CN110072255A - 用于以有效带宽利用率传输信号的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于传输多个信号的系统和方法。系统包括发射终端，该发射终端配置为获取并打包在多信号序列中的多个信号，多个信号中的每一个具有相应的预定义周期。接收终端配置为接收并拆包来自发射终端的多信号序列。控制器与发射终端和接收终端进行通信并且配置为存储查找表。查找表包括针对多个信号中每一个的相应预标识符和相应标识符。控制器配置为确定相应预定义周期是否在帧内大小变化。如果是，则控制器配置为获取针对多个信号中每一个的相应预标识符和相应标识符。多信号序列至少部分基于相应预标识符和相应标识符。

Description

用于以有效带宽利用率传输信号的方法和系统

引言

本公开大体上涉及用于以有效带宽利用率传输信号的方法和系统。由于设备(包括但不限于车辆)不断增加的复杂性，各种网络层协议、物理接口、数字分级体系以及传输介质被用来促进在相应设备的各种子系统之间的通信。然而，在相应设备的各种子系统之间传送的信号的数量的增加导致负载和带宽要求的增加。

发明内容

本文公开了一种用于传输多个信号的系统和方法。该系统包括发射终端，该发射终端配置为获取并打包多信号序列中的多个信号，多个信号中的每一个具有相应的预定义周期。接收终端配置为接收并拆包来自发射终端的多信号序列。多信号序列配置为打包在帧中并且通过网络连接从发射终端传送到接收终端。控制器与发射终端和接收终端进行通信并且配置为存储查找表。查找表包括针对多个信号中每一个的相应预标识符和相应标识符。

控制器包括处理器和在其上记录有指令的有形非暂时性存储器。通过处理器执行指令促使控制器确定相应预定义周期是否在帧内大小变化。如果相应预定义周期在帧内大小变化，则控制器配置为(以及方法包括)获取针对多个信号中每一个的相应预标识符。多信号序列至少部分基于相应预标识符和相应标识符。第二接收终端可以配置为在和接收终端相同的时间接收并拆包来自发射终端的多信号序列。

发射终端可以包括第一通信层和第一驱动层。第一驱动层可以配置为操作网络连接与发射终端之间的接口。控制器可以配置为将多信号序列中的多个信号打包成第一通信层中的第一多个交互层协议数据单元。控制器可以配置为利用第一驱动层中的帧标识符打包帧中的第一多个交互层协议数据单元。接收终端可以包括第二通信层和第二驱动层。第二驱动层可以配置为操作网络连接与接收终端之间的接口。控制器可以配置为部分基于查找表将帧提取成第二多个交互层协议数据单元。控制器可以配置为通过第二驱动层中的第二多个交互层协议数据单元将多信号序列拆包成多个信号。

在确定相应预定义周期是否在帧内大小变化之前，控制器可以配置为排序并初始化多个信号。如果相应预定义周期恒定不变，则控制器配置为针对多个潜在帧确定相应带宽利用率因子。多个信号可以被添加到多个潜在帧中具有相应带宽利用率因子最小值的一个。

多信号序列中的每一个具有相应有效负载部分和相应报头部分。如果相应预定义周期大小变化，则控制器配置为将相应重置位添加到多信号序列的相应有效负载部分。重置位配置为当帧的传输已经被重置时具有第一值，以及当帧的传输未经重置时具有第二值。控制器配置为在传输错误发生时以第一值和第二值中的至少一个来设置重置位。当帧的传输已经被重置时重置位以第一值进行设置，且当帧的传输未经重置时重置位以第二值进行设置。

如果相应预定义周期大小变化，则控制器可以配置为确定帧是否是新的或者已有的。如果帧是新的，则以相应标识符和相应预标识符创建相应条目。控制器配置为填充查找表中的相应条目。如果帧是已有的(即，在查找表中已经存在具有相应标识符的条目)，则控制器可以配置为在查找表中定位具有和相应标识符相同值的相应条目并确定相应预标识符是否是新的或者已有的。如果相应预标识符是已有的，则控制器配置为填充查找表中的相应条目。如果相应预标识符是新的，则以相应预标识符创建相应条目，并且控制器配置为填充查找表中的相应条目。

