CN110011870A - 用于对多主访问总线进行测量和信号分析的节点和方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于对支持多个节点的多主访问的总线进行测量和信号分析的节点或所述节点的收发器。所述收发器被配置成检测总线信号并且将所检测到的总线信号转换成位流。协议引擎被布置成接收所述位流。所述协议引擎在至少指示排他性访问阶段的状态之间转变，在所述阶段期间允许所述多个节点中的仅一个节点断言所述总线上的信号。检测器被配置成在检测所述协议引擎处于指示所述排他性访问阶段的状态时断言启用指示一段时间。诊断模块被配置成响应于所断言的启用指示进行测量。

Description

用于对多主访问总线进行测量和信号分析的节点和方法

技术领域

本公开总体上涉及一种具体地使用载波侦听多路访问/碰撞检测连接到多主总线的节点和收发器。更具体地，本公开涉及对多主总线进行测量和信号分析的节点和收发器以及对多主总线进行测量和信号分析的方法。

背景技术

CAN总线的物理层的健康状况很重要。如ISO 11898-2等CAN物理层的稳健性涵盖许多电学问题，如断开、短路、漏电、不合规格或不平衡线路。可以降低并且可能不易于注意到系统可靠性或稳定性，并且应该进行预防性测试。尽管如电压表和标准示波器等标准设备可应用于测试环境以分析CAN总线上的信令，但是在使用时在应用中仍需要经济且可靠及时的分析。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种用于对支持多个节点的多主访问的总线进行测量的节点，所述节点包括：

收发器，所述收发器能够连接到所述总线并且被配置成检测总线信号并且将所检测到的总线信号转换成位流；

协议引擎，所述协议引擎被耦合到所述收发器并且被布置成接收所述位流，

其中所述协议引擎被配置成在不同状态之间转变，其中所述状态中的预定义的一个状态指示排他性访问阶段，在所述阶段期间允许所述多个节点中的仅一个节点断言所述总线上的信号；

检测器，所述检测器被连接到所述协议引擎并且被配置成在检测所述协议引擎处于指示所述排他性访问阶段的状态时断言启用指示一段时间；以及

诊断模块，所述诊断模块能够连接到所述总线并且响应于所述检测器的所述启用指示，其中所述诊断模块被配置成响应于所断言的启用指示而对所述总线进行测量。

在一个或多个实施例中，所述检测器进一步被布置成在所接收的位流包括与预配置的滤值匹配的标识符的情况下断言所述启用指示。

在一个或多个实施例中，所述标识符至少包括消息标识符。

在一个或多个实施例中，所述检测器包括滤波器，所述滤波器预配置有一个或多个滤值，其中所述滤波器被配置成将所述所接收的位流中包括的所述标识符与所述一个或多个预配置的滤值进行比较。

在一个或多个实施例中，所述检测器被布置成监测控制器的对象缓冲器并且在所述对象缓冲器中的一个预配置的对象缓冲器被启用以接收数据的情况下断言所述启用指示。

在一个或多个实施例中，所述节点包括：

至少一个另外的收发器，其中每个收发器被连接到另一个总线并且被配置成检测总线信号并且将所述检测到的总线信号转换成位流，

至少一个另外的协议引擎，其中每个协议引擎被耦合到所述两个或更多个收发器中的对应的一个收发器并且被配置成接收所述对应的位流，以及

至少一个另外的检测器，其中每个检测器被耦合到所述两个或更多个协议引擎中的对应的一个协议引擎并且被配置成在检测所述对应的协议引擎处于指示所述排他性访问阶段的状态时断言启用指示一段时间。

在一个或多个实施例中，所述节点进一步包括：

多路复用部件和诊断模块，所述多路复用部件耦合到所述两个或更多个协议引擎中的每个协议引擎的所述检测器，所述诊断模块用于选择性地将一个检测器的所述启用指示连接到所述诊断模块。

在一个或多个实施例中，所述节点进一步包括：

多路复用部件和诊断模块，所述多路复用部件耦合到所述总线，所述诊断模块用于选择性地将所述总线之一的线路连接到所述诊断模块。

在一个或多个实施例中，所述节点进一步包括：

数据接口，所述数据接口被配置成能够访问所述测量和/或基于所述测量的信号分析，其中所述测量和/或所述信号分析被所述诊断模块存储在存储器中。

在一个或多个实施例中，所述总线是CAN总线；

其中所述状态进一步至少指示仲裁阶段、数据接收阶段、循环冗余码CRC数据接收阶段和确认阶段，其中所述排他性访问阶段包括所述数据接收阶段和所述CRC数据接收阶段中的至少一个。

根据本发明的第二方面，提供一种用于对支持多个节点的多主访问的总线进行测量的收发器，所述收发器能够连接到所述总线并且被配置成检测总线信号并且将所检测到的总线信号转换成位流，所述收发器包括：

协议引擎，所述协议引擎被布置成接收所述位流并且被配置成在不同状态之间转变，其中所述状态中的预定义的一个状态指示排他性访问阶段，在所述阶段期间允许所述多个节点中的仅一个节点断言所述总线上的信号；

检测器，所述检测器被连接到所述协议引擎并且被配置成在检测所述协议引擎处于指示所述排他性访问阶段的状态时断言启用指示一段时间；以及

诊断模块，所述诊断模块能够连接到所述总线并且响应于所述检测器的所述启动指示，其中所述诊断模块被配置成响应于所断言的启用指示而进行测量。

在一个或多个实施例中，所述检测器进一步被布置成在所接收的位流包括与预配置的滤值匹配的标识符的情况下断言所述启用指示。

在一个或多个实施例中，所述收发器进一步包括：

连接到所述诊断模块的数据接口，所述诊断模块被配置成存储所述测量和/或基于所述测量的信号分析，其中所述数据接口被配置成能够访问所存储的测量和/或信号分析。

根据本发明的第三方面，提供一种用于对支持连接到其的多个节点的多主访问的总线进行测量的方法，所述方法包括：

由检测器检测协议引擎处于指示排他性访问阶段的状态，

其中协议引擎耦合到被布置成从其接收位流的收发器，

其中所述收发器被连接到所述总线并且被配置成检测总线信号并且将所检测到的总线信号转换成所述位流，

其中所述协议引擎被配置成在不同状态之间转变，其中所述状态中的预定义的一个状态至少指示排他性访问阶段，在所述阶段期间，所述多个节点中的一个节点排他地断言其上的信号；以及

