CN109729628A

CN109729628A - 用于动态光照应用的总线协议

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Publication number: CN109729628A
Application number: CN201811276860.2A
Authority: CN
Inventors: J·斯特姆; T·弗雷塔格; R·弗罗斯特; M·本德
Original assignee: Melexis Technologies SA
Current assignee: Melexis Technologies NV; Melexis Technologies SA
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2019-05-07
Anticipated expiration: 2038-10-30
Also published as: JP6655152B2; US10368423B2; EP3478031B1; EP3478031A1; JP2019088000A; KR20190049511A; CN109729628B; US20190132929A1; KR102065277B1

Abstract

描述了一种操作用于为电子单元供电的多个驱动单元的方法。该方法包括在主控制单元(MCU)与从节点处的多个驱动单元中的至少一个之间互换包括位序列的数据帧。该方法包括应用ID字段以用于寻址至少一个驱动单元，以及应用包括关于电子单元的状态的信息和/或指令的数据字段。应用ID字段包括使用包括N位的第一位子串指示驱动单元地址；允许主控制单元识别应该接收还是发送数据，或者允许每个被寻址到的驱动单元使用R/T命令位解码主控制单元需要哪个动作；执行长度解码步骤，用于使用F功能位包括关于包括在数据帧中的指令类型的ID字段中的信息，以及使用第二位子串将数据位分配给不同的电子单元或者指示数据字段中的位串的长度。

Description

用于动态光照应用的总线协议

技术领域

本发明涉及照明和信号作用系统的领域。更具体地，它涉及经由数据传输的LED集群的控制。

背景技术

照明系统，尤其是用于汽车中的光应用的照明系统，经常使用LED技术。通常有利地使用LED技术，因为LED照明源的生产是便宜的并且LED照明源的能量消耗是低的。

汽车应用中的照明系统的控制应该是稳健的并且防故障的。例如，它不应受外部场、电峰值或其他噪声源的影响。然而，汽车环境是电噪声的。数据的错误传输或者照明系统的意外激活可以导致应该避免的危险情况。

现有系统通常通过LIN或CAN系统提供不同LED及其控制器之间的连接。在LIN的情况下，可以控制的LED数量非常有限。在另一方面，直接在CAN中设置照明系统是复杂的，在故障或事故的情况下难以修理或互换，并且实现是昂贵的。

此外，由于例如干扰、静电放电或天线效应，现有实现易于出错。为了减少这些影响，文献DE102015222504A1公开了一种基于SPI或单向差分数据总线的实现，其减少了由于例如电力线的影响或外部影响而引起的天线效应的影响。然而，这种保护仅是部分的，并且它由于LED控制器中的变化或不规则而不允许保护。

发明内容

本发明的实施例的目的是提供用于照明的系统、总线协议和自动寻址方法，其提供了用于对电子设备供电的指令的稳健传输的灵活的通信网络。本发明的实施例的优点在于灵活的通信网络还被获得用于传输诊断信息，包括检查数据传输在数据传输的一个或多个阶段时没有包含不想要的变化。

本发明涉及一种操作用于为电子单元供电的多个驱动单元的方法，所述方法包括在主控制单元和在从节点处的多个驱动单元中的至少一个驱动单元之间互换包括位序列的数据帧，所述序列在连续的位串的字段中被划分，所述方法包括：

-应用用于寻址至少一个驱动单元的ID字段，用于在所述主控制单元和至少一个被寻址到的驱动单元之间互换数据，

-应用包括关于所述电子单元的状态的信息和/或指令的数据字段，

其特征在于，应用所述ID字段进一步包括：

-指示使用包括N位的第一位子串的所述驱动单元地址，其中2^N等于或高于多个驱动单元中的驱动单元的数量，用于在被寻址到的驱动单元上应用所述数据字段或者如果所述驱动单元未被寻址到则忽略所述数据字段，

-使用用于分配值的接收/发送命令位，用于允许所述主控制单元识别应该从驱动单元接收数据还是向驱动单元发送数据，或者用于允许每个被寻址到的驱动单元取决于分配给接收/发送(R/T)命令位的值解码所述主控制单元需要哪个动作，

-使用进一步的功能位，其包括在所述ID字段中的关于包括在所述数据帧中的指令的类型的信息，

-取决于分配给所述功能位的值，将第二位子串中的数据位分配给不同的电子单元或执行长度解码步骤以用于使用该第二位子串来指示所述数据字段中的所述位串的长度。

本发明实施例的优点是可以在MCU与多个驱动单元中的每个之间同时地设置具有可预测的位序列长度的快速且稳健的通信，包括寻址特定的驱动单元。本发明实施例的优点是可以寻址大量的从节点，例如，多达60个从节点。本发明的实施例的优点是可以使用差分总线。本发明的实施例的优点是获得快速系统。例如，在一些应用中，可以获得多达750kBaud的速度，从而导致电子单元的更新周期为10ms。所提到的电子单元可以是LED，但是本发明的实施例不限于此，并且该单元可以是例如任何类型的光照设备或甚至更通用的需要供电的任何类型的电子设备。

该方法还可以包括：包括循环冗余校验，用于检测ID字段和数据字段的任何无意的改变。

本发明的实施例的优点是在总线协议的级别上获得抵抗噪声和发送数据中的位的意外变化的更高保护，这在汽车环境中尤其关键。

该主控制单元可以将所述位的序列发送到所述驱动单元中的至少一个，所述序列包括确认字段，所述确认字段包括紧接在帧字段的结束之前由从节点发送到所述主控制单元的预定的位串，用于如果所述预定的位串与预期值或存储在所述主控制器中的值一致，则向所述主控制单元发信号通知接收到的数据串是正确的。

本发明的实施例的优点是不仅提供了驾驶信息，而且还存在诊断信息交换。因此，该系统以双向方式操作，不仅从主控制单元向驱动单元提供信息，而且反之亦然。本发明的实施例的优点是对由驱动器接收的数据提供诊断步骤，这使得MCU能够在如果已经向驱动器单元发送故障数据传输时实时地用信号通知任何问题。该方法还可以使用帧结束作为传输的停止位，例如，UART传输。帧结束也可以具有更长的位时间，例如12位时间。

本发明的实施例的优点是可以明确地完成序列，减少MCU与未被寻址到的驱动单元之间的串扰的机会。

该方法还可以包括在ID字段之前应用具有预定长度的break字段。本发明的实施例的优点是通信总线中的任何意外电压峰值或电涌都不会触发驱动单元中的任何不期望的响应。

该方法还可以包括将多个数据帧存储在不同的数据缓冲器中。

本发明的实施例的优点是通过将每个数据帧的位序列写入不同的数据缓冲器中，例如写入在至少38字节的RAM数据缓冲器中，来避免数据重写。

该方法还可以包括当在ID字段的第一位子串上互换预定序列或位序列时同时地寻址每个驱动单元。

本发明实施例的优点是总线协议可以包括用于所有驱动单元的一个或多个有效ID，所以可以在相同时间寻址充当从节点的所有驱动单元，允许同时地广播到所有驱动单元。

该方法还可以包括忽略用于该多个驱动单元中的至少一个驱动单元的地址的一个或多个预定位，用于同时地寻址多于一个驱动单元。

本发明的实施例的优点是通过在寄存器中应用掩码，例如在驱动单元的寄存器中，总线协议可以包括用于一些LED驱动单元的一个或多个有效ID。被忽略的(多个)预定位被掩码固定。

该所述驱动单元可以包括用于分别接收地址信息和提供状态信息的输入连接和输出连接，其中驱动单元的输出连接被连接到一个不同的驱动单元的输入连接，所述第一驱动单元的输入连接被连接到有效电压信息，所述多个驱动单元的最后驱动单元的输出连接没有被连接，每个驱动单元还包括到所述主控制单元的直接通信总线，所述方法包括将计数器n的最大值设置为等于驱动单元的数量，还包括以下步骤：

检查对应于计数器n的值的驱动单元的输入连接的状态，如果所述状态是有效的：

-通过所述主控制单元向计数器n的驱动单元的对应值上的驱动单元提供唯一地址，随后通过所述驱动单元将所述地址发送回所述主控制单元，

-验证对于计数器n的值的所述驱动单元的被编程地址，并且如果存在错误启动则错误处理例程，否则：

-设置标志，用于发信号通知对于计数器n的驱动单元的对应值上的该驱动单元已完成编程，随后将所述驱动单元的输出连接切换到有效状态，

-将所述计数器n的值增加1，

-重复所述步骤直到所述计数器n达到其最大值。

该方法可以包括对于所述计数器n，设置值为1的第一从节点的地址。

本发明的实施例的优点是MCU可以在任何所需的时刻初始化至每个节点的地址的设置或重置。另一个优点是通过LED驱动单元执行地址建立的确认，降低了误标记的风险。另一个优点是，提供灵活的地址设置，与每个LED驱动单元相对于MCU的物理位置和距离无关。

