CN105612734A - 用于总线系统的适配设备和用于运行总线系统中的can成员站和can-fd成员站的方法 - Google Patents

用于总线系统的适配设备和用于运行总线系统中的can成员站和can-fd成员站的方法 Download PDF

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Abstract

示出了一种用于总线系统（1；2）的适配设备以及一种用于运行总线系统（1）中的CAN成员站（10；30）和CAN-FD成员站（20）的方法。适配设备（12）包括：接收路径分析单元（121），其用于依据所接收的消息（45，46，47）是否是根据CAN-FD规范的消息（46）来分析所接收的消息（45，46，47）；以及接收路径输出单元（122），其用于在接收路径分析单元（121）的分析得出所接收的消息（45，46，47）是根据CAN-FD规范的消息（46）的情况下将哑元帧输出给总线系统（1）的CAN成员站（10；30）的通信控制设备（11）。替代地或附加地，适配设备（12）可以具有：发送路径分析单元（123），其用于分析在总线系统（1）的CAN成员站（10；30）的通信控制设备（11）的发送路径中是否发送了错误帧；以及发送路径输出单元（124），其用于在发送路径分析单元（123）在发送路径中已经识别错误帧的情况下阻塞错误帧。

Description

用于总线系统的适配设备和用于运行总线系统中的CAN成员站和CAN-FD成员站的方法
技术领域
本发明涉及一种用于总线系统的适配设备、以及一种用于运行总线系统中的CAN成员站和CAN-FD成员站的方法。
背景技术
汽车总线系统持续地发展为较高带宽、较低等待时间和较严格的实时能力。为了借助于总线系统将诸如控制设备、执行器、传感器、网关等之类的部件联网，CAN总线在车辆应用中非常流行，并且由于其并行拓扑而非常好地适用于许多应用。由于不断升高的数据传输，通过引入CAN-FD使得能够将现有控制设备和车辆平台迁移到较高数据速率。
在CAN总线系统的情况下，利用CAN协议来传输消息，如这在ISO11898中的CAN规范中予以了描述。此外，在前段时间为此提出了技术、例如CAN-FD等等，其中在CAN-FD的情况下，消息根据规范“具有灵活的数据速率的CAN，规范版本1.0”（来源：http://www.semiconductors.bosch.de）被传输。在这样的技术的情况下，最大可能的数据速率通过在数据字段范围内使用更高定时被提升超过1MBit/s的值。
在CAN总线系统中，迄今为止的基于CAN的网络部件、比如控制设备、执行器、传感器、网关大多使用集成在微控制器中CAN控制器以用于通信。由此，实现了部件在具有CAN收发机和共模扼流圈（CMC）的通信路径方面的十分低成本的构造。替代地存在集成CAN控制器，其可以通过例如SPI接口连接到微控制器上。
缺点是，迄今为止需要将总线与同样的成员站、例如仅仅CAN成员站或仅仅CAN-FD成员站统一地来设计。其原因在于，否则由于现有CAN成员站与CAN-FD成员站缺少兼容性将在网络中出现错误。这些错误是由于如下原因造成的：常规CAN成员站尽管容忍CAN-FD的仲裁阶段，但是由于缺少对高速率中间数据段的解释能力，而将所述数据段判断为错误的。现有CAN成员站例如做出位填充与所需形式不对应的评估。作为结果，CAN成员站于是可能将错误帧（Error-Frame）形式的错误提供到总线上，使得由此可能干扰运行中的通信。
此外有问题的是，必要时期望使用总线系统的现有部件。这在当前不能简单实现。代替于此，大多必须更换所有CAN控制器。在集成在微控制器中的CAN控制器的情况下，这导致必须更换微控制器。在独立CAN控制器（Stand-AloneCAN-Controller）的情况下，必须更换整个独立CAN控制器。
发明内容
因此，本发明的任务是，提供解决前述问题的一种用于总线系统的适配设备和一种方法。尤其是应当提供一种用于总线系统的适配设备和一种方法，其中在CAN总线系统中在需要时也可以低成本地运行CAN-FD部件并且反之亦然。
该任务通过具有权利要求1的特征的用于总线系统的适配设备来解决。该适配设备包括：接收路径分析单元，其用于依据所接收的消息是否是根据CAN-FD规范的消息来分析所接收的消息；以及接收路径输出单元，其用于在接收路径分析单元的分析得出所接收的消息是根据CAN-FD规范的消息的情况下将哑元帧输出给总线系统的CAN成员站的通信控制设备。
