CN110324112A - 信号模式校验和 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及信号模式校验和。例如，一种信号处理器，包括：脉宽调制(PWM)编码器，被配置为将数据编码为数据PWM模式；以及块编码器，耦合至PWM编码器并且被配置为确定数据PWM模式的校验和，其中PWM编码器进一步被配置为将校验和编码为校验和PWM模式，并且在数据PWM模式上附加校验和PWM模式，用于作为PWM信号进行传输。

Description

信号模式校验和
技术领域
本公开总体上涉及信号传输数据保护。
背景技术
短PWM码(SPC)和单边半字节传输(SENT)协议使用脉宽调制(PWM)编码来用于传输4位半字节的消息。校验和附加至消息来用于保护。校验和通常是4位循环冗余码(CRC)。
循环冗余校验是校验已经在通信链路上传输的数据的错误的方法。发射器将多项式应用于将被传输的数据块，并附加所得到的CRC。接收器对数据应用相同的多项式，并将其结果与发射器附加的结果进行比较。如果CRC相同，则数据已被成功接收。
循环冗余校验的覆盖率取决于CRC的长度和消息的长度。在许多传感器协议中，可用位的数量较少，因此CRC通常很短。短CRC(诸如3位或4位CRC)不能保护较长的CRC(诸如在互联网通信协议中使用的32位或64位CRC)。故需要一种数据保护方式，在有限数量的位可用于CRC的情况下，提供尽可能多的保护。
发明内容
为了解决上述技术问题，本公开提供了一种信号处理器，包括：脉宽调制(PWM)编码器，被配置为将数据编码为数据PWM模式；以及块编码器，耦合至所述PWM编码器，并且被配置为确定所述数据PWM模式的校验和，其中所述PWM编码器进一步被配置为将所述校验和编码为校验和PWM模式，并且在所述数据PWM模式上附加所述校验和PWM模式，用于作为PWM信号进行传输。
在某些实施例中，所述块编码器是循环冗余校验(CRC)编码器。
在某些实施例中，从由奇偶校验码、汉明码、Turbo码和低密度奇偶校验(LDPC)码组成的一组校验和中选择所述校验和。
在某些实施例中，还包括：定时编码器，耦合至所述PWM编码器，并且被配置为根据所述数据PWM模式和附加的所述校验和PWM模式生成所述PWM信号。
在某些实施例中，所述PWM编码器被配置为根据单边半字节传输(SENT)协议执行以下每个过程：将所述数据编码为所述数据PWM模式，将所述校验和编码为所述校验和PWM模式，并且在所述数据PWM模式上附加所述校验和PWM模式。
在某些实施例中，所述信号处理器被配置为根据短PWM码(SPC)协议将编码的所述数据PWM模式和附加的所述校验和PWM模式中的每个模式作为所述PWM信号进行传输。
另一方面，还提供了一种传感器，包括：根据权利要求1所述的信号处理器。
在某些实施例中，从由压力传感器、加速计、角度传感器和位置传感器组成的一组传感器中选择所述传感器。
另一方面，还提供了一种信号处理器，包括：定时解码器，被配置为将PWM信号解码为数据PWM模式和校验和PWM模式；脉宽调制(PWM)解码器，被配置为将所述数据PWM模式解码为数据，并且将所述校验和PWM模式解码为校验和；以及块解码器，被配置为基于所述数据PWM模式和所述校验和检测所述PWM信号中的任何错误。
在某些实施例中，所述块解码器是循环冗余校验(CRC)解码器。
在某些实施例中，从由奇偶校验码、汉明码、Turbo码和低密度奇偶校验(LDPC)码组成的一组校验和中选择所述校验和。
在某些实施例中，所述PWM解码器被配置为根据单边半字节传输(SENT)协议解码所述数据PWM模式和所述校验和PWM模式中的每个模式。
在某些实施例中，所述信号处理器被配置为根据短PWM码(SPC)协议接收编码的所述数据PWM模式和附加的所述PWM模式中的每个模式。
另一方面，还提供了一种控制器，包括：根据权利要求9所述的信号处理器。
