAN收发机的操作状态。例如，CAN协议控制器立即改变CAN收发机的操作状态，以便断开CAN总线接口和TXD接口，从而防止在CAN总线上发射错误信号。在实施例中，CAN协议控制器坚持CAN_FD_Detected_TXD信号，以便引起发射路径复用器将来自TXD接口的发射数据TXD引向CAN协议控制器，而不是引向发射机。此外，当检测到接收到的帧是CAN FD模式帧时，CAN协议控制器改变CAN收发机的操作状态以便断开CAN总线接口与RXD接口，从而防止CAN FD模式帧到达ECU 102的CAN协议控制器114。例如，CAN收发机220中的CAN协议控制器252坚持CAN_FD_Detected_RXD信号，以便引起接收路径复用器256选择来自CAN协议控制器的数据(TXD’)，用于向RXD接口240输出，代替从CAN总线直接接收到的数据。当到达最后FD模式帧的末端时(例如，如CRC DEL比特所示)，CAN收发机可以将该收发机的TXD和RXD接口重新连接到CAN总线接口，如图5B所示。

在其它实施例中，当通过CAN收发机220的CAN协议控制器252检测到CAN FD模式帧时，CAN协议控制器252产生可与CAN正常模式相兼容的虚设帧，将虚设帧提供给RXD接口(最终提供给在微控制器110处的CAN协议控制器114)，以便防止微控制器110处的CAN协议控制器114进入错误状态。在实施例中，CAN收发机220的CAN协议控制器252产生并输出ISO耐受比特模式，例如，显性状态比特(例如，逻辑低)的比特模式，只要在CAN总线上仍存在CAN FD模式帧。这种比特模式可以超出ISO 11898-1 ERROR帧的比特模式(例如，六个连续显性比特)，但是该比特模式仍耐受符合ISO 11898-1的CAN协议控制器。在实施例中，由CAN协议控制器252在接收CAN FD模式帧期间产生并发射的比特模式引起ECU 110(图1)的对应CAN协议控制器114等待下一空闲阶段并参与下一仲裁阶段。在实施例中，通过通信量控制系统250将RXD箝位为显性的(例如，逻辑低)时，强制ECU处的典型CAN协议控制器发射错误标志。ISO 11898-1规定出“在发射错误[或过载]标志之后，每个节点应…监测总线直到它检测到隐性比特”。因此，在实施例中，ECU处的典型CAN协议控制器等待直到CAN FD帧结束，有效地在在CAN网络中进行CAN FD帧发射期间“暂停”典型CAN协议控制器。当到达FD模式帧的末端时，CAN收发机220处的CAN协议控制器252可以停止产生虚设帧。在实施例中，当完成了CAN FD模式帧发射时，通信量控制系统250被立即切换到结合图5B所述的状态。例如，当CAN协议控制器252检测到CAN FD模式帧的末端时(例如，当检测到CRC DEL比特时)，CAN协议控制器252向接收路径复用器256和发射路径复用器258分别输出CAN_Normal_Detected_TXD和CAN_Normal_Detected_RXD信号，以便控制复用器实现如图5B所示的数据通信路径。在图5B的示例中，微控制器110处的CAN协议控制器114预期看到CAN正常模式帧，且确实看到这种帧。因此，微控制器110处的CAN协议控制器能够正确破译数据帧。在实施例中，通过将RXD释放回到在CRC分隔符之后的实际CAN总线信号，该CAN网络中的典型CAN协议控制器和CAN FD控制器同时到达“间歇位置”(参照ISO 11898-1，与“Specification of inter-frame space”有关的部分)，因此允许所有的CAN协议控制器彼此仲裁，以进行下一帧发射。

在实施例中，CAN收发机220的CAN协议控制器252同时向接收路径复用器256输出CAN_FD_Detected_RXD信号且向发射路径复用器258输出CAN_FD_Detected_TXD信号，以便控制复用器实现如图5D所示的数据通信路径。在图5D的示例中，微控制器110处的CAN协议控制器114预期看到CAN正常模式帧，并确实看到这种帧，即使在CAN总线实际接收CAN FD帧的情况下。实际上，CAN收发机隐藏来自微控制器110处的CAN协议控制器114的CAN FD通信量。因此，微控制器110处的CAN协议控制器114能够正确破译该数据帧，而不进入错误状态。