成员站低成本地提供的方案是，在网络或总线系统中使用CAN-FD成员站的情况下，所有CAN成员站都具有CAN-FD容忍性。因此，利用成员站可以的是，在总线系统中使用CAN部件和CAN-FD部件，而不会由于这样的混合运行而出现错误。例如，CAN-FD帧的发送不再导致数据传输被错误帧中断。
该适配设备所提供的优点是，可以以非常少的硬件和软件成本来适配现有系统。
适配设备的另外的有利扩展方案在从属权利要求中予以阐释。
哑元帧可以表示CAN格式的正确CAN结构。
可以将接收路径分析单元设计用于在总线系统的仲裁阶段中分析EDL位。在此，接收路径分析单元此外可以被设计用于分析BRS位。附加于此或替代于此，接收路径分析单元可以被设计用于分析消息中的可推断出该消息是CAN-FD帧的其它特征或模式。
此外，还可以将接收路径分析单元设计用于检测消息的长度。在此，接收路径分析单元可以为了检测帧的长度被设计用于对DLC字段进行解码或者检测总线活动和终止段。
该任务通过具有权利要求7的特征的用于总线系统的适配设备来解决。该适配设备包括：发送路径分析单元，其用于识别在总线系统的CAN成员站的通信控制设备的发送路径中是否发送了错误帧；以及发送路径输出单元，其用于在发送路径分析单元在发送路径中已经识别错误帧的情况下阻塞错误帧。
之前描述的第一和第二适配设备可以是总线系统的成员站的一部分，该成员站此外包括用于控制总线系统中的通信的通信控制设备、以及用于从成员站发送消息或接收针对成员站的消息的发送/接收设备。
在成员站的另一扩展方案中，第一适配设备可以是通信控制设备的一部分或者发送/接收设备的一部分，和/或第二适配设备可以是通信控制设备的一部分或者发送/接收设备的一部分。
之前描述的成员站可以是总线系统的一部分，该总线系统具有总线线路和至少两个成员站，所述成员站可以通过总线线路彼此连接，使得它们可以彼此通信。在此，所述至少两个成员站的至少一个是之前描述的成员站。
此外，前述任务通过一种用于运行总线系统中的CAN成员站和CAN-FD成员站的方法来解决。该方法包括下列步骤：利用接收路径分析单元，依据所接收的消息是否为根据CAN-FD规范的消息来分析所接收的消息；以及利用接收路径输出单元，在接收路径分析单元的分析得出所接收的消息是根据CAN-FD规范的消息时将哑元帧输出给总线系统的CAN成员站的通信控制设备，和/或下列两个步骤：利用发送路径分析单元分析在总线系统的CAN成员站的通信控制设备的发送路径中是否发送了错误帧；以及利用发送路径输出单元，在发送路径分析单元已经在发送路径中识别错误帧的情况下阻塞错误帧。
该方法提供与之前参考适配设备所述的优点相同的优点。
本发明的另外可能的实现方案还包括之前或下面参照实施例所描述的特征或实施方式的未明确提到的组合。在此，专业人员还将添加单独方面以作为对本发明的相应基本形式的改进或补充。
附图说明
下面参考附图并按照实施例进一步描述本发明。其中：
图1示出了根据第一实施例的总线系统的简化框图；
图2示出了根据第一实施例的具有适配设备的总线系统的发送/接收设备的电路图；
图3示出了根据第一实施例被适配设备所考虑的CAN-FD帧结构；
图4示出了根据第一实施例的方法的流程图；
图5示出了根据第二实施例的具有适配设备的总线系统的发送/接收设备的电路图；
图6示出了根据第二实施例的方法的流程图；以及
图7示出了根据第三实施例的具有适配设备的总线系统的发送/接收设备的电路图。
在附图中相同或作用相同的元件－只要未另行说明－配备相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了总线系统1，在该总线系统1中，可以传输具有CAN协议的消息或信号、或者根据CAN-FD规范的消息或信号。但是在需要时也可以仅仅传输具有CAN协议的消息或信号、或者仅仅传输根据CAN-FD规范的消息或信号。总线系统1可以用在交通工具、尤其是机动车辆、飞机等等中，或者用在医院等等中。
在图1中，总线系统1具有多个成员站10、20、30，这些成员站10、20、30分别连接到总线线路40上。通过总线线路40，消息45、46、47可以以信号形式在各个成员站10、20、30之间传输。成员站10、20、30例如可以是机动车辆的控制设备或显示装置。
