CN110838960B - 串行总线系统的用户站和串行总线系统中发送消息的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及串行总线系统的用户站和串行总线系统中发送消息的方法。用户站包括：通信控制装置，其用于创建能串行发送给总线系统的至少一个其它用户站的消息和/或读取由该用户站从至少一个其它用户站串行接收的消息；和发送/接收装置，用于将创建的消息以帧发送到总线线路上给至少一个其它用户站和/或从总线线路接收消息的帧，其中通信控制装置被设计用于判断对于中断目前执行的将帧串行发送到总线线路上来说是否存在如下中断标准，按照该中断标准，消息的更高优先级的帧的串行发送比目前所执行的将帧串行发送到总线线路上更重要，而且其中通信控制装置被设计为：基于所做的判断在目前串行发送的帧中设置目前串行发送的帧是否应被中断的信令。

Description

串行总线系统的用户站和串行总线系统中发送消息的方法

技术领域

本发明涉及一种用于串行总线系统的用户站和一种用于在串行总线系统中传输消息的方法，该串行总线系统以高数据率和高错误鲁棒性来进行工作。

背景技术

为了在传感器与控制设备之间、例如在车辆中的传感器与控制设备之间的通信，常常使用总线系统，在该总线系统中，数据在作为具有CAN FD的CAN协议规范的ISO11898-1:2015标准下作为消息来传输。这些消息在总线系统的总线用户站、如传感器、控制设备、发送器等等之间进行传输。

DE 10 2012 209 093 A1示出了总线系统的用户站，该用户站在CAN总线通信中有错误时能够在任意的中断位置将消息中断。接着能重新发送该消息，这使总线负荷率升高。

随着技术设备或车辆的功能的数目增加，在总线系统中的数据传输也增加。为此，还常常需要能比到目前为止更快地将数据从发送方传输到接收方。其后果是，总线系统的所需要的带宽将进一步增加。

为了能够以比在CAN的情况下更高的比特率来传输数据，在CAN FD消息格式中提供了一种用于在消息之内切换到更高的比特率的选项。在这种技术的情况下，通过在数据字段的范围内使用更高的时控来将最大可能的数据率提高得超过1MBit/s的值。这种消息随后也被称作CAN FD帧或CAN FD消息。在CAN FD的情况下，将有效数据长度从8字节扩展到直至64字节，而且数据传输率明显高于在CAN的情况下。

尽管基于CAN或CAN FD的通信网络关于例如其鲁棒性方面提供了很多优点，但是与在例如100 Base-T1 以太网（Ethernet）下的数据传输相比速度低得多。此外，到目前为止在CAN FD的情况下达到的直至64字节的有效数据长度对于一些应用来说过少。

发明内容

因而，本发明的任务是提供一种用于串行总线系统的用户站和一种用于在串行总线系统中传输消息的方法，所述用户站和方法解决之前提到的问题。尤其应该提供如下用于串行总线系统的用户站和用于在串行总线系统中传输消息的方法，其中在高错误鲁棒性的情况下可以实现高数据率和对每帧的有效数据量的提高。

该任务通过根据本发明的用于串行总线系统的用户站来解决。该用户站包括：通信控制装置，该通信控制装置用于创建消息，该消息能串行地被发送给总线系统的至少一个其它的用户站，和/或该通信控制装置用于读取消息，该消息是由该用户站从总线系统的至少一个其它的用户站串行地接收到的；和发送/接收装置，用于将所创建的消息以帧发送到总线线路上给总线系统的至少一个其它的用户站和/或用于从总线线路接收消息的帧，其中该通信控制装置被设计用于判断对于中断目前所执行的将帧串行发送到总线线路上来说是否存在如下中断标准，按照该中断标准，消息的更高优先级的帧的串行发送比目前所执行的将帧串行发送到总线线路上更重要，而且其中该通信控制装置被设计为：基于所做出的判断在目前串行发送的帧中设置目前串行发送的帧是否应被中断的信令。

所描述的用户站一并有助于：最优地使用总线系统的总线的可支配性，而不阻止高优先级的消息，这些高优先级的消息例如应该将对于技术设备来说关键的状态报告给总线系统的至少一个其它的用户站。只要不存在高优先级的消息，就可以尽可能长时间地以比在其它通信阶段更高的数据率来发送数据。仍然可以快速地对技术设备的关键的状态做出反应，因为可以以所希望的速度来中断优先级较低的消息。由此，可以优化总线系统的净数据传输率，而且可以在最短的时间内考虑在用户站运行时突然出现的事件。这一并有助于使用该总线系统的技术设备的安全运行。

如果在总线系统中也存在至少一个可根据Classical CAN协议来发送消息的Classical CAN或Classic CAN用户站和/或至少一个可根据CAN FD协议来发送消息的CANFD用户站，则也可以使用由该用户站来执行的方法。

附加地，通过在帧很长的情况下传输有效数据的所使用的格式，能实现比特率以及借此从发送方到接收方的传输速度的明显提高。基于该用户站的设计方案，不再需要错误帧（Error-Frames），然而如果希望的话，则可以继续利用错误帧（Error-Frames）来进行工作。这一并有助于实现至少10Mbps的净数据率。为此，有效数据的大小尤其还可以为每帧直至4096字节。

用户站的其它有利的设计方案在不同的实施方式中说明。

优选地，该通信控制装置被设计为：在发送中断信号作为信令之后，调整对目前串行发送的帧的发送，其中该发送/接收装置被设计为：在发送中断信号作为信令之后，调整对目前串行发送的帧的接收。由此，可以使对更高优先级的帧的发送加快。