由诊断模块进行测量，所述诊断模块响应于检测所述协议引擎处于指示所述排他性访问阶段的所述状态而连接到所述总线一段时间。

在一个或多个实施例中，所述方法进一步包括：

将所接收的位流中包括的标识符与至少一个预配置的滤值进行比较；以及

在所述标识符与所述至少一个预配置的滤值之一匹配的情况下发出所述启动指示。

本发明的这些和其它方面将根据下文中所描述的实施例显而易见，且参考这些实施例予以阐明。

附图说明

结合在此并且形成说明书的一部分的附图示出了本发明，并且与描述一起另外用于解释本发明的原理并且使得相关领域的技术人员能够实施并且使用本发明。

图1示意性地示出了根据本发明的例子的包含若干电子控制单元的、ECU的CAN的框图；

图2出于展示的目的示意性地描绘了经典CAN、CAN FD8和CAN FD64的CAN数据帧的结构；

图3示意性地示出了根据本发明的例子的电子控制单元、ECU的框图；

图4示意性地示出了根据本发明的另一例子的电子控制单元、ECU的框图；

图5示意性地示出了根据本发明的又另一例子的电子控制单元、ECU的框图；

图6示意性地示出了根据例子的CAN总线上的传播事件的时序图；

图7示意性地示出了根据本发明的例子的电子控制单元、ECU的协议引擎的状态图；

图8示意性地示出了根据本发明的另一个例子的电子控制单元、ECU的框图；

图9示意性地示出了根据本发明的例子的高级总线收发器的框图；

图10示意性地示出了根据本发明的例子的网关控制单元的框图；

图11示意性地示出了根据本发明的另一例子的网关控制单元的框图；

图12示意性地示出了根据本发明的例子的进行测量和信号分析的流程图；并且

图13示意性地示出了根据本发明的另一例子的进行测量和信号分析的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图对本公开的实施例进行详细描述。注意，相同的参考标记用于表示附图中相同或同等的元件，并且将不重复其描述。下文阐述的实施例表示使本领域的技术人员能够实践本发明的必要信息。一旦根据附图阅读了如下描述，本领域的技术人员将明白本发明的概念，并将认识到本文未具体阐述的这些概念的应用。应理解，这些概念和应用落入本公开以及所附权利要求书的范围之内。

控制器区域网络CAN是连接电子控制单元ECU的多主串行总线，在以下也被称为例如布置在车辆内的(CAN)节点。控制器区域网络CAN使能够在没有中央网络控制器的情况下在节点之间通信。允许每个节点以数据消息帧的方式在CAN总线上传播消息。

如图1中示意性地示出的，节点/ECU 100.1传播数据消息帧Msg，所述数据消息帧Msg由连接到CAN总线200的所有其它节点/ECU 100.2到100.6接收。每个消息数据帧包含消息标识符CANID，但不需要包含涉及传播器/启动程序和/或接收器/目标节点的标识符。当在串行CAN总线200上传播消息数据帧Msg时，接收消息数据帧Msg的每个节点进行过滤以确定是否接受或忽略所述消息数据帧Msg。过滤包括检查消息数据帧的数据的至少一部分。过滤包含例如检查消息标识符CANID以确定是否接受或忽略所述消息标识符。例如，节点/ECU100.3和100.2接受数据消息帧Msg，而其它节点/ECU 100.4、100.5和100.6丢弃数据消息帧Msg。例如，每个节点/ECU 100.1到100.6中的过滤单元将在CAN总线200上传播的数据消息帧Msg的消息标识符CANID与一个或多个预配置的消息标识符进行比较并且在匹配情况下将消息数据转发到对应的节点/ECU 100.1到100.6的本地电路。过滤可以不局限于消息标识符CANID，但可以包括消息数据帧Msg的另外数据，如数据域的数据或其部分。

为使ECU/节点能够在CAN总线上传播数据消息帧，在CAN通信协议中实施载波侦听多路访问(CSMA)/碰撞检测(CD)机制。载波侦听多路访问(CSMA)要求连接到CAN总线的每个节点被配置成在尝试在CAN总线上传播消息数据帧之前监测未活动的CAN总线。此策略被描述为载波侦听。一旦未活动期逝去，就允许CAN总线上的每个ECU/节点有平等机会传播消息帧。此策略被描述为多路访问。在两个或更多个节点/ECU同时开始传播的情况下，通过传播节点/ECU利用非破坏性逐位仲裁进行碰撞检测。由于非破坏逐性位仲裁，两个或更多个同时传播节点/ECU中的仅一个保持活跃并且完成数据消息帧传播。非破坏性逐位仲裁在不破坏获得非破坏性逐位仲裁的传播的数据消息帧的情况下进行。

为了实现非破坏性逐位仲裁，在CAN总线上使用两种不同的逻辑信号，表示逻辑-0信号的主导位信号和表示逻辑-1信号的隐形信号。如果由所有目前传播的节点/ECU同时断言CAN总线上的逻辑-1信号，则由所有节点/ECU检测CAN总线上的逻辑-1信号。CAN总线上的所有节点/ECU包含传播器节点以及接收器节点。如果由所有目前传播的节点/ECU同时断言CAN总线上的逻辑-0信号，则由所有节点/ECU检测CAN总线上的逻辑-0信号。然而，如果由一个或多个目前传播的节点/ECU断言CAN总线的逻辑-0信号并且由一个或多个目前传播的节点/ECU同时断言逻辑-1信号，则由所有节点/ECU检测CAN总线上的逻辑-0。在CAN总线上断言的逻辑-0信号或主导位信号过激励在CAN总线上同时断言的逻辑-1或隐性位信号。

节点/ECU目前断言CAN总线上的逻辑-1并且同时检测在CAN总线上活跃的逻辑-0信号实现了碰撞，节点/ECU响应于所述碰撞而中止传播。

CAN数据帧是根据帧格式结构化的。可以区别四种类型的CAN帧：含有有待传播的数据的数据帧；要求数据传播的远程帧；在检测接收到的帧中的错误时使用的错误帧；以及用于在帧之间注入延迟的过载帧。

