CN109240970B - 经串行通信总线传输数据的方法、总线接口和计算机程序 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种经串行通信总线传输数据的方法、总线接口和计算机程序。本发明涉及对已有的CAN FD数据传输协议的扩展。扩展的目标是能够使IPv6协议用于CAN总线。为此，使CAN FD协议以不兼容的方式进一步发展。一个改变措施涉及延长数据字段(DF)，数据字段在传输帧中定位在仲裁字段(AF)后。在此，可以在延长的数据字段(DF)中在确定的上限内记录任意数量的字节。因为数据字段(DF)与仲裁字段(AF)相比以更高的位速率传输，所以数据量由此明显增加。

Description

经串行通信总线传输数据的方法、总线接口和计算机程序
技术领域
本发明涉及经由总线系统联网的电子部件、尤其是控制设备、传感器和执行器之间的串行数据传输技术领域。这些控制设备在汽车中广泛使用。联网的控制设备、传感器和执行器也在其它技术领域中，例如在自动化技术、过程技术等中使用。本发明还涉及一种相应设计的总线接口以及相应设计的计算机程序。
背景技术
在现代车辆中安装了大量控制设备。仅仅对于传动链，就使用了多个控制设备，即例如发动机控制设备、变速器控制设备、ESP控制设备、底盘控制设备和其它控制设备。此外，还存在安装在车辆车身范围内并且提供特定的舒适性功能的其它控制设备。作为示例列举门控制设备或车窗升降控制设备、空调控制设备、座椅调节控制设备、气囊控制设备等。然后，还存在视为信息娱乐范围的控制设备，例如用于环境观察的照相机控制设备、导航设备、RADAR或LIDAR设备、通信模块以及具有TV、收音机、视频和音乐功能的娱乐模块。尤其是对于控制设备的车辆内部联网的信息娱乐范围，将来要使用IPv6或IPv4形式的IP通信。在此，传输可能具有多达64千字节的长度的IP包。虽然IP包可以以分割的方式传输，但是使用IP通信需要使用可以传输足够大的消息的总线技术。在此，要求作为MTU(MaximumTransmission Unit，最大传输单元)，如由以太网已知的那样，能够传输至少1280字节大小的包。然而，在汽车中使用的相应于Controller Area Network(控制器局域网络)的传统CAN总线2.0和相应于Controller Area Network Flexible Data Rate(控制器局域网络灵活数据速率)的已经扩展的CAN FD总线都不满足该要求，因为其仅能够传输最大大小为8或64字节的消息。当CAN总线要支持所需要的IPv6通信时，这使CAN总线的使用不合适。关于IPv6协议的其它细节，参考互联网工程任务组(Internet Engineering Task Force)IETF的规范RFC 2460。
一般来说，不同种类的控制设备分别利用单独的、针对设备种类相应地设计的总线联网。因此，在车辆中可能使用多个不同的总线系统。不同的总线系统在此可以经由网关相互连接，以便能够实现数据交换。在传动链控制设备的范围内，同样在舒适性控制设备的范围内，一般使用CAN总线。在信息娱乐范围内，也使用其它总线系统，例如基于以太网技术的总线系统，例如基于根据IEEE 802.1标准的标准家族的AVB(Audio Video Bridging，音频视频桥接)。还可以使用经由光波导进行数据传输的总线系统。作为示例列举MOST总线(Media Oriented System Transport，面向媒体的系统传输)或D2B总线(DomesticDigital Bus，家用数字总线)。
存在经由CAN 2.0或CAN FD将例如ISO TP的传输协议用作中间层来传输IPv6包的可能性。然而，这具有一些缺点。
使用传输协议ISO TP来传输IP包具有由此产生进行分割的必要性的明显的缺点。这使得更容易出错，并且在传输数据时产生开支(Overhead)。该开支一方面由于传输协议本身产生。另一方面，大部分开支由于CAN FD协议本身产生。每个CAN FD传输帧由以慢数据速率传输位的仲裁阶段和可以实际使用所给出的快数据速率的数据段构成。相应地，仲裁阶段越频繁地出现，则可能越少使用高数据速率的数据段。该缺点越来越严重，因为可实现的数据速率在CAN总线技术中由于特殊的总线访问方法总归是有限的。
使用ISO TP的另一个明显的缺点是：根据ISO TP使用状态点对点连接(zustandsbehaftete Punkt-zu-Punkt Verbindungen)来传输数据。这不允许使用IPv6标准的多播功能。另一方面丢失了如下正面特性：IPv6包是无状态的，并且可以与其它IPv6包无关地进行传输。在使用ISO TP时，IPv6包的传输与先前的包是否被成功传输有关。