按照不同的实施例，该通信控制装置被设计为：在目前串行发送的帧中，在至少一个预先确定的位置针对信令设置预先确定的预设断点，至少一个其它的用户站可使用该预设断点，用于中断目前串行发送的帧。

按照不同的实施例，该通信控制装置被设计为：在预先确定的预设断点处设置信令，该预设断点在目前串行发送的帧中设置在至少一个预先确定的位置。

在一个选项中，预先确定的预设断点具有至少一位。

按照一个特殊的实施变型方案，该通信控制装置被设计为：针对信令，通过预先确定的其它总线状态来改写在目前串行发送的帧中设置的总线状态。

在目前串行发送的帧中设置的总线状态可能是隐性总线状态，其中预先确定的其它总线状态是显性总线状态或负显性总线状态或者具有比在显性总线状态下更大的差分电压。

可设想的是，该通信控制装置被设计为：在使用第一和第二通信阶段的情况下将消息发送到总线线路，其中在第一通信阶段协商用户站中的哪个用户站在随后的第二通信阶段至少暂时得到对总线线路的独占的、无冲突的访问。在这种情况下，该通信控制装置可以被设计为：创建消息，使得在第一通信阶段的比特具有如下比特时间，该比特时间是在第二通信阶段被传送到总线线路上的比特的比特时间的至少10倍。

该通信控制装置还可以被设计为：在第一通信阶段，在至少一个预先确定的位置，设置隐性位作为针对信令的预先确定的预设断点。

按照一个实施例，该通信控制装置被设计为：在第二通信阶段在至少一个预先确定的位置设置预先确定的数目个隐性位作为针对信令的预先确定的预设断点，其中预先确定的数目个隐性位在考虑时长的相加T5 + T3 + T6的情况下被规定，其中时长T5是信号在总线系统中从用户站直至总线线路的最远端并且返回的最大渡越时间，其中时长T3是发送信令的时长，而其中时长T6是可选的安全预留的时长，该安全预留包括预先确定数目个位，使得随后的数据不被该信令改写。

按照一个实施例，该通信控制装置被设计为：在第二通信阶段在至少一个预先确定的位置设置切换阶段，在该切换阶段，在针对信令的预先确定的预设断点之前被切换到比第二通信阶段的比特率更慢的比特率，而且其中该通信控制装置被设计为：在预先确定的预设断点之后设置切换阶段，在该切换阶段，又从较慢的比特率切换到第二通信阶段的较快的比特率。在这种情况下，该通信控制装置可选地被设计为：在预先确定的预设断点和/或切换阶段，也继续传输第二通信阶段的数据。

该通信控制装置还可以被设计为：将目前发送的消息的剩余的发送时长和/或识别码的已经接收到的位作为寄存器中的信息提供给该用户站的其它装置。

之前描述的用户站中的至少两个用户站可以是总线系统的部分，该总线系统具有总线线路，其中所述至少两个用户站通过总线线路彼此连接，使得所述至少两个用户站可以彼此串行地进行通信。

之前提到的任务还通过根据本发明的用于在串行总线系统中发送消息的方法来解决。该方法具有如下步骤：利用通信控制装置来创建消息，该消息能串行地发送给总线系统的至少一个其它的用户站，和/或读取消息，该消息是由该用户站从总线系统的至少一个其它的用户站接收到的；而且利用发送/接收装置来将所创建的消息以帧发送到总线线路上给总线系统的至少一个其它的用户站；和/或利用该发送/接收装置来从总线线路接收消息的帧，其中该通信控制装置判断对于中断目前所执行的将帧串行发送到总线线路上来说是否存在如下中断标准，按照该中断标准，消息的更高优先级的帧的串行发送比目前所执行的将帧串行发送到总线线路上更重要，而且其中该通信控制装置基于所做出的判断在目前串行发送的帧中设置目前串行发送的帧是否应被中断的信令。

该方法提供了与其之前关于用户站提到的相同的优点。

本发明的其它可能的实现方案也包括之前或者在下文关于实施例所描述的特征或者实施方式的没有明确提到的组合。在此，本领域技术人员也将把单个方面作为改善或补充添加到本发明的相应的基本形式。

附图说明

随后，本发明参考随附的附图并且依据实施例进一步予以描述。其中：

图1示出了按照第一实施例的总线系统的简化框图；

图2示出了用于阐明可由按照第一实施例的总线系统的用户站发送的消息的结构的简图；

图3示出了按照第一实施例的总线系统的附加的简化框图，用于阐述用来中断总线系统中的消息的帧的示例；

图4示出了对发送在第一实施例中的帧的中断与对帧的发送不中断的时间变化过程相比的时间变化过程；

图5和图6分别示出了用来阐明针对在第一实施例中的帧的预设断点的示例的简图；

图7示出了用来阐明针对在第二实施例中的帧的要串行发送的具有M个比特的比特字段的示例的简图；

图8示出了用来阐明针对预设断点位（SB位）的示例的简图，所述预设断点位已借助于比特率切换被嵌入到在第三实施例中的帧的数据阶段；

图9示出了针对信号的示例的时间变化过程，该信号在按照第四实施例的总线系统中在用户站之间发送，其中该信号没有中断地被发送；而

图10示出了针对在按照第四实施例的总线系统中在用户站之间发送的信号的示例的时间变化过程，该信号基于在该总线系统中执行的方法被中断。

在所述附图中，只要不另作说明，相同或者功能相同的要素就配备有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了总线系统1作为示例，该总线系统尤其基本上被设计用于CAN总线系统、CAN FD总线系统、CAN FE总线系统和/或它们的变型方案，如随后所描述的那样。总线系统1可以在车辆、尤其是机动车、飞机等等中或者在医院等等中得以应用。