原则上，数据帧格式被结构化成数据头、有效负载和尾部。数据头域包括帧起始SOF、域、具有消息标识符的仲裁域、ID以及控制域。有效负载包括数据域和用于保护数据域中包括的数据的CRC域。有效负载可以另外包括控制域。用于计算CRC域中的CRC序列的多项式是预定义的，所述多项式的系数由相关位流给定。尾部包括确认ACK域和帧结束EOF域。尾部可以另外包括中断域IMF。已经正确接收有效消息的接收器节点/ECU通过在确认阶段期间断言CAN总线上的主导信号来将此报告给传播器节点/ECU。

图2仅出于展示的目的示意性地示出了针对经典CAN、CAN FD8、CAN柔性数据速率和8字节长的数据域以及CAN FD64、CAN柔性数据速率和64字节长的数据域的示例性CAN数据帧格式。应注意，对本发明的理解不应局限于特定总线协议或用于在总线上进行通信的特定帧格式。

如上所述，CAN协议实施具有非破坏性逐位仲裁的多主访问。数据帧的传播开始于断言主导帧起始SOF位(SOF是逻辑-0)，随后是表示仲裁域内容的序列。因此，在同时传播两个或更多个数据帧的情况下，在逻辑-0信号是主导信号的情况下，具有最小仲裁域内容的数据帧赢得仲裁。如果相同仲裁域内容(和对应的消息标识符、ID)仅被一个节点/ECU使用，则非破坏性逐位仲裁确保仅一个节点/ECU在数据传输阶段期间断言CAN总线上最新的信号。

现在参照图3，示出了根据本申请的实施例的节点/ECU的示意性框图。示出的节点/ECU 100包括总线收发器110，所述总线收发器110在CAN总线200与CAN控制器/处理器120之间接口连接。CAN控制器/处理器120使能够在节点/ECU 100的本地电路150与总线收发器110之间通信。CAN控制器/处理器120的主机接口140在CAN控制器/处理器120与节点/ECU 100的本地电路150之间接口连接。在本申请的例子中，CAN控制器/处理器120是微控制器MCU或微处理器MPU的一部分，并且主机接口140耦合到微控制器MCU或微处理器MPU的数据总线。主机接口140可以另外耦合到中断控制器(未示出)以用信号通知可用于检索的接收到的消息数据的存在。

总线收发器110被配置成将由CAN控制器120供应的逻辑信号转换成在CAN总线200上传播的总线信号并且将在CAN总线200上检测的总线信号转换成供应到CAN控制器120的逻辑信号。总线收发器110被布置成从CAN控制器120接受表示有待在CAN总线200上传播的帧的位数据流的逻辑信号并且将表示在CAN总线200上传播的帧的位数据流的逻辑信号输出给CAN控制器120。

在一个例子中，CAN总线200包括两条线路，总线信号例如以表示隐形和主导信号状态的两种不同差分信号的形式在这两条线路上传输。两根总线线路被命名为CAN_H 210和CAN_L 220。两根总线线路例如以扭曲的信号线对的形式进行布置。总线收发器110将接收到的总线信号转换成CAN控制器120的逻辑电平并且将逻辑0驱动到CAN总线200上。本领域的技术人员应理解本发明不限于CAN总线200的具体实施方式。例如，非屏蔽的单根线还可以用作总线媒体。

CAN控制器120的协议引擎125包括有限状态机，所述有限状态机被布置成在逐位的基础上通过帧定序并且改变传播或接收的各种帧格式的状态。具体地，协议引擎125被布置成控制传输路径与接收路径之间的位流以确保根据CAN协议进行传播、接收、仲裁和错误信令。

有待在CAN总线200上传播的消息数据经由主机接口140通过节点/ECU 100的本地电路150加载到传输TX缓冲器130.2中。传输TX缓冲器130.2可以包括具有不同优先等级的针对消息数据的若干TX缓冲器。例如，不同优先等级可以被指配给若干TX缓冲器，并且若干TX缓冲器中的消息数据基于优先等级在CAN总线200上传播。传输TX缓冲器中的已经指配较高优先等级的消息数据先于传输TX缓冲器中的已经指配较低优先等级的消息数据传播。优先等级可以是仲裁的一部分。例如，协议引擎125被配置成组成包括在传输TX缓冲器130.2中缓冲的消息数据的规定格式的帧并且经由总线收发器110将所组成的帧输出到CAN总线200上。例如，协议引擎125被布置成将在逻辑信号的串行流中组成的消息帧输出给总线收发器110。

类似地，协议引擎125被布置成经由与CAN总线200接口连接的总线收发器110接收呈逻辑信号的串行流形式的帧并且另外被布置成根据帧格式分解接收到的帧。协议引擎125包括消息合成缓冲器MAB 130.3，所述MAB 130.3用于监测传入消息的CAN总线200。消息合成缓冲器130.3保持由总线收发器110供应的接收到的帧的位流。在例子中，消息合成缓冲器130.3还保持由总线收发器110在CAN总线200上传播的帧的位流。

提供选通RX滤波器135以检查所接收的帧是否旨在用于节点/ECU 100，并且如果是的话，由选通RX滤波器135实现将所缓冲的位流转移到接收RX缓冲器130.1中。选通RX滤波器135被布置成至少接收表示接收到的帧的数据的缓冲的位流中的消息标识符CANID，并且被配置成至少将消息标识符CANID与一个或多个滤值进行比较。在例子中，选通RX滤波器135被布置成接收消息标识符CANID和所接收的帧的另外数据，如数据域的数据的一部分。选通RX滤波器135被配置成将消息标识符CANID和另外数据与一个或多个滤值进行比较。如果至少消息标识符CANID与一个滤值之间存在匹配，则所缓冲的位流数据被加载到接收RX缓冲器130.1中。选通RX滤波器135可以应用一个或多个滤波器掩码以选择哪些位应该与滤值相比较。然后，可以经由主机接口140从接收RX缓冲器130.1检索接收到的帧的数据。接收RX缓冲器130.1可以是FIFO类(先入先出)缓冲器。应注意，CAN控制器120可以包括一个或多个选通RX滤波器，所述选通RX滤波器中的每个可以与单独的接收RX缓冲器相关联，在匹配的情况下将接收到的帧的数据加载到所述接收RX缓冲器中。

