CN107637023B - 用于在数据总线系统中传输消息的方法、收发器和用于机动车的电子控制单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在数据总线系统中传输消息的方法，其中消息可以借助于数据总线(H，L)以数据帧的形式传输，并且针对转换信息(BRS)检查要通过总线订阅者发送的数据帧，此外，该方法的区别在于，基于转换信息(BRS)的规定值的有无来进行要发送的数据帧的位脉冲的边缘的上升时间和/或边缘形状的转换。此外，本发明涉及对应的收发器和一种电子控制单元。

Description

用于在数据总线系统中传输消息的方法、收发器和用于机动 车的电子控制单元

技术领域

本发明涉及用于在数据总线系统中传输消息的方法、用于数据总线系统的总线订阅者(subscriber)的收发器和一种用于机动车的相应电子控制单元。

背景技术

数据总线系统用于许多不同的技术领域中。例子有汽车和航空工程，其中尤其利用诸如CAN总线的总线系统来实现电子控制单元(ECU)的通信。如果消息从一个总线订阅者发送到总线系统中的所有其它总线订阅者，则将这称为所谓的广播法。如果这包含数据总线在不使用特定总线订阅者可以发送消息的规定时间窗的情况下操作，则总线订阅者的发送过程在任意瞬间、但尤其是在数据总线未由已经发生的传输过程使用时实现。在CAN数据总线的情况下，消息呈数据帧的形式传输。为了以扩展的带宽处理伴随着数量越来越多的应用的日益增长的通信，以CAN2.0B为基础来开发协议CAN-FD(“具有灵活数据速率的CAN”，2012年4月17日发布，规范版本1.0)，其允许更高的数据速率和更多的单位数据帧有用数据。CAN-FD数据帧的精确结构同样可以从该规范收集。

在这种情况下，CAN-FD与CAN2.OB协议共用同一物理级，但是数据帧的格式不同。CAN-FD数据帧额外包括两个控制位，第一控制位允许扩展长度的数据帧，且第二控制位允许转换为更快的数据速率。所述控制位可以用于互相独立地规定两个特性。CAN-FD因此可以用于每单位时间传输更大的数据量(有效载荷)。CAN-FD数据帧的区别在于，在仲裁阶段期间，它们具有与基于CAN2.OB协议的数据相同的位速率。在与数据帧的仲裁域毗邻的控制域中，使用FDF位(旧名“rO”)作为存在CAN-FD数据帧的指示。在Bosch CAN-FD规范中，该位由EDL表示，并且带来目前形成“国际标准草案”的IS011898-1，然而该EDL尚未被进一步开发。如果涉及CAN-FD数据帧，则FDF位接着的是保留位(“res”)并且然后是BRS位，该BRS位基于它的值来规定CAN-FD数据帧内的数据速率从仲裁阶段的位速率转换为数据阶段的相应预配置且更高的位速率。只要BRS位出现，就将实现这种转换。在这种情况下，该规范中的定义是隐性检测的BRS位用信号告知向更快的数据速率的转换。

CAN-FD与CAN2.0B向后兼容，这意味着CAN2.0B格式的数据帧和CAN-FD格式的数据帧可以在同一网络中共存。如果未使用CAN-FD数据格式，则CAN2.0B数据帧可以用于CAN-FD实施方案中。

CAN收发器频繁地需要满足对杂散发射、特别是对线路传导辐射发射的规定需求。为此，对于显性阶段与隐性阶段之间的过渡，实施针对CAN-H和CAN-L线上的互补电平的最可能的镜像对称和与可容许的辐射发射匹配的上升时间，针对不适于每个应用的边缘实施最可能短的上升时间。为了传输其位时间(传输位元的周期)被限制为1μs的最小长度的CAN2.0B数据帧，甚至在比较浅的边缘轮廓(比较长的上升时间)的情况下也可以进行位元的解码。在缩短位时间的情况下，对于基本上恒定的上升和下降时间而言，位脉冲是圆形的，因为上升和下降边缘一致。对于很短的位时间，将不可能正确地解码相应的数据帧，这意味着尽管辐射发射增加，上升和下降时间也需要选择为使得能够可靠地解码。

