CN105340223B - 确定can总线连接单元的内部延迟时间的设备和测量方法 - Google Patents

Abstract

一种用于确定CAN总线连接单元（11，21，31）的内部延迟时间的设备（5）和测量方法被提供，以便在具有至少两个用户站（10，20，30）的总线系统（4）中检验串行数据传输的正确运行，其中所述用户站（10，20，30）通过总线连接单元（10，20，30）被连接到总线（40）上并且通过所述总线（40）交换消息（41），其中针对每个消息（41）的对所述总线（40）的发送访问通过按照CAN标准ISO 11898‑1的仲裁方法而被分配给针对所述消息（41）成为发送方的用户站（10，20，30）。其中，所述设备（5）具有用于利用用于确定在发送信号（CAN_TX）和接收信号（CAN_RX）之间的延迟时间（DELTA_T）的延迟计数器（305）来确定内部延迟时间（DELTA_T）或者用于基于所述总线连接单元（11，21，31）的最大的和最小的延迟时间来确定内部延迟时间（DELTA_T）的单元，如果不仅所述接收信号（CAN_RX）有显性电平而且所述延迟计数器（305）的计数器读数大于/等于预先给定的配置值（T_MIN），那么所述延迟计数器（305）停止。只有在最小的计数器读数之后才停止所述延迟计数器提高了在例如通过信号反射引起的信号干扰的情况下的测量精确度。

Description

确定CAN总线连接单元的内部延迟时间的设备和测量方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定CAN总线连接单元或者CAN收发器（CAN-Transceiver）的内部延迟时间的设备和测量方法。

背景技术

DE 10 000 305 A1描述了CAN（Controller Area Network，控制器局域网）以及称为TTCAN（Time Trigger CAN，时间触发的CAN）的CAN扩展方案。在CAN中所使用的介质访问控制方法基于逐比特的仲裁。在CAN中，所述逐比特的仲裁依据在要通过总线传输的消息之内的主要标识符（fuehrender Identifier）来进行。

如已经在DE 10 2012 200 997中所描述的那样，在所述逐比特的仲裁的情况下，多个用户站可以通过所述总线系统同时传输数据，而不会经此干扰数据传输。在通过该总线发送比特（发送信号）的情况下，所述用户站可以并行地确定该总线的逻辑状态（0或者1）（接收信号）。为此，在发送通道上所传送的发送信号一再地与所述接收信号相比较。如果在一定的时间点、即采样点（Sample-Punkt）不存在一致，那么总线用户结束发送行动，因为必须从其他总线用户试图传送具有较高优先级或较低标识符的消息出发。该接收信号是在仲裁期间试图实现对总线的访问的所有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）中的固有的延迟时间，这些信号的叠加的结果在比特时间段（Bitzeitraum）之内很迟才存在，使得所述采样点在该比特时间段之内必须相对大大靠后。此外，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。

DE 10 2012 200 997描述了，第二采样点（二次采样点，SSP（Secondary SamplePoint））如何被使用，以便识别在CAN总线上的比特错误。为了规定所述SSP的位置，可借助于一定的方法测量CAN总线连接单元或者CAN收发器的内部延迟时间DELTA_T，所述一定的方法在DE 10 2012 200 997中被描述。

在DE 10 2012 200 997中所描述的方法的实验室评估已经表明，在CAN总线上的信号被强烈地干扰的情况下，在确定CAN总线连接单元或者CAN收发器的内部延迟时间时可发生测量错误。

发明内容

本发明的任务

因而，本发明的任务是，提供一种用于确定CAN总线连接单元的内部延迟时间的设备和测量方法，该设备和测量方法解决了之前提到的现有技术的问题。尤其是应提供如下的用于确定CAN收发器或者CAN总线连接单元的内部延迟时间的设备和测量方法：所述设备和测量方法在确定CAN总线连接单元或者CAN收发器的内部延迟时间时不产生测量错误。