根据本申请的实施例，CAN总线120包括检测器180，所述检测器180被布置成检测在CAN总线200上传播消息帧期间在仲裁阶段结束时发生的排他性访问阶段。检测器180可以被布置在CAN控制器120的协议引擎125中或者被布置成具有所述CAN控制器120的所述协议引擎125。检测器180可以是CAN控制器120的协议引擎125的一部分。可以根据从总线收发器110接收到的串行位流检测排他性访问阶段。一旦接收了对消息标识符进行编码的所有位，在标准帧的情况下包括11位或在扩展帧的情况下包括29位，就达到了仲裁阶段的末尾。

响应于检测仲裁阶段结束，检测器180被配置成断言供应到诊断模块190的启用信号，所述诊断模块190例如被布置在总线收发器110中或被布置成具有所述总线收发器110。诊断模块190耦合到CAN总线200并且具体地耦合到CAN总线200的线路CAN_H 210和CAN_L220。诊断模块190被配置成在从检测器180接收启用信号时对CAN总线200及其线路进行测量和信号分析。在仲裁阶段结束后，数据和CRC数据传播阶段开始，在此阶段仅一个节点/ECU传播并断言CAN总线200上的信号。当仅一个节点/ECU在CAN总线200上活跃时对CAN总线200进行测量和信号分析确保从对CAN总线200的线路的测量获得的特性和特征反映真实条件并且允许可靠的信号分析。

相应地，检测器180被另外配置成在若干节点/ECU再次断言CAN总线200上的信号之前解除断言供应到诊断模块190的启用信号。用于对CAN总线200进行测量和信号分析的窗口至少部分地在用于传播纯消息数据和循环冗余码数据(CRC)的时间段扩展。

诊断模块190可以包括存储器并且被配置成存储对CAN总线200进行的测量和/或信号分析以经由连接到诊断模块190的如串行外围接口(SPI)等数据接口160进行检索。诊断模块190可以另外被配置成存储帧的消息ID，在存储期间传播已经进行的测量和信号分析。可以与对应的测量和/或信号分析相关联地存储消息ID以例如通过数据接口160进行检索。

现在参照图4，示出了根据本申请的另一个实施例的节点/ECU的示意性框图。参照图4在此例示的节点/ECU 100大体上对应于上文参照图3例示的节点/ECU。为了省略不必要的重复，参照图3的上述表述同样适用于下文参照图4描述远到在下文不同地描述的示例节点/ECU。

提供以控制诊断模块190的操作的检测器180另外包括滤波器181，所述滤波器181用于至少接收表示所接收的帧的数据的位流中的消息标识符CANID并且被配置成至少将消息标识符CANID与检测器180的存储装置185中保持的一个或多个滤值进行比较。如果消息标识符CANID与一个滤值之间存在匹配，则检测器180被配置成在仲裁阶段结束时或在所述仲裁阶段之后断言诊断模块190的启用信号。由检测器180的滤波器181应用的一个或多个滤值可以是可例如通过数据接口160配置的。

现在参照图5，示出了根据本申请的另一个实施例的节点/ECU的示意性框图。参照图4在此例示的节点/ECU 100大体上对应于上文参照图3例示的节点/ECU。为了省略不必要的重复，参照图3的上述表述同样适用于下文参照图4描述远到在下文不同地描述的示例节点/ECU。

如上所述，CAN控制器120的接收路径可以包括若干选通RX滤波器135.1到135.n，所述选通RX滤波器135.1到135.n中的每个与接收RX缓冲器103.1的单独的对象缓冲器131.1到131.n相关联。

每个选通RX滤波器135.1到135.n被布置成至少接收表示所接收到的帧的数据的所缓冲的位流中的消息标识符CANID并且被配置成至少将消息标识符CANID与一个或多个滤值进行比较。一个或多个滤值被具体地配置成用于选通RX滤波器135.1到135.n中的每一个。如果消息标识符CANID与一个滤值之间存在匹配，则在匹配发生时所缓冲的位流数据被加载到与选通RX滤波器135.1到135.n相关联的对应的对象缓冲器131.1到131.n。

检测器180被布置成监测对象缓冲器131.1到131.n以检测加载到对象缓冲器131.1到131.n中的数据。加载到对象缓冲器131.1到131.n之一中的数据指示目前接收到的帧，所述帧具有对应于一个或多个滤值之一的消息ID，所述一个或多个滤值被配置成用于选通RX滤波器135.1到135.n中的对应的一个滤波器。选择器170被布置有检测器以选择监测对象缓冲器131.1到131.n之一。选择器170是可例如经由如串行外围接口(SPI)等数据接口160配置的。通过由选择器170控制的多路复用器示出了由检测器180监测的对象缓冲器的选择能力。在检测流入对象缓冲器131.1到131.n中的所选择的一个对象缓冲器中的数据时，设置控制用于进行测量和信号分析的诊断模块190的启用信号。

本领域的那些技术人员应了解和理解，已经将上述例示的节点/ECU分割成单独的单元、区块和模块以提高本发明的描述的可理解性，而不旨在将本发明限制到上述示例性节点/ECU之一。单元、区块和模块可以被嵌入其它单元、区块和模块中。例如，滤波器135.1到135.n以及缓冲器131.1到131.n、132.1和132.2可以被嵌入协议引擎125中。例如，检测器180和/或诊断模块190可以被嵌入协议引擎125和总线收发器110中。例如，协议引擎125可以是总线收发器110的一部分。例如，CAN控制器120和总线收发器110可以形成物理单元。

现在参照图6，示出了根据本申请的实施例的示意性传播时序图。时序图例示了在CAN总线上传播数据帧期间发生的不同阶段，多个节点/ECU被连接到所述CAN总线。

出于展示的目的，两个节点，在此节点1和节点2，同时开始传播数据帧。节点1和节点2断言CAN总线上的帧起始SOF、逻辑-0/主导信号，并且从断言表示CAN总线上的对应的消息ID的位序列的信号开始。CAN总线上的帧起始SOF、逻辑-0/主导信号指示仲裁阶段开始。在检测CAN总线处于与目前由其断言的隐形信号不匹配的主导状态时，节点1中止断言对应的消息ID的位序列。