使用ISO TP来使得能够经由CAN FD进行IPv6通信时的另一个缺点是：由于利用状态点对点连接的原理，在传输数据时产生非常长的等待时间。这对于短的反应时间非常重要的实时应用来说是不合适的。迄今为止，在汽车领域几乎不使用IPv6通信，因为这意味着很高的资源开销。常见的能够实现IPv6通信的方案在于使用对于汽车领域来说昂贵的以太网技术作为联网技术。
从ISO标准ISO 11898-1 2015-12-00“Road vehicles–Controller area network(CAN)–Part 1:Data link layer and physical signalling”中已知一种具有仲裁字段和数据字段的传输帧，其中，针对仲裁阶段设置低的位速率，并且针对数据的传输在数据字段中设置提高的位速率。数据字节的数量对于传统的传输帧确定为最大8字节。这之间的所有值都是允许的。对于FD传输帧，在数据字段中允许最大64字节。在此，12、16、20、24、32或48个数据字节的值也是可以的。
从DE 10 2011 006 884 A1中已知一种用于提高串行总线系统中的数据传输能力的方法和设备。该文献也示出了使用具有仲裁字段和数据字段的传输帧，其中，针对仲裁阶段设置低的位速率，并且针对数据字段中的数据的传输设置提高的位速率。
从DE 10 2011 122 843 A1中已知一种用于具有灵活的消息大小和可变的位长度的串行数据传输的方法和设备。
从DE 11 2015 004 473 T5中已知一种用于控制目的的高速数据传输协议。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，在汽车领域中引入IP通信时避免所描述的缺点。
上述技术问题通过经由串行通信总线传输数据的方法、相应设计的总线接口以及相应设计的计算机程序来解决。
与下面对这些措施的描述对应，说明书包含本发明的有利的扩展方案以及改进。
为了解决上述技术问题，遵循如下方案：使在汽车领域占主导地位的CAN协议本身以不兼容的方式进一步发展，以便使其适用于IP通信。在此，下面将这里新提出的扩展的CAN协议简称为CAN EL协议。
用来使已有的CAN FD协议进一步发展的第一措施是：在经由串行通信总线传输数据的方法中，其中，利用传输帧传输数据，其中，传输帧具有至少一个仲裁字段和数据字段，明显扩展传输帧中的数据字段的长度。在此，仲裁字段用于根据CSMA-CR方法(相应于具有冲突解决能力的载波侦听多路访问，Carrier Sense Multiple Access with CollisionResolution)，通过借助标识符确定消息的优先级来调节总线访问。如在CAN FD总线中那样，针对仲裁阶段设置低的位速率，而针对数据字段中的数据的传输设置提高的位速率。通过延长有效数据字段，在这里提出的扩展的CAN EL总线中，避免了如下缺点：在CAN FD总线中，由于在那里确定有效数据字段的长度限制为最大64字节，更高的位速率的优点几乎没有得到充分利用。这种措施提供在数据传输时数据速率/带宽明显增大的优点。这也意味着传输大的数据包时的效率明显得到改善。同时消除了在CAN FD总线中存在的如下限制：在具有64字节的最大大小的有效数据字段内，仅可以使用特定数量的字节。使用可能性由此进一步更灵活。
有效数据字段的长度的可变性确保了许多使用可能性。因此，当根据应用情况高的净数据速率非常重要，或者在另一情况下实时能力更重要，并且短的等待时间更重要时，不需要进行妥协。
在此特别有利的是，针对数据字段的可变的长度，指定0至4096字节的范围。这能够实现与现在广泛应用的1GBit以太网变形方案的良好的互通性。使用1GBit以太网总线变形方案的一部分汽车网络之间的路由(Routing)于是在不进行分割的情况下是可能的。IP通信的使用由此可以没有问题地实现。
同样有利的是，将仲裁字段的长度确定为32位。在CAN FD标准中，针对该字段确定29位的长度。该措施使用于扩展的CAN EL总线的硬件开发简化。现在常见的寄存器长度通常是一个字节的多倍，即8位的多倍。
此外有利的是，如在CAN FD协议中那样，在传输帧中，在仲裁字段与数据字段之间设置控制字段，在控制字段中设置至少一个区段用于关于数据字段的长度给定。因此，在此需要延长该区段，以便可以给定4096字节的完整长度。为此需要13位。
如在CAN 2.0协议和CAN FD协议中那样，有利的是，在传输帧中设置CRC字段，在CRC字段中设置至少一个区段用于CRC校验码。CRC校验码用于相应于已知的CyclicRedundancy Check Algorithmus(循环冗余校验算法)检测错误。