如果接收总线订阅者或收发器识别到数据帧的错误传输，则它发送错误消息。这重写了CAN总线上的所有通信，其中每个其它接收总线订阅者识别该错误消息并拒绝此刻收到的数据帧。发送总线订阅者由于错误消息的识别而终止传输。通常，每个总线订阅者都具有在错误消息发送时递增(进行加计数)的接收错误计数器(RFC)。当所发送的错误消息的最大数量的阈值被超过时，发送所述错误消息的总线订阅者自动与数据总线隔离。另外，每个总线订阅者都包括用于失败的传输的传送错误计数器(TEC)，其在由发送总线订阅者发送数据帧的时候当接收到错误消息时递增。一旦TEC已超过最大传输尝试次数的事先限定的阈值，则总线订阅者自动将它自己与数据总线隔离，这阻止了进一步的传输尝试。错误计数器针对没有错误地发送或接收的消息递减(进行减计数)。

针对局部网络(PN)设计的CAN收发器包括可以用于以低能量模式同时读取和解码到达的CAN数据帧的解码器。目前，对解码的特定要求局限于CAN2.0B数据帧——也就是说不是CAN-FD数据帧。在CAN-FD数据帧的情况下，数据阶段中的位时间可能如此之短，以至于它们无法由总线订阅者(接收器)的解码器利用发射器的针对辐射发射优化的所述边缘设定来可靠地正确解码。这样，语法上正确的CAN-FD数据帧有时不正确地引起可能错误的数据帧的识别，从而引起发送错误消息和接收错误计数器(REC)的递增。在错误计数器达到适合的极限值的情况下，这会进一步约束受影响的系统的可用性。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于提供一种允许实现借助于数据总线传输的消息的正确解码、减少辐射发射和增加总线订阅者的可用性的装置。另外，所述实现旨在需要尽可能少的修改。

此目的通过根据本发明所述的用于在数据总线系统中传输消息的方法并且还通过根据本发明所述的用于数据总线系统的总线订阅者的收发器和电子控制单元来实现。

本发明涉及一种用于在数据总线系统中传输消息的方法，其中消息可以借助于数据总线以数据帧的形式传输并且针对一项转换信息检查要通过总线订阅者发送的数据帧，该方法的区别在于，基于该项转换信息的规定值的有无来进行要发送的数据帧的位脉冲的边缘的上升时间和/或边缘形状的转换。在这种情况下，上升时间尤其描述在两个限定的极限值之间改变信号电平实际上需要的周期。因此，可以借助于变更的边缘梯度和/或还借助于例如适当地调节的边缘形状来实现上升时间的缩短。

本发明的一个优点是适合专用要求的适应性的增加度量，尤其关于杂散辐射发射和信号质量。这还允许提高数据总线上的总线订阅者的可用性，这意味着可以避免潜在的安全临界状况。

根据一个特别优选的实施例，在要发送的数据帧内进行上升时间和/或边缘形状的转换，以使得可以在要发送的数据帧中实现各种上升时间和/或边缘形状。由此进一步提高了满足专用要求的适应性。当存在指示要进行的转换的该项转换信息的值时，优选地缩短上升时间和/或改变边缘形状以使得可以至少部分满足对信号质量和/或辐射发射的要求。

要发送的数据帧方便地包括多个域，其中提供了至少一个数据域，并且当识别到指示要进行的转换的该项转换信息的值时，至少对一些数据域实现针对位脉冲的后续边缘的转换。

这允许仲裁阶段中的辐射发射被有利地保持较低并且数据阶段的信号质量提高，使得接收总线订阅者能够进行对所传输的数据的正确解码。这意味着，特别是在数据阶段中，不存在接收总线订阅者的输入错误计数器的递增。

根据本发明的一个有利实施例，借助于与总线订阅者相关联的收发器来进行转换。优选地，该收发器是可以利用局部网络操作的收发器。或者，不是针对局部网络设置的收发器可以配备有相应的功能。