节点2开始断言CAN总线上的对应的消息ID的位序列。一旦完成了消息ID的串行传播，仲裁阶段就结束。在标准数据帧的情况下，可例如从IDE域检测完整消息ID的接收，所述IDE域的值允许区分目前传播的数据帧是否具有标准数据帧格式和扩展的数据帧格式。

所述时间段被称为数据阶段或数据接收阶段，在所述时间段期间传播纯消息数据。所述时间段被称为CRC数据阶段或CRC数据接收阶段，在所述时间段期间传播循环冗余码(CRC)数据。数据和CRC数据(接收)阶段表示包括用于进行测量和信号分析的测量时间窗的时间段，因为允许仅一个节点/ECU，在此出于展示的目的节点2，在数据和CRC数据(接收)阶段期间断言CAN总线上的信号。因为上述，数据和CRC数据(接收)阶段也被称之为排他性访问阶段。测量时间窗可以在排他性访问阶段开始之后开始预定义的时间容限，并且可以在排他性访问阶段结束之前以预定义的时间容限结束。

确认阶段在循环冗余码(CRC)数据的传播之后发生。在确认阶段期间，传播数据帧的接收器节点在CAN总线上是活跃的。由检测器输出的启用信号的设置控制诊断模块以在测量时间窗内进行测量和信号分析，所述测量时间窗处于数据和CRC数据(接收)阶段内。

参照图7，示出了根据本申请的实施例的CAN控制器的协议引擎中包括的有限状态机的示例性状态图。

状态机响应于在CAN总线上传播的帧的传入位流在预定义的状态之间转变。从空闲总线状态(CAN总线处于隐性状态)开始，状态机在检测在CAN总线上断言的帧起始(主导)信号时转变到接收消息ID位。根据IDE域的值，状态机根据扩展的帧格式转变到接收消息ID位或者开始接收控制域中包括的长度编码。另外根据数据域的编码的长度，状态机首先转变到接收纯消息数据或直接转变到接收CRC数据。在接收CRC数据之后，状态机转变到确认处理。

指示接收纯消息数据和CRC数据的状态可以被认为指示上述被提及的排他性访问阶段，在此阶段期间允许连接到CAN总线的节点/ECU中的仅一个断言CAN总线(除错误信令外)上的信号。

本领域的技术人员将立即理解，通过检测器设置的启用信号可以基于协议引擎中包括的有限状态机的状态。

现在参照图8，示出了根据本申请的实施例的专用于诊断的节点/ECU的示意性框图。尽管在以上例子中已经描述了将诊断模块集成到节点/ECU，这用诊断功能补充了节点/ECU的功能，但是可以使用上述检测器和诊断模块提供仅专用于诊断的节点/ECU。

图8中例示的节点/ECU 100专用于对CAN总线进行测量和信号分析。如图8中所例示的，测量和/或信号分析被存储在存储器155中，所述存储器155是连接到CAN控制器120的本地电路150的一部分。测量和/或信号分析可以通过CAN总线上的节点/ECU 100传播。可以使用预定义的请求消息经由CAN总线由另一节点请求传播测量和/或信号分析。检测器180可以包括如上所述的滤波器。

现在参照图9，示出了根据本申请的实施例的示意性框图。高级总线收发器可以适用于以上所提及的节点/ECU中的任何一个。在此例示的高级总线收发器110包括用于实现对CAN总线进行上述测量和信号分析的部件。具体地，高级总线收发器110包括协议引擎125、检测器180和诊断模块190。

协议引擎125可以是被配置成用于诊断操作的协议引擎125。例如，协议引擎125具有有限的功能，这使得能够检测测量时间窗，从而允许检测器180断言其内的启用信号。所断言的启用信号触发诊断模块190在测量时间窗内进行测量并且基于所述测量进行信号分析。测量和/或信号分析被诊断模块190存储并且可以经由如串行外围接口(SPI)等数据接口160访问。

在实施例中，协议引擎125、检测器180和诊断模块190具有上述功能。例如，检测器180可以包括如上所述的滤波器。

控制器区域网络(CAN)可以在若干CAN总线的基础上建立，所述若干CAN总线使用包含CAN中继器、CAN网桥和/或CAN网关的拓扑部件互连。CAN中继器和网桥可以用于建立具有独立的CAN子网和CAN总线的CAN网络，从而允许具有不同传输速率的网络的独立部分彼此连接。使用集成的滤波器功能，帧可以在从一个CAN子网/CAN总线传输到另一个CAN子网/CAN总线之前进行过滤，从而允许减少个别CAN子网/CAN总线上的负载。与CAN中继器相比，CAN网桥允许通过将CAN网桥到单独CAN总线插置到多个单独CAN总线中来增加CAN总线的有效长度。CAN网关用于互连三个或更多个CAN网络。CAN网关还用于将CAN总线连接到不同类型的总线。

条件是拓扑部件中的上述诊断功能具有的优点在于测量和信号分析可以应用于若干连接的CAN总线和每个CAN总线单独地连接的节点。

现在参照图10，示出了根据本申请的实施例的网关节点的示意性框图。所示出的网关节点100彼此互连，在此为了解释为三个CAN总线200.1、200.2和200.3。所示出的网关节点另外可以提供集成滤波器和路由功能以在路由到另一个CAN总线之前过滤在一个CAN总线处接收的帧。

对每个CAN总线而言，网关节点100包括总线收发器110.1、110.2或110.3以及具有协议引擎125.1、125.2和125.3的控制器，对应的检测器180.1、180.2和180.3被布置成具有所述总线收发器110.1、110.2或110.3以及所述控制器或被布置在所述所述总线收发器110.1、110.2或110.3以及所述控制器中。检测器180.1到180.3中的每一个可以如上所述被实施。