在图1中，总线系统1具有总线线路3、尤其是并行的总线线路3，多个用户站10、20、30连接到该总线线路上。通过总线线路3，第一和第二消息4、5能以信号形式在各个用户站10、20、30之间串行传输。用户站10、20、30例如是机动车的控制设备、传感器、显示装置等等。

如在图1中示出的那样，用户站10具有通信控制装置11和发送/接收装置12。而用户站20具有通信控制装置21和发送/接收装置22。用户站30具有通信控制装置31和发送/接收装置32。在通信控制装置11、21、31中的每个通信控制装置中寄存有中断标准50，该中断标准规定：在怎样的情况下允许中断通过总线线路3发送的第一和第二消息4、5。通信控制装置11、21、31中的每个通信控制装置都可选地具有寄存器60，该寄存器尤其是被设计为触发器（Flipflop）、存储器等等，以便存储如下信息，所述信息可能对于通信控制装置11、21、31和/或所属的用户站10、20、30来说是重要的。用户站10、20、30的发送/接收装置12、22、32分别直接连接到总线线路3上，即使这在图1中未阐明。

通信控制装置11、21、31分别用于控制相应的用户站10、20、30经由总线线路3与连接到该总线线路3上的用户站10、20、30中的其它用户站的通信。

通信控制装置11可以像常规的CAN控制器那样来实施。通信控制装置11创建和读取第一消息4、例如Classic CAN消息。Classic CAN消息按照Classic基本格式来构造，其中在第一消息4中可以包括多个高达8数据字节。替选地，Classic CAN消息被构造为CAN FD消息，其中可以包括多个高达64数据字节，这些数据字节为此还可以比在Classic CAN消息的情况下快得多的数据率来传输。在后者的情况下，通信控制装置11像常规的CAN FD控制器那样来实施。

通信控制装置21创建和读取第二消息5，所述第二消息例如是经调整的CAN消息。在这种情况下，经调整的CAN消息基于CAN FE格式来构造，该CAN FE格式关于图2更详细地予以描述。

通信控制装置31可以被实施为：根据需要，为发送/接收装置32提供Classic CAN消息或CAN FE消息或者从该发送/接收装置接收Classic CAN消息或CAN FE消息。通信控制装置31创建并且因此读取第一消息4或第二消息5，其中第一和第二消息4、5通过它们的数据传输标准、即在这种情况下是CAN或CAN FE来区别。替选地，Classic CAN消息被构造为CAN FD消息。在后者的情况下，通信控制装置11像常规的CAN FD控制器那样来实施。

发送/接收装置12可以像常规的CAN收发器或CAN FD收发器那样来实施。除了随后还更详细地描述的区别之外，发送/接收装置22可以被实施为CAN FE收发器。发送/接收装置32可以被实施为：根据需要，为通信控制装置31提供按照目前的CAN基本格式的第一消息4或者按照CAN FE格式的第二消息5或者从该通信控制装置接收按照目前的CAN基本格式的第一消息4或者按照CAN FE格式的第二消息5。附加地或替选地，发送/接收装置22、32能像常规的CAN FD收发器那样来实施。

利用两个用户站20、30，可以实现对具有CAN FE格式的第二消息5的形成和接着传输以及对这种第二消息5的接收。

图2针对第二消息5示出了CAN FE帧45，如其由发送/接收装置22或发送/接收装置32发送的那样。CAN FE帧45对于在总线线路3上的CAN通信来说被分成不同的字段，即起始字段451、仲裁字段452、控制字段453、数据字段454、校验和字段455和结束字段456。

起始字段451例如具有一位，该位也被称作SOF位并且说明了帧的开始或Start ofFrame。在仲裁字段452中包含具有例如32位的识别码452x，用于标识消息的发送方。仲裁字段452可以附加地包含由一个或多个位组成的协议格式信息，该协议格式信息适合于使CANFE帧相对于CAN帧或CAN FD帧进行区别。

在控制字段453中包含例如13位长的数据长度码（Data-Length-Code），于是该数据长度码例如可以取步长为1的从1直至4096的值，或者也可以取从0至4095的值。数据长度码也可以包括更多或更少的位，而且值范围和步长可以取其它值。控制字段453可以附加地包含由一个或多个位组成的协议格式信息，该协议格式信息适合于使CAN FE帧相对于CAN帧或CAN FD帧进行区别。

在数据字段454中包含CAN FE帧或第二消息5的有效数据。根据数据长度码的值范围，有效数据例如可具有高达4096字节。在校验和字段455中包含关于在数据字段454中的包括填充位在内的数据的校验和，该校验和由第二消息5的发送方在每10个相同的位之后作为相反的位来嵌入。在结束字段456中包含至少一个确认位，而且还包含11个相同的位的序列，这11个相同的位说明了CAN FE帧45的结束。利用至少一个确认位可以报告：接收方是否已经在所接收到的CAN FE帧45或第二消息5中发现了错误。

在用于发送仲裁字段452和结束字段456的阶段，使用像在CAN和CAN-FD中那样的物理层（Physical Layer）。在这些阶段期间的重要的一点是：公知的CSMA/CR方法得以使用，该CSMA/CR方法允许用户站10、20、30对总线线路3的同时访问，而不破坏更高优先级的第一和第二消息4、5。由此，可以相对简单地将其它总线用户站10、20、30添加给总线系统1，这是非常有利的。