转换优选地在总线订阅者和/或与总线订阅者相关联的收发器和/或总线订阅者所包括的电子控制单元的正常操作期间执行。正常操作应被理解为指这样一种操作模式：即，在该操作模式下，收发器和/或与其相关联的电子控制单元或者与电子控制单元和收发器相关联的对应总线订阅者以及总线控制器根据使用不处于低能量模式和/或至少部分处于激活状态。这可以避免借助于单独的线来规定(prescribe)与收发器相关联的控制器以及对已有收发器的大幅修改。

优选地借助于与收发器相关联的解码器来针对该项转换信息检查要发送的数据帧，其中解码器在识别出指示要提供的转换的该项转换信息的值时输出用于切换的控制信号。

所述实现优选地包含本来处于适当位置的收发器的复述功能的使用，所述复述功能通常设置用于仲裁并以调整后的形式另外履行根据本发明的功能。因此，对要发送的数据帧的检查——该检查借助于解码器提供——以及用于转换的控制信号的输出优选地在总线订阅者和/或与总线订阅者相关联的收发器和/或总线订阅者所包括的电子控制单元的正常操作期间执行。

该转换优选地连同用于要发送的数据帧的具有比较高的时钟频率的阶段和/或域的开始一起实现。

在具有比较高的时钟频率的阶段和/或域之前该项转换信息优选地由要发送的数据帧的至少一个位表示，所述至少一个位尤其是用于指示用于CAN-FD协议的位速率转换(BRS位)的位。这样，CAN-FD协议的BRS位的值首先用于指示要进行的位速率(数据速率)的转换并且同时用于指示上升时间和/或边缘形状的转换。根据一个替代性的优选实施例，可以例如通过使用与该位速率不相关的要发送的数据帧的位来实现转换选择的解耦。

方便地，当识别出数据域的结束或该数据域后续的域的结束或开始时，要发送的数据帧的位脉冲的边缘的上升时间和/或边缘形状再次改变。优选地，按照该细化方案——执行由于该项转换信息而转换为与转换之前基本上相同的上升时间，因此涉及反向转换。按照CAN-FD协议跟随该数据域的域是CRC域(检查域)，这意味着当识别出该数据域的结束或CRC域的开始或结束时优选执行又一次转换。上升时间和/或边缘形状的又一次转换优选地连同针对要发送的数据帧的具有比较高的时钟频率的阶段和/或域的结束一起执行。

无论收发器以何种方式执行根据本发明的方法或总线订阅者优选地以何种方式配置，这都尤其借助于SPI(串行外围总线)接口来实现。或者，尤其在接收路径用于在当前发送的数据帧中进行读取时，优选地规定根本上启用根据本发明的方法。方便地，根据本发明的方法的启用可依赖于与对该项转换信息的规定值的有无的依赖性并列的其它条件。因此，可以有利地基于例如用于特定操作模式或位速率的专用应用程序来启用边缘修正。

本发明还涉及一种用于数据总线系统的总线订阅者的收发器，该收发器被设计成经由连接数据总线系统的总线订阅者的数据总线来接收和发送数据帧，其中收发器可以用于对要通过所述收发器发送的数据帧上的(一项)转换信息执行检查，并且所述收发器还被设计成基于数据帧所包括的转换信息来执行对要发送的数据帧的位脉冲的边缘的上升时间和/或边缘形状的转换。

优选地，上升时间的转换可以在收发器和/或与收发器相关联的电子控制单元和/或与收发器相关联的总线订阅者的正常操作期间执行。

按照本发明的一个开发方案，对要发送的数据帧上的该项转换信息的检查优选地可以借助于与收发器相关联的解码器来进行，其中该解码器被设计成在识别出指示要进行的转换的该项转换信息的值时尤其向与收发器相关联的输出驱动器输出用于转换的控制信号。

