CN106200567A - 提高通信速率的can通信方法和数据帧结构 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆的电子设备的控制器局域网(CAN)通信方法，包括：使用数据帧发送数据，在该数据帧中，指示高速CAN通信处理或普通CAN通信处理的通信模式信息被插入到在普通CAN通信协议中未被使用的空位或保留位；接收所发送的数据；并且基于通信模式信息，以高速CAN通信模式或普通CAN通信模式处理所接收的数据。

Description

提高通信速率的CAN通信方法和数据帧结构
技术领域
本发明涉及一种车辆中的控制器局域网(Controller area network，CAN)通信方法，并且更具体地，涉及一种用于提高通信速率的车辆中的CAN通信方法和数据帧结构。
背景技术
随着车辆中实现的功能和控制的数量的增加，大量数据通过控制器局域网(CAN)通信进行发送和接收。目前，经由CAN通信的数据帧中的数据字段被固定为8字节，并且通信速率被限制为最多1Mbps(Mbit/s)。因此，为提升通信速率，已经进行了提高控制器功能和开发重编程软件的研究。此外，用于使控制器的功率消耗最小化的协议已得到不同地发展。
然而，如上所述，由于通信速率存在限制，通过控制器功能的改进、重编程等来提高通信速率也存在限制。此外，为了将具有快速通信速率的Flexray或以太网通信协议应用到车辆上，改变硬件和软件所需要的成本很高。
发明内容
本发明是为了解决现有技术中存在的上述问题、同时完整保留现有技术所获得的优点而做出。
本发明的一方面提供一种能够提高数据接收的稳定性并提高通信速率的车辆中的控制器局域网(CAN)通信方法和数据帧结构。因此，CAN总线的流量负载，可通过改变用于车辆的诸如控制器等的电子设备中的CAN通信的数据帧结构，在车辆的诸如底盘、动力总成、车身、多媒体等的部件中使用CAN通信来改善，以便增加数据量。
根据本发明的实施例，用于车辆的电子设备的控制器局域网(CAN)通信方法包括：使用数据帧来发送数据，在该数据帧中，指示高速CAN通信处理或普通CAN通信处理的通信模式信息被插入到在普通CAN通信协议中未被使用的空位(null bit)或保留位(reservedbit)；接收所发送的数据；并且基于通信模式信息，以高速CAN通信模式或普通CAN通信模式来处理所接收的数据。
所接收数据的处理可包括，当所接收的数据采用普通CAN通信模式进行处理时，以1Mbps或更小的通信速率来处理数据帧的数据字段中所携带的8字节或更少字节的数据。
所接收数据的处理可包括，当数据长度为8字节或更少字节、并且所接收数据采用高速CAN通信模式进行处理时，根据包括在通信模式信息中的通信速率信息，以1Mbps或更小、或者2Mbps或更大的通信速率来处理数据帧的数据字段中所携带的8字节或更少字节的数据。
所接收数据的处理可包括，当数据长度为8字节或更多字节、并且所接收的数据采用高速CAN通信模式进行处理时，根据包括在通信模式信息中的通信速率信息，以1Mbps或更小、或者2Mbps或更大的通信速率来处理数据帧的数据字段中所携带的8字节或更多字节的数据。
数据帧可包括：远程发送请求(RTR)位，其用于指示通信模式是普通CAN通信模式还是高速CAN通信模式；扩展数据长度(EDL)位，其用于指示数据长度是8字节或更少字节，还是8字节或更多字节；以及比特率切换(bit rate switch，BRS)位，其用于指示通信速率是1Mbps或更小，还是2Mbps或更大。
远程发送请求(RTR)位可分配给数据帧的空位。
扩展数据长度(EDL)位和比特率切换(BRS)位可分配给包括在数据帧的控制字段中的保留位。
此外，根据本发明的实施例，用于车辆电子设备的CAN通信的数据帧包括：远程发送请求(RTR)位，其用于指示通信模式是普通CAN通信模式还是高速CAN通信模式；扩展数据长度(EDL)位，其用于指示数据长度是8字节或更少字节，还是8字节或更多字节；以及比特率切换(BRS)位，其用于指示通信速率是1Mbps或更小，还是2Mbps或更大。