另一方面，还提供了一种信号处理方法，包括：通过脉宽调制(PWM)编码器将数据编码为数据PWM模式；通过耦合至所述PWM编码器的块编码器确定所述数据PWM模式的校验和；通过所述PWM编码器将所述校验和编码为校验和PWM模式；通过所述PWM编码器在所述数据PWM模式上附加所述校验和PWM模式；以及作为PWM信号传输所述数据PWM模式和附加的所述校验和PWM模式。
在某些实施例中，所述块编码为循环冗余校验(CRC)编码。
在某些实施例中，还包括：通过耦合至所述PWM编码器的定时编码器，根据所述数据PWM模式和附加的所述校验和PWM模式生成所述PWM信号。
在某些实施例中，根据单边半字节传输(SENT)协议将所述数据编码为所述数据PWM模式并且将所述校验和编码为所述校验和PWM模式。
在某些实施例中，还包括：接收所述PWM信号；通过定时解码器，将接收到的所述PWM信号解码为接收数据PWM模式和接收校验和PWM模式；通过PWM解码器，将所述接收数据PWM模式解码为接收数据，并且将所述接收校验和PWM模式解码为接收校验和；以及通过块解码器，基于所述接收数据PWM模式和所述接收校验和检测所述接收到的PWM信号中的任何错误。
在某些实施例中，其中根据单边半字节传输(SENT)协议将所述接收数据PWM模式解码为所述接收数据以及将所述接收校验和PWM模式解码为所述接收校验和，并且其中所述PWM信号是根据短PWM码(SPC)协议进行接收的。
附图说明
图1示出了根据本公开的一个方面的信号传输系统的示意图。
图2示出了根据本公开的一个方面的信号接收系统的示意图。
图3示出了根据本公开的一个方面的信号传输方法的流程图。
图4示出了根据本公开的一个方面的信号接收方法的流程图。
图5示出了可能影响PWM半字节传输的失真的定时图。
图6A示出了根据单边半字节传输(SENT)协议的4位半字节的传输的定时图。
图6B示出了用于半字节值0和半字节值7的SENT协议PWM编码的示例。
图6C示出了扩展SENT协议的短PWM码(SPC)协议的定时图。
具体实施方式
本公开的目的在于提供一种信号传输数据保护，其包括将诸如循环冗余码(CRC)的块码应用于脉宽调制(PWM)半字节节拍(nibbleticks)的序列而非数据。
图1示出了根据本公开的一个方面的信号传输系统100的示意图。
概述地，信号传输系统100被配置为将数据编码为数据PWM模式(pattern)，然后确定数据PWM模式的校验和。随后，校验和被编码为校验和PWM模式，并且附加在数据PWM模式上。然后，所得到的PWM模式被定时编码，并且以与传统系统相同的方式在物理介质上作为PWM信号进行传输。
信号传输系统100包括数据源110、信号处理器120和物理介质130。数据源110可以是传感器，诸如压力传感器、加速计、角度传感器、位置传感器等，当然，本公开不限于此。物理介质130可以是任何无线或有线传输介质。
信号处理器120包括脉宽调制(PWM)编码器122、块编码器124和定时编码器126。
PWM编码器122被配置为将数据编码为数据PWM模式。
块编码器124耦合至PWM编码器122，并且被配置为确定数据PWM模式的校验和。块编码器124可以是被配置为确定校验和的任何类型的块编码器，诸如循环冗余校验(CRC)码、奇偶校验码、汉明码、Turbo码和低密度奇偶校验(LDPC)码或任何其他块码。
PWM编码器122进一步被配置为将来自块编码器124的校验和编码为校验和PWM模式，并且将校验和PWM模式附加在数据PWM模式上，用于作为PWM信号进行传输。PWM编码器122进一步被配置为：将数据编码为数据PWM模式中，将校验和编码为校验和PWM模式，以及根据单边半字节传输(SENT)协议将校验和PWM模式附加到数据PWM模式上。众所周知，SENT协议是用于将信号值从传感器传输到控制器的点对点方案。下文会参照图6A和图6B描述SENT协议。