方法包括在控制器中创建查找表，查找表包括针对多个信号中每一个的相应预标识符和相应标识符。方法包括通过发射终端获取并打包多信号序列中的多个信号，多个信号中的每一个具有相应预定义周期。方法包括通过控制器将多信号序列打包成帧并通过网络连接从发射终端传送到接收终端。方法包括通过接收终端接收并拆包帧中的多信号序列。

方法包括将多信号序列中的多个信号打包成第一通信层中的第一多个交互层协议数据单元，并且利用第一驱动层中的帧标识符来打包帧中的第一多个交互层协议数据单元。方法包括部分基于查找表将帧提取成第二多个交互层协议数据单元，并且通过第二驱动层中的第二多个交互层协议数据单元将多信号序列拆包成多个信号。

当结合附图时，通过对用于实现本公开的最佳模式的以下详细描述，本公开的以上特征和优点以及其他特征和优点是显而易见的。

附图说明

图1是包括发射终端和接收终端的系统的示意图；

图2是发射终端的示意性示例；

图3是接收终端的示意性示例；以及

图4是用于控制图1的系统的操作的方法的示意性流程图。

具体实施方式

参考附图，其中相同的附图标记指代相同的部件，图1示意性示出了系统10，其可以使设备12的一部分。设备12可以是移动平台，例如但不限于，客车、运动型多用途车、轻型卡车、重载车辆、ATV、小型货车、公交车、运输车辆、自行车、机器人、农用器具、比赛相关设备、船只、飞机、火车或者其他运输设备。设备12可以是非移动平台，例如但不限于，台式计算机、家用电器、医疗设备、家庭自动化单元以及工业自动化单元。设备12可以采用许多不同的形式并且包括多个和/或替代的部件和设施。

参考图1，系统10包括发射终端14和接收终端16。发射终端14配置为获取并打包来自第一应用20的在相应序列中的多个信号18。在图1中所示的示例中，多个信号18包括单独的信号s1、s2、s3、s4以及s5。然而，应当理解，信号的数量可以根据手边的应用而变化。接收终端16配置为通过网络连接30接收来自发射终端14的多个信号18。网络连接30配置为链接一个或多个单元以用于数据交换。网络连接30可以包括但不限于：控制器局域网(CAN)、具有灵活数据速率的控制器局域网(CAN-FD)、以太网和其他网络。多个信号18通过接收终端16被转发到第二应用40。换句话说，多个信号18在发射终端14中编码，在通信链路(即，网络连接30)上发送并在接收终端16处解码。例如，如果设备12是车辆，第一应用20可以是由车辆的用户启动的窗户滚下传感器(未示出)，而第二应用40可以是物理滚下车辆窗户(未示出)的机构。多个信号18可以被同时转发到一个以上的接收终端。参考图1，第二接收终端42可以配置为通过网络连接30同时从发射终端14接收多个信号18，并且随后转发到第三应用44。

参考图1，系统10包括同时与发射终端14和接收终端16两者进行通信(例如，电子通信)的控制器C。图2中示出了发射终端14的一种示例性配置。图3中示出了用于接收终端16的一种示例性配置。应当理解，图2和图3中所示的配置旨在作为非限制性示例，并且可以采用其他合适的配置。控制器C包括至少一个处理器P和至少一个存储器M(或非暂时性有形计算机可读存储介质)，在存储器M上记录有用于执行方法100的指令(以下关于图4进行描述)。存储器M可以存储控制器可执行指令集，并且处理器P可以执行存储在存储器M中的控制器可执行指令集。

参考图2，发射终端14可以包括第一通信层50和第一驱动层60。第一通信层50可以包括但不限于运行环境(RTE)。第一驱动层60可以是控制器局域网(CAN)驱动。第一驱动层60可以配置为操作或控制网络连接30与发射终端14之间的接口。来自第一应用20的多个信号18可以存储在第一多个缓冲区52中(在图2中单独地显示为B1、B2、B3、B4和B5，并且配置位分别存储信号s1、s2、s3、s4和s5)。