在一些情况下，需要的是确保微控制器110不会过早地开始发射帧，例如，当接收到的CAN FD帧仍运行在CAN总线上时。在实施例中，CAN收发机220的CAN协议控制器252配置为产生“CAN过载帧”并通过RXD接口240接口向微控制器110输出该帧。在ISO11898-1标准中将这些过载帧限定为量度，以便阻挡节点进行发射而不引起错误条件。因此，微控制器可能“暂停”，直到总线再次可用于总线发射。

图6是根据本发明实施例的用于操作CAN收发机的方法的处理流程图。在块602，对在CAN收发机的CAN总线接口上接收到的通信量进行解码。在块604，监测解码的通信量，以便确定是否存在CANFD通信量。在块606，如果在CAN总线接口上检测到存在CAN FD通信量，则改变CAN收发机的操作状态。

在实施例中，可以单独或组合地实现上述操作状态。例如，在一个实施例中，只将TXD接口与CAN总线断开；而在另一实施例中，将TXD和RXD接口都与CAN总线接口断开；在另一实施例中，将TXD和RXD接口都与CAN总线接口断开，并且通过CAN协议控制器产生虚设帧。此外，尽管描述了操作状态的一些改变，然而可以存在响应于检测到CAN FD模式帧的操作状态的其它改变。

在实施例中，改变通信量控制系统250的操作状态涉及：将RXD接口与CAN总线断开并强制RXD成为显性，以及将TXD接口与CAN总线断开并强制TXD成为隐性。下文参考图7A、7B和8描述了对这种技术的描述。

图7A描述了包括CAN收发机320和通信量控制系统350的CAN系统300。CAN收发机320可以例如是结合图1、2和4所示的CAN收发机，通信量控制系统350可以是与结合图5A-5D所述的通信量控制系统250相似的通信量控制系统。通信量控制系统350包括CAN协议控制器352(这里称作“遮蔽协议控制器”)、振荡器354和开关系统370。在实施例中，通信量控制系统350被配置为当在CAN总线上存在CAN典型模式帧时操作在“正常模式”下，并当在CAN总线上存在CAN FD模式帧时操作在“遮蔽模式”下。图7A示出了当通信量控制系统操作在正常模式下时开关系统370的状态，图7B示出了当通信量控制系统操作在遮蔽模式下时开关系统的状态。

参考图7A，当操作在正常模式下时，将来自CAN收发机320的RXD与RXD接口340相连，使得将CAN总线304上的信号直接传送到ECU 102处的CAN协议控制器114；将来自TXD接口342的TXD与CAN收发机320相连，使得将来自ECU 102处的CAN协议控制器114的TXD直接传送到CAN收发机320，最终传送到CAN总线304。例如，在正常模式下，开关系统370的接收路径复用器356设置为状态“0”，开关系统370的发射路径复用器358设置为状态“0”。

在实施例中，当隐蔽协议控制器352在CAN总线304上检测到CAN FD帧时，通信量控制系统350切换到隐蔽模式。参考图7B，当操作在遮蔽模式下时，断开来自CAN收发机320的RXD和RXD接口340，使得不将CAN总线304上的信号传送到ECU 102处的CAN协议控制器114；断开来自TXD接口342的TXD与CAN收发机320，使得不将TXD传送到CAN总线304。例如，在遮蔽模式中，开关系统370的接收路径复用器356设置为状态“1”，开关系统370的发射路径复用器358设置为状态“1”。此外，当接收路径复用器356处于状态“1”时，强制RXD是显性的(例如，低)；当接收路径复用器处于状态“1”时，将隐性的(例如，高)TXD输出到CAN收发机320，最终输出到CAN总线304。

图8是用于操作通信量控制系统(诸如上述通信量控制系统250和350)的技术的处理流程图。该处理开始于起点802，继续到块804，其中该通信量控制系统操作在正常模式下。例如，在正常模式下，通信量控制系统如以上结合图7A所述地进行操作。在决定点806，确定是否检测到CAN FD模式帧。在实施例中，通过读取FDF比特的状态来检测CAN FD模式帧。表格1提供了被用于检测CAN FD模式帧的解码逻辑的示例。