如图1中所示，成员站10、30分别具有通信控制设备11、适配设备12和发送/接收设备13。而成员站20具有通信控制设备14和发送/接收设备13。成员站10、20、30的发送/接收设备13分别直接连接到总线线路40上，即使这在图1中未予以示出。
通信控制设备11、14用于控制相应成员站10、20、30通过总线线路40与连接到总线线路40上的成员站10、20、30中的其它成员站的通信。通信控制设备11生成和处理根据CAN协议的消息、比如消息45、47。通信控制设备11可以如常规CAN控制器那样实施。因此，成员站10、30也可以被称为CAN成员站10、30。通信控制设备14生成和处理根据CAN-FD规范的消息、比如消息46。通信控制设备11可以如常规CAN-FD控制器那样实施。因此，成员站20也可以被称为CAN-FD成员站20。
适配设备12针对传输根据CAN-FD规范的消息46的情况执行适配动作，如之后还更详细地描述。发送/接收设备13可以如常规CAN收发机那样实施。
图2更确切地示出了适配设备12在通信控制设备11与发送/接收设备13之间的布置。在此，通信控制设备11在图2中布置在适配设备12的左侧、接线端子TX0、RX0和反相接线端子RES处。作为常规CAN收发机的发送/接收设备13在图2中布置在适配设备12的右侧。在本实施例中，适配设备12布置在通信控制设备11与发送/接收设备13之间的接收路径中、即接线端子RX0处。
如图2中示意性示出的那样，适配设备12具有接收路径分析单元121和接收路径输出单元122。接收路径分析单元121用于分析作为消息45、46、47的从发送/接收设备13接收的总线信号。接收路径分析单元121依据所接收的消息是否为根据CAN-FD规范的消息来分析信号或消息45、46、47。在此，接收路径分析单元121使用如图3中所示的CAN-FD帧的结构。接收路径分析单元121和接收路径输出单元122的功能参考图4予以进一步描述。此外，发送/接收设备13包括过热关断单元131。
根据图3，在CAN-FD帧中，跟在仲裁字段之后的是控制字段。控制字段尤其是包括EDL位（EDL=ExtendedDataLength（扩展数据长度）=扩展数据长度）、BRS位（BRS=BitRateSwitch（位速率切换）=位定时）以及DLC字段（DLC=DataLengthCode（数据长度码）=数据字段中的字节数）。在CAN-FD帧中还包括由ACK和EOF构成的终止段。
图4阐释了在本实施例中实施的用于运行总线系统1中的CAN成员站10、30和CAN-FD成员站20的方法。在该方法中，适配设备12在方法开始以后在步骤S1中从发送/接收设备13接收消息45、46、47之一。然后，流程继续进行到步骤S2。
在步骤S2中，接收路径分析单元121分析消息45、46、47中的在步骤S1中接收的消息。在本实施例中，接收路径分析单元121分析EDL位是隐性还是显性的。在EDL位表征CAN-FD帧的情况下、尤其是在隐性EDL位的情况下，流程继续进行到步骤S3。在其它EDL位、尤其是显性EDL位的情况下，不存在CA-FD帧，而是存在正常CAN消息，使得流程继续进行到步骤S4。
在步骤S3中，接收路径输出单元122生成哑元帧或哑元突发。哑元帧基本上表示尤其是具有位填充的、以常规格式的正确CAN结构。然后，流程继续进行到步骤S4。
在步骤S4中，接收路径输出单元122在接收方向上输出哑元帧或未经改变的CAN消息、即通过接线端子RX0输出给通信控制设备11。然后，该方法结束。
因此，适配设备12将正常CAN消息不加修改地输出给通信控制设备11，并且相应地以对CAN成员站10、30合适的方式修改CAN-FD消息。
根据第一实施例的修改方案，接收路径分析单元121在步骤S2中附加于EDL位还分析BRS位。因此，除了关于消息的数据长度是否被扩展的陈述以外还分析关于位速率是否被提高的陈述。如果EDL位和BRS位都得出存在CAN-FD帧、即在尤其是隐性EDL位和尤其是隐性BRS位的情况下，则流程继续进行到步骤S3。否则，流程继续进行到步骤S4。替代或附加于BRS位，在步骤S2中也可以分析CAN-FD帧的一个或多个其它特征，以便能够可靠地推断出该消息是CAN-FD帧。