控制器C配置为存储查找表(在图1至图3中标记为“T”)。查找表(T)包括针对多个信号18中每一个的预标识符并且配置为可以同时由发射终端14和接收终端16两者访问。参考一下所示的示例表，多个信号18中的每一个具有相应预定义周期(或循环时间)、预定义大小、相应标识符(ID)以及相应预标识符(预-ID)。然而，应当理解，信号的大小和周期可以根据手边的应用而变化。

示例表

信号	大小	周期	预-ID	ID	I-PDU
						s1	2	10	00	100	I-PDU1
s2	4	20	00	100	I-PDU1
						s4	4	40	00	100	I-PDU1
s1	2	10	01	100	I-PDU2
						s3	4	20	01	100	I-PDU2
s5	4	40	01	100	I-PDU2
						s1	2	10	10	100	I-PDU3
s2	4	20	10	100	I-PDU3
						s1	2	10	11	100	I-PDU4
s3	4	20	11	100	I-PDU4

参考图2，多个信号18在多信号序列54中被打包成第一多个交互层协议数据单元56(在图2至图3中以及在以上示例查找表中为I-PDU1、I-PDU2、I-PDU3、I-PDU4)。在所示示例中，有四个信号序列54A、54B、54C、54D，它们分别被打包在第一交互层协议数据单元56A、56B、56C、56D中。系统10包括在出现序列变为超出计划外时错误的重置机制。参考图2，相应重置位58A-D被添加到信号序列54A、54B、54C、54D的相应有效负载部分。控制器C配置为在传输错误发生时以第一值和第二值中的至少一个来设置相应重置位58A-D的值。传输错误的一个示例为与网络连接30的连接性的暂时丢失。当帧62的传输已经被重置时相应重置位58A-D被设置成具有第一值(例如，1)，且当帧62的传输未经重置时相应重置位58A-D被设置成具有第二值(例如，0)。换句话说，每个帧62包括至少一个重置位，以在发生传输错误时确定传输是否已经被重置在发送者水平。如本领域技术人员所理解的，帧62是一种数字数据传输单元。由此，系统10通过添加额外的位标识符防止了附加的的总线负载。相应重置位58A-D可以利用传送信号序列54A、54B、54C、54D的相应有效负载部分的保留位。

参考图2，第一多个交互层协议数据单元56可以利用帧标识符(图2中为F100)在驱动层60中打包在帧62中。帧62随后基于多信号序列54通过网络连接30(例如，CAN-BUS层)进行传送。参考图2和图3，在所示示例中，在第一实例处(时间t＝0)，帧62(“F100”)携载单独的信号s1、s2和s4。在第二实例处(时间t＝t₁)，帧62(“F100”)携载单独的信号s1、s3和s5。在第三实例处(时间t＝t₂)，帧62(“F100”)携载单独的信号s1和s2。在第四实例处(时间t＝t₃)，帧62(“F100”)携载单独的信号s1和s3。参考图3，控制器C可以包括计数器单元90，其配置为跟踪帧62的多个实例的相应发生率。

参考图3，接收终端16可以包括第二通信层51和第二驱动层61。第二驱动层61可以是控制器局域网(CAN)驱动。第二驱动层61可以配置为操作或控制网络连接30与接收终端16之间的接口。帧62(“F100”)通过网络连接30在第二驱动层61处接收。帧62(“F100”)可以在多个接收终端处同时接收，例如图1中所示的第二接收终端42。第二接收终端42可以包括类似于接收终端14的结构。通过利用查找表T，帧62(“F100”)被提取成第二多个交互层协议数据单元57(图2至图3中所示的I-PDU1、I-PDU2、I-PDU3、I-PDU4)。多信号序列54随后可以通过第二多个交互层协议数据单元57进行解码。在所示示例中，信号序列54A、54B、54C、54D分别通过第二交互层协议数据单元57A、57B、57C、57D进行解码。多个信号18可以在被传送到第二应用40之前，存储在第二通信层51中的第二多个缓冲区53中(在图3中被单独显示为B1、B2、B3、B4和B5)。第一和第二多个缓冲区52、53是物理存储器存储装置的相应区域，以用于在从一个地点向另一地点移动数据时临时存储该数据。第一和第二交互层协议数据单元56、57可以包含控制信息，例如网络地址或用户数据，并且配置为存储信息作为用于在设备12的对等实体之间传送的单元。