表格1

如果没有检测到CAN FD模式帧，则处理返回块804，通信量控制系统继续操作在正常模式下。然而，如果检测到CAN FD模式帧，则在块808，通信量控制系统切换到遮蔽模式；在块810，通信量控制系统操作在遮蔽模式下。例如，在遮蔽模式下，通信量控制系统如上结合图7B所示地进行操作。当通过如图7B所示的通信量控制系统将RXD钳位为显性的(例如，逻辑低)时，在六个连续显性比特之后，强制ECU处的典型CAN协议控制器发射错误标志。此外，ISO 11898-1规定出“在发射错误[或过载]标志之后，每个节点应该…监测总线直到它检测到隐性比特为止”。因此，将通信量控制系统切换到遮蔽模式引起在ECU处的典型CAN协议控制器等待直到CAN FD帧结束，有效地在在CAN网络中进行CAN FD帧发射期间“暂停”典型CAN协议控制器。

在决定点812，确定是否检测到CAN FD模式帧的末端。在实施例中，当检测到应答比特(预期是显性的，出现在CRC分隔符之后)时，检测到CAN FD模式帧的末端。如果没有检测到CAN FD模式帧的末端，则该处理返回到块810，通信量控制系统继续在遮蔽模式下进行操作。然而，如果检测到CAN FD模式帧的末端，则在块814通信量控制系统切换到正常模式，该处理返回到块805，通信量控制系统操作在正常模式下。如参考图7A所示，将通信量控制系统切换回到正常模式令RXD释放回到实际CAN总线信号。由于RXD反应实际CAN总线信号，CAN网络中的典型CAN协议控制器和CAN FD控制器同时到达“间歇位置”(参照ISO 11898-1，与“Specification ofinter-frame space”有关的部分)，因此允许CAN协议控制器彼此仲裁，以进行下一帧发射。

尽管当检测到CAN FD模式帧的末端时通信量控制系统通常从遮蔽模式切换到正常模式，然而存在模式之间的切换考虑其它因素的情况。在实施例中，如果当检测到CAN FD帧的末端时TXD接口342处的TXD是显性的，则不将通信量控制系统350切换回到正常模式，直到TXD是隐性的，以便防止令CAN FD帧无效，这是由于典型CAN协议控制器发射影响帧域末端的错误标志而引起的。

在另一实施例中，如果在CAN总线304上检测到错误标志，则通信量控制系统350离开遮蔽模式。在这种情况下，如果ECU处的典型CAN协议控制器还不是错误消极的，则该现象不会成为问题。这样可以引起典型CAN协议控制器作用于总线错误场景，可以将该场景延长几比特时间。在错误标志之后，CAN网络的所有节点再次处于同步。

在另一实施例中，当在CAN总线上检测到空闲并且来自CAN协议控制器的TXD是隐性的(例如，高)时，通信量控制系统离开遮蔽模式。这种方法引起系统返回到正常操作，当例如CAN FD帧的发射器件突然停止在帧发射的中间(例如，在帧发射期间“故障”)时。

图9描述了与图5A的CAN收发机220相似的CAN收发机420的另一实施例。CAN收发机包括：RXD接口440；TXD接口442；CAN总线接口444(具有CANH总线接口446和CANL总线接口448)；接收机436；发射机438；以及通信量控制系统450，包括它自己的CAN协议控制器452(能够对CANFD帧进行解码)和允许TXD接口和RXD接口单独与CAN总线接口断开的开关系统，从而将ECU 102处的CAN协议控制器114与CAN总线404断开。在图9的实施例中，通信量控制系统包括CAN协议控制器452、振荡器454、接收路径复用器456和发射路径复用器458。CAN协议控制器452连接用于向接收路径复用器和/或发射路径复用器输出复用器控制信号。接收路径复用器连接用于直接从接收机接收串行数字数据，并基于复用器控制信号的状态向RXD接口输出串行数字数据。在图9的实施例中，接收路径复用器456配置为根据复用器的状态，输出来自接收机436的RXD(状态“0”)或钳位显性的RXD(状态“1”)。发射路径复用器458连接用于根据复用器控制信号的状态，从TXD接口424接收串行数字数据，向发射机428输出串行数字数据。在图9的实施例中，发射路径复用器458配置为根据复用器的状态，输出来自TXD接口424的TXD(状态“0”)或钳位隐性的TXD(状态“1”)。