该方法可以是驱动用于光照设备的多个驱动单元的方法。

该方法可以是用于驱动车辆中的光照应用中的光照设备的多个驱动单元的方法。

本发明还涉及一种系统，包括：多个驱动单元，每个驱动单元用于驱动至少一个电子单元；主控制单元，包括单个通信总线，用于在所述主控制单元和所述多个驱动单元中的每个之间建立数据序列的互换，每个驱动单元并联连接到同一通信总线，所述驱动单元包括控制器，所述控制器还包括：

-至少一个总线协议处理单元，用于处理通过所述通信总线互换的数据，

-至少一个控制单元，用于根据由所述主控制单元发送的任何数据序列控制所述电子单元的供电，

所述至少一个总线协议处理单元(33)适用于处理

-用于寻址至少一个驱动单元的ID字段，用于在所述主控制单元和至少一个被寻址到的驱动单元之间互换数据，

-包括关于所述电子单元的状态的信息和/或指令的数据字段，

其特征在于，所述ID字段进一步包括：

-使用包括N位的第一位子串的所述驱动单元地址，其中2^N等于或高于所述多个驱动单元中的驱动单元的数量，用于在被寻址到的驱动单元上应用所述数据字段或者如果所述驱动单元未被寻址到则忽略所述数据字段，

-接收/发送命令位，用于允许所述主控制单元识别应该接收数据还是发送数据，或者用于允许每个被寻址到的驱动单元取决于所述接收/发送命令位的值来解码所述主控制单元需要哪个动作，

-在所述ID字段中的进一步的功能位，用于包括关于包括在所述数据帧中的指令的类型的信息，

-第二位子串，用于将数据位分配给不同的电子单元，或者取决于在所述进一步的功能位中分配的值指示所述数据字段中的位串的长度。

该控制器还包括：计时单元，用于检查从所述主控制单元接收的任何数据序列的长度；以及用于如果在低于预定的最小时间间隔或超过预定的最大时间间隔的情况下执行数据互换则生成错误信号的装置。

在一个实施例中，RC振荡器仅递送时基，即时钟。计时单元可以是计时器，其使用时钟作为时基，并且如果不保持事件之间的预测的计时，则测量在给定事件之间的时间并且用信号信息动作。

在一个实施例中，计时单元本身可以具有包括的独立的RC振荡器。

在一个实施例中，计时单元本身是独立的可编程的RC振荡器。

本发明实施例的优点是控制器本身提供实时错误识别和评估。进一步的优点是错误评估集成在控制器中，从而减少了干扰的机会。

该主控制单元还可以包括用于为所述多个驱动单元中的至少一个驱动单元供电的共同电压电源线，所述系统还包括在所述至少一个驱动单元和所述共同电压电源之间的至少一个保护单元，用于至少抑制所述电源线上的静电放电。

本发明的实施例的优点是驱动单元屏蔽来自电源的电涌或电压峰值。

主控制单元的单个通信总线可以是差分通信总线。本发明实施例的优点是通信总线对外部电磁场和天线效应是稳健的。

该系统还可以包括诊断单元，用于测量和收集来自控制器的电压值。

本发明的实施例的优点是可以诊断和校准由于例如连接的寄生电阻引起的电压的变化。

诊断单元可包括温度传感器。

本发明的实施例的优点是可以校准由于温度变化引起的在LED驱动单元的级别处的数据传输和/或电压供应的变化。

驱动器可以包括处理单元，用于触发错误处理例程作为对由诊断单元给出的任何错误结果的响应。

本发明实施例的优点是可以直接地从控制器完成错误通知，而不是将信号从诊断单元发送到MCU以触发错误信号。

计时单元可以是RC振荡器。

进一步的优点是可以以成本有效的方式获得实现。

该系统可以是车辆中的光照应用。

电子单元可以是LED。

本发明还涉及一种总线协议，用于在主控制单元和从节点处的多个驱动单元中的至少一个之间互换包括位序列的数据帧，所述序列在连续的位串的字段中被划分，所述序列包括：

其中所述ID字段进一步包括：

本发明的特别和优选方面在所附独立和从属权利要求中阐述。来自从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征以及其他从属权利要求的特征适当地结合，而不仅仅是如在权利要求中明确阐述的。

本发明的这些以及其他方面从下文所描述的(多个)实施例中将变得显而易见并且将参考这些实施例来进行阐明。

附图说明

图1图示了根据本发明实施例的用于在多个LED单元和主控制单元之间互换数据的动态光系统。

图2A和图2B图示了根据本发明实施例的两个可能的LED驱动单元。

图3图示了根据本发明实施例的指示控制器内的互换数据的路径的控制器的子系统。

图4图示了根据本发明实施例的自动寻址控制的方案。

图5图示了根据本发明的一个实施例的由总线协议处理单元采取的可能动作的流程图。

图6图示了根据本发明的一个实施例的自动寻址方法的流程图。

图7示出了数据帧的不同数据格式，根据现有技术的UART数据格式的上部数据格式，根据本发明实施例的第二和第三光总线数据帧，以及根据本发明的实施例的详细地示出了ID字段的位序列的第四数据帧。

这些附图只是示意性而非限制性的。在附图中，出于说明性目的，可将要素中的一些要素的尺寸放大且不按比例绘制。

权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

在不同的附图中，相同的附图标记指示相同或相似的要素。

具体实施方式

将针对具体实施例并参考特定附图来描述本发明，但是本发明不限于此且仅由权利要求书来限定。所描述的附图只是示意性的，并且是非限制性的。在附图中，出于说明性目的，可将要素中的一些要素的尺寸放大且不按比例绘制。尺度和相对尺度不对应于本发明实践的实际缩减。

此外，说明书中和权利要求中的术语第一、第二等等用于在类似的元素之间进行区分，并且不一定用于在时间上、空间上、以排名或任何其他方式来描述序列。应当理解，如此使用的这些术语在合适情况下是可互换的，并且本文中描述的本发明的实施例能够以除了本文中描述或说明的之外的其他序列来操作。

此外，说明书和权利要求中的术语顶、下方等等用于描述性的目的，并且不一定用于描述相对位置。应该理解，如此使用的这些术语在合适情况下可以互换，并且本文描述的本发明的实施例能够以除了本文描述或说明的之外的其他取向来操作。

要注意，权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为限定于其后列出的装置；它并不排除其他要素或步骤。因此，该术语被解释为指定所陈述的特征、整数、步骤或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤或部件，或其群组的存在或添加。因此，表述“一种包括装置A和B的设备”的范围不应当被限定于仅由部件A和B构成的设备。这意味着对于本发明，该设备的仅有的相关部件是A和B。

贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意指结合该实施例描述的特定的特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”贯穿本说明书在各个地方的出现并不一定全部引用同一实施例，而是可以引用同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，如从本公开中将对本领域普通技术人员显而易见的，特定的特征、结构或特性可以用任何合适的方式进行组合。

类似地，应当领会，在本发明的示例性实施例的描述中，出于精简本公开并辅助对各个发明性方面中的一者或多者的理解的目的，本发明的各个特征有时被一起编组在单个实施例、附图或其描述中。然而，这种公开的方法不应被解释为反映所要求保护的本发明需要比每项权利要求中所明确记载的更多特征的意图。相反，如所附权利要求所反映，发明性方面存在于比单个前述公开的实施例的全部特征更少的特征。因此，具体实施方式之后所附的权利要求由此被明确纳入该具体实施方式中，其中每一项权利要求本身代表本发明的单独实施例。

此外，尽管本文中所描述的一些实施例包括其他实施例中所包括的一些特征但没有其他实施例中包括的其他特征，但是不同实施例的特征的组合旨在落在本发明的范围内，并且形成如将由本领域技术人员所理解的不同实施例。例如，在所附的权利要求书中，所要求保护的实施例中的任何实施例均可以任何组合来使用。

在本文中所提供的描述中，阐述了众多具体细节。然而应理解，在没有这些具体细节的情况下也可实践本发明的实施例。在其他实例中，公知的方法、结构和技术未被详细示出以免混淆对本描述的理解。

在描述中，通过参考LED来说明方法和系统。然而，本发明的实施例相同地适用于驱动其他类型的电子设备，诸如其他类型的光照设备。

在参考“PWM”的本发明的实施例中，参考的是脉冲宽度调制。然而，在本发明的框架中，其他脉冲调制技术可用于控制LED，诸如脉冲密度调制、脉冲频率调制等。

在参考“从节点”的本发明的实施例中，参考的是连接到主控制单元(MCU)的那些驱动单元(例如LED驱动单元)。驱动单元可以包括诸如LED集群的一个或多个电子设备集群，和用于控制电子设备集群的供电的控制器。