定时编码器126耦合至PWM编码器122，并且被配置为根据数据PWM模式和附加的校验和PWM模式生成PWM信号。然后，信号处理器120被配置为根据短PWM码(SPC)协议经由物理介质130将编码的数据PWM模式和附加的校验和PWM模式中的每一个作为PWM信号进行传输。下文会参考图6C描述SPC协议。
图2示出了根据本发明的一个方面的信号接收系统200的示意图。
概述地，信号接收系统200被配置为以与传统接收系统相同的方式基于从同步脉冲提取的节拍时间(tick time)将接收到的PWM信号解码为数据和校验和的PWM模式。然而，数据PWM模式被直接传输到块解码器，而校验和模式被解码为校验和并传输至块解码器进行错误校验。
信号接收系统200包括物理介质230、信号处理器220和数据接收器(sink)210。信号接收系统可以是控制器。物理介质230可与图1的物理介质130相同。数据接收器210是使用传输数据的电子控制单元(ECU)或控制器。
信号处理器包括定时解码器226、PWM解码器和块解码器224。
定时解码器226被配置为将PWM信号解码为数据PWM模式和校验和PWM模式。
PWM解码器222被配置为将数据PWM模式解码为数据，并将校验和PWM模式解码为校验和。PWM解码器222还被配置为根据单边半字节传输(SENT)协议解码数据PWM模式和校验和PWM模式中的每一个。
块解码器224被配置为基于数据PWM模式和校验和来检测PWM信号中的任何错误。块解码器224可以是被配置为基于CRC码、校验和(例如奇偶校验码、汉明码、Turbo码和低密度奇偶校验(LDPC)码)或任何其他块码确定解码的任何类型的块解码器。
信号处理器220被配置为根据短PWM码(SPC)协议接收PWM信号的编码的数据PWM模式和附加的校验和PWM模式中的每一个。
图3示出了根据本发明的一个方面的信号传输方法300A的流程图。
在310处，PWM编码器122将数据编码为数据PWM模式。如上文所讨论的，PWM编码器122可根据SENT协议将数据编码为数据PWM模式。
在320处，块编码器124确定数据PWM模式的校验和。如上文所讨论的，块编码可以是循环冗余校验(CRC)编码或如上文所讨论的任何其他类型的块编码。
在330处，PWM编码器122将校验和编码为校验和PWM模式。如上文所讨论的，PWM编码器122可根据SENT协议将校验和编码为校验和PWM模式。
在340处，PWM编码器122在数据PWM模式上附加校验和PWM模式。
在350处，定时编码器126根据数据PWM模式和附加的校验和PWM模式生成PWM信号。
在360处，信号处理器120将数据PWM模式和附加的校验和PWM模式作为PWM信号进行传输。
图4示出了根据本公开的一个方面的信号接收方法400的流程图。
在410处，信号处理器220经由物理介质230接收PWM信号。如上所讨论的，可以根据短PWM码(SPC)协议接收PWM信号。
在420处，定时解码器226将接收到的PWM信号解码为接收数据PWM模式和接收校验和PWM模式。该解码可根据SENT协议执行。
在430处，PWM解码器222将接收数据PWM模式解码为接收数据，并将接收校验和PWM模式解码为接收校验和。该解码可根据SENT协议执行。
在440处，块解码器224基于接收数据PWM模式和接收校验和检测接收到的PWM信号中的任何错误。如上所讨论的，块解码器224可以是任何类型的块解码器，其被配置为基于CRC代码、校验和(诸如奇偶校验码、汉明码、turbo码和低密度奇偶校验(LDPC)码)或任何其他块码确定解码。
图5示出了可能影响PWM半字节传输的失真的定时图500。
故障信号是由原始PWM半字节传输的失真(例如，噪声或电磁干扰(EMI))引起的。当失真短于由协议定时指定的最短时间周期时，只要失真不出现在半字节脉冲边缘附近，就可以检测到失真。然而，如果失真发生在半字节脉冲边缘附近，失真会导致该边缘的拉入或延迟。