CSMA/CR方法导致：在总线线路3上必须存在所谓的隐性状态，所述隐性状态可以由其它用户站10、20、30利用在总线线路3上的显性状态来改写。在隐性状态下，在各个用户站10、20、30上高阻抗比占主导，这与总线接线的寄生相结合地导致更长的时间常数。这导致在真实的车辆使用中将如今的CAN-FD物理层的最大比特率限制到目前约每秒2兆比特。

当作为发送方的用户站20已经赢得了仲裁并且作为发送方的用户站20因此为了发送字段453至456而独占地访问总线系统1的总线线路3时，控制字段453和数据字段454才由第二消息5的发送方发送到总线线路3上。在仲裁时，借助于在仲裁字段452中的识别码452x，在用户站10、20、30之间逐位地协商：哪个用户站10、20、30想要发送具有最高优先级的第一和第二消息4、5而且因而在接下来的时间内为了发送字段453至455而获得对总线系统1的总线线路3的独占的访问。

只有当比特时间明显大于在总线系统1的两个任意的用户站10、20、30之间的信号渡越时间的两倍长时，在帧45或第一和第二消息4、5的开头处的仲裁和在帧45或第一和第二消息4、5的结束处的结束字段456中的确认才可能。因而，在传输字段451、452、456时在仲裁阶段的比特率被选择得比在帧45的剩余字段中更慢。

所设置的新发展“CAN FE”应该相对于CAN或CAN FD具有如下不同特性：

a) 采用并且必要时适配经过考验的特性、尤其是具有根据CSMA/CR方法的识别码和仲裁的帧结构，所述特性对CAN和CAN FD的鲁棒性和用户友好性负责；

b) 将净数据传输率提高到每秒约10兆比特；

c) 将每个帧45的有效数据的大小提高到约4千字节；

d) 可选地：在识别出错误时完全或部分地放弃对错误帧（Error Frames）的发送。

仲裁按照CSMA/CR方法相对于传统的CAN和CAN FD没有变化地进行。因此，在仲裁期间，还只存在两个总线状态，即“正显性（pos. Dominant）”和“隐性（Rezessiv）”。由此，降低了用于引入和转换到按照本发明的总线系统的花费。通过适当的措施，也可以实现CANFE帧与CAN和/或CAN FD帧的共存，或者可以实现CAN和CAN FD用户站相对于CAN FE帧的容差。

如关于例如图3至图6更详细地描述的那样，本发明的核心是：节点、诸如用户站10或任意其它用户站20、30、N可以发送中断信号7，以便中止对帧的传输。帧可以是CAN FE帧45或Classic CAN帧或CAN FD帧。中断信号可以以各种各样的方式来设计（物理上和时间上），如随后利用不同的实施变型方案所描述的那样。

引言

图3示例性地以与图1相比稍微改变的图示示出了具有N个节点的总线系统1，其中节点是总线用户，使得尤其是图1的用户站10、20、30分别构成总线系统1的节点。在图3中，节点或用户站10、20、30至N也连接到总线线路3上。通过总线线路3来构成的总线还拥有总线终端，总线终端用附图标记35来表征而且尤其是按照之前提到的CAN协议规范是具有为120欧姆的值的电阻。N个节点或用户站10、20、30直至N仲裁来进行总线访问。优先级最高的帧在总线上被普遍接受并且被传输。

图4示例性地示出了传输的中断关于时间t如何进行。在该示例中，用户站20在时间点t0开始传输具有长的数据字段454的帧45A，如在图4的下方部分示出的那样，该帧如在图4的上方部分示出的那样从时间点t01开始被中断。如在图4的下方部分示出的那样，为了在正常情况下、即在没有中断的情况下在总线上传输帧45A，需要时长T1，该时长T1在时间点t0开始而在时间点t1结束。这种长的帧45A例如是CAN FE帧45，该CAN FE帧比如之前关于图1和图2所描述的Classic CAN帧或CAN FE帧更长。在帧45A已经被传输之后，在例如进行接收的用户站30中的软件判断应该发送高优先级的帧45B。高优先级的帧45B例如包含如下关键信息：其中建造有该示例中的总线系统1的车辆应该被制动。该软件尤其安装在用户站30的电子控制单元（ECU = electronic control unit）中。

这种高优先级的帧45B可以是CAN FE帧45或Classic CAN帧或CAN FD帧。在当前示例中，高优先级的帧45B是如下Classic CAN帧或CAN FD帧，该Classic CAN帧或CAN FD帧与如也在图4的下方部分阐明的并且如之前所描述的帧45A相比更短。为了在总线上传输帧45B，需要时长T2，该时长T2在时间点t2开始而在时间点t3结束。在长的帧45A与高优先级的帧45B的传输之间，遵循在两个帧之间的最小间隔（minimaler Inter-Frame-Space（最小帧间空间）），该最小间隔对应于时长T4。

因为帧45A仍会过长时间地使总线阻塞，所以用户站30决定将帧45A中断。为了将帧45A中断，用户站30在时间点t01发出中断信号7，该中断信号具有时长T3而且因此在时间点t02结束。所有其它节点或用户站10、20、30至N都探测到中断信号7，进行发送的节点、即在当前示例中的用户站20也探测到中断信号7。用户站20停止进行发送。在时间点t02中断之后，但是并不强制紧接在其之后，总线重新空闲，即总线例如在预先确定的对应于在两个帧之间的最小间隔（最小帧间空间）的时长T4重新空闲。如果总线空闲，则总线系统1的所有想要发送帧的节点或用户站都开始进行发送。结果是对帧的仲裁。用户站30的高优先级的帧45B在该示例中将赢得仲裁。