在第一方面，本发明涉及系统，该系统包括：多个驱动单元，每个驱动单元用于驱动至少一个电子单元；主控制单元，包括单个通信总线，用于建立在主控制单元和该多个驱动单元中的每个驱动单元之间的数据序列的互换，每个驱动单元并联连接到同一通信总线。该系统可以是光照系统，例如用于车辆或汽车，但是本发明的实施例不限于此。该系统有利地通过准确驱动电子单元来提供增强的安全性。驱动单元包括用于控制多个集群的控制器。控制器包括：至少一个总线处理单元，用于处理通过通信总线互换的数据；至少一个控制单元，用于根据由主控制单元发送的任何数据序列控制集群的电子单元的供电。该至少一个总线处理单元适于处理ID字段以用于寻址至少一个驱动单元，用于在主控制单元和该至少一个被寻址到的驱动单元之间互换数据，并且数据字段包括关于电子单元的状态的信息和/或指令。由此，ID字段包括：使用包括N位的第一位子串的驱动单元地址(其中2^N等于或大于该多个驱动单元中的驱动单元的数量)，用于在被寻址到的驱动单元上应用数据字段或者如果驱动单元未被寻址到则忽略该数据字段，应该接收数据还是发送数据的识别，或者允许每个被寻址到的驱动单元使用R/T命令位解码主控制单元需要哪个动作，关于包括在数据帧中的指令的类型的ID字段中的信息，以及使用位子串分配给不同电子单元的数据位或者指示数据字段中的位串的长度。该系统适于具有灵活的可配置自动寻址系统，用于向驱动单元分配不同的地址。在一些实施例中，系统通常可以包括若干个寄存器，用于提供在数据互换的一个或多个阶段时的检查点，例如在寻址级别、在供电或往来MCU的信息传输的级别，或者甚至在开始或完成数据互换的级别。通常，检查点是基于将位的特定串的长度与数据传输的特定阶段的串的预期长度进行比较。例如，如果通信总线突然降低电压，但这种情况发生达小于12位的长度，系统可能会将此事件视为噪声。如果这发生达到12位的长度，则驱动单元可以开始读取数据序列。这可以应用于数据传输的若干个阶段，包括传输的结束。这提供了非常稳健的屏蔽以抵抗电磁干扰、浪涌、静电放电和在汽车环境中发生的其他不期望的现象，从而导致电子单元(诸如例如LED)的非常稳定和稳健的驱动。

在本发明的实施例中，可以使用差分总线(例如，包括两条线)，而不是单线总线。其优点在于它允许使用低电压以用于数据传输，并且可以避免使用相对昂贵的局域互连网络(LIN)配置。

总线可以是双向的，允许交换光信息和诊断信息。

在一些实施例中，可以寻址多达60个从节点，而不需要LIN。

在一些实施例中，数据传输速度可以达到高速(750kBaud，10ms更新周期)。在参考高速的情况时，参考的是与使用LIN总线所获得的速度相当的速度或更快的速度。可达到的速度可以在高达2Mbit的CAN物理层的范围内。使用的速度可以取决于要转移的数据量和要达到的更新速率。目标的速度是所需的所有数据可以被转移的最小速率。由于总线的并行布局，可以获得这些高速度。例如，节点优选地经由总线与MCU并联连接。通信可以基于导致较低的精度要求的便宜且紧凑的振荡器，因为UART在每个字节中与开始位和停止位重新同步。优点是大量的驱动器(例如LED驱动器)可以以便宜的方式实现为从节点，因为不需要在CAN中或使用SPI总线实现本发明。

本发明在系统级提供功能安全性，在总线协议上和/或在节点中的硬件级(功能安全级B)提供安全功能和诊断元件。本发明可以是稳健的，防止在电源线上的电压降。本发明可以有利地在汽车环境中呈现保护装置和安全措施(例如，防止静电放电(ESD)等)，并改进电磁兼容性。

特别是，本发明可用于汽车环境中的动态光系统，例如用于环境光以及驱动器的信号信息。因此，该系统可以包括功能安全要求。本发明的实施例可以包括总线实现HW和协议中的安全措施。

本发明可以提供专用命令语言、专用硬件(HW)存储器和用于光控制的寄存器方法。另外，开放配置手段可以应用于协议和HW。

可以通过总线节点地址的自动配置和/或通过经由网络实现每个节点的校准装置来校准节点。可以在任何时间重复自动配置。

将参考图1进一步说明标准和可选特征，图1示出了基于LED的示例性系统。图1示出了动态光系统，其包括主控制单元(MCU)10和若干个LED驱动单元11，它们是MCU的从节点并且通过总线在它们之间互连并且连接至MCU。此外，在驱动单元的供应上，可以连接一个或多个保护单元12。保护单元可以防止浪涌或防止反极性等。在一些实施例中，一个或多个保护单元可以包括电压保护元件13、反极性保护元件14或其组合。这些保护单元可以抑制电源线上的高压或ESD干扰，并且在施加电源线VS和GND的反极性时避免系统上的损坏。一个或多个保护单元可以连接在电源和至少一个LED驱动单元或者来自多个单元中的一些单元之间。例如，它可以连接在电源和所有LED驱动单元之间，如图1所示。

光信息(例如与此相关的光强度、光颜色或PWM比率)可以经由总线从主控制单元10传输到LED单元11。本发明不限于光信息，并且还可以通过总线还在LED单元和MCU之间互换诊断信息。诊断信息可包括所有LED是否承载给定电流的信息。此外，总线还可以支持从MCU到所有从节点的地址分配方法。在这种情况下，总线中的通信是双向的。

该系统可以包括大量LED驱动单元作为MCU的从节点，例如，60个从节点。该系统允许高速的信息传输，例如允许750kBaud用于发送脉冲(以位的形式)以用于驱动LED(其中对于所有LED的10ms更新周期)，以非常快速和平滑的方式更新有关照明的信息。如本领域中已知的，基于LIN总线的系统或基于在从节点之间互连的移位寄存器的解决方案太慢。此外，基于LIN总线的系统将只能启用16个从节点。

通信总线可以是任何类型，然而具有2线(例如COM_P、COM_N)的差分总线是优选的实现。这种总线可以提供所需的通信速度，以及与大量从节点的通信，特别是在包括本发明实施例的汽车应用中。

图2示出了适合用于本发明第一方面的照明系统的LED驱动单元11。它包括LED控制器20和分布在一个或多个集群38中的一个或多个LED 37。集群可以是例如RGB单元，其包括连接到LED控制器20的三个引脚的红色、绿色和蓝色LED。LED驱动单元还包括到地(GND)和到电源(VS)的连接，以及通常的AIN和AOUT连接，用于允许节点寻址(自动寻址，如下所解释)。进一步，到差分总线的连接(COM_P、COM_N)被包括在LED驱动单元和控制器中。在本发明的实施例中，与MCU的通信可以基于从转移的数据导出的时钟。例如，控制器20可以包括振荡器41。

MCU 10的通信接口(图中未示出)与用作从节点的相应LED单元的控制器20的通信接口32、33、34一起可以形成差分双向总线。可以在该总线上传输光信息、校准数据、诊断信息和其他类型的数据。

LED单元控制器20可以包括在集成电路(IC)中。可以有利地提供紧凑的控制器。它可以包括例如一个或多个开关元件控制21。这些可以用于经由一个或多个开关元件40向一个或多个外部消耗器提供电源电压。开关元件40可以是例如晶体管。开关元件控制例如通过微控制器27来控制。

控制器20还可以包括电流源、开关元件和脉冲宽度调制(PWM)的控制22。可以为每个群集提供一个控制22，或者可以提供单个控制22用于经由例如多路复用控制多于一个群集，如图2b所示。微控制器27可以向被包括的PWM寄存器提供关于频率和占空比的信息。频率和占空比可以在所有PWM寄存器中是不同的，并且它也可以是静态开启/关闭。换句话说，驱动器也可以被驱动到恒定开启或恒定关闭值。电流源39和开关元件40可以连接到每个PWM寄存器，其可以包括所提供的PWM或静态开启/关闭。微控制器还提供信息和指令用于一个或多个不同的电流源。该信息可以包括例如所连接的电流源将应用的DC电流值。每个电流源可以承载不同的DC电流。每个电流源还可以用例如经由所连接的PWM寄存器提供的PWM来调制。每个开关元件40和电流源39可以互连，并且被连接到集群38的发光二极管LED 37。因此，开关元件40和电流源39两者都可以驱动LED 37。因为每个LED可以经由开关元件和电流源被单独地控制，并且两者都可以用PWM调制或者可以在使用DC电流中以静态方式来驱动，所以每个LED可以承载单独的光强度，这可以达到每个LED的光输出范围为0％至100％。开关元件与电流源一起的组合允许在LED单元控制器中的功率耗散方面中对LED进行最佳控制。