在此，如在CAN FD协议中那样，有利的是，在传输帧中设置开始字段，并且经由开始字段、仲裁字段、控制字段和数据字段这些字段来计算CRC校验码。
这同样适用于同样已经在CAN 2.0协议和CAN FD协议中使用的位填充(Bit-Stuffing)方法的使用。在此有利的是，数据的传输异步地进行，并且为了确保数据发送站和数据接收站的共模，根据位填充规则执行再同步，其中，在从开始字段直到数据字段结束的范围内应用位填充规则，其中，在CRC字段的一个区段中记录插入的填充位的数量来进行监控。通过插入填充位，总线上的边沿变化是强制性的，该边沿变化在CAN控制器中用于再同步预先给定在接收数据时用于位恢复的扫描时钟的时钟发生器。在此使用修改后的位填充规则。对于新的传输格式，在如下方面改变位填充算法(帧编码)，即，不像在CAN 2.0和CAN FD中那样，在5个立即连续位之后插入填充位，而是在具有相同的总线电平的10个立即连续位之后才插入填充位。由此，在数据帧中需要更少的“开支”位，并且由此数据传输的效率提高。
有利的是，在传输帧中还设置结束字段，并且在结束字段中记录至少一个帧结束代码，其中，帧结束代码具有11位的长度。该措施由于位填充规则改变而是有利的。通过发送帧结束代码来强制违反新的位填充规则，从而没有正确同步的用户能够识别出该事实并且重置CAN控制器，以便再次正确地进行同步。
在CRC字段中，根据扩展协议不使用位填充规则。因此附加地有利的是，在CRC字段中，在固定地预先给定的位置强制性地插入填充位。因此，在CRC字段中也确保了边沿变化，并且总线用户的CAN控制器保持同步。
在一个优选示例中，CRC字段以固定地预先给定的填充位开始，并且以CRC字段的分别9位的间距插入另外的固定地预先给定的填充位。固定地预先给定的填充位在此与其前一位互补。
一种特别有利的措施涉及仲裁字段中的标识符的分配，用于确定消息的优先级。因此，将仲裁字段中的标识符划分为“消息内容”标识符和“设备”标识符区域。通过相应地分配设备ID，可以将总线用户相对于其他总线用户优先。由此，网络行为是可计划/可预测的，因此具有实时能力。边界条件是：对每个设备分配唯一的设备标识符。
在此有利的是，预留具有高阶位的区段，用于确定消息内容的优先级，并且设置具有低阶位的区段，用于设备识别。由此，如在CAN总线中那样，总线访问在仲裁阶段期间主要经由设置有不同的优先级的消息内容来决定，并且在第二行中才经由设备ID来决定。
在一个有利的变形方案中，划分32位长的标识符，使得预留24位用于确定消息内容的优先级，并且设置8位用于确定设备的优先级。
总而言之，通过所提出的措施以有利的方式扩展CAN-FD协议，使得能够像在CAN-FD总线中给出的那样，保持低的硬件成本。对于汽车领域来说必要的分散的仲裁方法也得到保持。这对于进一步的汽车研发来说是一种简化，因为在该领域中不需要新的对于制造商有决定意义的规范。通过保持分散的仲裁并且特别地设计仲裁字段，扩展的CAN EL总线保持具有实时能力，这对于在汽车中使用来说是非常重要的。
通过在扩展的CAN EL总线协议的规范中内置可变性，总线协议能够匹配于具体的总线架构。根据计划的网络大小，可以调整数据速率，以便因此能够实现成本优化的架构。例如，扩展的总线甚至可以覆盖仅具有2个用户的小的网络的特殊情况(点对点连接)。在此，数据传输可以以非常高的数据速率实现。
如结合相应的方法步骤所说明的相应的优点适用于在所提出的经由串行通信总线传输数据的方法中使用的相应设计的总线接口。
这同样适用于相应设计的计算机程序，其在计算单元中运行时执行所提出的传输数据的方法的发送侧步骤和/或接收侧步骤。更确切地说，在汽车领域，硬件成本扮演了重要的角色，因此在此主要更少使用由通过特殊硬件实现数据传输协议的单独的CAN控制器支持的功能强大的微控制器。在其它领域，例如在针对自动化技术或过程技术的现场总线领域，也使用功能更强大的微控制器，针对该微控制器于是也考虑软件解决方案来实现扩展的数据传输协议。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出，并且下面借助附图详细阐述。
图1示出了借助CAN总线将电子部件联网的原理；
图2示出了具有不同的种类的控制设备的车载网络的框图；
图3示出了根据本发明的实施例的详细的传输帧格式；
图4示出了根据所提出的传输帧格式传输不同长度的包中的数据的净数据速率的计算结果；
图5示出了根据所提出的传输帧格式传输不同长度的包中的数据的效率的计算结果；以及