远程发送请求(RTR)位可分配给在普通CAN通信协议中未被使用的数据帧的空位，并且扩展数据长度(EDL)位和比特率切换(BRS)位可分配给在普通CAN通信协议中未被使用的、包括在数据帧的控制字段中的保留位。
可以使用数据帧以普通CAN通信模式或高速CAN通信模式来发送、接收和处理数据，在该数据帧中，远程发送请求(RTR)位、扩展数据长度(EDL)位和比特率切换(BRS)位被插入到在普通CAN通信协议中未被使用的空位或保留位。
附图说明
从下面结合附图的详细描述中，本发明的上述及其他目的、特征和优点将更加显而易见。
图1是用于描述根据本发明实施例的用于车辆控制器局域网(CAN)通信的数据帧结构的示意图。
图2是用于描述车辆电子设备的示意图，其中根据本发明的实施例的车辆CAN通信被应用到该车辆电子设备上。
图3是用于描述车辆电子设备中通过根据本发明实施例的用于车辆CAN通信的数据帧的CAN通信方法流程图。
图4是用于描述通过根据本发明实施例的用于车辆CAN通信的数据帧的使用提高通信速率的示意图。
具体实施方式
以下将参照附图对本发明进行详细描述。这里，在所有的附图中将用相同的附图标记表示相同的组件。此外，已知的功能和/或配置的详细描述将被省略。在下面的说明书中，将主要描述根据实施例理解操作所需的部分，并且将会省略可能会模糊本发明要点的对组件的描述。此外，在附图中一些组件可被放大、省略或示意性示出。各个组件的大小并不反映各个组件的实际大小。因此，文中所提到的内容并不受限于附图中示出的组件相对大小或组件之间的间隔。
本文所使用的术语是仅为了说明特定实施例的目的，而无意限制本发明。如本文所使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”也意在包括其复数形式，除非上下文中另外明确指出。还应理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”特指所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。如本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出项的任何和所有组合。
可以理解，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他相似术语总体上包括机动车辆，例如乘用汽车，包括运动型多用车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆、包括各种船和艇在内的水运工具、航空器，等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，从石油以外的资源取得的燃料)。本文所提到的混合动力车辆是指使用两种或多种动力源的车辆，例如同时由汽油和电力提供动力的车辆。
此外，应当理解，以下方法中的一个或多个，或其相关方面，可被至少一个控制器执行。术语“控制器”可指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置成存储程序指令，并且处理器被专门编程来执行程序指令，以执行以下进一步描述的一个或多个处理。此外，应当理解，下面的方法可通过包括控制器的设备结合其他组件来执行。
图1是用于描述根据本发明实施例的用于车辆控制器局域网(CAN)通信的数据帧结构的示意图。参照图1，根据本发明实施例的用于车辆CAN通信的数据帧与根据普通的CAN通信协议的数据帧相似，但包括部分地修改了的部分。也就是说，在本发明中，所做的修改是为了通过使用数据帧来发送和接收数据，在例如动力总成、底盘、车身、多媒体等部件中，对车辆的诸如控制器等所有电子设备使用CAN通信，以便以高速CAN通信模式或普通的CAN通信模式发送、接收和处理数据，在所述数据帧中，指示高速CAN通信处理或普通CAN通信处理的信息被插入到根据普通CAN通信协议在数据帧中未被使用的空位(null bit)或保留位(reserved bit)(例如，远程发送请求(RTR)位、扩展数据长度(EDL)位或比特率切换(BRS)位)。