然而，本发明不限于此。驱动器可以替代地或另外地仅包括连接到一个或多个电流源和PWM控制23的电流源39。微控制器27可以向被包括的PWM寄存器提供频率和占空比信息。频率和占空比可以在所有PWM寄存器中是不同的，它也可以是静态开启/关闭，并且每个PWM寄存器控制可以承载所提供的PWM(或静态开启/关闭)的电流源39。如已经解释的，微控制器还提供不同的电流源信息和指令。每个电流源可以承载不同的DC电流，并使用经由被连接的PWM寄存器提供的PWM进行调制。因为LED是经由电流源单独地控制，进而通过PWM控制或在使用DC电流下以静态方式控制，所以每个LED可以承载单独的光强度，其也可以达到每个LED从0％到100％的光输出。

该实现允许在使用由开关元件提供的电流源(或静态电源)中的可调DC电流的情况下对LED进行线性控制。它还允许PWM驱动或两者的组合。

开关的类型有利地例如是晶体管，电流源也有利地是晶体管，其以电流递送模式控制。晶体管和电流源可以接地或与电源相关。

LED单元11的控制器20还包括电压调节器26，以用于调节外部电源电压(例如，汽车电池电源电压VS)并使其适应LED驱动单元所需的电压。例如，电压调节器可以将电源电压VS向下调节到在集成控制器中所需的较低电压。驱动器可以包括例如被连接到调节器的至少一个振荡器41。振荡器可以是具有可调频率的振荡器，并且可以向控制器20的可能需要时基的所有元件提供系统时钟，例如，微控制器27、用于开关元件、电流源和PWM的控制单元22、用于电流源和PWM的控制单元23、计时器(未示出)等。振荡器41可以是RC振荡器41。这些是紧凑且便宜的(至少比CAN实现中通常使用的晶体振荡器不昂贵)，这有利地降低了控制器的成本，并且因此大量的从节点可以以低成本连接到MCU。

微控制器27可以包括中央处理单元(CPU)28，其执行计算并经由地址或数据总线接收和/或提供信息到控制器的被连接单元。CPU可以适于接收中断指令，该中断指令可以对由CPU处理的过程具有立即或将来的影响。微控制器还可以包括数据存储装置29，其可以在处理期间被使用，例如用于不同PWM寄存器的PWM比率的数据处理，该PWM比率立即被计算为光强度请求的响应(“在运行中”被计算)，该光强度请求可以和通常由MCU 10提供。数据存储装置29可以是随机存取存储器(RAM)，其可以包括若干个数据缓冲器。

微控制器还可以包括数据存储器30和/或程序存储器31。这些存储器的性质是，当电源下降时，它们不会丢失数据。例如，这些存储器可以是非易失性(NV)存储器。程序存储器31可以是NV存储器，其中可以存储用于CPU的指令。这种存储器可以是例如只读存储器(ROM)或闪存。微控制器27还可以包括数据存储器30(例如，EEPROM)，其可包含诸如例如校准数据、地址信息、状态信息等之类的数据。

在其中LED控制器是集成电路的本发明的一些实施例中，PWM控制和ADC测量可以在彼此之间被同步，使得可以消除由于PWM切换引起的测量误差。然而，可以包括诊断单元35，例如用于测量和收集来自LED单元控制器的一个或多个引脚的电压。该单元35可以包括模数转换器(ADC)。它还可以测量例如运行通过被连接的LED的电流。诊断单元35还可以包含温度传感器，用于提供集成电路的温度测量。CPU可以在任何时间读取诊断单元35。CPU可以提供对测量结果的检查，并且可以将它们与预测值(阈值)进行比较，预测值(阈值)例如在NV数据存储器中或经由MCU提供。如果测量值高于或低于给定的阈值，则该CPU可以触发例如错误处理例程或者可能启动调节过程，使得系统被带回到正常操作条件。如果集成电路的温度是例如太高(例如，足够高以开始影响总线的电阻和连接)，则CPU可以开始切换到电流节省模式或者可以开始将被连接的LED的亮度调低。特定从节点的所有安全措施可以朝向MCU传送，这可以反过来触发其他LED驱动单元以用于其他措施，使得可以降低整体系统性能以用于保护系统。

如已经解释的，信号通过通信总线发送。图3示出了控制器中的信号路由的可能实现。在包括差分通信总线的本发明的实施例中，控制器20可以包括连接到差分总线信号COM_P、COM_N的差分物理层34，以用于将这些外部总线信号变换为由LED单元控制器使用的内部接收(RX)和/或发送(TX)信号。差分物理层保护集成电路免受来自汽车线束的ESD和EMC影响，并采取措施用于整体EMC的符合。在物理层34和通用异步接收器发送器UART 32之间互换数据。

总线协议处理单元(BPPU)33执行要接收/发送的数据的处理，应用功能安全措施，和/或在需要时触发错误处理。BPPU还可以生成中断和控制信号，并将它们发送到CPU和UART 32。整体实现减少了对CPU资源的需求。BPPU 33可包括例如数字状态机，或用于处理动态光应用的总线协议的任何其他类型的单元。

计时器或计时单元55可用于检查数据序列的长度。如果序列的长度或其部分与预期值不对应，则可以生成错误信号。

可以包括至少一个直接存储器访问控制器(DMA)50、51，用于提供对数据存储装置29的一个或多个数据缓冲器52、53、54的直接访问。这给予了以下优势：最小化关于往来MCU的通信需求的CPU负载，因为UART可以将接收到的数据放入接收模式，这经由BPPU中的数据处理，经由用于接收的直接存储器访问控制(DMA_RX)直接到第一接收数据存储缓冲器52或者到第二接收数据存储缓冲器53。BPPU通过例如由RX_Address提供的地址信息来选择使用哪个数据存储缓冲器。

在一个实施例中，数据帧也可以例如以交替方式在数据存储缓冲器中被存储，例如，每个第一数据帧存储在例如第一接收数据存储缓冲器52中，每个第二数据帧存储在例如第二接收数据存储缓冲器53中。这避免了用每个新的输入数据帧重写数据。

取决于总线协议，接收模式和发送模式可以例如通过BPPU被触发到CPU和UART。在发送模式中，CPU可以经由公共地址和数据总线将数据放入发送数据存储缓冲器54。BPPU可以在使用用于发送的直接存储器访问控制(DMA_TX)51的情况下和在使用例如由TX_Address提供的地址信息的情况下从发送数据存储缓冲器54获取该数据，并将该数据转移到UART且BPPU可能进一步处理该数据。

数据存储缓冲器例如具有38字节、或40字节的大小，以便以最佳方式处理总线协议。可以包括若干个数据存储装置和缓冲器。例如，可以包括错误寄存器作为数据存储装置29的数据缓冲器。

进一步，可以包括计时单元，用于检查与MCU互换或者在控制器的不同单元内的数据序列的长度。进一步，自动寻址控制和连接可以被包括，例如，包括比较器70、用于设置可调参考电压71的单元、去抖动单元72、不同的寄存器73、74，以及可以连接到其他LED驱动单元的输入和输出的引脚。

LED集群与LED单元11中的控制器的引脚的连接可以以任何合适的方式进行适配。在一个实施例中，控制器20可以例如驱动4个RGB单元38，如图2A所展示。在该实施例中，每个LED集群38连接到电源VS并且至少连接到控制器20的电流源。在另一个实施例中，控制器20可以例如驱动6个RGB单元，例如在图2B中所展示。在该特定实施例中，LED集群被连接到控制器的不同引脚，其中没有一个引脚连接到电源。一些集群可以将它们的LED阳极连接到开关和电流源、或仅连接到开关，而它们的阴极可以连接到电流源。

在进一步的方面，本发明还涉及一种操作用于向电子单元供电的多个驱动单元的方法。该方法包括在主控制单元(MCU)和在从节点处的多个驱动单元中的至少一个之间互换包括位序列的数据帧，该序列在连续的位串的字段中被划分。

该方法包括应用ID字段用于寻址至少一个驱动单元，用于在主控制单元和该至少一个被寻址到的驱动单元之间互换数据，以及应用包括关于电子单元的状态的信息和/或指令的数据字段。由此，应用ID字段包括：使用包括N位的第一位子串来指示驱动单元地址(其中2^N等于或大于该多个驱动单元中的驱动单元的数量)，用于在被寻址到的驱动单元上应用数据字段或者如果驱动单元没有被寻址则忽略该数据字段；允许主控制单元识别应该接收还是发送数据，或者允许每个被寻址到的驱动单元使用R/T命令位解码主控制单元需要哪个动作；执行长度解码步骤，用于使用F功能位在ID字段中包括关于包括在数据帧中的指令类型的信息；以及使用第二位子串来给不同电子单元分配数据位或者指示数据字段中的位串的长度。在另一方面，本发明还涉及对应的总线协议。

