CN111614506A - 监视can节点 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及监视控制器局域网(CAN)节点(100、110、120)的方法和执行该方法的监视设备(200)。在一方面，提供了监视设备(200)监视多条CAN总线(105、115、125)的方法，其中至少一个CAN节点(100、110、120)连接到每条CAN总线(105、115、125)，所述多条CAN总线(105、115、125)经由监视设备(200)互连。该方法包括针对每条CAN总线(105)检测(S101)正在由连接到所述每条CAN总线(105)的CAN节点(100)通过所述每条CAN总线(105)发送的任何显性数据，并且将由所述监视设备(200)通过所述每条CAN总线(105)接收的所述任何显性数据路由(S102)到所有其余CAN总线(115、125)，而不覆写通过其余CAN总线(115、125)发送的任何显性数据。

Description

监视CAN节点
技术领域
本公开涉及监视控制器局域网(CAN)节点的方法和执行该方法的监视设备。
背景技术
汽车工业正在使用嵌入在机动车辆中的电子控制单元(ECU)之间的基于消息的通信协议。这种协议的一个示例是控制器局域网(CAN)。该协议由国际标准化组织(ISO)标准化。例如，汽车中使用的CAN协议是由ISO标准ISO 11898定义的，该标准包括针对不同部分的若干子规范；例如，CAN数据链路层由ISO 11898-1定义，而CAN高速物理层由ISO 11898-2定义。
CAN通信的设计、验证和故障跟踪中的重要能力是可以用于分析所有通信协议细节的工具。特别是有助于分析通信故障和错误的工具。然而，不仅故障可能很重要，而且找到特定通信事件的起源也很重要。分析预期和非预期事件可以提供对CAN网络的增强的了解。它也可以用作任何以后可能发生的潜在问题的早期预警。针对预期事件和非预期事件收集信息(例如，事件的类型和起源)可以基于在一定时间量内或在某些操作模式下对网络通信进行采样。根据该信息，可以进行风险分析，以帮助解决或取消对CAN网络的某些部分的进一步调查。
常规的现有技术CAN工具提供了广泛的分析能力，但是随着车辆电气系统的复杂度不断增加，系统无法按预期运行的风险也不断增加，因此需要更加详细的分析能力。由于添加了新的CAN通信格式，例如，CAN灵活数据(CAN FD)协议，情况尤其如此。某些CAN网络是较旧的经典CAN格式和较新的格式(例如，CAN FD)之间的混合物。这样的混合网络在遇到确保其正确运行的问题时提出了额外的挑战。
非预期的或甚至预期的通信行为的重要方面是确定根本原因或起源。具有精确地确定非期望的行为的起源(例如，ECU网络中的特定CAN ECU)的能力可能特别有价值，因为这可以减少寻找根本原因和采取纠正措施所需的总工作量。另一个期望的能力是在实际行为与需求之间存在某种裕度或需求被宽松定义(例如，错误标志的累积计数)的情况下表征预期行为。
减少总分析工作量通常意味着可以显著减少用于检测非预期行为、确定其起源、采取纠正措施以及最终验证所解决的问题的时间和成本。减少解决问题的时间通常在汽车行业中至关重要。
对于CAN，协议中有故障限制机制，并且预期ECU根据ISO 11898-1标准自行处理这些故障。因此，能够由OEM和供应商验证此类要求是重要的，以便减少非预期的车辆行为的风险。ISO 11898中的故障限制机制允许ECU在一定程度上“吸收”或容忍通信问题，同时仍试图保持通信。
CAN故障的原因可能是硬件或软件(例如，软件错误、损坏的组件甚至系统设计缺陷)或环境，例如，EMI干扰。取决于故障的类型，这可能会对电气系统造成很大不同的影响，范围为从根本不影响、系统响应变慢到系统部分进入跛行返回(limp home)模式、系统功能全部或部分丧失或系统启动或关闭问题。同一车辆中的问题也可能随时间变化，从而使这些问题很难识别、重现、计划和实施纠正措施并验证这些措施。识别客户可察觉的症状并将其与电气系统的根本原因关联起来尤其困难。可能还会出现客户注意不到但仍很重要甚至使车辆不符合关键要求的症状。
以常规方式直接连接并且仅连接到CAN总线CAN_L和CAN_H的常规CAN分析工具无法提供某些分析能力。部分原因是CAN数据链路层和物理层本身的性质。与其他ECU分开地确定CAN网络中每个ECU的几个方面可以提供对该ECU的通信属性的改进的理解。示例可以是从其他ECU接收帧的特定ECU是否确认帧，而其他ECU也(同时)确认。其他示例是仲裁，哪些ECU已经参与了仲裁；哪个ECU赢得了仲裁，以及其他哪些ECU仲裁失败。了解这些细节可以提供有关实际帧传输定时和调度的知识。另一个示例可能是哪个ECU发送过或未发送过使CAN帧无效的错误标志。出于多种原因，访问支持详细分析的CAN ECU内部的内部信令可能很困难或不便。例如，ECU通常不设计用于对内部信号的外部访问，因此必须打开或修改ECU才能访问内部信号。此外，由于ECU在车辆中的安装位置不明显，因此可能难以访问ECU。