如图1所示，根据本发明实施例的用于车辆CAN通信的数据帧可被配置为包括：例如指示帧的起始的帧起始(start of frame，SOF)、用于插入仲裁(arbitration)标示(identification，ID)以仲裁数据优先级的仲裁ID字段、用于请求特定ID的数据发送的远程发送请求(remotetransmission request，RTR)位、用于发送控制信号的控制字段、携带有具有预定数据长度的数据的数据字段、包括循环冗余校验(cyclicredundancy check，CRC)序列和CRC定界符(delimiter)以便检测错误的CRC字段、包括应答(acknowledgement，ACK)槽和ACK定界符以便指示数据接收的准确性的ACK字段以及帧结束(end of frame，EOF)。控制字段一般包括指示仲裁ID的长度是否为标准的(11位)或扩展的(29位)的标识符扩展(identifier extension，IDE)和指示数据长度的数据长度码(data length code，DLC)。
上述根据本发明实施例的用于车辆CAN通信的数据帧配置，与根据普通CAN通信协议的数据帧的配置相似。然而，特别地，在本发明中，必要时，通过在远程发送请求(RTR)位插入有意义的信息，其中远程发送请求(RTR)位在普通CAN通信中是当前未被使用的空(null)位，并且使用包括在普通CAN通信中的控制字段中作为扩展数据长度(EDL)位和比特率切换(bit rate switch，BRS)位的保留位，做出上述修改以便以高速CAN通信模式或普通CAN通信模式来发送、接收和处理数据。
也就是说，如图1所示，根据本发明实施例的用于车辆CAN通信的数据帧包括：远程发送请求(RTR)位，其具有用于指示通信模式是普通CAN通信模式还是高速CAN通信模式的模式信息(1位)；扩展数据长度(EDL)位，其具有用于指示控制字段的数据长度是8字节或更少字节还是8字节或更多字节的数据长度信息(1位)；以及比特率切换(BRS)位，其具有用于指示通信速率是1Mbps或更小还是2Mbps或更大的通信速率信息(1位)。
图2是用于描述车辆电子设备的示意图，其中根据本发明实施例的车辆CAN通信被应用到该车辆电子设备上。如图2所示，根据本发明实施例的用于车辆CAN通信的数据帧被用于在诸如控制器等的所有具有大数据量的电子设备中，通过CAN总线发送和接收数据，以执行动力总成相关字段的CAN-通信(P-CAN)和底盘相关字段的CAN-通信(C-CAN)，使得车辆中用于控制、感测、监测等的处理可被执行。然而，即使数据量不大，必要时，如图1所示的数据帧也被用于在车辆中诸如控制器等的所有其他电子设备中，发送和接收数据，以执行车身相关字段的CAN-通信(B-CAN)、多媒体相关字段的CAN通信(M-CAN)等，使得车辆中用于控制、感测、监测等的处理可被执行。此外，车辆中的这些电子设备或其他组件或设备，可通过连接到CAN总线的网关来执行CAN通信。
用于执行动力总成相关字段的CAN通信(P-CAN)的电子设备的一个示例可包括：双自动温度控制(DATC)模块、变速器控制单元(TCU)、发动机管理系统(EMS)等，其中发动机管理系统(EMS)可包括发动机控制单元(ECU)、各种传感器、各种执行器等。此外，用于执行底盘相关字段的CAN通信(C-CAN)的电子设备的一个示例可包括：仪表簇(CLU)模块、偏航率传感器(YRS)等。安全气囊控制单元(ACU)和电子稳定控制(ESC)模块可与动力总成相关字段和底盘相关字段共用。
此外，用于执行车身相关字段的CAN通信(B-CAN)的电子设备的一个示例可包括：智能钥匙模块(SMK)、车身控制模块(BCM)等，并且用于执行多媒体相关字段的CAN通信(M-CAN)的电子设备的一个示例可包括，导航设备或用于与车辆中的其他多媒体通信设备互联互通的各种模块。