将通过如下所描述的特定示例来说明用于操作驱动单元的方法和总线协议的其他标准和可选特征。在下文中，将因此描述示例性总线协议和寻址方法。作为比较，现有技术协议UART的状态在图7的上图700中示出。根据本发明的示例性实施例，提供了一种用于动态光系统的总线协议，用于MCU与充当从节点的多个LED驱动单元之间的数据互换。用于动态光系统的所公开的总线协议通常不符合标准总线协议，诸如UART协议。所提出的总线协议包括数据帧，该数据帧包括以串或字段分组的连续位序列。数据帧包括ID字段和数据字段。在图7的第二图710中示出的示例性实施例中，用于动态光系统的总线协议包括BREAK字段，例如是低有效(低电压，与总线是无效时的高电压相反)。BREAK字段可以包括任何数量的位，例如一位，或者例如12位，其例如在数据帧的开始处是低有效。12位时间的长度具有以下优点：该长度比UART的完整数据帧(其为总共10位，参见图7的上图700))长。这为汽车环境留下了足够的空间，以便用BREAK字段识别数据帧的开始。

用于动态光应用的总线协议还可以包括可变数据长度的数据字段，其跟随如前所描述的ID字段。字节的性质可以具有任何类型。

例如，在一个实施例中，它可包括例如光信息。光信息可以是用于控制RGB单元中的LED的PWM寄存器的直接信息。它也可以仅是用于RGB单元的光强度或光颜色信息。在这种情况下，LED单元控制器的CPU可以使用该提供的信息计算用于PWM寄存器的PWM设置。

在另一个实施例中，数据也可以只是开关元件40的信息，例如用于向消耗器提供电源。

在另一个实施例中，数据字段可以包括到MCU的从节点的诊断信息。例如，它可以是光单元控制器的温度信息。

在另一个实施例中，数据可以是例如用于所有从节点的广播命令。例如，它可以是指示所有从节点应关闭其所有LED的命令。在一个或多个实施例中，也可以以一个或多个组合将其他命令定义为例如：

进入例如应用模式，

进入例如校准模式，例如用于将定义的光输出预设置到所有LED，

进入例如自动寻址模式，如进一步描述的，

进入用于例如NV程序存储器(31)的编程模式，

发送例如颜色信息至LED和/或LED单元，

启用例如用于LED的驱动模式(例如线性驱动或PWM驱动)，

请求例如诊断，如果例如所有LED承载电流，

请求例如从地址，

请求例如LED RGB单元的颜色信息，

请求例如温度信息，

将例如数据写到给定的存储器位置，

从给定的存储器位置读取例如数据，

进入例如待机操作(例如睡眠模式)等。

也可以实现若干个其他命令。数据字段具有灵活性。

在一些实施例中，用于动态光应用的总线协议可以可选地包括跟随数据字段的循环冗余校验(CRC)字段，例如具有16位。CRC生成和CRC校验可以在ID字段和数据字段上进行。CRC计算遵循现有技术的CRC计算，并且将不进一步描述。

在数据帧的末端，例如，在CRC字段之后，End of Frame(帧结束)可以跟随。根据图7的部分700，帧结束可以在一个实施例中仅仅是与UART传输类似的停止位，其是高有效的。帧结束可以呈现其他长度。例如，它还可以呈现长得多的位时间，如例如具有12位时间。

在图7的第三图720中示出的进一步的实施例中，CRC字段可以被确认(ACK)字段跟随，确认(ACK)字段被如前所描述的帧结束字段跟随。ACK字段仅作用于接收到的数据帧，并且其由从节点执行。ACK字段可以包括具有在CRC字段之后立即要由从节点发送的1字节。如果数据的接收是正常的且没有发生错误，从节点可以发送预定义的字节。该字节可以例如用01111110来预定义。因为MCU知道确认信息(例如，它可以在其中被编程)，所接收的信息不同于此可能导致识别干扰的通信信道，这允许MCU诊断该错误并在错误处理中采取进一步措施。

在一个实施例中，如果数据的接收不是完整和正确的，则ACK字段可能是00000000。在另一个实施例中，如果数据的接收不是完整的或是不正确的，则可能不发送ACK。

在所有这些情况下，MCU都能够诊断在接收数据期间是否存在错误。

在本发明的一个实施例中，以BREAK字段开始的下一个数据帧可以紧跟在UART传输的停止位之后。

在下面的段落中，将讨论示例性ID字段，其在本发明的实施例中包括安全协议和检查。在本发明的实施例中，ID字段包括相继的多个位，其跟随例如BREAK字段。ID字段的至少一位被分配用于寻址充当从节点的LED驱动单元。优选地，位的第一子串被分配给从节点地址。此外，ID字段包括至少一个进一步的位，该位是命令位，其包括数据帧是否包括用于发送或用于接收的数据字段的信息。此外，ID字段包括表示数据帧的功能的功能位，以及至少另外的位(优选地多个位)以用于分配对应于数据帧的特定功能的值。例如，当数据帧包括来自MCU的指令以给照明系统供电时，该多个位可以被分配给LED驱动单元中的单独LED的特定地址。例如，该多个位可以包括表示在随后数据字段中存在的位的数量的值。

图7的第四图730示出了根据本发明实施例的ID字段的示例性实施例。例如，用于动态光应用的总线协议还包括在BREAK字段之后的16位ID字段。

ID字段的6个最高位(ID15、ID14、ID13、ID12、ID11、ID10)可以指示从地址。这将允许寻址64个从节点。在一些实施例中，一些地址可以是固定的。例如，在光总线协议的定义中，可以将例如4个最低地址000000、000001、000010、000011(或4个最高地址111111、1111110、111101、111100或任何其他预定地址或地址集)视为所有从节点的有效ID。该特定实施例具有以下优点：MCU可以同时以广播方式寻址所有从节点。换句话说，所有从节点(所有LED驱动单元)将将这些ID解释为有效ID。例如，这为应用留下了空间，在该应用中，每个单独的从节点可以接收光设置信息并且仅记住该设置。使用广播命令，所有从节点可以在一个和相同时间应用此光设置，使得整个系统示出光设置的同类变化。在具有用于ID字段的6位并且使用四个地址用于广播的特定实施例中，所选择的实现将允许寻址60个从节点。

进一步，ID字段中的ID 9包含接收(R)或发送(T)命令位。例如，ID9＝0等于接收，所以数据帧包括从MCU发送到驱动器的数据字段，并且例如，ID9＝1等于发送，所以数据帧是从驱动器发送到MCU的数据帧。这允许主单元以分离的方式控制每个从单元，如果应该接收数据或者应该发送数据的话。它还允许从节点解码主控制单元请求哪个动作。分配给ID9的值可以是不同的。

ID字段的随后的位ID8可以包括另外的功能信息F。

-如果例如ID8＝1，则在接收模式中的接收数据将具有由SubAddress(子地址)ID7、ID6、ID5、ID4、ID3、ID2中的位的数量乘以6个字节所定义的长度。这为0字节(无位设置：ID[7：2]＝000000)和36字节(所有位设置：ID[7：2]＝111111)之间的可变数据长度留出了空间。

LED驱动单元的LED集群可以被编号，所以可以对它们进行寻址。例如，LED单元11的RGB单元38(例如，如图2B中所示)可以以随机顺序或由MCU选择的顺序被编号为例如RGB单元0、RGB单元1、RGB单元2、RGB单元3、RGB单元4、RGB单元5。

进一步，可以将SubAddress[7：2]的位位置分配给被编号的RGB单元。这可以导致例如以下的分配：

ID7-RGB单元5，如果ID7＝1，则分配6个数据字节，如果ID7＝0，则将0个数据字节分配给RGB单元5

ID6-RGB单元4，如果ID6＝1，则分配6个数据字节，如果ID6＝0，则将0个数据字节分配给RGB单元4

ID5-RGB单元3，如果ID5＝1，则分配6个数据字节，如果ID5＝0，则将0个数据字节分配给RGB单元3

ID4-RGB单元2，如果ID4＝1，则分配6个数据字节，如果ID4＝0，则将0个数据字节分配给RGB单元2

ID3-RGB单元1，如果ID3＝1，则分配6个数据字节，如果ID3＝0，则将0个数据字节分配给RGB单元1

ID2-RGB单元0，如果ID2＝1，则分配6个数据字节，如果ID2＝0，则将0个数据字节分配给RGB单元0

可以看出(图2A、2B)每个RGB单元38可以包括例如3个单独的LED 37。例如，被包括在用于开关元件、电流源和PWM的控制22中的一个PWM寄存器可以是16位(2字节)宽。每个LED由PWM寄存器控制。因此，2个字节乘以每个RGB单元的3个LED等于6个字节。因此，用于一个RGB单元的光信息设置将需要6个字节。显然，所选择的实现允许发送用于LED单元的完整的光信息设置，诸如图2B中所示的LED单元。

-另一方面，如果ID8＝0，则可以替代地使用ID字段的一些位来包括关于即将到来的数据字段的信息。例如，ID字段的位(例如，ID4、ID3、ID2)被解码为跟随ID字段的数据字段的字节的数量。例如，以下位设置是可能的：