按照本发明的一个优选开发方案，对要发送的数据帧的检查——该检查借助于解码器提供——和用于转换的控制信号的输出可以在收发器和/或与收发器相关联的电子控制单元和/或与收发器相关联的总线订阅者的正常操作期间执行。

根据本发明的收发器被方便地设计成使得可以执行根据本发明的方法。

另外，本发明涉及一种用于机动车的电子控制单元，该电子控制单元具有根据本发明的相关联的总线控制器和相关联的收发器，并且被设计成使得可以执行根据本发明的方法。

附图说明

更多优选实施例将从以下参考附图对优选实施例的描述显现。

在基本图示中：

图1示出根据本发明的示例性CAN(FD)控制器1和CAN(FD)收发器2的图示，以及

图2示出在本发明的范围内从CAN-FD数据帧的仲裁阶段到数据阶段的过渡的示例性时机。

具体实施方式

图1示出借助于发射线TX和接收线RX通信的CAN控制器1和CAN收发器2的示例性示意图。出于经由数据总线CAN发送数据的目的，发射线TX与收发器2的输出驱动器3连接。出于接收数据的目的，接收线RX与收发器2的接收器4连接。在输出驱动器3发送数据的时候，所述数据可以同时由接收器4以本身公知的方式读取，这尤其在仲裁阶段过程中发送标识符时由CAN控制器使用。收发器2还具有解码器5，该解码器可以用于至少在一定程度上以局部网络的低能量模式解码读取CAN数据帧。

图2示出CAN-FD数据帧的从仲裁阶段到数据阶段的过渡的示例性时机。根据本发明，收发器2的解码器5在数据阶段中实时检测CAN-FD数据帧的BRS(“位速率开关”)位以便使输出驱动器的边缘变陡。在图2中，A表示这种情况下的仲裁阶段的位速率，而B表示数据阶段的位速率。结果，可以保持仲裁阶段中的辐射发射比较低，并可以提高数据阶段的信号质量，这意味着接收总线订阅者没有不正确地识别到据称错误的数据帧。甚至在使用基于CAN2.0B和CAN-FD的数据帧的网络中，这意味着就杂散辐射发射而言不利的陡峭上升边缘仅在CAN-FD数据帧的数据阶段期间出现，并且可以通过另外的总线订阅者来正确地解码位脉冲。

向用于边缘的较短上升时间的转换的一个决定性方面是看BRS位是显性的还是隐性的。根据图2的示例性实施例(和说明书)，如果BRS位是隐性的，则数据速率在数据阶段B期间增大并且解码器5向输出驱动器3输出用于缩短外向/界外(outgoing)位脉冲的边缘的上升时间的控制信号。为了实现这一点，发送总线订阅者的针对局部网络设置的解码器5也可以在正常操作期间使用。在这种情况下，收发器2使用接收线RX来随时读取要发送的数据帧。切换回较慢的数据速率和边缘梯度优选地在CRC限制位的采样瞬间完成。

优选地，可以利用局部网络操作的根据本发明的收发器2构造成用于执行根据本发明的方法，这能够使用例如已有的SPI接口(串行外围总线)来完成。或者，可规定尤其在接收路径用于在当前正被发送的数据帧中进行读取时被根本上启用，或该启用依赖于其它条件。因此，例如针对特定的操作模式或位速率，可以以专用方式启用边缘调节。

本发明可以借助于软件或硬件或借助于软件和硬件的组合来实现。

Claims (19)