所示出的网关节点100另外包括诊断模块190，所述诊断模块190选择性地耦合到CAN总线200.1到200.3之一以对其进行测量和信号分析。可配置的选择器171选择性地将诊断模块190与CAN总线200.1到200.3之一的CAN_H和CAN_L线路连接。选择器171另外用于选择性地将检测器180.1到180.3之一的启用信号连接到诊断模块190。通过由选择器171控制的多路复用器在此示出选择性连接。选择器171例如可通过如串行外围接口(SPI)等数据接口160配置。

通过配置选择器171，CAN总线是可选择的，响应于由对应的检测器180.1到180.3断言的启用信号而对CAN总线进行测量和信号分析。

总线收发器110.1、110.2和110.3可以被布置在多总线收发器中。多总线收发器可以包括诊断模块190。协议引擎125.1到125.3可以是多总线控制器的一部分。

现在参照图11，示出了根据本申请的另一个实施例的网关节点的示意性框图。参照图11在此例示的网关节点100大体上对应于上文参照图10例示的网关节点。为了省略不必要的重复，参照图10的上述表述同样适用于下文参照图11描述远到在下文不同地描述的示例网关节点。

在此，检测器180.1到180.3控制诊断模块190可切换地连接到CAN总线。例如，每个检测器180.1到180.3可以被配置成响应于检测在CAN总线中的对应的一个总线上传播的消息ID而控制进行测量和信号分析。消息ID可以与如上所述的对应测量和信号分析相关联地记录。由检测器180.1到180.3之一断言的启用信号可以阻挡由另一个检测器断言的启用信号以防止已经进行的测量和信号分析中断。

应注意，尽管上述被称之为网关节点100，但是以上描述同样适用于具体地包含CAN中继器和CAN网桥的其它拓扑部件。

现在参照图12，示意性地示出了根据本申请的实施例的进行测量和信号分析的流程图。

在操作S110中，由节点/ECU的检测器监测CAN总线上的活动。检测器可以是CAN控制器、总线收发器的协议引擎的一部分或节点/ECU的任何其它部件的整体部分。在CAN总线上监测的活动具体地包含由帧格式定义的阶段。所监测的活动例如涉及仲裁阶段、数据和CRC数据传播阶段、确认阶段、帧结束EOF阶段。与CAN总线上的活动相关联的阶段至少包括排他性访问阶段，在所述排他性访问阶段中，连接到CAN总线的多个节点/ECU中的仅一个断言其上的信号。CAN总线上的活动可以通过对从与CAN总线接口连接并且在逻辑信号与总线信号之间转换的收发器接收的位流进行定序来监测。具体地，收发器供应由在CAN总线上传播的帧引起的位流。

在操作S130中，验证当前阶段是否是排他性访问阶段。在当前阶段是排他性访问阶段的情况下，序列继续操作S150。否则，在操作S110中继续监测CAN总线上的活动。

在操作S150中，断言启用信号。在由排他性访问阶段定义的时间窗内断言启用信号，所述排他性访问阶段在仲裁阶段结束时开始并且在确认阶段开始时结束(如果总线上未指示总线错误的话)。在操作S160中，将启用信号输出给诊断模块，所述诊断模块响应于所断言的启用信号而开始对CAN总线进行测量。

在操作S170中，继续监测当前阶段是否仍是排他性访问阶段。例如，在检测到确认阶段或检测到由连接到CAN总线的节点/ECU之一发出的总线错误指示的情况下，排他性访问阶段已经达到结束并且序列继续操作S180。

在操作S180中，对启用信号解除断言。在操作S190中，将启用信号输出给诊断模块，所述诊断模块响应于所断言的信号而停止对CAN总线进行测量。诊断模块可以另外基于在所断言的启用信号期间进行测量来进行信号分析。

应注意，在本申请的背景下启用信号应该被理解为涉及逻辑信号和响应于对总线进行测量的条件和/或用于控制总线上的测量性能的物理信号。

现在参照图13，示意性地示出了根据本申请的另一个实施例的进行测量和信号分析的流程图。

图13的流程图基本上对应于上述图12的流程图。除图12的操作序列外，在检测当前阶段是否为排他性访问阶段时，序列继续操作S140。在操作S140中，将所接收的位流中包括的标识符与一个或多个预定义的滤值进行比较。在一个或多个预定义的滤值之一与所接收的位流中包括的标识符匹配的情况下，序列继续操作S150以实现对CAN总线的测量。否则，序列返回到操作S110。

用于进行测量和信号分析的上述概念不应该被理解为限于CAN协议、CAN节点/ECU、CAN拓扑部件和CAN总线。通常，本领域的技术人员根据上述描述理解，所描述的概念同样适用于使用载波侦听多路访问/碰撞检测CSMA/CD的任何多主总线。

根据本申请的例子，提供了一种用于对支持多个节点的多主访问的总线进行测量的节点。节点包括：收发器、协议引擎、检测器和诊断模块。收发器可连接到总线，并且被配置成检测总线信号并且将检测到的总线信号转换成位流。协议引擎被耦合到收发器并且被布置成接收位流。协议引擎被配置成在不同状态之间转变。包括预定义状态的状态选择指示排他性访问阶段，在此阶段期间允许多个节点中的仅一个节点断言总线上的信号。检测器被连接到协议引擎并且被配置成在检测所述协议引擎处于指示所述排他性访问阶段的状态时断言启用指示一段时间。诊断模块可连接到总线并且响应于检测器的启动指示。所述诊断模块被配置成响应于所断言的启用指示而进行测量。在例子中，启用指示是启用信号。

根据本申请的例子，协议引擎被布置成通过所接收到的位流定序并且基于描述接收到的位流的帧格式在状态之间转变。根据本申请的例子，总线是CAN总线。根据本申请的例子，状态另外至少指示仲裁阶段、数据接收阶段、CRC数据接收阶段和确认阶段。排他性访问阶段包括数据接收阶段和CRC数据接收阶段中的至少一个。

根据本申请的例子，检测器另外被布置成在所接收的位流包括与预配置的滤值匹配的标识符的情况下断言所述启用指示。根据本申请的例子，标识符至少包括消息标识符和更具体地CAN消息ID CANID。