图6示出了两个CAN节点同时访问总线时的仲裁阶段的流程的示例。
具体实施方式
本说明书示出了根据本发明的公开的原理。因此，应当理解，本领域技术人员能够设计不同的布置，其虽然在此没有明确描述，但还是体现了根据本发明的公开的原理，并且应当同样在其范围内得到保护。
CAN总线在1994年就已经标准化。相应的ISO标准具有编号ISO11898。存在针对直至1Mbit/s的高速范围的标准，这是标准ISO 11898-2。然后，存在针对直至125kBit/s的低速范围的标准，这是标准ISO 11898-3。由于数据量不断增加，在CAN总线上产生越来越高的总线负荷。这导致了CAN总线的进一步发展。扩展的CAN总线在概念CAN FD总线下已知。FD在此代表灵活数据速率(Flexible Data Rate)。在该CAN总线变形方案中切换数据速率。对于仲裁阶段来说，数据速率保持很低，如在传统CAN总线中那样。为了传输有效数据，切换到更高的数据速率。如果更快地传输CAN-FD消息的有效数据，则总线占用的持续时间缩短；并且总线负荷减小。当保持与在传统CAN消息中相同的帧的传输持续时间时，利用CAN-FD消息可以传输更大的数据量。因此，其也在CAN FD中实现。替代8字节长的有效数据字段，在CAN FD中使用64字节长的有效数据字段。在实现时，数据速率对于有效数据字段的传输例如从500kbits/s增加到2Mbit/s。
类似于传统的CAN协议，CAN FD总线例如也知道两个数据帧格式：具有11位标识符的标准帧和具有29位标识符的扩展帧。由此保证附加协议、如CANopen和SAE J1939在相应地调整的情况下也可以在CAN FD下进一步存在，并且可以使用所描述的优点。
对于CAN FD，放弃了引入用于远程帧的自己的格式。然而，这对更详细的观察没有限制。由于没有数据字段，提高数据速率没有作用。然而，CAN-FD协议允许利用传统的CAN远程帧请求CAN FD数据帧。
图1示出了借助CAN总线将电子部件联网的原理。CAN网络是由CAN节点(电子部件(控制设备、传感器、执行器)和CAN接口)构成的系统联合，CAN节点通过其各自的CAN接口和连接所有CAN接口的传输介质(CAN总线)相互交换数据。示出了三个CAN节点10。CAN总线的总线结构是线性的。因此，存在总线线路15，所有三个CAN节点10连接到总线线路15。作为总线线路15，在最常见的使用情况下使用非屏蔽绞合双导线线路(Unshielded TwistedPair-UTP)，通过其进行对称信号传输。在对称信号传输中，通过两个线路作为电压差传输信号。线路对在此由非反相的CANH和反相的信号线路CANL组成。接收器由在这两个导线上施加的信号的差重建原始数据信号。这具有如下优点：在总线线路15的两个导线上出现的共模干扰通过求差消除，因此不影响传输。
为了避免信号反射，总线线路15在两个线路端部以总线线路的波阻的大小的终端电阻13(120欧姆)结束。
一个CAN接口由两个部分组成：通信软件和通信硬件。通信软件包括更高的通信服务，而基本的通信功能通常在硬件中实现：在此区分两个硬件部件：CAN控制器14负责CAN通信协议的统一处理，由此减轻主机16的负荷，已经提到的通信软件在主机16上运行。CAN收发器12负责将CAN控制器14与CAN总线15耦合。其在发送过程中形成用于数据传输的信号，并且在接收情况下进行信号准备。当使用CAN FD总线协议时，这种基本结构也没有任何变化。
图2示出了现代汽车的车载网络的一般结构。利用附图标记151表示发动机控制设备。附图标记152相应于ESP控制设备，并且附图标记153表示变速器控制设备。在汽车中可能存在其它控制设备，如行驶动力控制设备等。分配至传动链的所有种类的这些控制设备的联网一般利用高速CAN总线系统(控制器局域网络)104来进行。因为在汽车中安装了不同的传感器，并且其不再仅与各个控制设备连接，所以这种传感器数据同样通过总线系统104传输至各个控制设备。汽车中的传感器的示例是车轮转数传感器、转向角传感器、加速度传感器、转速传感器、胎压传感器、距离传感器、爆震传感器、空气质量传感器等。对车辆装备的不同的传感器在图2中以附图标记161、162、163表示。在车辆中经常还使用另外的CAN总线106，通过该另外的CAN总线主要将舒适性部件联网。其例如是门控制设备134、组合仪表控制设备133、空调控制器132、换挡杆控制设备131和其它设备。对于这些部件，通常CAN总线的低速变形方案就足够了。
但是现代汽车还可能具有其它部件，诸如例如作为倒车照相机或作为驾驶员监视照相机的视频照相机105以及用于实现雷达速度控制器或用于实现距离警告或碰撞警告设备的LIDAR或RADAR设备。