在实施例中，CAN协议控制器252、352、452(也称作遮蔽协议控制器)符合ISO 11898-1 WD(包括CAN FD的版本)。在实施例中，CAN协议控制器能够接收符合ISO 11898-1 WD的数据，但不配置为发射CAN协议帧。

在以上结合图5A-5D、7A、7B和9所述的实施例中，通信量控制系统230、350和450分别集成在与CAB收发机相同的设备上。例如，通信量控制系统形成在与CAN收发机相同的集成电路(IC)设备上(例如，通信量控制系统和CAN收发机制造在同一半导体衬底上)。在备选实施例中，将通信量控制系统形成在想要安装在ECU 102及其对应CAN收发机120之间的单独IC设备上。

图10描述了CAN收发机122和CAN FD遮蔽设备551的实施例，其中将CAN FD遮蔽设备形成在与CAN收发机分离的IC设备上。在图10的实施例中，CAN收发机122是参考图4所述的传统CAN收发机，CAN FD遮蔽设备551包括以上参考图5A-5D、7A、7B和/或9所述的通信量控制系统550。CAN FD遮蔽设备551还包括TXD输入接口542’、TXD输出接口542”、RXD输入接口540’和RXD输出接口540”。如图10所示，CAN FD遮蔽设备551通过TXD输出接口542”和TXD接口142以及通过RXD输入接口540”和RXD接口140与CAN收发机122相连。尽管图10未示出，然而在CAN网络中，CAN FD遮蔽设备551应通过TXD输入接口542’和RXD输出接口540’与ECU 102相连。在单独CAN FD遮蔽设备551中提供通信量控制系统550通过在CAN收发机和ECU之间安装CAN FD遮蔽设备，提供了一种有效方式来翻新CAN网络，而不必改变或替换CAN收发机122或ECU 102。以这种形式翻新CAN网络允许在同一CAN网络上同时操作典型CAN和CAN FD设备。

上述技术实现令使用CAN正常(或典型)模式的微控制器与使用CAN FD模式的微控制器共存，使得在CAN的正常操作期间(例如，在汽车的正常操作期间)，所有ECU是全功能性的。此外，可以通过只向正常模式ECU配备以上参考图5A-10所述的CAN收发机或CAN遮蔽设备，来将上述技术安装到例如汽车的CAN中。不需要对微处理器进行软件更新或替换微处理器，以实现令不同微处理器(使用不同CAN模式)共存在同一CAN总线上。

在实施例中，振荡器254、354、454、554可以位于CAN FD遮蔽设备、通信量控制系统和/或CAN收发机的外部或内部。

以上描述中，提供了多种实施例的具体描述。然而，一些实施例可以实践为具有少于全部的具体细节。其它示例中，为了简洁清楚的目的，不再详细描述实现本发明多种实施例的特定方法、过程、组件、结构和/或功能。

尽管以特定顺序示出并描述了本文方法的操作，然而可以改变每个方法的操作的顺序，使得可以以相反顺序执行特定操作或使得可以至少部分地与其它操作同时来执行特定操作。其它实施例中，可以以间歇和/或交替的方式来实现不同操作的指令或子操作。

应注意，可以使用存储在计算机可读存储介质上以便由计算机执行的软件指令来实现本文所述方法的操作的至少一部分。例如，计算机程序产品的实施例包括用于存储计算机可读程序的计算机可用存储介质。

计算机可用或计算机可读存储介质可以是电的、磁的、光的、电磁的、红外的、或半导体的系统(或装置或设备)。非暂时性计算机可用和计算机可读存储介质的示例包括半导体或固态存储器、磁盘、可移动计算机盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、刚性磁盘和光盘。光盘的当前示例包括压缩盘只读存储器(CD-ROM)、压缩盘读取/写入(CD-R/W)和数字视频盘。

备选地，本发明实施例可以全部实现为硬件或实现为包括硬件和软件元素二者的实例。在使用软件的实施例中，软件可以包括但不限于固件、寄存软件、微代码等。

尽管示出并描述了本发明的特定实施例，然而本发明不限于所述和所示部件的特定形式或排列。本发明的范围由所附权利要求及其等同物来限定。

Claims (18)