在图5所示的示例中，消息是半字节值2的PWM编码。如下文参照图6A-图6C所解释的，半字节脉冲长度为14个时钟节拍(即，12个时钟节拍+2个时钟节拍)。讨论了4个不同时间处的可能失真尖峰510-540的影响。
在第一和第二示例中，失真尖峰510、540不影响半字节值。更具体地，在第一示例中，尖峰510a发生在半字节脉冲为恒定高510b时，因此很容易检测到，因为其违反了协议定时约束。在第二示例中，尖峰540a发生在半字节脉冲为恒定低540b时，因此也很容易检测到。
然而，在第三和第四示例中，失真尖峰520、530确实影响了半字节值。这些失真尖峰520a和530a出现在消息从高到低的下降期间。半字节值可更改为较低的一位值(如尖峰520b所示，其中下降沿指示半字节值向左偏移一个时钟节拍)或者较高的一位值(如尖峰530b所示，其中下降沿指示半字节值沿向右偏移一个时钟节拍)。这导致接收到不正确的消息。对于受尖峰520a或530a影响的消息，无法检测到实际的半字节值，因此无法检测到正确的消息。
图6A示出了根据单边半字节传输(SENT)协议的4位半字节的传输的定时图600A。
最小半字节脉冲宽度为12个时钟节拍，代表半字节值0，并且最大半字节脉冲宽度为27个时钟节拍，代表半字节值15。每个半字节计数是1个时钟节拍。基于将要传输的半字节，半字节脉冲具有4个以上的时钟节拍驱动为低时间和所有剩余的时钟节拍驱动为高。
下降沿610A是半字节脉冲的开始。由于4个以上的时钟节拍被驱动为低且所有剩余的时钟节拍被驱动为高，所以上升沿620A-650A中的任一个都可用于寻址传输半字节的对应传感器。备选地或者附加地，上升沿620A-650A可指示传输半字节的传感器的对应模式。这种模式可包括传感器的不同灵敏度模式、校准模式等，但不限于此。然后，基于将要传输的半字节，脉冲被驱动为低。例如，为了传输值为0的半字节，下降沿发生在从半字节脉冲开始的第12个时钟节拍660A(12+0时钟节拍)处。类似地，为了传输值为6、12和15的半字节，下降沿分别出现在第18个时钟节拍670A(12+6个时钟节拍)、第24个时钟节拍680A(12+12个时钟节拍)和第27个时钟节拍690A(12+15个时钟节拍)处。
图6B示出了用于半字节值0(在图的左手侧)和半字节值7(在图的右手侧)的示例SENT协议PWM编码。
用于传输半字节值0的总时钟节拍计数(下降沿610B至下降沿630B)为12(12+0时钟节拍)。即，半字节脉冲从下降沿610B开始，并且对于4个以上的时钟节拍被驱动为低。然后，半字节脉冲被驱动为高，这由上升沿620B来表示。脉冲保持为高，直到达到将被传输的期望半字节值(根据该示例，该值为0)。因此，下降沿630B发生在脉冲开始的第12个时钟节拍处，因此表示脉冲的结束。
类似地，用于传输半字节值7的总时钟节拍计数(下降沿640B至下降沿660B)为19(即，12+7个时钟节拍)。即，半字节脉冲从下降沿640B开始，并且针对4个以上的时钟节拍被驱动为低。然后，半字节脉冲被驱动为高，这由上升沿650B表示。脉冲保持为高，直到达到将被传输的期望半字节值(根据该示例，该值为7)。因此，下降沿630B发生在脉冲开始的第19个时钟节拍处，因此表示脉冲的结束。为每个半字节值分配一个时钟节拍。因此，4位半字节采用0到15的值。因此，PWM编码的半字节脉冲可采用12-27个时钟节拍。
图6C示出了扩展SENT协议的短PWM码(SPC)协议的定时图600C。
SPC协议主要与SENT协议兼容。帧定义是基于SENT帧，但前面为触发脉冲且后面是结束脉冲。