同样安装在驾驶舱区域中的导航系统120经常与之不同。在地图上显示的路线自然同样可以显示在驾驶舱中的显示器上。可能存在其它部件，如免提装置，但没有详细示出。附图标记110还表示车载单元。该车载单元110相应于通信模块，通过通信模块，车辆可以接收和发送移动数据。一般在此涉及例如根据LTE标准的移动无线电通信模块。所有这些设备配属于信息娱乐范围。这些设备因此通过按照该设备种类的特殊要求设计的总线系统102联网。该总线系统根据在此提出的扩展的CAN EL总线标准设计。作为另外的示例，还示出了CAN总线108，其仅连接两个部件，驾驶员辅助控制设备171和RADAR设备172。对于该CAN总线，同样使用扩展的CAN-EL总线。这示出了扩展的CAN-EL总线的广泛的使用范围。RADAR传感器或LIDAR传感器或者多个照相机和/或超声波传感器已经可能导致数据量增加。这些要求可以利用CAN EL总线来满足，如已经描述的那样。
为了将与车辆相关的传感器数据通过通信接口110传输至另一车辆或中央计算机，设置网关140。其与两个不同的总线系统102和104连接。网关140设计用于转换网关通过CAN总线104接收的数据，使得将数据转换为信息娱乐总线102的传输格式，从而可以将数据分布到在那里指定的包中。为了将这些数据向外转发，即转发至另外的汽车或中央计算机，对车载单元110装备通信接口，用于接收这些数据包并且又将其转换为相应使用的移动无线电标准的传输格式。如所示出的，网关140作为中央设备与高速CAN总线104和低速CAN总线106以及CAN EL总线102和108连接。因此，当要在不同的总线系统之间交换数据时，网关承担所有必需的格式转换。
图3示出了根据CAN EL总线标准的新的传输帧格式。该提议基于如在第10.4章中2015年的ISO规范ISO 11898-1中所描述的MAC帧的消息布局。在此，当在此没有明确讨论偏差时，保持各个字段的功能和含义。
在根据ISO 11898-1的传输帧中存在满足控制目的的许多不同的单个位。作为准备，不同的控制位以其英语名称在下面的表格中列出。在下面提及这些位时，不再重复详细名称。
Figure BDA0001725436820000091
Figure BDA0001725436820000101
在此，选择图示，使得分别在一行中给出传输帧的每个字段的各个位。以提高的数据传输速率传输如下字段：控制字段、数据字段和CRC字段。提高的数据传输速率处于2000KBit/s和12000KBit/s之间。调节数据传输速率的步幅是1000KBit/s。对于传输帧的其它部分，即“开始字段”、“仲裁字段”和“结束字段”，仍然适用也在CAN FD总线中使用的低数据传输速率，即数据传输速率可以处于500KBit/s和1500KBit/s之间。调节数据传输速率的步幅在此是250KBit/s。
与所提到的规范不同，新仅还支持一种传输帧格式。新的传输帧格式基于格式FEFF(“FD Extended Frame Format(FD扩展帧格式)”)。
具有SOF位的开始字段SF保持不变。
在开始字段SF后，将为了将来的扩展而预留的Extension0位和Extension1位插入到仲裁字段AF中。这些位在FEFF格式中不存在。这两个位Extension0和Extension1利用“隐性”总线电平传输。
仲裁字段AF中的用于标识符的区段被扩展到32位。32位的标识符区段一起传输，并且不再像在CAN FD中那样在2个不同的区段中传输。相应地也取消了否则为了进行传输帧格式控制而设置的位SRR、RTR、RRS和IDE。
在控制字段CF中，用于数据字段的长度说明的区段被扩展到13位的长度。在位DL0至DL12中，以字节的数量给出有效数据字段的长度。因此，该区段中的数值准确地给出有效数据字段中的字节的数量。利用13位，可以对8192字节的最大数量进行编码。但是因此也可以对该范围内的其它任意的整数进行编码。数据字段的长度要包括高达4096字节，以便相应的以太网包可以在其中找到位置。具有用于数据字段DF的长度说明的控制字段的范围虽然可以利用13位给出更多字节，但是其通过确定为4096字节而受到限制。
也就是说，在延长的数据字段DF中，可以在所确定的4096的上限内记录任意数量的字节。
控制位FDF、BRS和控制字段CF与数据字段DF之间的预留的res位取消。仅ESI位在该位置作为控制位保持。
数据字段DF本身可以具有可变的长度。在此，根据调节情况可以得到最大4096字节。这相应于32768位的长度。
记录CRC校验码的CRC字段CF被扩展到32位的CRC长度。在位字段CRC0至CRC31中记录校验码。