根据第一实施例的另一修改方案，接收路径分析单元121可以在步骤S2中附加于CAN-FD识别以及必要时经修改的转发在接收路径中还检测消息45、46、47中的一个消息的长度。这要么可以通过对DLC字段（DLC=DataLengthCode=数据字段中的字节数）的解码进行、要么通过探测总线活动和CAN-FD帧中的终止段（ACK，EOF）来进行。在RX0接线端子处转发到通信控制设备11的情况下，哑元帧内容通过相应长度来设计并且在有效状态下在CAN帧的结尾处终止。这包括校验和（CRC）ACK和EOF。
应当指出，在第一实施例及其修改方案中已经排除：通过适配设备12的适配，尤其是关于哑元帧内容的错误消息进入CAN节点中，因为在仲裁部分中已经进行了所有消息的明确寻址。CAN-FD消息总是配备有空闲的并且不触发冲突的CAN地址。使用迄今为止未被使用的地址的消息在任何内容的情况下也不被解释和使用。
图5示出了根据第二实施例的适配设备12的布置，其中适配设备12如在第一实施例中那样再次布置在通信控制设备11与发送/接收设备13之间。但是根据本实施例的适配设备12布置在接线端子TX0处的通信控制设备11与发送/接收设备13之间的发送路径中。发送/接收设备13再次为常规CAN收发机，并且在图5中布置在适配设备12的右侧。
在本实施例中，适配设备12包括发送路径分析设备123和发送路径输出设备124。发送路径分析设备123用于分析消息45、46、47中的从通信控制设备11发送给发送/接收设备13的消息。发送路径分析单元123依据所发送的消息是否为错误帧来分析消息。
图6阐释了在本实施例中实施的用于运行总线系统1中的CAN成员站10、30和CAN-FD成员站20的方法。在该方法中，适配设备12在方法开始以后在步骤S11中通过接线端子TX0从通信控制设备11接收消息45、46、47中的消息。然后，流程继续进行到步骤S12。
在步骤S12中，发送路径分析单元123如前述那样分析在步骤S11中从通信控制设备11接收的消息。如果存在错误帧，则流程继续进行到步骤S13。否则，流程继续进行到步骤S14。
在步骤S13中，发送路径输出单元124阻塞错误帧。然后，该方法结束。
在步骤S14中，发送路径输出单元124在发送方向上输出消息45、46、47中的由通信控制设备11发送的消息、即发送给发送/接收设备13。然后，该方法结束。
否则，本实施例如第一实施例中描述那样构造。
如图7中所示，根据第三实施例的适配设备12不仅包括根据第一实施例的接收路径分析单元121和接收路径输出单元122和/或其修改方案，而且包括根据第二实施例的发送路径分析设备123和发送路径输出设备124。
因此，在本实施例中，既实施根据图4的方法又实施根据图6的方法。
总言之，根据之前描述的实施例例如使用新型收发机，其与现有收发机相比除了常见的发送侧的总线驱动器和接收侧的施密特触发器以外还包含附加的逻辑、适配设备12。该逻辑与完整的CAN控制器相比被高度简化，但是其在接收情况下例如可以分析仲裁阶段并且在识别CAN-FD帧的情况下可以将哑元帧转发给通信控制设备11。作为扩展方案，或者作为替代方案，可以在发送情况下阻塞错误帧。由此，CAN收发机被用作混合网络与常规基于CAN、例如具有芯片中常规集成CAN控制器的控制设备之间的桥。通过更换或以其它方式装配控制设备的仅仅该部件（CAN收发机），用户可以在快速CAN-FD网络中使用现有部件，并且反之还可以将基于CAN-FD的部件引入基于CAN的网络中。
根据第一至第三实施例的总线系统1、成员站10、20、30和方法的所有之前描述的扩展方案可以单独地或者以所有可能的组合来使用。附加地尤其是可以设想下列修改方案。
根据第一至第三实施例的前述总线系统1是根据基于CAN协议的总线系统来描述的。但是根据第一至第三实施例的总线系统1、2也可以是其他类型的通信网。有利的、但不一定为前提条件的是，在总线系统1中至少在确定时间段内保证成员站10、20、30对总线线路40或总线线路40的共用通道的独占、无冲突的访问。
根据第一至第三实施例的总线系统1、2是一种网络，在该网络中尤其是可以并行地运行CAN网络或CAN-FD网络或LIN网络或FlexRay网络。
根据第一至第三实施例的总线系统1中的成员站10、20、30的数目和布置是任意的。尤其是也可以在第一至第三实施例的总线系统1中仅仅存在成员站10或成员站30。