本发明的公开内容

该任务通过一种具有本发明的特征的用于确定CAN总线连接单元的内部延迟时间的设备来解决。借此可在具有至少两个用户站的总线系统中检验串行数据传输的正确运行（Funktion）。在这种情况下，每个用户站都通过总线连接单元被连接到总线上，并且可以通过该总线交换消息，其中针对每个消息的对总线的发送访问通过按照CAN标准ISO 11898-1的仲裁方法而被分配给针对该消息成为发送方的用户站。该设备包括用于利用用于确定在发送信号和接收信号之间的延迟时间的延迟计数器来确定内部延迟时间或者用于基于所述总线连接单元的最大的和最小的延迟时间来确定内部延迟时间的单元，如果不仅该接收信号有显性电平而且该延迟计数器的计数器读数大于/等于预先给定的配置值，那么该延迟计数器停止。

因此，本发明描述了一种可以实施如下测量方法的设备：所述测量方法可以使CAN总线上的一定的干扰渐渐消失（ausblenden）。由于该测量方法，即使在CAN总线上的信号被强烈地干扰的情况下，在确定CAN总线连接单元或者CAN收发器的内部延迟时间时也不会发生测量错误。

按照本发明，新的配置参数被引入，所述新的配置参数规定，在哪个时间窗中在CAN总线上的干扰渐渐消失。这有如下优点，即新的参数的值基于对CAN总线或者CAN网络的分析而被规定到适当的值。由此，该系统的稳健性被提高。

该设备的有利的另外的构造方案被给出。

最小的延迟时间可以是与所述配置值有关的值。

在该设备的情况下，SSP的位置是可预先给定的，在该SSP的情况下，被发送给总线连接单元的发送信号与被该总线连接单元接收到的接收信号的比较被执行。

该设备可能包括用于生成未被延迟的发送信号或者被延迟了预先确定的时间延迟的发送信号的延迟单元，和/或包括用于比较被发送给总线连接单元的发送信号与被该总线连接单元接收到的接收信号来以便在传输期间检验所述数据传输的正确运行的比较单元。

除此之外，该设备可具有用于在未被延迟的发送信号与被延迟了预先确定的时间延迟的发送信号之间转换的转换单元，使得该用于检验数据传输的正确运行的比较单元可以使用所述未被延迟的发送信号或者所述被延迟了预先确定的时间延迟的发送信号。

此外，上述任务通过一种具有本发明的特征的用于确定CAN总线连接单元的内部延迟时间的测量方法来解决。借此可在具有至少两个用户站的总线系统中检验串行数据传输的正确运行。在这种情况下，每个用户站都通过总线连接单元被连接到总线上，并且可以通过该总线交换消息，其中针对每个消息的对总线的发送访问通过按照CAN标准ISO11898-1的仲裁方法而被分配给针对该消息成为发送方的用户站。该方法利用用于确定在发送信号和接收信号之间的延迟时间的延迟计数器来确定内部延迟时间，或者基于所述总线连接单元的最大的和最小的延迟时间来确定内部延迟时间，如果不仅该接收信号有显性电平而且该延迟计数器的计数器读数大于/等于预先给定的配置值，那么该延迟计数器停止。

该测量方法通过之前所描述的设备来实施，并且因而提供与所述设备相同的优点。

该测量方法的有利的另外的构造方案被给出。

在该测量方法的情况下，最小的延迟时间可以是与所述配置值有关的值。

SSP的位置可能被预先给定，在该SSP的情况下，总线连接单元所发送的发送信号与被该总线连接单元接收到的接收信号的比较被执行。

在该测量方法的情况下，也可以实施生成未被延迟的发送信号或者被延迟了预先确定的时间延迟的发送信号，和/或比较被发送给总线连接单元的发送信号与被该总线连接单元接收到的接收信号，以便在传输期间检验所述数据传输的正确运行。