1.一种用于在数据总线系统中传输消息的方法，其中，所述方法包括：

通过收发器借助于数据总线(H，L)以数据帧的形式传输消息，所述数据帧包括仲裁阶段位和数据阶段位；

针对转换信息(BRS)通过收发器检查数据帧中的仲裁阶段位；

通过收发器传输具有第一上升时间和/或第一边缘形状的仲裁阶段位；以及

响应于在仲裁阶段位中检测到转换信息(BRS)的规定值的存在，通过收发器传输具有第二上升时间和/或第二边缘形状的数据阶段位；

其中，所述第二上升时间小于所述第一上升时间，并且所述第二边缘形状比所述第一边缘形状更陡峭。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在要发送的数据帧内进行所述转换，以使得能够在要发送的数据帧中实现各种上升时间和/或边缘形状。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当存在指示要进行的转换的所述转换信息(BRS)的值时，缩短所述上升时间和/或改变所述边缘形状以使得能够至少部分地满足对信号质量和/或辐射发射的要求。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，要发送的数据帧包括多个域，其中提供至少一个数据域，并且当识别出指示要提供的转换的所述转换信息的值时，至少针对一些所述数据域在位脉冲的后续边缘上改变所述上升时间和/或边缘形状。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于与总线订阅者相关联的收发器(2)来进行所述转换。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转换在总线订阅者和/或与总线订阅者相关联的收发器(2)和/或总线订阅者所包括的电子控制单元的正常操作期间执行。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，借助于与所述收发器(2)相关联的解码器(5)来针对所述转换信息(BRS)检查要发送的数据帧，其中所述解码器(5)在识别出指示要提供的转换的所述转换信息(BRS)的值时输出用于转换的控制信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，借助于所述解码器提供的对要发送的数据帧的检查以及所述用于转换的控制信号的输出在所述总线订阅者和/或与所述总线订阅者相关联的收发器(2)和/或所述总线订阅者所包括的电子控制单元的正常操作期间执行。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述转换连同所述数据帧的具有比较高的时钟频率的阶段和/或域的开始一起实现。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，具有比较高的时钟频率的阶段和/或域之前的转换信息(BRS)由要发送的数据帧的至少一个位表示。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述至少一个位是用于指示用于CAN-FD协议的位速率转换的位。

12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当识别出数据域的结束或所述数据域随后的域的结束或开始时，要发送的数据帧的位脉冲的边缘的上升时间和/或边缘形状再次改变。

13.一种用于数据总线系统的总线订阅者的收发器(2)，该收发器包括处理器，该处理器配置为：

借助于与所述数据总线系统的总线订阅者连接的数据总线(H，L)以数据帧的形式传输消息，所述数据帧包括仲裁阶段位和数据阶段位；

针对转换信息(BRS)检查数据帧中的仲裁阶段位；

传输具有第一上升时间和/或第一边缘形状的仲裁阶段位；以及

响应于在仲裁阶段位中检测到转换信息(BRS)的规定值的存在，传输具有第二上升时间和/或第二边缘形状的数据阶段位；

其中，所述第二上升时间小于所述第一上升时间，并且所述第二边缘形状比所述第一边缘形状更陡峭。

14.根据权利要求13所述的收发器，其特征在于，所述转换能够在所述收发器(2)和/或与所述收发器(2)相关联的电子控制单元和/或与所述收发器(2)相关联的总线订阅者的正常操作期间执行。

15.根据权利要求13或14所述的收发器，其特征在于，对要发送的所述数据帧上的所述转换信息(BRS)的检查能够借助于与所述收发器(2)相关联的解码器(5)进行，其中，所述解码器被设计成在识别出指示要提供的转换的所述转换信息(BRS)的值时输出用于转换的控制信号。

16.根据权利要求15所述的收发器，其特征在于，借助于所述解码器(5)提供的对要发送的数据帧的检查和所述用于转换的控制信号的输出能够在所述收发器(2)和/或与所述收发器(2)相关联的电子控制单元和/或与所述收发器(2)相关联的总线订阅者的正常操作期间执行。

17.根据权利要求15所述的收发器，其特征在于，所述解码器被设计成在识别出指示要提供的转换的所述转换信息(BRS)的值时向与所述收发器(2)相关联的输出驱动器(3)输出用于转换的控制信号。

18.根据权利要求13或14所述的收发器(2)，

其特征在于，所述收发器被设计成使得能够执行根据权利要求1至12中的任一项所述的方法。

19.一种用于机动车的电子控制单元，该电子控制单元具有相关联的总线控制器(1)和根据权利要求13至18中的一项所述的相关联的收发器(2)并且被设计成使得能够执行根据权利要求1至12中的任一项所述的方法。

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