以下将参照图3的流程图，通过根据本发明的实施例的用于车辆CAN通信的数据帧，对车辆电子设备中的CAN通信方法进行详细描述。
首先，车辆电子设备可使用数据帧通过预定的发送器发送数据(或数据包)，在该数据帧中，用于指示高速CAN通信处理或普通CAN通信处理的信息被插入到如图1所示的普通CAN通信协议中未被使用的空(null)位(例如，远程发送请求(RTR))或保留位(例如，扩展数据长度(EDL)或比特率切换(BRS))。此外，用于接收如上所述由发送器所发送的数据的目标电子设备，可通过预定的接收器分析被插入到数据帧的信息，以处理通信模式为高速CAN通信模式或普通CAN通信模式(S10-S70)。
首先，当接收器确认了被插入到数据帧的远程发送请求(RTR)位的模式信息(1位)、判定通信模式是普通CAN通信模式(远程发送请求(RTR)位＝1)(S10)时，它以1Mbps或更小的通信速率(例如，1Mbps)来处理数据帧的数据字段中所携带的8字节或更少字节的数据(S11)。在这种情况下，接收器可参照控制字段的数据长度码(DLC)、参照相应数据字段的数据长度来处理数据。此外，当接收器确认了被插入到数据帧的远程发送请求(RTR)位的模式信息(1位)、判定通信模式是高速CAN通信模式(远程发送请求(RTR)位＝0)(S10)时，它以高速CAN通信模式如下处理数据(S20)。这里，以普通CAN通信模式进行的数据处理和以高速CAN通信模式进行的数据处理可由相同的处理器仅通过模式转换而执行。可选择地，在普通CAN通信模式和高速CAN通信模式被不同的处理器执行的情况下，在普通CAN通信模式下工作的处理器的运行可被停止，并且在高速CAN通信模式下工作的处理器可被运行。
如上所述，在接收器确认了被插入到数据帧的远程发送请求(RTR)位的模式信息(1位)、判定通信模式是高速CAN通信模式(远程发送请求(RTR)位＝0)(S10)之后，当接收器确认了高速CAN通信模式下被插入到数据帧的扩展数据长度(EDL)位中的数据长度信息(1位)、判定数据长度是8字节或更少字节时(扩展数据长度(EDL)位＝0)(S30)，它处理相应的8字节或更少字节(例如，8字节)的数据(S31)，并且确认被插入到数据帧的比特率切换(BRS)位的通信速率信息(1位)(S40)，以便当比特率切换(BRS)位为0时以1Mbps或更小(例如，1Mbps)的通信速率来处理数据(S41)，以及当比特率切换(BRS)位为1时以2Mbps或更大(例如，2Mbps)的通信速率来处理数据(S42)。在这种情况下，接收器可参照控制字段的DLC、参照相应数据字段的数据长度来处理数据(S70)。
同时，如上所述，接收器确认了被插入到数据帧的远程发送请求(RTR)位的模式信息(1位)、判定通信模式是高速CAN通信模式(远程发送请求(RTR)位＝0)(S10)之后，当接收器确认了高速CAN通信模式下被插入到数据帧的扩展数据长度(EDL)位中的数据长度信息(1位)、判定数据长度是8字节或更多字节时(扩展数据长度(EDL)位＝1)(S30)，它处理相应的8字节或更多字节(例如，64字节)的数据(S50)，并且确认被插入到数据帧的比特率切换(BRS)位的通信速率信息(1位)，以便当比特率切换(BRS)位为0时以1Mbps或更小(例如，1Mbps)的通信速率来处理数据，以及当比特率切换(BRS)位为1时以2Mbps或更大(例如，2Mbps)的通信速率来处理数据(S62)。在这种情况下，接收器可参照控制字段的DLC、参照相应数据字段的数据长度来处理数据(S70)。
因此，在根据本发明的高速CAN通信模式下，数据量可被扩展到0-64字节或更多字节，并被插入到数据帧中，然后被发送和接收，并且数据可在2Mbps或更大的通信速率下被处理。例如，如图4所示，甚至在发送和接收相同的8字节数据的情况下，该数据在高速CAN通信模式下可以比在普通CAN通信模式下在更短的时间内被处理。