在该测量方法的比较的步骤的情况下，所述未被延迟的发送信号或者所述被延迟了预先确定的时间延迟的发送信号可以被用于检验数据传输的正确运行。

本发明的另外的可能的实施方案也包括之前或者接下来关于实施例所描述的特征或者实施形式的未被明确地提到的组合。在此，本领域技术人员也将作为改进方案或者补充方案的单个方面添加到本发明的相应的基本形式。

附图说明

随后，本发明参考附图并且依据实施例被进一步描述。附图：

图1示出了按照第一实施例的总线系统的简化框图；

图2示出了用于阐明在CAN上的发送信号与接收信号之间的区别的时序图；和

图3示出了按照第一实施例的设备的示意性框图。

在附图中，只要没有另外说明，相同的或者功能相同的要素就被配备有同样的参考符号。

具体实施方式

图1示出了总线系统4，所述总线系统4例如可以是CAN总线系统，所述CAN总线系统可以在车辆（尤其是机动车）、飞机等等中或者在医院等等中得到使用。该总线系统4有设备5和多个用户站10、20、30，所述多个用户站10、20、30分别借助于收发器或者总线连接单元11、21、31被连接到总线40上。按照在ISO11898中的CAN规范，通过总线40，例如以消息41为形式的数据或信号可以在各个用户站10、20、30之间被传输。所述也称作节点的用户站10、20、30例如可以是机动车的控制设备或者显示设备。

图2示出了一定的CAN总线拓扑的传输特性的实验室研究的结果。在图2中，用1表征的信号TXD是所述用户站10、20、30之一的收发器的数字输入信号或者发送信号（CAN_TX）。在图2中用2表征的信号RXD是所述用户站10、20、30之一的收发器的数字输出信号或者接收信号（CAN_RX），并且显示CAN总线电平。这里，下部电平是显性的，上部电平是隐性的。所述发送信号CAN_TX和所述接收信号CAN_RX是在所述用户站10、20、30之一的数字协议控制器与所述模拟收发器或者所述总线连接单元11、21、31之间的接口信号，所述数字协议控制器与所述模拟收发器或者所述总线连接单元11、21、31在大多数CAN节点或者用户站中是两个分开的IC（IC＝集成电路）。CAN_TX是所述协议控制器的输出和所述总线连接单元11、21、31之一的输入，CAN_RX是所述总线连接单元11、21、31之一的输出和所述协议控制器的输入。该收发器在RX信号上也又返回所述TX信号，但是具有延迟地返回。在协议控制器中，该延迟根据被随后进一步描述的方法被测量。

在图2的情况下，单个隐性比特的发送方或者发射方（该发送方或者发射方例如是所述用户站10、20、30之一）由于反射而在该比特之内看到短暂的向显性的扰动3。这种具有扰动3的单个隐性比特随后也被称作受干扰的比特。

EDL比特是这种单个隐性比特，根据DE 10 2012 200 997，在所述EDL比特的尾部测量CAN收发器的延迟时间DELTA_T。如在DE 10 2012 200 997中所描述的那样，之前出现显性比特IDE或者r1/RTR，之后出现r0。

图2示出了这种受干扰的比特。在图2中的信号中，低电平（Low-Pegel）是显性的，高电平（High-Pegel）是隐性的。在图2中，信号RXD示出了向上升沿的扰动3。清楚地看到从输入信号或者发送信号CAN_TX到输出信号或者接收信号CAN_RX的延迟时间DELTA_T。

在第一个示出的隐性比特（所述比特在图2中的左侧被示出）上，向显性的扰动出现得较早一些，在第二个示出的隐性比特（所述比特在图2中的中间被示出）上，向显性的扰动出现得稍晚一些。第二种情况是如下情况：在所述情况下对延迟时间DELTA_T的测量被干扰。这里，在所述接收信号CAN-RX上的扰动3的下降沿与所述发送信号CAN_TX的下降沿几乎同时出现。因为在DE 10 2012 200 997中测量从所述发送信号CAN_TX的下降沿直至所述接收信号CAN_RX的下降沿，所以在这种情况下测量结果会是零。