为了计算CRC校验码，使用多项式G(x)＝x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1。
在此，所选择的多项式相应于在针对以太网的规范IEEE 802.3中使用的多项式。
从SOF位直到填充位计数器的最后一位(Stuff0)计算CRC校验和。
CRC字段CF中的区段Stuff Count(填充数)改变为12位的长度，并且涉及位Stuff0至Stuff11。在区段Stuff Count中记录在从SOF位直到数据字段DF的最后一位的范围内插入的填充位的数量。在此，填充位的数量以二进制方式编码。然而，位填充的使用相对于在CAN-FD标准中使用的位填充得到简化。在这一点，CAN-EL总线也相对于CAN-FD总线得到优化，如下面要详细描述的那样。
填充位的插入用于在异步数据传输中进行同步的目的。CAN消息的开始位SOF的从隐性向显性改变的信号边沿用于建立通信伙伴的同步性。再同步机制在SOF位之后负责保持同步性。再同步机制基于对从隐性向显性改变的信号边沿的评估。在此，为了保持同步，在CAN标准中插入位填充机制。在ISO标准ISO 11898-1中规定，当在五个同质位之后总归将得到一个互补位时，最晚也可以在五个同质位之后传输一个互补位。填充位的位置基于规则对于接收方来说是已知的，并且接收方可以忽略填充位。
改变用于新的传输格式的位填充算法(帧编码)，使得不在5个立即连续位之后，而是在10个立即连续位之后才以相同的总线电平插入填充位。由此，在数据帧中需要更少的开支位，由此数据传输的效率提高。
仅针对从SOF位到数据字段DF的最后一位执行可变位填充。从CRC字段CF开始，使用预先定义的填充位(FixedStuffx)。总是在9个位之后插入FixedStuff位。
其涉及如下位：FixedStuff0、FixedStuff1、FixedStuff2、FixedStuff3、FixedStuff4和FixedStuff5。CRC字段中的各个填充位可以分别利用紧接在之前传输的位的相反的电平来传输。
通过这些固定地预先给定的填充位FixedStuff0、FixedStuff1、FixedStuff2、FixedStuff3、FixedStuff4和FixedStuff5，在传输时在期望的位置实现确保的边沿变化。
位FixedStuff0在最后一个数据位与位Stuff11之间传输。
位FixedStuff1在位Stuff3与位Stuff2之间传输。
位FixedStuff2在位CRC26与位CRC25之间传输。
位FixedStuff3在位CRC17与位CRC16之间传输。
位FixedStuff4在位CRC8与位CRC7之间传输。
位FixedStuff5在位CRC0与位CRCDel之间传输。
具有CRC分隔符意义的功能的CRCDel位保持不变，并且具有与在CAN FD标准中相同的功能。
在结束字段EF中，两个位ACK和ACKDel保持不变。
在结束字段EF中，具有EOF标记的区段被扩展为11位。也就是说，在此，替代在CAN总线中常见的7个连续的隐性位，传输11个隐性位。EOF标志的延长是由于填充算法的修改。在具有相同的总线电平的11个连续位之后，才违反新的填充规则。这在此得到充分利用。
在CAN总线和CAN FD总线中，在传输的两个数据帧之间插入所谓的间歇字段。在此，再次传输3个连续的隐性位IFS2至IFS0。CAN控制器基于其识别出总线又被释放。该规则也在CAN EL传输格式中保持。
如所描述的，使用2个不同的位速率来对传输帧中的位进行传输。准确的切换位置在图3中通过附图标记BRSP给出。
将较慢的位速率称为慢位速率。
将较快的位速率称为快位速率。
对于慢位速率，确定500KBit/s至1500KBit/s之间的范围。
在此，应当以250KBit/s的步长支持所有位速率。
对于快位速率，确定2000KBit/s至12000KBit/s之间的范围。
在此，在该范围内，应当以1000KBit/s的步长支持所有位速率。
可选地，可以支持针对慢位速率和快位速率的更高的位速率。
在图4中示出了由此产生的净数据速率的示例性的计算。其中，沿横坐标绘制了在传输帧中传输的具有4096字节的有效数据的直至完整的包长度的有效数据字节的数量。沿纵坐标绘制了产生的净数据速率。然而，在计算时没有考虑填充位。对于下方的曲线A适用将500KBit/s设置为慢位速率，并且将4MBit/s设置为快位速率。对于上方的曲线B适用将1000KBit/s设置为慢位速率，并且将10MBit/s设置为快位速率。