现在参考图4，示出了存储在图1的控制器C上并且可以由其执行的方法100的流程图。方法100并不需要按照本文所引述的特定顺序来应用。而且，应当理解，可以消除一些步骤。图1的控制器C被特定编程为执行方法100的步骤(如以下关于图4所详细讨论的)。

参考图4，方法100可以以框102开始，其中控制器C被编程为或配置为排序并初始化多个信号18。排序可以基于例如周期性、大小的因子以及其他因子，并且可以按照升序或者降序。在图4的框104中，控制器C配置为评估将多个信号18添加到多个潜在帧。在图4的框106中，控制器C配置为确定在每个帧内(例如图2和图3中的帧62)相应预定义周期是否大小变化。如果相应预定义周期恒定不变，则方法100前进到框108，其中控制器C配置为针对多个潜在帧确定相应带宽利用率因子。

帧的相应带宽利用率因子(在图4中为“BWU”)可以按照帧的最大传输时间除以其周期的比值来获得。帧的最大传输时间可以表达为：

32*t_a+[28+(5(p-16)/64)+10p)]*t_d

此处p为以字节为单位的有效负载大小，t_a为在仲裁阶段上每个比特的传输持续时间，且t_d为数据阶段上每个比特的传输持续时间。应当意识到，带宽利用率因子的公式可以变化。

在图4的框110中，控制器C配置为比较针对多个潜在帧的相应带宽利用率因子，并将多个信号18添加到多个潜在帧中具有相应带宽利用率因子最小值的一个。

如果在帧内相应预定义周期大小变化，则方法100前进到框112，其中控制器C配置为获取并未多个信号18中的每个分配相应预标识符。相应预标识符可以基于周期性或频率进行分配。多个信号18的相应序列至少部分基于相应预标识符。

多个信号18中的每一个具有相应有效负载部分和相应报头部分。如果相应预定义周期大小变化，则每次图4的框114，控制器C配置为添加至少一个重置位，例如被添加到图2中的传送信号序列54A、54B、54C、54D的相应重置位58A-D。控制器C配置为在传输错误发生时以第一值和第二值中的至少一个来设置相应重置位58A-D的值。当帧的传输已经被重置时相应重置位58A-D被配置成具有第一值(例如，1)，且当帧的传输未经重置时相应重置位58A-D被配置成具有第二值(例如，0)。

方法100前进到框116，其中控制器C配置为确定帧是否是新的或者已有的。如果帧是新的，每次框118，以相应标识符和相应预标识符创建相应条目。每次图4的框120，控制器C配置为填充查找表T中的相应条目。

如果帧是已有的(即，在查找表T中已经存在具有相应标识符的条目)，则方法100从框116前进到框122，其中控制器C配置为在查找表T中定位具有和相应标识符相同值的相应条目。针对于以上所示的示例表，控制器C配置为搜索标识符“100”是否已经存在为查找表中的条目。

从框122，方法100前进到框124，其中控制器C配置为确定相应预标识符是否是新的或者已有的。如果相应预标识符是已有的，则方法100从框124前进到框120，其中控制器C配置为填充查找表T中的相应条目。如图4中线121所指示的，方法100从框120前进到框108和110(如上所述)。从框110，方法100前进到框128和130。(以上关于图2所述的)框128包括将多信号序列54中的多个信号18打包成帧62并通过网络连接30将它们从发射终端14传送到接收终端16。(以上关于图3所述的)框130包括在接收终端16处接收并拆包帧62中的多信号序列54。