000，因此无位设置，指示数据长度为0字节

001、010、100，因此1位设置，指示数据长度为6个字节

011、101、110，因此2位设置，指示数据长度为12个字节

111，因此3位设置，指示数据长度为18字节。

如前所描述，这些设置也可以与使用ID8＝1所选择的设置进行内联(inline)。这有利地简化了用于解码数据长度的硬件，从而提供了成本有效且灵活的实现。

ID字段还可以包括使用最后两位的双奇偶校验。例如，ID1和ID0可以包含奇偶校验信息p1和p0。例如，奇偶校验的定义可以如下：

p1：在位ID[15：2]上的偶数奇偶校验，(例如p1＝1，如果设置为1的ID[15：2]上的位的数量是偶数)

P0：在位ID[7：2]上的偶数奇偶校验，(例如p0＝1，如果设置为1的ID[7：2]上的位的数量是偶数)

此实现给予了位ID[15：8]上以及特别地在位ID15到ID10中的从地址上的安全性，以及特别地对ID7到ID2中的长度信息的双奇偶校验的更高安全性。数据长度是额外保护的，以防止在ACK字段中错误代码的潜在发送并且通过此干扰总线流量。

示例性实施例的位的顺序不是限制性的，并且可以应用其他顺序。例如，所描述的位顺序也可以在传输期间改变。例如，在第一绘图700的示例性UART传输中(其以位7开始并以位0结束)，它也可以以位0开始并以位7结束。类比地，ID字段、数据字段或本发明的任何其他字段可以包括不同的位顺序。然而，所分配的位的功能可以不改变。

图5示出了图2A、图2B和图3的LED驱动单元中的数据路由的方法流程图。这些步骤中的一些或全部可以在BPPU 33中执行。在第一步骤中，BPPU可以例如在接收信号(RX)(例如，通过物理层和UART从MCU接收)上检测BREAK字段。这将在帧开始时开始210数据帧处理。例如，计时器55可以检查BREAK字段是否太长或是否短，并且在这种情况下可以生成break字段错误。然后在错误例程228中处理breadk字段错误。如果没有检测到错误，则定义接收地址RX_Address，其被移交到DMA_RX 50，使得数据可以被存储在接收数据存储缓冲器52、53之一中。

如先前所描述，数据帧可以以ID字段ID[15：0](图7中的图730)开始，特别地以从地址ID[15:10]开始。在ID过滤器中进一步处理211从地址。

ID过滤器可以例如经由从CPU到BBPU的控制信号CTRL被配置为包含例如从节点的有效地址。替代地或另外地，还可以进一步被配置为LED驱动单元可以对多于一个地址作出反应。这可以通过掩码操作来完成。在一个实现中，掩码信息可以在寄存器IDMASK[5：0]中(图中未示出)。从节点的有效且预定义地址可以位于另一个寄存器ADDRESS[5：0]中(图中未示出)。根据IDMASK[5：0]信息，用比较器将输入的ID从地址信息ID[15:10]与ADDRESS[5：0]信息进行比较。在一个实施例中，如果IDMASK[5：0]中的对应位是高有效，则不比较ID[15：0]的某个位。这导致例如以下示例：

IDMASK[5:0] 0 0 0 0 0 0

ADDRESS[5:0] 0 0 1 0 0 1

ID[15:10] 0 1 1 1 1 0

在该给定的示例中，没有对从节点进行寻址，因为比较了所有位并且所接收的ID地址与预定义的从地址不匹配。

IDMASK[5:0] 0 0 0 0 0 0

ADDRESS[5:0] 0 0 1 0 0 1

ID[15:10] 0 0 1 0 0 1

在该给定的示例中，对从节点进行寻址，因为比较了所有位并且所接收的ID地址与预定义的从地址匹配。

IDMASK[5:0] 0 0 0 0 0 1

ADDRESS[5:0] 0 0 1 0 0 1

ID[15:10] 0 0 1 0 0 0

在该给定的示例中，也对从节点进行寻址，因为ID[15:10](ID10＝0)的位0没有被比较(IDMASK在对应的位置中具有1)并且所接收的ID地址在其余位ID[15:11]中与预定义的从地址匹配。

该实现允许在一个和相同时间寻址多于1个从节点。类似于如先前所解释的广播评论，一起被寻址的从节点可以采用在一个和相同时间操作的给定光设置，这允许例如平滑光场景。在实施例中，如先前所描述，掩码不作用于定义为在广播期间对所有从节点有效的地址的地址上。

然后，检查212ID地址的有效性。如果从节点未被寻址到，则从节点可以忽略当前数据帧的另外数据流。该特定从节点的BPPU可以等待下一个数据帧。

在另一方面，如果从节点已经识别有效ID，则解码213位ID9(R、T)和ID8(F)。在本实施例中，此时已经接收到一个字节，该字节可以经由DMA_RX50被转移到接收数据存储缓冲器。相应地增加RX_Address，使得可以接收下一个字节并将其存储在接收数据存储缓冲器中。使用该步骤，还生成到UART的接口信号。这些接口信号可以包括接收是正确的(RX_OK)以及可以接收下一个字节的信息。

可以根据先前描述的方法处理被解码的位R/T/F。

取决于位F和ID[7：2]的值，可以执行长度解码步骤214。在该步骤，将知道数据帧的多少字节将跟随作为数据字段。

接着，可以检查215ID字段的奇偶校验，以便检测ID上的任何错误。如前所描述，所使用的方法可以是例如在如前所示的ID[7：2]上的双奇偶校验，这添加了更高的安全级别。可以在错误例程228中进一步处理错误。在本实施例中，在该步骤，接收第二个字节并将其存储到接收数据存储缓冲器，使得还再次增加RX_Address，并且相应地生成至UART的信号(例如，RX_OK)。

取决于位ID9(T、F)，启动216步骤接收或发送。在这种状态下，也可以生成朝向CPU的中断信号(例如，FR头部(Header)接收IRQ)。取决于ID9的状态，可以触发CPU用于数据的发送或接收。在下面，将描述数据的接收过程(ID9＝0)，然后将描述数据的发送过程(ID9＝1)。

如果例如ID9＝0，将执行217用于接收数据的进一步的步骤，并且将接收根据数据字段的可用长度的n个字节。长度始终在ID字段中被编码。它通过2个奇偶校验位和CRC来保护。在每个接收到的字节之后，字节被存储在接收数据存储缓冲器之一中，RX_Address增加并相应地生成至UART的信号。

在整个数据流(ID字段和数据字段)上，在使用现有技术方法的情况下，16位(2字节)的CRC通过BPPU来生成218。

随后可以接收219作为数据帧的部分的CRC。因为CRC包括2个字节，在每个接收到的字节之后，字节还可被存储在接收数据存储缓冲器之一中，RX_Address增加并生成至UART的信号。

示例性实施例呈现2字节ID字段、最多36字节数据字段和2字节CRC字段。因此，对于每个接收数据存储缓冲器(52、53)的接收数据存储缓冲器大小将是40字节。如果接收到的CRC没有存储在接收数据存储缓冲器中，则缓冲器大小可以是38字节。这些值不是限制性的，且可以使用字段的其他值。

然后，可以对接收到的CRC和先前生成的CRC执行220 CRC校验。如果结果不匹配，则可以在错误例程228中处理错误。

随着数据帧的结束，BPPU可能生成221至CPU的信号。这些信号可以包括例如FR接收的IRQ中断，通知CPU数据存储缓冲器之一中的数据帧是可用的。

当完整数据流存储在数据存储缓冲器中时，CPU例如还可以识别数据长度，哪个数据属于哪个LED，可以将数据解码为例如如前所述的命令，并进一步处理数据。

然后可以处理下一个数据帧。

在另一方面，如果ID9＝1，则触发数据发送的步骤，并且将发送222根据可用长度信息的n个字节。首先，TX_Address将从发送数据存储缓冲器54被设置在DMA_TX 51中并指示要发送的数据字段的开始地址。在每个被发送的字节之后，增加TX_Address的字节并且相应地生成至UART的信号，例如，TX_OK(发送是正确的)或TX_REQ(向所请求的UART发送字节)。

可以针对错误检查223发送的信息。例如，可以读回用于差分总线34的在物理层的发送的字节，并将其与存储在发送数据存储缓冲器54中的字节进行比较。在不匹配的情况下，可以生成错误，其可以在使用错误例程的情况下被进一步处理228。

在整个数据流(被发送的ID字段和数据字段)上，在使用现有技术方法的情况下，16位＝2字节的CRC可以通过BPPU来生成224。该生成的CRC(2字节)将被发送225以用于进一步处理。

可以对于错误再次检查226发送的信息，例如如前所述(读回在物理层34的发送字节并与存储在发送数据存储缓冲器54中的字节进行比较，并且在错误路由下的处理228可以在不匹配的情况下执行)。

随着数据帧的结束，BPPU可能生成221至CPU的信号。这些信号是例如FR发送的IRQ中断，其通知CPU数据帧已经被发送。可以处理下一个数据帧。

通信流可以进一步经由计时单元(55)观察。例如，时间间隔可以定义为具有最小长度和最大长度。必须在定义的时间间隔内执行位、字节或数据帧的发送或接收。如果该时间比预期的短和/或长，则可以生成错误信号(例如，通过时间单元55)，该错误信号也可以在错误例程中被处理。