1.一种控制器局域网络CAN设备，包括：

发射数据TXD输入接口；

TXD输出接口；

接收数据RXD输入接口；

RXD输出接口；

通信量控制系统，连接在TXD输入和输出接口之间并且连接在RXD输入和输出接口之间，并且配置为：

检测在RXD输入接口上是否存在CAN灵活数据速率FD通信量，以及

如果所述通信量控制系统检测到在RXD输入接口上存在CANFD通信量，则将RXD输入接口与RXD输出接口断开，并且将TXD输入接口与TXD输出接口断开。

2.根据权利要求1所述的CAN设备，其中所述通信量控制系统还配置为当将RXD输入接口与RXD输出接口断开时，在RXD输出接口上输出显性的RXD。

3.根据权利要求1所述的CAN设备，其中所述通信量控制系统还配置为当将TXD输入接口与TXD输出接口断开时，在TXD输出接口上输出隐性的TXD。

4.根据权利要求1所述的CAN设备，其中所述通信量控制系统还配置为：当将RXD输入接口和RXD输出接口断开时，在RXD输出接口上输出显性的RXD；并且当将TXD输入接口与TXD输出接口断开时，在TXD输出接口上输出隐性的TXD。

5.根据权利要求1所述的CAN设备，其中所述通信量控制系统还配置为：在检测到CAN FD模式帧的末端之后，将RXD输入接口和RXD输出接口重新连接，并且将TXD输入接口和TXD输出接口重新连接。

6.根据权利要求5所述的CAN设备，其中只要TXD输入接口处的TXD是显性的，所述通信量控制系统延迟将RXD输入接口与RXD输出接口重新连接，并且延迟将TXD输入接口与TXD输出接口重新连接。

7.根据权利要求1所述的CAN设备，其中所述通信量控制系统还配置为：当在RXD输入接口上检测到六个连续的相同比特之后，将RXD输入接口与RXD输出接口重新连接，并且将TXD输入接口与TXD输出接口重新连接。

8.根据权利要求1所述的CAN设备，其中所述通信量控制系统包括CAN协议控制器，配置为对在RXD输入接口上接收到的CAN FD通信量进行解码。

9.根据权利要求1所述的CAN设备，其中所述通信量控制系统还包括发射路径复用器，配置为：根据是否检测到CAN FD通信量，将来自TXD输入接口的通信量导引至TXD输出接口。

10.根据权利要求1所述的CAN设备，其中所述通信量控制系统还包括接收路径复用器，配置为：根据是否检测到CAN FD通信量，将来自RXD输入接口的通信量导引至RXD输出接口。

11.一种CAN收发机设备，包括：发射机、接收机和CAN总线接口，所述CAN收发机还包括根据权利要求1所述的CAN设备。

12.一种用于控制控制器局域网络CAN通信量的方法，所述方法包括：

对在RXD输入接口上接收到的通信量进行解码；

监测解码后的通信量以确定是否存在CAN FD通信量；以及

如果在RXD输入接口上检测到存在CAN FD通信量，则将RXD输入接口与RXD输出接口断开，并且将TXD输入接口与TXD输出接口断开。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括：当将RXD输入接口与RXD输出接口断开时，在RXD输出接口上输出显性的RXD。

14.根据权利要求12所述的方法，还包括：当将TXD输入接口与TXD输出接口断开时，在TXD输出接口上输出隐性的TXD。

15.根据权利要求12所述的方法，还包括：当将RXD输入接口和RXD输出接口断开时，在RXD输出接口上输出显性的RXD并且当将TXD输入接口与TXD输出接口断开时，在TXD输出接口上输出隐性的TXD。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括：在检测到CAN FD模式帧的末端之后，将RXD输入接口和RXD输出接口重新连接，并将TXD输入接口和TXD输出接口重新连接。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：只要TXD输入接口处的TXD是显性的，延迟将RXD输入接口与RXD输出接口重新连接，并且延迟将TXD输入接口与TXD输出接口重新连接。

18.根据权利要求15所述的方法，还包括：当在RXD输入接口上检测到六个连续的相同比特之后，将RXD输入接口与RXD输出接口重新连接，并且将TXD输入接口与TXD输出接口重新连接。