如果相应预标识符是新的，则方法100从框124前进到框126，其中以相应预标识符创建相应条目。每次框120，控制器C配置为填充查找表中的相应条目。如图4中线121所指示的，方法100从框120前进到框108、110、128和130(如上所述)。

总的来说，系统10配置为利用在不同实例处的不同信号采用相同的帧(例如图2至图3中具有标识符F100的帧62)，从而允许更有效的带宽利用率。另外，系统10在编码和解码过程中针对每个信号(例如图1至图3中的信号s1、s2、s3、s4以及s5)利用“预标识符”和“标识符”，同时在控制器C处添加查找表(图1至图3中的“T”)而不是将网络连接30的带宽用于多路复用。查找表T被用来在接收终端16处确定帧62中信号的相应位置。添加查找表T提供了以下技术优势，即不使用网络带宽来多路复用信号。控制器C(以及方法100的执行)通过降低带宽消耗、增加计算效率以及降低复杂度改善了设备12的功能。图1的控制器C可以使设备12的其他控制器的一体部分或者是可操作地连接至设备12的其他控制器的独立模块。

控制器C包括计算机可读介质(也被称为处理器可读介质)，包括参与提供可以由计算机(例如，由计算机的处理器)读取的数据(例如，指令)的非暂时性(例如，有形)介质。此类介质可以采用许多形式，包括但不限于，非易失性介质和易失性介质。非易失性介质可以包括例如，光盘或磁盘以及其他持久存储器。易失性介质可以包括例如动态随机存取存储器(DRAM)，其可以构成主存储器。此类指令可以通过一种或多各种传输介质来传输，包括同轴电缆、铜线和光线，包括包含耦合至计算机处理器的总线的导线。一些形式的计算机可读介质包括，例如，软盘、柔性盘、硬盘、磁带、其他磁介质、CD-ROM、DVD、其他光学介质、穿孔卡、纸袋、其他具有孔状图案的物理介质、RAM、PROM、EPROM、闪存-EEPROM、其他存储器芯片或卡盘，或者计算机可以读取的其他介质。

查找表、数据库、数据存储库或者本文所述的其他数据存储可以包括各种类型的用于存储、访问和检索各种类型数据的机制，包括层次数据库、文件系统中的文件集、采用专有格式的应用数据库、关系数据库管理系统(RDBMS)等。每个此类数据存储可以包含在采用计算机操作系统的计算设备中，例如以上所提到的那些计算设备中的一个，并且可以按照许多方式中的一种或多种通过网络来访问。文件系统可以通过计算机操作系统来访问，并且包括按照各种格式存储的文件。除了用于创建、存储、编辑和执行已存储程序的语言之外，RDBMS可以采用结构化查询语言(SQL)，例如以上所提及的PL/SQL。

详细描述和附图或图是对本公开的支持和描述，而本公开的范围仅由权利要求书来限定。尽管已经详细描述了用于实现所要求保护的公开内容的一些最佳模式和其他实施例，仍然存在用于实践所附权利要求书中所限定的公开内容的各种替代设计和实施例。此外，附图中所示的实施例或者本说明书中所提到的各种实施例的特征不一定被理解为相互独立的实施例。而是，有可能，在实施例的一个示例中描述的每个特征可以与来自其他实施例的其他期望特征中的一个或多个进行组合，从而得到未进行文字描述或通过参考附图描述的其他实施例。相应地，此类其他实施例落入所附权利要求书的范围的框架内。

Claims (10)