在图5中示出了数据传输效率的示例性计算的结果。其中，沿横坐标绘制了在传输帧中传输的具有4096字节的有效数据的直至完整的包长度的有效数据字节的数量。沿纵坐标作为百分比说明绘制了产生的效率。然而，在计算时没有考虑填充位。对于上方的曲线C适用将500KBit/s设置为慢位速率，并且将4MBit/s设置为快位速率。对于下方的曲线D适用将1000KBit/s设置为慢位速率，并且将10MBit/s设置为快位速率。
CAN消息的标识符的确定原则上没有任何限制。
考虑到优化CAN总线用于传输IP包的目标，在ID分配方面应用分配方针是有帮助的。遵循分配方针尤其是对于IP通信领域来说是有利的。
如在CAN总线和CAN FD中那样，使用标识符来实现确定优先级的概念。借助标识符来决定哪个CAN节点在总线上运行。总线访问方法相应于CSMA-CR方法(具有冲突解决能力的载波侦听多路访问)。CSMA/CR方法负责当CAN总线空闲时，希望进行发送的CAN节点才访问该CAN总线。在同时进行总线访问时，按照位的总线仲裁的基于CSMA/CR方法的方法负责总是运行具有最高优先级的CAN消息的那个CAN节点。原则上适用：CAN消息的优先级越高，则其可以越早地在CAN总线上传输。低优先级的CAN消息在不利的系统设计中甚至冒着完全不进行传输的风险。因此，ID的分配对于实现确定的数据交换来说是非常重要的。
按照该新的概念，32位的标识符被划分为两个区域[消息内容]和[设备]。
区域[消息内容]包括标识符的高阶位。
区域[设备]包括标识符的低阶位。
可以针对需要选择各个区域的大小，但是必须在CAN网络内对于所有用户都相同。在一个示例性实施方式中，对于区域[消息内容]预留24位，并且对于区域[设备]预留8位。因此，可以在网络中关于消息的优先级进行精细的区分。如果两个用户想要在相同的时间点发送具有相同的优先级的消息，则在区域[设备]中决定哪个用户获得了优先。
区域[消息内容]或[设备]中的二进制数越小相应于实际上越高的优先级。在CAN总线上，在仲裁阶段总是运行显性总线电平。在仲裁时放弃识别出其自身仅发送了隐性总线电平、但是识别出施加了显性电平的CAN节点。
通过相应地分配Device ID(设备ID)，可以将一个总线用户相对于其他总线用户优先。由此，网络行为是可预测的，由此具有实时能力。
图6示出了仲裁过程：
在图示的上方的部分中，对仲裁字段AF的各个位的位置从0至31连续编号。在[消息内容]区域中，也对于每个位给出哪个优先级与单个位的位置相关联。在[消息内容]区域中，位的位置ID8获得最低的优先级Priority0，并且在[消息内容]区域中，位的位置ID31相应地获得最高的优先级Priority23。同样，在[设备]区域中具有编号ID0的位具有最低的优先级，然后具有编号ID7的位具有最高的优先级。
在图6的中间区域中示出了两个控制设备St.A和St.B竞争总线的仲裁过程。对控制设备St.A分配Device ID 00000010b，并且对控制设备St.B分配Device ID 00000011b。在这种情况下，总线分配在区域[消息内容]中决定。在所示出的情况下，用户St.B获胜，因为其在位ID9中记录了“0”，而用户St.A在那里记录了“1”。记录的“0”在CAN总线中相应于显性总线电平。
在图6的下方的区域中示出了两个控制设备St.A和St.B又竞争总线的仲裁过程。在区域[消息内容]中，两个用户发送相同的CAN消息，也就是说，在此在区域[消息内容]中发送相同的ID。由此，总线分配在这种情况下在区域[设备]中才决定。在所示出的情况下，用户St.A获胜，因为其在具有编号ID0的最后一位中记录了“0”，而用户St.B在那里记录了“1”。
本公开不局限于在此描述的实施例。对于不同的调整和修改存在空间，这些调整和修改由本领域技术人员基于其专业知识进行并且视为属于本公开。
所有在此提到的示例以及相关表述应当理解为对这些具体地列举的示例没有限制。因此，例如本领域技术人员承认在此示出的框图是示例性的电路布置的概念图。
应当理解，所提出的方法和相关设备可以以不同形式的硬件、软件、固件、特殊处理器或其组合来实现。特殊处理器可以包括专用集成电路(ASIC)、精减指令集计算机(RISC)和/或现场可编程门阵列(FPGA)。优选所提出的方法和设备作为硬件和软件的组合来实现。软件优选作为应用程序安装在程序存储设备上。一般涉及基于计算机平台的机器，其具有硬件，例如一个或多个中央单元(CPU)、直接访问存储器(RAM)和一个或多个输入/输出(IO)接口。此外，一般在计算机平台上安装有操作系统。在此描述的不同的处理和功能可以是应用程序的部分，或者是通过操作系统执行的部分。
附图标记列表
10 CAN节点
12 CAN收发器