所公开的协议具有若干个被包括的检查可能性，以便在汽车线束中稳健地操作。可以在错误处理步骤中进一步处理228可能生成的错误。例如在发生错误时可以生成错误中断错误IRQ，这可以使CPU从正常操作中断并对该错误作出反应。

可以在错误寄存器53中收集错误，错误寄存器53可以在错误发生的任何时间更新。

在接收操作中，当生成错误时，从节点可以忽略数据帧并可以生成至MCU的错误消息。在发送操作中，可以重新发送数据帧。从节点可以生成至MCU的错误消息。

在一个实施例中，当发生一个错误时立即处理错误IRQ。在另一个实施例中，在完成数据帧之后，或在处理具有较高优先级的其他中断指令之后处理错误IRQ。

为了单独地控制每个集群38，每个控制器20需要唯一的地址。该唯一的地址应该与光链路中每个LED单元11的物理位置匹配(参见图1)，使得由MCU 10给予的光信息到达位于光链路中的给定物理位置的正确LED单元上，例如，位置1＝地址'a'、位置2＝地址'b'等。

作为说明，公开了用于设置和存储每个从节点的地址的示例性方法。在本发明的示例性实施例中，地址由MCU 10在网络上电时给予。

该方法可以应用于本发明第一方面的系统，特别应用到连接到MCU的多个LED驱动单元。特别地，LED单元可以包括由Diff PHY 34、UART 32和BPPU 33形成的串行差分通信接口；用于接收给定从节点准备从MCU接收要被编程的地址信息的信息的输入引脚AIN；输出引脚AOUT，用于提供状态信息(例如，已经完成给定从节点的地址编程)和配置存储器(例如，其可以是RAM或NV存储器)用于当已经完成编程时存储地址信息和ID标志。如图1所示，第一从单元的输入引脚AIN1被连接到有效电压电平以用于编程(例如电源电压)，第一从单元的输出AOUT1被连接到第二从单元的输入AIN2并且第二从单元的输出AOUT2被连接到第三从单元的输入AIN3，依此类推，使得从单元形成菊型链路。

在一个实施例中(例如图2A、2B)，地址以及ID标志可以通过每个控制器20本地存储在NV数据存储器30中，并且然后可以在应用中使用。移除电源将不会重置所提供的地址。

在另一个实施例中，这些地址以及ID标志可以以易失性方式存储在例如数据存储装置29(例如RAM)中。在那种情况下，必须在系统每次通电后重复唯一的地址分配。

在汽车的车库操作期间，对这些单独的地址的重新编程可能需要完成，因此地址分配方法必须是可逆的。

通信接口可以始终在MCU单元10和作为从节点的每个单元11的控制器20之间可用，并且在单独的地址分配过程期间不应该被启用/禁用，这出于汽车功能安全性相关的原因是有利的。

图4的方案示出了图2A、图2B的自动寻址控制36的示例性实施例。在引脚AIN上提供的信息通过可以具有可调阈值的比较器70(例如，通过施密特触发器(Schmitt-Trigger))读取，该可调阈值可以由CPU 28设置在寄存器71中。然后，该信息被进一步给到具有可调去抖动时间(可以由CPU 28调整)的去抖动单元72。在去抖动时间之后，信息到达自动寻址准备寄存器73，其可以由CPU 28读取。CPU 28可以进而写入自动寻址完成寄存器74。这将触发引脚驱动器75以便向引脚AOUT提供电压电平。这将通过跟随的LED单元11的控制器20来读取，作为用于在该跟随的单元11中开始相同过程的触发器。

第一LED单元11(及其对应的控制器20)的引脚AIN以外部方式连接到有效电压电平，如图1所示。与NV数据存储器30中的未编程的ID标志一起，对于该第一LED单元可以进行地址分配。

如果LED单元未被分配有单独的地址，则ID标志不被编程，并且这些LED单元的引脚AOUT不承载有效电压电平，使得不可以对这些单元进行地址分配。

在本发明的实施例中，在图6中所示，示出了方法100，用于向多个相等的从节点中的每个从节点(LED驱动单元)提供唯一的地址，该多个从节点经由自动地址连接以网络配置(例如以菊型链路配置)连接到单个主单元，如图1所示。

首先，网络被上电110。然后，所有从节点检查111它们的AIN的状态和NV数据存储器中的ID标志。

第一从节点自动地处于寻址模式，因为其输入AIN1具有有效电压电平(连接到VSV，如图1所示)，并且ID标志尚未被编程。MCU设置112一般变量或计数器n＝1，指示在地址分配下的LED单元。

在一个实施例中，从节点n可能例如经由双向通信总线向MCU发送“READY FORPROGRAMMING(准备好编程)”消息。

MCU向从节点n发送113唯一地址。从节点n编程114该唯一地址。

在一个实施例中，从节点n可能将其被编程的地址发送115回MCU。MCU可以验证116该地址。

在另一个实施例中，充当从节点n的LED单元可以验证相对于编程的地址的MCU所提供的地址，并且如果验证是成功的则向MCU发送确认信号，并且MCU检查这种信号的存在。例如，自动寻址可以运行单次时间，并且地址可以存储在非易失性存储器(例如EEPROM)中。对于第二次上电，主节点然后可以检测到从节点已经正确地编程，所以不需要完整的自动寻址程序。另一种可能性是在将从节点组装到模块中之前对其进行外部编程。例如，假设从节点数目2有缺陷，则系统可以考虑到这一点而编程。

此时检查117任何超时或错误。如果在验证期间编程不成功，或者如果LED单元在给定时间内没有发送回编程地址或确认信号，则编程序列可以触发125错误处理例程。

在错误处理的一个实施例中，可以针对LED单元n或针对所有LED单元重复编程。

在一个实施例中，如果编程成功，则MCU可以将从节点n的ID标志设置118为“PROGRAMMING DONE(编程完成)”。

在另一个实施例中，如果编程成功，则LED单元n可以将其ID标志设置为“PROGRAMMING DONE(编程完成)”。

如果LED单元n的ID标志被设置为“PROGRAMMING DONE(编程完成)”，则从节点n的CPU会将寄存器设置119为自动寻址完成。这将引脚驱动器AOUT切换120到有效状态，并且LED单元n离开编程模式。

所有LED单元以连续的方式检查121AIN的状态和NV数据存储器中的ID标志。下一个LED单元检测AIN上的有效的有效电压电平，并检查ID标志是否未被编程。

主控制单元然后可以将计数器n增加122到n+1。

MCU检查123是否编程了最后一个从节点。如果达到这个条件，则自动寻址例程完成124。然后MCU可以将系统从自动寻址切换到功能模式。

在一个实施例中，MCU检查LED单元是否在小于或等于已知的最后一个LED单元号(或计数器的最大值)的计数器n上运行。

在另一个实施例中，由LED单元n在时间帧内发送“准备好编程(READY FORPROGRAMMING)”消息。如果在此时间帧内没有消息，则自动寻址也被解释为完成。

实施例的优点在于，自动寻址可以用于考虑到LED单元的位置和掩码而将地址分配给LED单元。例如，可能需要通过应用掩码同时地为两个不同的单元上电。MCU可以决定为若干个LED单元分配适当的地址，使得它们受到掩码的影响。

在本发明的一些实施例中，可以考虑网络的长度。对于若干个LED单元的长链路，电源线VS和GND上的电压降可以影响LED的有效供电。在典型情况下，LED单元包含四个集群(例如RGB单元)，然而它还包含也消耗功率的控制器。例如，在使用数十个LED单元的情况下，例如50个LED单元，也必须考虑50个控制器。在控制器是IC，典型地其中每个控制器的工作电流为10mA的典型情况下，在所有LED都处于“关闭”状态时0.5A将经由电源线和GND线流动。每个LED的典型的最大值50mA是固定的。因为在该示例中，网络具有50个LED单元，其中每个单元具有4个LED(因此200个LED)，所以最大电流10A可以在链路上流动。MCU可以适于减少可能的过载的影响，所以可以使链路的光照调暗以使得不超过给定的电流(例如，最大1.5A)。即使MCU将最大值设置为1.5A，在电源线和GND线中，可以存在例如0.5A+1.5A＝2A的电流，并且假设例如1欧姆的线束电阻的合理值，它在光链路的整个长度上导致2V的电压降。可能需要校准此电压降。例如，在本发明的实施例中，可以考虑取决于网络中的给定从节点的物理位置的从节点的单独校准。例如，这种单独校准可以是比较器70的阈值电压或去抖动单元72的去抖动时间。另外，可以预见取决于光链路中的物理位置的控制器20的单独的特性。例如，差分总线34的物理层可以具有调整该物理层特性的校准可能性。