谁允许中断

原则上，每个节点或每个用户站10、20、30至N都允许发送中断信号7

- 这可能是接收节点，如在先前的示例中那样是用户站30。

- 但是这也可能是发送节点本身，也就是说在先前的示例中用户站20能够执行中断。

- 这可以是刚才还参与仲裁的节点，如在先前的示例中可能是用户站10或用户站N。

如下地对是否被中断做出判断。在哪些情况下允许中断可能会固定地预先给定，例如借助于图1的至少一个预先确定的中断标准50尤其是在节点或用户站10、20、30、N的通信控制装置11、21、31中固定地预先给定，该中断标准尤其是通过在控制设备中的固定配置来实现。替选地，节点或用户站10、20、30、N也可能会在启动网络、即总线系统1时对什么时候允许中断取得一致。在这种情况下，至少一个预先确定的中断标准50不是由制造商来预先给定或配置，而是由用户来预先给定或配置。

中断标准50可以借助于度规来规定。如果例如度规超过阈值，则允许被中断。节点或用户站10、20、30、N的通信控制装置11、21、31在使用中断标准50的情况下执行对此的相对应的判断。这样可以在作为网络的总线系统1中控制如何主动地被中断。

尤其是如下值可以加入度规：

- 在总线上的当前的帧45、45A、45B的剩余传输时长；和/或

- 在总线上的当前的帧45、45A、45B的优先级；和/或

- 应被发送的更高优先级的帧45、45A、45B的优先级。

通信控制装置11、21、31可以提供当前的帧的之前提到的剩余传输时长或发送时长和/或识别码（ID位）452x的已经被接收到的位作为信息，例如在该通信控制装置的用户站10、20、30的至少一个寄存器中提供当前的帧的之前提到的剩余的传输时长或发送时长和/或识别码（ID位）452x的已经被接收到的位作为信息，所述寄存器尤其可以被设计为触发器、存储器等等。替选地，寄存器60可以布置在相应的通信控制装置11、21、31的外部。利用所述之前提到的信息，在用户站中的软件尤其可以确定度规，以便判断是否存在中断标准50。如果存在一个，则该软件可以指定通信控制装置11、21、31来执行中断，尤其是发送中断信号。

剩余传输时长例如可以作为绝对时间来说明，对帧的传输在该绝对时间处结束。替选地，剩余传输时长例如可以作为不断地被更新的相对时间来说明、如倒计时（Count-Down），其中0指的是帧被传输完成。

进行发送的用户站总是可以完整地提供识别码（ID）452x，因为它确实知道该识别码。替选地，进行发送的用户站只能提供识别码（ID位）452x的如已经被发送那么多个位。

按照一个特殊的变型方案，经由CAN 错误帧的中断是可能的，其中这里能选择任意的断点，如从之前提到的DE 10 2012 209 093 A1中公知的那样。

经由按照图5的预设断点60的中断

对于帧45、45A、45B应该能够被中断的位置来说，限定预设断点60。预设断点60由帧45、45A、45B中的一个或多个连续的位61组成，这些连续的位关于时间t串行地被发送。在图5中，预设断点60作为示例只有一位。其它的位61具有任意值，该任意值在图5中作为“D”来说明。

预设断点60的位61在物理层上编码，使得这些位61可以被改写。物理层对应于比特传输层或公知的OSI模型（开放系统互连模型（Open Systems InterconnectionModell））的第1层。想要中断刚刚被发送的帧的节点、即在先前的示例中是用户站30必须改写预设断点60的一个或多个位61。

例如，在CAN的情况下可以实现具有隐性位R的预设断点60（对应于逻辑1），如在图5中示出的那样。如在图6中示出的那样，节点或用户站接着可以通过发送显性位B（逻辑0）来改写隐性位R，使得显性位是决定位。如果发送方、即在先前的示例中用户站20现在在预设断点60处探测到显性位B，而不是图5的隐性位R，则发送方中断发送。发送方因此将显性位B解释为中断信号7。

对于预设断点60的设计方案来说，存在一系列可能性/替选方案，这些可能性/替选方案随后被描述。这些可能性/替选方案可以任意地组合。重要的是：在总线上的所有节点或用户站10、20、30、N都知道预设断点60。

在图5和图6的示例中，在仲裁阶段中使用预设中断位（缓慢的比特率，缓慢得使得在给定的总线系统中可以正确地进行CAN仲裁），这些预设中断位之前关于图2予以描述。

帧的如下阶段应被理解为仲裁阶段，在该阶段使用如下那个比特率，该比特率也被用于仲裁。这里，存在随后提到的不同的可能性，这些可能性可以单独地或组合地被使用。

按照一种可能性，在识别码（ID）的K个位之后是一个隐性预设中断（SB）位R作为预设断点60，该识别码布置在图2的帧45的仲裁字段452中。在这种情况下适用：利用每个被接收到的识别码位（ID位）更精确地知道即将到来的帧45、45A、45B的优先级。因此，已经可以及早地判断出：目前涉及到的帧45、45A、45B必须被中断。例如可能会是K=8。借此，在具有例如32个ID位的帧45、45A、45B中正好会有4个SB位：即在8个ID位之后有一个位R，在16个ID位后有一个位R，在24个ID位之后有一个位R而且在32个ID位之后有一个位R。最后一个SB位在最后一个ID位之后，而且因此进行中断的节点或用户站知道在总线上的当前的帧45、45A、45B的准确的优先级。

按照另一种可能性，在数据长度码的对数据字段454的长度进行编码的位之后紧接着是隐性位SB位R。在这种情况下，以缓慢的比特率来发送对数据字段454的长度进行编码的位61以及至少还有SB位R。这例如当前在Classical CAN或Classic CAN中和在CAN FD中没有比特率切换的情况下如此。