对总线信号或消息45、46、47的分析可以在成员站10、30的发送/接收路径中的不同位置处进行。除此之外，可以将CAN信号的不同特性用于探测CAN-FD帧，以便实现有利的实现方案。除了对CAN-FD标志位（EDL，BRS）的分析，也可以进行基于地址范围的分析。
为了扩展适配设备12的功能，可以设想补充可配置/可编程的地址范围过滤器。
为了在“伪装网络”（“PretendedNetworking”（伪装联网））和“部分网络”（“PartialNetworking”（部分联网））的意义上支持电流节省功能，可以将适配设备12的之前所述功能一并集成到适配设备12的要修改的组件中。为此，可以设想向外的附加控制线路，以便将硬件部件从电流节省模式中唤醒。此外，可以插入缓冲器，以便能够延迟地转发消息。
之前所述实施例的功能可以参考第一至第三实施例在收发机或发送/接收设备13中或者通信控制设备11等等中实现。此外，也可以设想到CAN发送/接收路径的现有部件中、尤其是到共模扼流圈（CMC）等中的集成。附加地或替代地，尤其是可以作为单独组件集成到现有产品中。

Claims (10)

1.用于总线系统（1）的适配设备（12），具有：
接收路径分析单元（121），其用于依据所接收的消息（45，46，47）是否是根据CAN-FD规范的消息（46）来分析所接收的消息（45，46，47）；以及
接收路径输出单元（122），其用于在接收路径分析单元（121）的分析得出所接收的消息（45，46，47）是根据CAN-FD规范的消息（46）的情况下将哑元帧输出给总线系统（1）的CAN成员站（10；30）的通信控制设备（11）。
2.根据权利要求1所述的适配设备（12），其中哑元帧表示CAN格式的正确CAN结构。
3.根据权利要求1或2所述的适配设备（12），其中将接收路径分析单元（121）设计用于在总线系统（1）的仲裁阶段中分析EDL位。
4.根据权利要求3所述的适配设备（12），其中接收路径分析单元（121）还被设计用于分析BRS位。
5.根据前述权利要求之一所述的适配设备（12），其中接收路径分析单元（121）还被设计用于检测消息（45，46，47）的长度。
6.根据权利要求5所述的适配设备（12），其中接收路径分析单元（121）为了检测帧的长度被设计用于对DLC字段进行解码或者检测总线活动和终止段。
7.用于总线系统（1）的适配设备（12），具有：
发送路径分析单元（123），其用于分析在总线系统（1）的CAN成员站（10；30）的通信控制设备（11）的发送路径中是否发送了错误帧；以及
发送路径输出单元（124），其用于在发送路径分析单元（123）在发送路径中已经识别错误帧的情况下阻塞错误帧。
8.根据前述权利要求之一所述的成员站（10；30），具有：
通信控制设备（11），其用于控制总线系统（1）中的通信；
发送/接收设备（13），其用于从成员站（10；30）发送消息或接收针对成员站（10；30）的消息；以及
根据权利要求1至6之一所述的第一适配设备（12）；和/或
根据权利要求7所述的第二适配设备（12）。
9.根据权利要求8所述的成员站，其中第一适配设备（12）是通信控制设备（11）的一部分或者发送/接收设备（13）的一部分，和/或其中第二适配设备（12）是通信控制设备（11）的一部分或者发送/接收设备（13）的一部分。
10.用于运行总线系统（1）中的CAN成员站（10；30）和CAN-FD成员站（20）的方法，具有两个步骤：
利用接收路径分析单元（121），依据所接收的消息（45，46，47）是否为根据CAN-FD规范的消息（46）来分析（S2）所接收的消息（45，46，47）；以及
利用接收路径输出单元，在接收路径分析单元（121）的分析得出所接收的消息（45，46，47）是根据CAN-FD规范的消息（46）的情况下将哑元帧输出（S4）给总线系统（1）的CAN成员站（10；30）的通信控制设备（11）；
和/或下列两个步骤：
利用发送路径分析单元（123）分析（S12）在总线系统（1）的CAN成员站（10；30）的通信控制设备（11）的发送路径中是否发送了错误帧；以及
利用发送路径输出单元（124），在发送路径分析单元（123）已经在发送路径中识别错误帧的情况下阻塞（S13）错误帧。
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