1.一种用于传输多个信号的系统，所述系统包括：

发射终端，所述发射终端配置为获取并打包在多信号序列中的所述多个信号，所述多个信号中的每一个具有相应的预定义周期；

接收终端，所述接收终端配置为接收并拆包来自所述发射终端的所述多信号序列；

其中所述多信号序列配置为打包在帧中并且通过网络连接从所述发射终端传送到所述接收终端；

控制器，所述控制器与所述发射终端和所述接收终端进行通信并且配置为存储查找表，所述查找表具有针对所述多个信号中每一个的相应标识符和相应预标识符；

其中所述控制器包括处理器和有形非暂时性存储器，在所述有形非暂时性存储器上记录有指令，所述指令由所述处理器执行而促使所述控制器：

确定所述相应预定义周期是否在所述帧内大小变化；

如果所述相应预定义周期在所述帧内大小变化，则获取针对所述多个信号中每一个的相应预标识符和相应标识符；并且

其中所述多信号序列至少部分基于所述查找表中的所述相应预标识符和所述相应标识符。

2.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述发射终端包括第一通信层和第一驱动层，所述第一驱动层配置为操作所述网络连接与所述发射终端之间的接口；

所述控制器配置为将所述多信号序列中的所述多个信号打包成所述第一通信层中的第一多个交互层协议数据单元；并且

所述控制器配置为利用所述第一驱动层中的帧标识符打包所述帧中的所述第一多个交互层协议数据单元。

3.根据权利要求2所述的系统，其中：

所述接收终端包括第二通信层和第二驱动层；

所述控制器配置为部分基于所述查找表将所述帧提取成第二多个交互层协议数据单元；并且

所述控制器配置为通过所述第二驱动层中的所述第二多个交互层协议数据单元将所述多信号序列拆包成所述多个信号。

4.根据权利要求3所述的系统，其中：

所述控制器包括计数器单元，所述计数器单元配置为跟踪所述帧的多个实例的相应发生率；并且

在确定所述相应预定义周期是否在所述帧内大小变化之前，所述控制器配置为排序并初始化所述多个信号。

5.根据权利要求1所述的系统，其中：

如果所述相应预定周期是恒定不变的，所述控制器配置为：

针对多个潜在帧确定相应带宽利用率因子；并且

将所述多个信号添加到所述多个潜在帧中具有所述相应带宽利用率因子最小值的一个。

6.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述多信号序列包括相应有效负载部分和相应报头部分；

如果所述相应预定义周期大小变化，则所述控制器配置为将至少一个重置位添加到所述多信号序列的所述相应有效负载部分；

其中所述控制器配置为在传输错误发生时以第一值和第二值中的至少一个来设置所述至少一个重置位，当所述帧的传输已经被重置时所述至少一个重置位以所述第一值进行设置，且当所述帧的传输未经重置时所述至少一个重置位以所述第二值进行设置。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器配置为：

如果所述相应预定义周期大小变化，则确定所述帧是否是新的或者已有的；并且

如果所述帧是新的，则以所述相应标识符和所述相应预标识符创建相应条目，并且填充所述查找表中的所述相应条目。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述控制器配置为：

如果所述帧是已有的，则在所述查找表中定位具有和所述相应标识符相同值的所述相应条目，并且确定所述相应预标识符是否是新的或者已有的；

如果所述相应预标识符是已有的，则填充所述查找表中的所述相应条目；并且

如果所述相应预标识符是新的，则以所述相应预标识符创建所述相应条目，并且填充所述查找表中的所述相应条目。

9.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：

第二接收终端，所述第二接收终端配置为在和所述接收终端相同的时间接收并拆包来自所述发射终端的所述多信号序列。

10.一种用于在设备中传输多个信号的方法，所述设备具有发射终端、接收终端以及控制器，所述控制器具有处理器和在其上记录有指令的有形非暂时性存储器，所述方法包括：

在所述控制器中创建查找表，所述查找表包括针对所述多个信号中每一个的相应预标识符和相应标识符；

通过所述发射终端获取并打包多信号序列中的所述多个信号，所述多个信号中的每一个具有相应预定义周期；

通过所述控制器将所述多信号序列打包成帧并通过网络连接从所述发射终端传送到所述接收终端；

通过所述接收终端接收并拆包所述帧中的所述多信号序列；

通过所述控制器确定所述相应预定义周期是否在帧内大小变化；

如果所述相应预定义周期在所述帧内大小变化，则通过所述控制器获取针对所述多个信号中每一个的相应预标识符；并且

其中所述多信号序列至少部分基于所述查找表中的所述相应预标识符和所述相应标识符。