SPC传输通过触发脉冲启动。SPC主机生成触发脉冲的下降沿。主机在限定时间期间将信号保持在低电平，并且释放线路以使从机驱动。触发脉冲具有限定的长度，其取决于SPC链路的操作模式。在触发脉冲的结束处，从机开始发送SENT帧，其包括校准脉冲以允许主机准确地确定从机的内部单位时间。为了正确地解码CRC半字节，需要在帧的末尾添加额外的结束脉冲。该结束脉冲在本文中仅为了提供下降沿，使得可以测量CRC半字节持续时间。
以下段落描述了用于SENT-SPC半字节编码的两个示例(数据内容0和数据内容9)。
在具有数据内容0的第一示例中，在传输至块编码器124之前，通过PWM编码器122将二进制中的数据半字节D＝0000(即，十进制中的0)编码为PWM模式P＝0000 11111111(4x0+8x1+0x1)。更具体地，PWM模式的第一部分“0000 11111111”(4x0+8x1)是标准开始脉冲，然后跟随有数据部分。由于在该示例中该数据为0，所以不向初始标准开始脉冲添加1(0x1)。因此，PWM模式为P＝0000 11111111(4x0+8x1+0x1)。
在具有数据内容9的第二示例中，在传输至块编码器124之前，通过PWM编码器122将二进制中的数据半字节D＝1010(即，十进制中的9)编码为PWM模式P＝0000 11111111111111111(4x0+8x1+9x1)。更具体地，PWM模式的第一部分“0000 11111111”(4x0+8x1)是标准开始脉冲，然后跟随有数据部分。由于在该示例中数据为9，因此向初始标准开始脉冲添加9个1(9x1)。因此，代替传输1010二进制信号，而是传输扩展信号的高脉冲长度的PWM模式P信号。数据值的每次增加都使得高脉冲的长度增加一个时间单位。因此，PWM模式为P＝0000 11111111 111111111(4x0+8x1+9x1)。
基于数据内容改变的模式长度不会影响块保护性能。用0填充数据模式直至最大帧长度的一种变化编码系统是备选的可能方式。
本文所述的公开方面是对SENT-SPC标准4位CRC的帧错误检测的改进。各方面使用CRC的固有特性来保证直至CRC长度的突发错误(即，影响相邻位的错误)的检测。在PWM信号的情况下，这意味着可以检测到任意方向上的由CRC长度引起的脉冲长度的任何变化。对于4位CRC，根据SENT规范，这意味着可以检测到+/-4时间单位内的任何传输故障。从用于SPC帧的传统保护方案的情况下的保证1位错误检测的汉明距离(HD)2到改变脉冲长度的5最低有效位(LSB)检测(其HD相当于3和4之间)，这是由于PWM数据编码特性和CRC突发错误检测能力的组合。
本公开描述了SENT或SPC协议情况下的编码和解码。然而，本公开并不限于这方面。本公开可应用于任何PWM编码或解码。
本公开描述了CRC协议情况下的编码和解码。然而，本公开并不限于这方面。本公开可应用于任何其他类型的冗余编码或解码方案，诸如汉明码、Turbo码或LDPC。
尽管已经结合示例性方面描述了前文的内容，但应理解，术语“示例性”仅表示为示例，而不是最佳或优选。因此，本公开用于覆盖备选、修改和等效，它们可包括在本公开的范围内。
尽管本文示出和描述了具体方面，但本领域技术人员应理解，可以针对所示和所述的具体方面用各种替代和/或等效实现来替代，而不背离本申请的范围。本申请用于覆盖本文讨论的具体方面的任何改编或变化。

Claims (20)

1.一种信号处理器，包括：
脉宽调制(PWM)编码器，被配置为将数据编码为数据PWM模式；以及
块编码器，耦合至所述PWM编码器，并且被配置为确定所述数据PWM模式的校验和，
其中所述PWM编码器进一步被配置为将所述校验和编码为校验和PWM模式，并且在所述数据PWM模式上附加所述校验和PWM模式，用于作为PWM信号进行传输。
2.根据权利要求1所述的信号处理器，其中所述块编码器是循环冗余校验(CRC)编码器。
3.根据权利要求1所述的信号处理器，其中从由奇偶校验码、汉明码、Turbo码和低密度奇偶校验(LDPC)码组成的一组校验和中选择所述校验和。