如上所述，采用根据本发明实施例的车辆中的CAN通信方法和数据帧结构，该数据帧结构比起现有技术，增加了数据量，并且提高了CAN通信速率，该数据帧结构被应用在车辆中诸如控制器等的所有电子设备中，以提高数据接收的稳定性并提高通信速率，从而使得CAN总线的流量负载降低到一半或更少成为可能。此外，根据本发明实施例的车辆中的CAN通信方法，可通过在车辆的诸如动力总成、底盘、车身、多媒体等的各部件中使用CAN通信，而被应用到车辆的所有电子设备，例如控制器等。
以上虽然通过如具体组件等特定的主题对本发明进行了描述，但是文中所公开的实施例和附图仅是为了有助于对本发明的完整理解而被提供。因此，本发明并不受限于上述实施例，而是在不背离本发明的构思和范围的情况下，可由本发明所属领域的技术人员进行各种变型和变化。也就是说，权利要求及其等同或等效变型的所有内容都将落入本发明的范围和构思内。

Claims (11)

1.一种用于车辆的电子设备的控制器局域网(CAN)通信方法，包括以下步骤：
使用数据帧发送数据，在所述数据帧中，指示高速CAN通信处理或普通CAN通信处理的通信模式信息被插入到在普通CAN通信协议中未被使用的空位或保留位；
接收所发送的数据；以及
基于所述通信模式信息，以高速CAN通信模式或普通CAN通信模式处理所接收的数据。
2.根据权利要求1所述的CAN通信方法，其中所接收的数据的处理包括，当所接收的数据采用所述普通CAN通信模式进行处理时，以1Mbps或更小的通信速率来处理所述数据帧的数据字段中所携带的8字节或更少字节的数据。
3.根据权利要求1所述的CAN通信方法，其中所接收的数据的处理包括，当数据长度为8字节或更少字节、并且所接收的数据采用所述高速CAN通信模式进行处理时，根据包括在所述通信模式信息中的通信速率信息，以1Mbps或更小，或者2Mbps或更大的通信速率来处理所述数据帧的数据字段中所携带的8字节或更少字节的数据。
4.根据权利要求1所述的CAN通信方法，其中所接收的数据的处理包括，当数据长度为8字节或更多字节、并且所接收的数据采用所述高速CAN通信模式进行处理时，根据包括在所述通信模式信息中的通信速率信息，以1Mbps或更小，或者2Mbps或更大的通信速率来处理所述数据帧的数据字段中所携带的8字节或更多字节的数据。
5.根据权利要求1所述的CAN通信方法，其中所述数据帧包括：
远程发送请求(RTR)位，其用于指示通信模式是所述普通CAN通信模式还是所述高速CAN通信模式，
扩展数据长度(EDL)位，其用于指示数据长度是8字节或更少字节，还是8字节或更多字节，以及
比特率切换(BRS)位，其用于指示通信速率是1Mbps或更小，还是2Mbps或更大。
6.根据权利要求5所述的CAN通信方法，其中所述RTR位被分配给所述数据帧的所述空位。
7.根据权利要求5所述的CAN通信方法，其中所述EDL位和BRS位被分配给包括在所述数据帧的控制字段中的所述保留位。
8.一种用于车辆的电子设备的CAN通信的数据帧结构，包括：
RTR位，其用于指示通信模式是普通CAN通信模式还是高速CAN通信模式；
EDL位，其用于指示数据长度是8字节或更少字节，还是8字节或更多字节；以及
BRS位，其用于指示通信速率是1Mbps或更小，还是2Mbps或更大。
9.根据权利要求8所述的数据帧结构，其中所述RTR位被分配给在普通CAN通信协议中未被使用的数据帧的空位。
10.根据权利要求8所述的数据帧结构，其中所述EDL位和BRS位被分配给在普通CAN通信协议中未被使用的、包括在数据帧的控制字段中的保留位。
11.根据权利要求8所述的数据帧结构，其中使用数据帧以所述普通CAN通信模式或所述高速CAN通信模式进行数据的发送、接收和处理，在所述数据帧中，所述RTR位、EDL位和BRS位被插入到在普通CAN通信协议中未被使用的空位或保留位。
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