图3示出了可以实施按照本实施例的方法的设备5。该设备5可被相应的总线连接单元11、21、31包括，或者对此附加地被设置。该设备5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（Auswerteeinheit）340以及标准比较器350。这些组成部分的各个组成部分自然也可以组合地或集成地被实施。

从通过与比特时钟CLK_BIT的连接而被操控（ansteuern）的发送移位寄存器300，以每个比特时钟、即每比特长度一次地将要传输的串行数据流的比特作为发送信号CAN_TX通过相对应的连接线路发出给总线连接单元。通过连接线路被总线连接单元或者收发器接收到的接收信号CAN_RX附在比较单元320和标准比较器350上。通过分析适当的边沿（诸如在发送信号CAN_TX的和接收信号CAN_RX的EDL和r0之间的边沿），在所述设备5中产生用于所述延迟计数器305的起动信号。此外，另外的配置值、即值T_MIN被预先给定。只有当不仅CAN_RX处于显性的而且计数器读数大于/等于T_MIN时，该延迟计数器305才停止。然后，通过对存在的振荡器的振荡周期的计数，该延迟计数器305可以确定时间延迟或者延迟时间DELTA_T。

T_MIN的值按照在系统开发中的测量被选择为使得如果计数器读数达到T_MIN，则在CAN_RX信号上的扰动被可靠地结束。

此外，延迟计数器305根据所测量的延迟时间DELTA_T生成比较点T_CMP。例如，所述比较点T_CMP可以作为由所确定的延迟时间DELTA_T和比特长度的预先给定的或者可预先给定的百分比（尤其是半个比特长度）构成的总和而被生成。所述比较点T_CMP限定了，在哪个时间点在所述比较单元320中分析在被延迟的发送信号CAN_TX_DEL和接收信号CAN_RX之间的XOR逻辑关联。

根据发送信号CAN_TX和由延迟计数器305传送给延迟单元310的延迟时间DELTA_T，该延迟单元310生成或者产生被延迟了时间延迟T_DELAY的发送信号CAN_TX_DEL。在特别简单的实施方案中，该时间延迟T_DELAY可以是（短的）比特长度的整数倍，使得该延迟单元310将比特序列仅仅偏置了一个或多个比特。这要特别简单地通过适当的硬件寄存器来实现。比较单元320获得接收信号CAN_RX和被延迟的发送信号CAN_TX_DEL。此外，该比较单元320从延迟计数器305获得关于适当的比较点的信息T_CMP，在所述适当的比较点T_CMP，在接收信号CAN_RX和被延迟的发送信号CAN_TX_DEL之间的比较结果要被扫描。借此，该比较单元320产生如下输出信号：该输出信号再现比较的结果并且被转交给例如多路复用器（Multiplexer）的转换单元330。例如可以被构造为XOR门电路的标准比较器350并行地产生第二输出信号，该第二输出信号再现在CAN_TX和CAN_RX之间的比较的结果并且同样被转交给所述转换单元330。

在所述设备5中，例如通过适当的信号SWT和/或基于所作出的预给定（所述预给定可包括例如达到或者分析预先给定的或者可预先给定的比特），该转换单元330在这两个信号之间转换，使得标准比较器350的或者比较单元320的输出信号附在分析单元340上。例如，在所述设备5中，只要存在到更短的比特长度的转换，所述转换单元330就在CAN信号的BRS比特之后转换。接着，在所述分析单元340中，如果未曾检测到一致，那么在所配置的采样点T_SMP上，分别通过转换单元330接通的信号被扫描，并且必要时比特错误信号BERR（Bit-Error-Signal）被产生。