4.根据权利要求1所述的信号处理器，还包括：
定时编码器，耦合至所述PWM编码器，并且被配置为根据所述数据PWM模式和附加的所述校验和PWM模式生成所述PWM信号。
5.根据权利要求1所述的信号处理器，其中所述PWM编码器被配置为根据单边半字节传输(SENT)协议执行以下每个过程：将所述数据编码为所述数据PWM模式，将所述校验和编码为所述校验和PWM模式，以及在所述数据PWM模式上附加所述校验和PWM模式。
6.根据权利要求1所述的信号处理器，其中所述信号处理器被配置为根据短PWM码(SPC)协议将编码的所述数据PWM模式和附加的所述校验和PWM模式中的每个模式作为所述PWM信号进行传输。
7.一种传感器，包括：
根据权利要求1所述的信号处理器。
8.根据权利要求7所述的传感器，其中从由压力传感器、加速计、角度传感器和位置传感器组成的一组传感器中选择所述传感器。
9.一种信号处理器，包括：
定时解码器，被配置为将PWM信号解码为数据PWM模式和校验和PWM模式；
脉宽调制(PWM)解码器，被配置为将所述数据PWM模式解码为数据，并且将所述校验和PWM模式解码为校验和；以及
块解码器，被配置为基于所述数据PWM模式和所述校验和检测所述PWM信号中的任何错误。
10.根据权利要求9所述的信号处理器，其中所述块解码器是循环冗余校验(CRC)解码器。
11.根据权利要求9所述的信号处理器，其中从由奇偶校验码、汉明码、Turbo码和低密度奇偶校验(LDPC)码组成的一组校验和中选择所述校验和。
12.根据权利要求9所述的信号处理器，其中所述PWM解码器被配置为根据单边半字节传输(SENT)协议解码所述数据PWM模式和所述校验和PWM模式中的每个模式。
13.根据权利要求9所述的信号处理器，其中所述信号处理器被配置为根据短PWM码(SPC)协议接收编码的所述数据PWM模式和附加的所述校验和PWM模式中的每个模式。
14.一种控制器，包括：
根据权利要求9所述的信号处理器。
15.一种信号处理方法，包括：
通过脉宽调制(PWM)编码器将数据编码为数据PWM模式；
通过耦合至所述PWM编码器的块编码器确定所述数据PWM模式的校验和；
通过所述PWM编码器将所述校验和编码为校验和PWM模式；
通过所述PWM编码器在所述数据PWM模式上附加所述校验和PWM模式；以及
作为PWM信号传输所述数据PWM模式和附加的所述校验和PWM模式。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述块编码为循环冗余校验(CRC)编码。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括：
通过耦合至所述PWM编码器的定时编码器，根据所述数据PWM模式和附加的所述校验和PWM模式生成所述PWM信号。
18.根据权利要求15所述的方法，其中根据单边半字节传输(SENT)协议将所述数据编码为所述数据PWM模式并且将所述校验和编码为所述校验和PWM模式。
19.根据权利要求15所述的方法，还包括：
接收所述PWM信号；
通过定时解码器，将接收到的所述PWM信号解码为接收数据PWM模式和接收校验和PWM模式；
通过PWM解码器，将所述接收数据PWM模式解码为接收数据，并且将所述接收校验和PWM模式解码为接收校验和；以及
通过块解码器，基于所述接收数据PWM模式和所述接收校验和检测接收到的所述PWM信号中的任何错误。
20.根据权利要求19所述的方法，
其中根据单边半字节传输(SENT)协议将所述接收数据PWM模式解码为所述接收数据以及将所述接收校验和PWM模式解码为所述接收校验和，并且
其中所述PWM信号是根据短PWM码(SPC)协议进行接收的。
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