根据本申请的例子，检测器包括滤波器，所述滤波器预配置有一个或多个滤值。滤波器被配置成将接收到的位流中包括的标识符与一个或多个预配置的滤值进行比较。

根据本申请的例子，检测器被布置成监测控制器的对象缓冲器并且在对象缓冲器中的预配置的一个对象缓冲器被启用以接收数据的情况下断言所述启用指示。根据本申请的例子，每个对象缓冲器与一个选通滤波器相关联，所述选通滤波器预配置有一个或多个滤值。每个选通滤波器被配置成将接收到的位流中包括的标识符与对应的一个或多个预配置的滤值进行比较并且响应于选通滤波器之一而检测匹配，流入相关联的对象缓冲器的数据被启用。

根据本申请的例子，节点是包含中继器节点、网桥节点、网关节点的拓扑节点。

根据本申请的例子，节点另外包括：至少一个另外的收发器，其中每个收发器被连接到单独的总线并且被配置成检测总线信号并且将检测到的总线信号转换成位流；至少一个另外的协议引擎，其中每个协议引擎被耦合到收发器中的对应的一个收发器并且被配置成接收对应的位流；以及至少一个另外的检测器，其中每个检测器被耦合到协议引擎中的对应的一个协议引擎并且被配置成在检测对应的协议引擎处于指示排他性访问阶段的状态时断言启用指示一段时间。

根据本申请的例子，节点另外包括多路复用部件和诊断模块，所述多路复用部件被耦合到两个或更多个协议引擎中的每个协议引擎的检测器，所述诊断模块用于选择性地将一个检测器的启用指示连接到所述诊断模块。

根据本申请的例子，节点另外包括多路复用部件和诊断模块，所述多路复用部件被耦合到所述总线中的每一个，所述诊断模块用于选择性地将所述总线之一的线路连接到诊断模块。总线是单独总线。

根据本申请的例子，节点另外包括连接到所述诊断模块的数据接口，所述诊断模块被配置成存储所述测量和/或基于所述测量的信号分析。经由相应地配置的数据接口可访问存储的测量和/或信号分析。

根据本申请的例子，提供了一种用于对支持多个节点的多主访问的总线进行测量的收发器。收发器可连接到总线并且被配置成检测总线信号并且将检测到的总线信号转换成位流。收发器包括协议引擎、检测器和诊断模块。协议引擎被布置成接收所述位流并且被配置成在不同状态之间转变，所述状态至少指示排他性访问阶段，在此阶段期间允许所述多个节点中的仅一个节点断言所述总线上的信号。所述检测器被连接到所述协议引擎并且被配置成在检测所述协议引擎处于指示所述排他性访问阶段的状态时断言启用指示一段时间。诊断模块可连接到总线并且响应于检测器的启用指示。所述诊断模块被配置成响应于所断言的启用指示而进行测量。在例子中，启用指示是启用信号。

根据本申请的例子，检测器另外被布置成在所接收的位流包括与预配置的滤值匹配的标识符的情况下断言所述启用指示。根据本申请的例子，收发器另外包括连接到所述诊断模块的数据接口，所述诊断模块被配置成存储所述测量和/或基于所述测量的信号分析。所述数据接口被配置成能够访问所存储的测量和/或信号分析。

根据本申请的例子，提供了一种用于对支持连接到其的多个节点的多主访问的总线进行测量的方法。在检测协议引擎处于指示排他性访问阶段的状态时，由检测器断言启用指示一段时间。协议引擎被耦合到收发器(110)，所述收发器(110)被布置成从其接收位流。收发器被连接到总线并且被配置成检测总线信号并且将检测的总线信号转换成位流。协议引擎被配置成在不同状态之间转变。包括预定义状态的状态选择指示排他性访问阶段，在此阶段期间允许多个节点中的仅一个节点断言总线上的信号。对总线的测量由诊断模块进行，所述诊断模块响应于检测器的断言的启用信号而连接到总线。

根据本申请的例子，将接收到的位流中包括的标识符与至少一个预配置的滤值进行比较，并且在标识符与至少一个预配置的滤值之一匹配的情况下断言启用指示。

本领域的技术人员应该理解，可以使用各种不同技术和技巧中的任何一种来表示信息和信号。例如，在贯穿上文描述中可能引用的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号和码片可以通过电压、电流、电磁波、磁场或磁性粒子、光场或光学粒子、或者其任意组合来表示。

技术人员将另外认识到，结合在此所公开的描述的各种说明性的逻辑块、模块、电路和算法步骤可以通过电子硬件、计算机软件、或者二者的组合来实现。为了清楚地示出硬件和软件的这种可互换性，以上已经总体上就其功能性而言描述了多种不同说明性部件、块、模块、电路、以及步骤。这种功能性是否被实现为硬件或软件取决于强加在整个系统上的具体应用和设计约束条件。技术人员可针对每个特定应用以不同方式来实施所描述的功能，但是这种实施决策不应当被解释为致使脱离本公开的范围。

可以利用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或被设计成执行在此所述的功能的其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件、或其任何组合来实施或执行结合在此本公开所描述的各说明性逻辑块、模块、和电路。通用处理器可以是微处理器，但在替代方案中，所述处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实施为计算装置的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核的一个或多个微处理器或者任何其它这种配置。

结合在此本公开所描述的方法或算法的步骤可以直接体现在硬件中、由处理器执行的软件模块中或者两者的组合中。软件模块可以驻留在RAM存储器、闪速存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或本领域已知的任何其它形式的存储媒体中。将示例性存储媒体耦合到处理器，使得处理器能够从存储媒体读取信息并向存储媒体写入信息。在替代性方案中，所述存储媒体可以与所述处理器成一整体。处理器和存储媒体可以驻留在ASIC中。ASIC可以驻留在用户终端中。在替代性方案中，处理器和存储媒体可作为离散部件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性设计中，可以在硬件、软件、固件、或其任何组合中实现所述的功能。如果以软件实施，这些功能可以被存储在计算机可读媒体上或作为一个或多个指令或代码在计算机可读媒体上进行传输。计算机可读媒体包含计算机存储媒体和包含促进计算机程序从一个地方转移到另一个地方的任何媒体的通信媒体二者。存储媒体可以是可以由通用或专用计算机访问的任何可用媒体。通过举例而非限制性的方式，此类计算机可读媒体可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁存储装置、或者可以用于以指令或数据结构的形式携带或存储期望的程序代码装置以及可以由通用或专用计算机或者通用或专用处理器访问的任何其它媒体。此外，任何连接都被适当地称为计算机可读媒体。例如，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或如红外线、无线电及微波的无线技术从网站、服务器或其它远程源传输软件，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或如红外线、无线电及微波的无线技术包含于媒体的定义中。如在此所使用的，盘或碟包含压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字通用碟(DVD)、软磁盘、和蓝光碟，在此盘通常磁再生数据，而碟用激光光再生数据。上述任意组合也应包含在计算机可读媒体的范围内。