13 终端电阻
14 CAN控制器
15 总线线路
16 主机
100 汽车电子设备
102 信息娱乐CAN总线
104 高速CAN总线
105 照相机
106 低速CAN总线
108 驾驶员辅助CAN总线
110 通信模块
120 导航系统
131 操作单元
132 空调控制设备
133 换挡杆控制设备
134 门控制设备
140 网关
151 发动机控制设备
152 ESP控制设备
153 变速器控制设备
161 传感器1
162 传感器2
163 传感器3
171 驾驶员辅助控制设备
172 RADAR控制设备
A 第一示例曲线
B 第二示例曲线
C 第三示例曲线
D 第四示例曲线
St.A 站A
St.B 站B
BRSP 位速率切换点。

Claims (12)

1.一种经由串行通信总线传输数据的方法，其中，以传输帧传输所述数据，其中，所述传输帧具有至少一个仲裁字段(AF)和数据字段(DF)，其中，所述仲裁字段(AF)用于根据相应于具有冲突解决能力的载波侦听多路访问的CSMA-CR方法，通过借助标识符对消息确定优先级来控制总线访问，其中，针对仲裁阶段设置低的位速率，并且针对所述数据字段(DF)中的数据的传输设置提高的位速率，其中，在所述传输帧中设置CRC字段(CRCF)，在所述CRC字段中设置至少一个区段用于CRC校验码，其中，所述数据字段(DF)在确定的上限内具有可变的长度用于任意数量的字节，所述确定的上限大于64字节，其中，在所述传输帧中设置开始字段(SF)，并且所述CRC校验码经由如下字段：开始字段(SF)、仲裁字段(AF)、控制字段(CF)和数据字段(DF)来计算，其特征在于，所述数据的传输不同步地进行，并且为了确保数据发送站和数据接收站的共模，根据位填充规则执行再同步，其中，在从开始字段(SF)直到数据字段(DF)结束的范围内应用位填充规则，其中，位填充规则规定在定义的数量的具有相同的总线电平的立即连续位之后才插入填充位，其中，定义的数量是大于数值5的自然数，其中，在CRC字段(CRCF)的一个区段中记录所插入的填充位的数量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定的上限涉及4096字节的值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将所述仲裁字段(AF)的长度确定为32位。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述传输帧中在仲裁字段(AF)和数据字段(DF)之间设置控制字段(CF)，在所述控制字段中设置至少一个区段用于关于数据字段(DF)的长度给定。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述传输帧中还设置结束字段(EF)，并且在所述结束字段(EF)中记录至少一个帧结束代码，其中，帧结束代码具有11位的长度。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在CRC字段(CRCF)中，在固定地预先给定的位置插入填充位。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，CRC字段(CRCF)以固定地预先给定的填充位开始，并且以CRC字段(CRCF)的分别9位的间距插入另外的固定地预先给定的填充位。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述仲裁字段(AF)中的标识符被划分为区段“消息内容”标识符和“设备”标识符。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，针对消息内容的优先级确定预留具有高阶位的区段，并且设置具有低阶位的区段用于设备识别。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，标识符具有32位的长度，具有高阶位的区段具有24位的长度，并且具有低阶位的区段具有8位的长度。
11.一种总线接口，其设计用于在根据前述权利要求中任一项所述的方法中使用。
12.一种计算机可读的存储介质，所述计算机可读的存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序设计用于在计算单元中运行时，执行根据权利要求1至10中任一项所述的传输数据的方法的发送侧步骤和/或接收侧步骤。
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