本发明的实施例的优点在于始终向所有从节点而不是仅向菊型链路中的从节点的部分提供通信，这在简化关于故障或抵抗EMC的干扰的通信协议方面给予了优势。这也提供了功能安全要求。

可以在任何时间重新初始化整个配置，因为MCU始终可以访问所有从节点的ID标志和AOUT引脚。

自动寻址序列的控制始终由MCU提供，使得在检测到故障时可以在任何时间重新开始过程。

附图标记列表

10 主控制单元(MCU)

11 LED单元，从节点

12 保护单元

13 电压保护元件

14 反极性保护元件

20 LED单元控制器

21 开关元件控制

22 开关元件、电流源和PWM控制

23 电流源和PWM控制

26 电压调节器

27 微控制器(uC)

28 中央处理器(CPU)

29 数据存储装置(RAM)

30 非易失性数据存储器，例如，EEPROM

31 非易失性程序存储器，例如，ROM、闪存

32 通用异步接收器发送器(UART)

33 总线协议处理单元(BPPU)

34 用于差分总线的物理层

35 模数转换器(ADC)/诊断单元

36 自动寻址控制(AA)

37 发光二极管(LED)

38 红绿蓝LED单元(RGB单元)

39 可控电流源

40 可控开关元件

41 RC振荡器

50 用于接收的直接存储器访问控制(DMA_RX)

51 用于发送的直接存储器访问控制(DMA_RX)

52 接收RAM缓冲器1

53 接收RAM缓冲器2

54 发送RAM缓冲器

55 计时单元

70 具有可调阈值的比较器

71 用于可调阈值设置的寄存器

72 具有可调去抖动时间的去抖动单元

73 自动寻址准备寄存器

74 自动寻址完成寄存器

75 引脚驱动器AOUT

Claims

1.一种操作用于为电子单元供电的多个驱动单元(11)的方法，所述方法包括在主控制单元(MCU)和在从节点处的多个驱动单元(11)中的至少一个驱动单元之间互换包括位序列的数据帧，所述序列在连续的位串的字段中被划分，所述方法包括：

-应用用于寻址至少一个驱动单元(11)的ID字段，用于在所述主控制单元(MCU)和至少一个被寻址到的驱动单元(11)之间互换数据，

其特征在于，应用所述ID字段进一步包括：

-指示使用包括N位的第一位子串的所述驱动单元(11)地址，其中2^N等于或高于所述多个驱动单元(11)中的驱动单元(11)的数量，用于在被寻址到的驱动单元上应用所述数据字段或者如果所述驱动单元未被寻址到则忽略所述数据字段，

-使用用于分配值的接收/发送(R/T)命令位，用于允许所述主控制单元(MCU)识别应该从驱动单元(11)接收数据还是向驱动单元(11)发送数据，或者用于允许每个被寻址到的驱动单元(11)取决于分配给接收/发送(R/T)命令位的值解码所述主控制单元(MCU)需要哪个动作，

-使用进一步的功能位(F)，其包括在所述ID字段中的关于包括在所述数据帧中的指令的类型的信息，

-取决于分配给所述功能位(F)的值，将第二位子串中的数据位分配给不同的电子单元或执行长度解码步骤以用于使用该第二位子串来指示所述数据字段中的所述位串的长度。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：包括循环冗余校验，用于检测ID字段和数据字段的任何无意的改变。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述主控制单元(MCU)将所述位的序列发送到所述驱动单元(11)中的至少一个，所述序列包括确认字段，所述确认字段包括紧接在帧字段的结束之前由从节点发送到所述主控制单元(MCU)的预定的位串，用于如果所述预定的位串与预期值或存储在所述主控制器中(MCU)的值一致，则向所述主控制单元(MCU)发信号通知接收到的数据串是正确的。

4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还使用帧结束字段作为所述发送的停止位以用于发信号通知所述帧的结束和/或所述方法还包括在所述ID字段之前应用具有预定长度的break字段和/或所述方法还包括将多个数据帧存储在不同的数据缓冲器中。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述ID字段的所述第一位子串上互换预定的序列或位的序列时同时地寻址每个驱动单元(11)和/或所述方法还包括忽略用于所述多个驱动单元(11)中的至少一个驱动单元(11)的地址的一个或多个预定位，用于同地时寻址多于一个驱动单元(11)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，所述驱动单元(11)包括用于分别接收地址信息和提供状态信息的输入连接和输出连接，其中驱动单元(11)的输出连接被连接到一个不同的驱动单元(11)的输入连接，所述第一驱动单元(11)的输入连接被连接到有效电压信息，所述多个驱动单元(11)的最后驱动单元(11)的输出连接没有被连接，每个驱动单元(11)还包括到所述主控制单元(MCU)的直接通信总线，所述方法包括将计数器n的最大值设置为等于驱动单元(11)的数量，还包括以下步骤：

-检查对应于计数器n的值的驱动单元(11)的输入连接的状态，如果所述状态是有效的：

-通过所述主控制单元(MCU)向计数器n的驱动单元的对应值上的驱动单元(11)提供唯一地址，随后通过所述驱动单元(11)将所述地址发送回所述主控制单元(MCU)，

-验证对于计数器n的值的所述驱动单元(11)的被编程地址，并且如果存在错误则启动错误处理例程，否则：

-设置标志，用于发信号通知对于计数器n的驱动单元的对应值上的该驱动单元(11)已完成编程，随后将所述驱动单元(11)的输出连接切换到有效状态，

-将所述计数器n的值增加1，

-重复所述步骤直到所述计数器n达到其最大值。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括对于所述计数器n，设置值为1的第一从节点的地址。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法是驱动用于光照设备和/或用于车辆中的光照应用的多个驱动单元(11)的方法。

9.一种系统，包括：多个驱动单元(11)，每个驱动单元用于驱动至少一个电子单元；主控制单元(MCU)，包括单个通信总线，用于在所述主控制单元(MCU)和所述多个驱动单元(11)中的每个之间建立数据序列的互换，每个驱动单元(11)并联连接到同一通信总线，所述驱动单元包括控制器，所述控制器还包括：

-至少一个总线协议处理单元(33)，用于处理通过所述通信总线互换的数据，

-至少一个控制单元(11)，用于根据由所述主控制单元(MCU)发送的任何数据序列控制所述电子单元的供电，

所述至少一个总线协议处理单元(33)适用于处理

-用于寻址至少一个驱动单元(11)的ID字段，用于在所述主控制单元(MCU)和至少一个被寻址到的驱动单元(11)之间互换数据，

其特征在于，所述ID字段进一步包括：

-使用包括N位的第一位子串的所述驱动单元(11)地址，其中2^N等于或高于所述多个驱动单元(11)中的驱动单元(11)的数量，用于在被寻址到的驱动单元(11)上应用所述数据字段或者如果所述驱动单元(11)未被寻址到则忽略所述数据字段，

-接收/发送(R/T)命令位，用于允许所述主控制单元(MCU)识别应该接收数据还是发送数据，或者用于允许每个被寻址到的驱动单元(11)取决于所述接收/发送(R/T)命令位的值来解码所述主控制单元(MCU)需要哪个动作，

-在所述ID字段中的进一步的功能位(F)，用于包括关于包括在所述数据帧中的指令的类型的信息，

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述控制器还包括：计时单元，用于检查从所述主控制单元(MCU)接收的任何数据序列的长度；以及用于如果在低于预定的最小时间间隔或超过预定的最大时间间隔的情况下执行数据互换则生成错误信号的装置。

11.根据权利要求9或10中任一项所述的系统，其中所述主控制单元(MCU)还包括用于为所述多个驱动单元(11)中的至少一个驱动单元(11)供电的共同电压电源线，所述系统还包括在所述至少一个驱动单元(11)和所述共同电压电源之间的至少一个保护单元(12)，用于至少抑制所述电源线上的静电放电。

12.根据权利要求9所述的系统，其中所述主控制单元(MCU)的单个通信总线是差分通信总线，和/或其中所述系统还包括用于从所述控制器测量和收集电压值的诊断单元(35)，和/或其中所述系统包括用于从所述控制器测量和收集电压值的诊断单元(35)并且包括温度传感器，和/或其中所述驱动器包括处理单元，用于触发错误处理例程作为对由所述诊断单位(35)给出的任何错误结果的响应。

13.根据权利要求10所述的系统，其中所述计时单元是RC振荡器，或者可以包括RC振荡器。

14.根据权利要求9所述的系统，所述系统是车辆中的光照应用和/或所述电子单元是LED。

15.一种总线协议，用于在主控制单元(MCU)和从节点处的多个驱动单元(11)中的至少一个之间互换包括位序列的数据帧，所述序列在连续的位串的字段中被划分，所述序列包括：

其中所述ID字段进一步包括：

-使用包括N位的第一位子串的所述驱动单元(11)地址，其中2^N等于或高于所述多个驱动单元(11)中的驱动单元(11)的数量，用于在被寻址到的驱动单元上应用所述数据字段或者如果所述驱动单元(11)未被寻址到则忽略所述数据字段，