按照又一其它可能性，在如之前关于图2所描述的那样包含有效数据的数据字段454中可以在固定地限定的位置嵌入隐性SB位R。例如，隐性SB位分别在第25、第75、第175、第300位61之后被嵌入在数据字段454中。这也可能会被应用在Classic CAN帧中，其中数据字段454以如下这种比特率来发送，该比特率也被用于仲裁。

按照又一其它可能性，在如之前关于图2所描述的那样包含有效数据的数据字段454中可以在数据字段454中的N个位之后嵌入隐性SB位R。例如，总是在N=100位之后嵌入一个SB位。N可以取决于所调整的比特率。例如适用：比特率越高，N也应该会越高，以便在预设断点60的两个SB位R之间实现几乎恒定的时间间隔。这也可能会被应用在Classic CAN帧中，其中数据字段454以如下这种比特率来发送，该比特率也被用于仲裁。

图7示出了针对在数据阶段的预设中断位的高比特率的由M个位构成的SB位字段的示例（高比特率），这些预设中断位在按照第二实施例的总线系统1中被用作预设断点60。如下阶段应该被理解为数据阶段，在该阶段使用高比特率。这是可能的，因为只还存在一个发送方、即已经赢得仲裁的发送方。为了在帧45、45A、45B的该阶段中嵌入预设断点60，存在如下两种原则上的可能性。

按照一种可能性，具有M个隐性位R的比特字段作为预设断点60被嵌入，所述隐性位R具有比特时间T。预设断点60的M个位的共同的时长T3 + T5 + T6必须至少与在总线系统中的最大可能的往返（Roundtrip）时间T5（RTT，即信号直至最远的总线端并且返回的最大渡越时间，这是信号从用户站10、20、30、N直至总线线路3的最远端并且返回的最大渡越时间）加上时长T3（在该时长T3内，进行中断的节点发送显性中断信号）加上X位的可选的安全预留65的时长T6一样长。该比特字段长度是必需的，以便随后的具有高比特率的位D不由于信号渡越时间而被显性中断信号7改写。图7示出了作为预设断点60的比特字段的示例。发送中断信号7的节点只在短的（快的）位的最大4个比特时间T内发送该比特字段。这保证了：跟在预设断点60的比特字段之后的数据位D尽管有信号渡越时间而仍没有被改写。

按照在图8中作为第三实施例来阐明的另一种可能性，在具有切换阶段459的数据阶段458中在预设断点60处切换回到缓慢的比特率。为此，总线系统1的用户站10、20、30、N被设计为：发送缓慢的隐性位R作为预设断点60，而且紧接着切换回到数据阶段458的高比特率，如在图8中在针对SB位的示例中示出的那样，这些SB位是借助于比特率切换来嵌入到数据阶段458中的。换言之，图8以一个示例示出了SB位，这些SB位是借助于比特率切换而被嵌入到数据阶段458中的。

替选地，替代切换回到仲裁比特率，可以切换回到还能用CAN FD的物理层来实现的比特率。现在，利用该比特率可以继续传输数据字段454的位。在CAN中存在的填充位规则也确保了在数据流中出现隐性位。这些隐性位接着可以被改写。预设断点60的最小长度像在图7中那样被确定，其中时长T3在这种情况下必须被选择为使得在时长T3期间出现至少一个隐性填充位，该隐性填充位接着可以被改写。当数据字段454只由作为显性被发送的逻辑0组成时，这对应于最糟糕的情况。该变型方案的优点是：有效数据率高，因为不断地传输数据。

在数据阶段458中的这两种类型的预设断点60两者都可以出现在帧45、45A、45B中。如也在仲裁阶段那样，这些预设断点60可以被嵌入在数据阶段458中的任意位置，然而尤其有意义的是：例如在对帧的长度进行编码的位之后和/或例如在包含有效数据的数据字段454中的固定地限定的比特位置上和/或例如在每N位之后嵌入预设断点60，其中N可以利用数据阶段458的比特率来缩放，以便实现在两个预设断点60之间的恒定的时间间隔，例如间隔是10μs。

经由物理中断信号7的中断

图9和图10关于时间t示出了由在总线或总线线路3上的信号CAN-H、CAN-L造成的差分电压VDIFF的变化过程，以便解释经由物理中断信号7的中断的示例，该物理中断信号按照第四实施例被用于对帧45、45A、45B的中断。图9示出了没有帧中断的示例。图10示出了有帧中断的示例。

为了中断对帧45、45A、45B的传输，可以使用物理中断信号7。这指的是：在物理层上的如下总线状态303被编码，该总线状态未被用于数据的平常的传输。按照图9和图10，CAN的清楚的示例是：隐性和显性总线状态302、301被用于对帧45、45A、45B的传输。此外，使用相反的显性作为第三总线状态303，也就是说适用VCAN_L > VCAN_H（在显性情况下正常是：VCAN_L < VCAN_H）。第三总线状态303被用于中断的信令，如在图10中针对该示例利用示例性的信号变化过程来示出的那样。替选地，第三总线状态303也可以被编码为特别显性，也就是说具有比在显性总线状态301的情况下更大的差分电压。在这些情况中的每种情况下，第三总线状态303要么改写隐性总线状态302要么改写显性总线状态301。如果任意的其它总线状态被用作总线状态301、302，即不是隐性状态302和显性状态301，则第三总线状态303可以改写这种任意的其它总线状态。