如可以认识到的那样，通过在所示出的实施方案中的设备5，即使在短的比特长度的情况下并且即使在受干扰的比特的情况下，对正确的数据传输的可靠检验也是可能的。

按照本实施例，示出了在具有至少两个总线用户（例如用户站10、20、30）的总线系统4中利用设备5进行的测量方法和对串行数据传输的正确运行的检验。所述总线用户或者用户站10、20、30通过收发器或者总线连接单元11、21、31被连接到总线40上，并且可以通过该总线40交换消息41，其中针对每个消息41的对所述总线40的发送访问通过按照CAN标准ISO 11898-1的仲裁方法而被分配给针对该消息41成为发送方的总线用户、即用户站10、20、30。在这种情况下，所述消息41具有按照CAN标准的逻辑结构，即由帧起始比特（Start-of-Frame-Bit）、仲裁字段（Arbitration Field）、控制字段（Control Field）、数据字段（Data Field）、CRC字段（CRC Field）、确认字段（Acknowledge Field）和帧结束字段（End-of-Frame Field）构建。在这种情况下，通过将被发送给总线连接单元11、21、31的发送信号CAN_TX与由所述总线连接单元11、21、31接收到的接收信号CAN_RX的比较，在传输期间检验数据传输的正确运行，其中在发送方中保持相对于发送信号CAN_TX被延迟了延迟时间DELTA_T的发送信号CAN_TX_DEL，并且其中根据用于检验数据传输的正确运行的转换而使用所述未被延迟的发送信号CAN_TX或者所述被延迟了时间延迟T_DELAY的发送信号CAN_TX_DEL。在这种情况下，配置值T_MIN被预先给定，使得与配置值T_MIN有关的值被用作所述延迟时间DELTA_T的最小值。

按照第二实施例，完全放弃测量延迟时间DELTA_T。反而第二采样点（SecondarySample Point）SSP的位置固定地被预先给定。为了预先给定固定的位置，必须知道CAN收发器的不仅最大的而且最小的内部延迟时间DELTA_T，并且这两个值不允许彼此相差太大。到目前为止，在收发器的数据表中只有针对最大值的说明。因而，在这种情况下，最小值在数据表中也被给出。

因此，按照本实施例，该测量也可以被放弃，并且然后如下延迟时间DELTA_T被预先给定：所述延迟时间DELTA_T的值在从所述总线连接单元11、21、31的数据表中已知的最小的和最大的延迟时间之间。

相应的用户站10、20、30的CAN控制器的这里所描述的扩展方案尤其是可以被用于CAN FD（具有灵活数据速率的CAN（CAN with Flexible Data-rate））和用于TTCAN FD（具有灵活数据速率的TTCAN（TTCAN with Flexible Data-rate））网络。

总线系统4、设备5、用户站10、20、30和测量方法的所有之前所描述的构造方案可以单个地或以所有可能的组合得到使用。所述第一和第二实施例的特征的任意组合都是可能的。附加地，尤其是下面的修改方案是可设想的。

在所述实施例的总线系统4中的所述用户站10、20、30的数目和布局是任意的。

之前所描述的设备5和由该设备5所实施的测量方法即使在经修改的数据协议的情况下也可被应用，该经修改后的数据协议于2011年5月2日曾被公开在因特网页面http://www.semiconductors.bosch.de/上所公开的文献“CAN with Flexible Data-Rate（具有灵活数据速率的控制器局域网），白皮书，1.0版”，并且此外，该经修改的协议使得增大数据字段以及针对CAN消息的部分在实现仲裁之后缩短比特长度成为可能。

Claims (10)

1.用于确定CAN总线连接单元（11，21，31）的内部延迟时间（DELTA_T）的设备（5），以便在具有至少两个用户站（10，20，30）的总线系统（4）中检验串行数据传输的正确运行，其中，所述用户站（10，20，30）中的每个都通过总线连接单元（11，21，31）被连接到总线（40）上并且通过所述总线（40）能够交换消息（41），其中针对每个消息（41）的对所述总线（40）的发送访问通过按照CAN标准ISO 11898-1的仲裁方法而被分配给针对所述消息（41）成为发送方的用户站（10，20，30），其中所述设备（5）具有:

用于利用用于确定在发送信号（CAN_TX）和接收信号（CAN_RX）之间的延迟时间（DELTA_T）的延迟计数器（305）来确定内部延迟时间（DELTA_T）的单元，如果不仅所述接收信号（CAN_RX）有显性电平而且所述延迟计数器（305）的计数器读数大于或等于预先给定的配置值（T_MIN），那么所述延迟计数器（305）停止。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，内部延迟时间的最小值是与所述配置值（T_MIN）有关的值。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，二次采样点SSP的位置是可预先给定的，在所述二次采样点SSP的情况下，被发送给所述总线连接单元（11，21，31）的发送信号（CAN_TX）与被所述总线连接单元（11，21，31）接收到的接收信号（CAN_RX）的比较被执行。

4.根据权利要求1或2所述的设备，此外具有：

用于生成未被延迟的发送信号（CAN_TX）或者被延迟了预先确定的时间延迟的发送信号（CAN_TX_DEL）的延迟单元（310），和/或

用于比较被发送给所述总线连接单元（11，21，31）的发送信号（CAN_TX）与被所述总线连接单元（11，21，31）接收到的接收信号（CAN_RX）来以便在传输期间检验所述数据传输的正确运行的比较单元（320）。

5.根据权利要求4所述的设备，此外具有用于在未被延迟的发送信号（CAN_TX）与被延迟了预先确定的时间延迟（T_DELAY）的发送信号（CAN_TX_DEL）之间转换的转换单元（330），使得用于检验数据传输的正确运行的比较单元（320）能够或者使用所述未被延迟的发送信号（CAN_TX）或者使用所述被延迟了预先确定的时间延迟（T_DELAY）的发送信号（CAN_TX_DEL）。

6.用于确定CAN总线连接单元（11，21，31）的内部延迟时间（DELTA_T）的测量方法，以便在具有至少两个用户站（10，20，30）的总线系统（4）中检验串行数据传输的正确运行，其中每个用户站（10，20，30）都通过总线连接单元（11，21，31）被连接到总线（40）上并且通过所述总线（40）能够交换消息（41），其中针对每个消息（41）的对所述总线（40）的发送访问通过按照CAN标准ISO 11898-1的仲裁方法而被分配给针对所述消息（41）成为发送方的用户站（10，20，30），其中所述方法利用用于确定在发送信号（CAN_TX）和接收信号（CAN_RX）之间的延迟时间（DELTA_T）的延迟计数器（305）来确定内部延迟时间，如果不仅所述接收信号（CAN_RX）有显性电平而且所述延迟计数器（305）的计数器读数大于或等于预先给定的配置值（T_MIN），那么所述延迟计数器（305）停止。

7.根据权利要求6所述的测量方法，其中，内部延迟时间的最小值是与所述配置值（T_MIN）有关的值。

8.根据权利要求6或7所述的测量方法，其中，二次采样点SSP的位置被预先给定，在所述二次采样点SSP的情况下，被发送给所述总线连接单元（11，21，31）的发送信号（CAN_TX）与被所述总线连接单元（11，21，31）接收到的接收信号（CAN_RX）的比较被执行。

9.根据权利要求6或7所述的测量方法，此外具有生成未被延迟的发送信号（CAN_TX）或者被延迟了预先确定的时间延迟（T_DELAY）的发送信号（CAN_TX_DEL），和/或比较被发送给所述总线连接单元（11，21，31）的发送信号（CAN_TX）与被所述总线连接单元（11，21，31）接收到的接收信号（CAN_RX），以便在传输期间检验所述数据传输的正确运行。

10.根据权利要求9所述的测量方法，其中，在比较的步骤中，或者所述未被延迟的发送信号（CAN_TX）或者所述被延迟了预先确定的时间延迟（T_DELAY）的发送信号（CAN_TX_DEL）被用于检验数据传输的正确运行。