提供对本公开的以上描述以使本领域的任何技术人员能够实施或使用本公开。对于本领域技术人员而言，对本公开内容的各种修改将是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以将本文所定义的一般性原理应用于其它变型。因此，本公开并非旨在受限于本文所描述的例子和设计，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特征相一致的最广泛的范围。

Claims (10)

1.一种用于对支持多个节点(100.1到100.6)的多主访问的总线(200)进行测量的节点，其特征在于，所述节点包括：

收发器(110)，所述收发器(110)能够连接到所述总线(200)并且被配置成检测总线信号并且将所检测到的总线信号转换成位流；

协议引擎(125)，所述协议引擎(125)被耦合到所述收发器(110)并且被布置成接收所述位流，

其中所述协议引擎(125)被配置成在不同状态之间转变，其中所述状态中的预定义的一个状态指示排他性访问阶段，在所述阶段期间允许所述多个节点中的仅一个节点断言所述总线(200)上的信号；

检测器(180)，所述检测器(180)被连接到所述协议引擎(125)并且被配置成在检测所述协议引擎(125)处于指示所述排他性访问阶段的状态时断言启用指示一段时间；以及

诊断模块(190)，所述诊断模块(190)能够连接到所述总线(200)并且响应于所述检测器(180)的所述启用指示，其中所述诊断模块(190)被配置成响应于所断言的启用指示而对所述总线(200)进行测量。

2.根据权利要求1所述的节点，

其特征在于，所述检测器(180)进一步被布置成在所接收的位流包括与预配置的滤值匹配的标识符的情况下断言所述启用指示。

3.根据权利要求2所述的节点，

其特征在于，所述标识符至少包括消息标识符。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的节点，

其特征在于，所述检测器(180)包括滤波器(181)，所述滤波器(181)预配置有一个或多个滤值，其中所述滤波器(181)被配置成将所述所接收的位流中包括的所述标识符与所述一个或多个预配置的滤值进行比较。

5.根据权利要求4所述的节点，

其特征在于，所述检测器(180)被布置成监测控制器(120)的对象缓冲器(131.1到131.n)并且在所述对象缓冲器(131.1到131.n)中的一个预配置的对象缓冲器被启用以接收数据的情况下断言所述启用指示。

6.根据在前的任一项权利要求所述的节点，其特征在于，所述节点包括：

至少一个另外的收发器(110.1到110.3)，其中每个收发器(110，110到110.3)被连接到另一个总线(200.1到200.3)并且被配置成检测总线信号并且将所述检测到的总线信号转换成位流，

至少一个另外的协议引擎(125.1到125.3)，其中每个协议引擎(125，125.1到125.3)被耦合到所述两个或更多个收发器(110.1到110.3)中的对应的一个收发器并且被配置成接收所述对应的位流，以及

至少一个另外的检测器(180.1到180.3)，其中每个检测器(180，180.1到180.3)被耦合到所述两个或更多个协议引擎(125，125.1到125.3)中的对应的一个协议引擎并且被配置成在检测所述对应的协议引擎(125.1到125.3)处于指示所述排他性访问阶段的状态时断言启用指示一段时间。

7.根据权利要求6所述的节点，其特征在于，其进一步包括：

多路复用部件和诊断模块(190)，所述多路复用部件耦合到所述两个或更多个协议引擎(125，125.1到125.3)中的每个协议引擎的所述检测器(180，180.1到180.3)，所述诊断模块(190)用于选择性地将一个检测器(180，180.1到180.3)的所述启用指示连接到所述诊断模块(190)。

8.根据在前的任一项权利要求所述的节点，

其特征在于，所述总线(200)是CAN总线；

其中所述状态进一步至少指示仲裁阶段、数据接收阶段、循环冗余码CRC数据接收阶段和确认阶段，其中所述排他性访问阶段包括所述数据接收阶段和所述CRC数据接收阶段中的至少一个。

9.一种用于对支持多个节点(100.1到100.6)的多主访问的总线(200)进行测量的收发器，其特征在于，所述收发器(110)能够连接到所述总线并且被配置成检测总线信号并且将所检测到的总线信号转换成位流，所述收发器(110)包括：

协议引擎(125)，所述协议引擎(125)被布置成接收所述位流并且被配置成在不同状态之间转变，其中所述状态中的预定义的一个状态指示排他性访问阶段，在所述阶段期间允许所述多个节点中的仅一个节点断言所述总线上的信号；

检测器(180)，所述检测器(180)被连接到所述协议引擎(125)并且被配置成在检测所述协议引擎(125)处于指示所述排他性访问阶段的状态时断言启用指示一段时间；以及

诊断模块(190)，所述诊断模块(190)能够连接到所述总线并且响应于所述检测器(180)的所述启动指示，其中所述诊断模块(190)被配置成响应于所断言的启用指示而进行测量。

10.一种用于对支持连接到其的多个节点(100.1到100.6)的多主访问的总线进行测量的方法，其特征在于，所述方法包括：

由检测器(180)检测协议引擎(125)处于指示排他性访问阶段的状态，

其中协议引擎(125)耦合到被布置成从其接收位流的收发器(110)，

其中所述收发器(110)被连接到所述总线并且被配置成检测总线信号并且将所检测到的总线信号转换成所述位流，

其中所述协议引擎(125)被配置成在不同状态之间转变，其中所述状态中的预定义的一个状态至少指示排他性访问阶段，在所述阶段期间，所述多个节点中的一个节点排他地断言其上的信号；以及

由诊断模块(190)进行测量(S180，S190)，所述诊断模块(190)响应于检测所述协议引擎(125)处于指示所述排他性访问阶段的所述状态而连接到所述总线一段时间。