在图9和图10的所示出的示例中，节点或用户站20决定中断当前的帧45或45A。该节点或用户站的CAN协议控制器、即通信控制装置21将中断信号发送给收发器、即发送/接收装置22。收发器将中断信号7编码为负显性位或第三总线状态303。

在所有进行接收的用户站10、20、30、N中，中断信号7的中断信息由收发器、即相应的发送/接收装置12、22、32等等来探测并且转交给CAN协议控制器。该转交例如可以在使用收发器的额外管脚（Extra Pin）或连接端的情况下或者借助于RX管脚来实现，该RX管脚是用于将接收信号RX从收发器转发给通信控制装置11、21、31等等的连接端。刚才发送帧45或45A的节点的CAN协议控制器、即例如用户站30的通信控制装置31通过停止发送过程来对中断信号7做出反应。刚才没有发送、而是接收所传输的帧的节点的CAN协议控制器、即例如用户站10的通信控制装置11通过停止接收过程来对中断信号7做出反应。出现隐性总线状态301，如在图10中阐明的那样。在所要规定的等待时间（帧间空间T4）之后，总线重新被判断为空闲（Idle）并且准备好发送的节点可以重新参与仲裁。

优点：

- 在帧45、45A、45B中的任意位置处的中断都可能

- 不需要帧格式的适配

- 中断信号7可以与一般的错误良好地区分，也就是说在CAN中的错误计数器不受帧中断影响。

缺点：

- 需要对中断信号的物理编码

- 因此可能价格提高。

总线系统1的用户站10、20、30、N和其中实施的方法的所有之前描述的设计方案可以单独地或者以所有可能的组合得到应用。尤其是，之前描述的实施例的所有特征和/或它们的修改都可以任意地组合。附加地或替选地，尤其可设想如下修改方案。

尤其可能的是物理编码的中断信号7和预设断点60的组合。

之前描述的按照这些实施例的总线系统1依据基于CAN协议的总线系统来描述。然而，按照这些实施例的总线系统1也可以是其它类型的通信网络，其中数据能串行传输。有利的、然而不是强制性的前提的是，在总线系统1中至少在确定的时间区间内确保用户站10、20、30对共同的信道的独占的、无冲突的访问。

这些实施例的总线系统1的用户站10、20、30、N的数目和布局是任意的。尤其可以取消总线系统1的用户站10、20。可能的是：在总线系统1中存在用户站10中的一个或多个用户站。可能的是：在总线系统1中存在用户站20中的一个或多个用户站。可能的是：在总线系统1中存在用户站30中的一个或多个用户站。

可能存在一种用于串行总线系统1的用户站10；20；30，该用户站具有：通信控制装置（11；21；31），该通信控制装置用于创建消息（4；5；50；500），该消息能串行地被发送给总线系统（1）的至少一个其它的用户站（20；30；10）；或者该通信控制装置用于读取消息（4；5；50；500），该消息是从总线系统（1）的至少一个其它的用户站（20；30；10）串行接收到的；和发送/接收装置（12；22；32），用于将所创建的消息（4；5；50；500）发送到总线线路（3）上给总线系统（1）的至少一个其它的用户站（20；30；10）和/或用于从总线线路（3）接收消息（4；5；50；500），其中该通信控制装置（11；21；31）和/或该发送/接收装置（12；22；32）被设计为：在所要发送的消息（4；5；50；500）中设置用于ACK信号（461）的ACK时间窗（46）和/或用于NACK信号（471）的NACK时间窗（47），至少一个其它的用户站（20；30；10）是否已经在所发送的消息（4；5；50；500）中识别出错误，而且其中该发送/接收装置（12；22；32）被设计为：在对该至少一个其它的用户站（20；30；10）进行发送时在至少一个所设置的时间窗（46、47）中在总线线路（3）上没有电平。

Claims (15)

1.一种用于串行总线系统（1）的用户站（10；20；30；N），所述用户站具有：

通信控制装置（11；21；31），所述通信控制装置用于创建消息（4；5），所述消息能串行地被发送给所述总线系统（1）的至少一个其它的用户站（20；30；10；N），和/或所述通信控制装置用于读取消息（4；5），所述消息是由所述用户站（10；20；30；N）从所述总线系统（1）的至少一个其它的用户站（10；20；30；N）串行接收到的；和

发送/接收装置（12；22；32），用于将所创建的消息（4；5）以帧（45；45A；45B）发送到总线线路（3）上给所述总线系统（1）的至少一个其它的用户站（20；30；10；N）和/或用于从所述总线线路（3）接收消息（4；5）的帧（45；45A；45B），

其中所述通信控制装置（11；21；31）被设计用于判断对于中断目前所执行的将帧（45；45A）串行发送到所述总线线路（3）上来说是否存在如下中断标准（50），按照所述中断标准，消息（4；5）的更高优先级的帧（45B）的串行发送比目前所执行的将所述帧（45；45A）串行发送到所述总线线路（3）上更重要，而且

其中所述通信控制装置（11；21；31）被设计为：基于所做出的判断在目前串行发送的帧（45；45A）中设置目前串行发送的帧（45；45A）是否应被中断的信令。

2.根据权利要求1所述的用户站（10；20；30；N），

其中所述通信控制装置（11；12、32）被设计为：在发送中断信号（7）作为所述信令之后，调整对目前串行发送的帧（45；45A）的发送，而且

其中所述发送/接收装置（12；22；32）被设计为：在发送所述中断信号（7）作为所述信令之后，调整对目前串行发送的帧（45；45A）的接收。

3.根据权利要求1或2所述的用户站（10；20；30；N），

其中所述通信控制装置（11；12、32）被设计为：在目前串行发送的帧（45；45A）中，在至少一个预先确定的位置针对所述信令设置预先确定的预设断点（60），所述至少一个其它的用户站（20；30；10；N）能使用所述预设断点，用于中断目前串行发送的帧（45；45A）。

4.根据权利要求1或2所述的用户站（10；20；30；N），

其中所述通信控制装置（11；12、32）被设计为：在预先确定的预设断点（60）处设置所述信令，所述预设断点在目前串行发送的帧（45；45A）中设置在至少一个预先确定的位置。

5.根据权利要求3所述的用户站（10；20；30；N），

其中所述预先确定的预设断点（60）具有至少一位（61）。

6.根据权利要求1或2所述的用户站（10；20；30；N），

其中所述通信控制装置（11；12、32）被设计为：针对所述信令，通过预先确定的其它总线状态（B；303）来改写在目前串行发送的帧（45；45A）中设置的总线状态（R；302）。

7.根据权利要求6所述的用户站（10；20；30；N），

其中在目前串行发送的帧（45；45A）中设置的总线状态是任意的总线状态（R；302），而且

其中所述预先确定的其它总线状态是显性总线状态（B）或负显性总线状态（303）或者具有比在显性总线状态（301）下更大的差分电压。

8.根据权利要求1或2所述的用户站（10；20；30；N），

其中所述通信控制装置（11；21；31）被设计为：在使用第一和第二通信阶段的情况下将消息（4；5）发送到所述总线线路（3），

其中在第一通信阶段协商所述用户站（10；20；30；N）中的哪个用户站在随后的第二通信阶段（458）至少暂时得到对所述总线线路（3）的独占的、无冲突的访问。

9.根据权利要求8所述的用户站（20；30；N），

其中所述通信控制装置（11；21；31）被设计为：创建消息（5），使得在第一通信阶段的位具有如下比特时间，所述比特时间是在第二通信阶段（458）被传送到所述总线线路（3）上的比特的比特时间（T）的至少10倍。

10.根据权利要求8所述的用户站（20；30；N），

其中所述通信控制装置（11；21；31）被设计为：在第一通信阶段，在至少一个预先确定的位置，设置隐性位（R）作为针对所述信令的预先确定的预设断点（60）。

11.根据权利要求8所述的用户站（20；30；N），

其中所述通信控制装置（11；21；31）被设计为：在第二通信阶段在至少一个预先确定的位置设置预先确定数目个隐性位作为针对所述信令的预先确定的预设断点（60），

其中所述预先确定数目个隐性位在考虑时长的相加T5 + T3 + T6的情况下被规定，

其中时长T5是信号在所述总线系统（1）中从所述用户站（20；30；N）直至所述总线线路（3）的最远端并且返回的最大渡越时间，

其中时长T3是发送所述信令的时长，而

其中时长T6是可选的安全预留（65）的时长，所述安全预留包括预先确定数目个位（61），使得随后的数据未被所述信令改写。

12.根据权利要求8所述的用户站（20；30；N），

其中所述通信控制装置（11；21；31）被设计为：在第二通信阶段在至少一个预先确定的位置设置切换阶段（459），在所述切换阶段，在针对所述信令的预先确定的预设断点（60）之前被切换到比第二通信阶段（459）的比特率更慢的比特率，而且

其中所述通信控制装置（11；21；31）被设计为：在所述预先确定的预设断点（60）之后设置切换阶段（459），在所述切换阶段，又从较慢的比特率被切换到第二通信阶段（458）的较快的比特率，而且

其中所述通信控制装置（11；21；31）可选地被设计为：在所述预先确定的预设断点（60）和/或所述切换阶段（459），也继续传输第二通信阶段的数据。

13.根据权利要求1或2所述的用户站（10；20；30；N），其中所述通信控制装置（11；12、32）被设计为：将目前发送的消息（4；5）的剩余的发送时长和/或识别码（452x）的已经接收到的位作为寄存器中的信息提供给所述用户站（10；20；30；N）的其它装置。

14.一种总线系统（1），所述总线系统具有：

总线线路（3）；和

至少两个用户站（20；30；N），所述至少两个用户站通过所述总线线路（3）彼此连接，使得所述至少两个用户站（20；30；N）能够串行地彼此进行通信。

15.一种用于在串行总线系统（1）中发送消息（4；5）的方法，其中所述方法具有如下步骤：

利用通信控制装置（11；21；31）来创建消息（4；5），所述消息能串行地被发送给所述总线系统（1）的至少一个其它的用户站（20；30；10；N），和/或利用所述通信控制装置来读取消息（4；5），所述消息是由所述用户站（10；20；30；N）从所述总线系统（1）的至少一个其它的用户站（10；20；30；N）串行接收到的；而且

利用发送/接收装置（12；22；32）来将所创建的消息（4；5）以帧（45；45A；45B）发送到总线线路（3）上给所述总线系统（1）的至少一个其它的用户站（20；30；10；N）；和/或

利用所述发送/接收装置（12；22；32）来从所述总线线路（3）接收消息（4；5）的帧（45；45A；45B），

其中所述通信控制装置（11；21；31）判断对于中断目前所执行的将帧（45；45A）串行发送到所述总线线路（3）上来说是否存在如下中断标准（50），按照所述中断标准，消息（4；5）的更高优先级的帧（45B）的串行发送比目前所执行的将所述帧（45；45A）串行发送到所述总线线路（3）上更重要，而且

其中所述通信控制装置（11；21；31）基于所做出的判断在目前串行发送的帧（45；45A）中设置目前串行发送的帧（45；45A）是否应被中断的信令。

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