发明内容
本发明的一个目的是解决或至少减轻本领域中的这个问题，并因此提供一种监视多个CAN节点(例如，以机动车辆的ECU的形式)的改进的方法。
该目的通过根据实施例的监视设备来实现。监视设备被配置为通过多条CAN总线接收数据。
如果监视设备通过多条CAN总线中的任何一条或多条接收到显性数据比特，则以被连接到总线的CAN节点解释为显性的电压电平通过其余CAN总线路由显性数据比特，但该电压电平被配置为使得监视设备通过其余总线路由的显性数据不会覆写由连接到其余总线的CAN节点中的一个或多个CAN节点发送的显性数据。
通常，除非本文另外明确定义，否则将根据权利要求中使用的所有术语在技术领域中的普通含义来解释这些术语。除非另外明确指出，否则对“一/一个/该元件、装置、组件、单元、步骤等”的所有引用应被开放地解释为是指元件、装置、组件、单元、步骤等的至少一个实例。除非明确指出，否则不一定以所公开的确切顺序执行本文公开的任何方法的步骤。
附图说明
现在参考附图通过示例的方式描述方面和实施例，其中：
图1示出了互连三个CAN节点的现有技术的CAN总线；
图2示出了根据标准ISO 11898-2的CAN总线上针对通过总线传输的隐性数据和显性数据的规定电压范围；
图3示出了根据实施例的被配置为监视多条CAN总线的监视设备200；
图4示出了流程图，该流程图示出了根据实施例的监视设备监视多条CAN总线的方法；
图5在右侧示出了根据实施例的CAN总线上针对监视设备的隐性数据和显性数据的规定电压范围；
图6示出了流程图，该流程图示出了根据实施例的监视设备监视多条CAN总线的方法；
图7示出了监视设备的信号路由器对从相应CAN节点接收的数据进行编码的实施例；
图8a示出了根据实施例的监视设备的CAN协议处理设备；
图8b示出了根据另一实施例的监视设备的CAN协议处理设备；
图9示出了由第一CAN节点执行的CAN帧传输以及由第二CAN节点和第三CAN节点执行的成功接收和确认；
图10示出了第二CAN节点和第三CAN节点未成功确认的CAN帧传输；
图11示出了由于循环冗余校验和(CRC)错误和填充错误而导致的第二CAN节点和第三CAN节点进行的具有错误信令的CAN帧传输；
图12示出了根据另外的实施例的监视设备；并且
图13示出了根据另一实施例的监视设备。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述本公开的方面，在附图中示出了本发明的某些实施例。
然而，这些方面可以以许多不同的形式体现，并且不应被解释为限制性的；而是，这些实施例通过示例的方式提供，使得本公开将是彻底和完整的，并将本发明的所有方面的范围完全传达给本领域技术人员。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元素。
图1示出了三个CAN节点11、12、13连接到线性无源CAN总线14。CAN总线是多主端串行通信总线，它包括两条物理线CAN_H和CAN_L，这两条物理线连接到每个CAN节点的相应端子。CAN网络10中的所有CAN节点(以例如ECU的形式体现)都连接到这两条线上。
在内部，每个CAN节点11、12、13具有总线接口电路；CAN收发器15、16、17。每个CAN节点还具有CAN协议控制器18、19、20，其根据ISO 11898-1处理数据链路层上的协议比特流接收和发送。微控制器21、22、23连接到相应的CAN协议控制器18、19、20。CAN控制器可以可选地是微控制器的一部分。
CAN协议使用具有值0和1的串行比特流，或者也称为显性比特和隐性比特，其构成CAN帧和在CAN总线14上发送的其他协议符号。所有CAN节点11、12、13能够向彼此发送帧。CAN协议控制器18、19、20正在处理CAN帧和错误事件的接收和发送。来自CAN协议控制器的发送的比特值0和1在每个CAN节点中的CAN收发器15、16、17中被转换成CAN总线14上的两个电压电平，这被称为隐性状态和显性状态。即，隐性状态是由在总线上发送隐性数据引起的，而显性状态是由在总线上发送显性数据引起的。这些状态与CAN总线14上的两个电压范围有关。对于接收，情况是相反的；CAN收发器15、16、17将CAN总线14上的两个电压电平转换成对于CAN协议控制器18、19、20适合的电平。
所有的CAN节点在CAN_H和CAN_L总线上具有线与(wired-AND)连接；通过分别连接所有CAN_H线和所有CAN_L线，所有CAN节点都直接彼此连接。每个CAN节点11、12、13可以将CAN总线14驱动到一系列隐性/显性状态，从而实现根据ISO 11898-2的多主端通信网络。CAN协议数据链路层根据冲突检测多址(CDMA)操作定义如何执行网络的这种多主端共享。
CAN数据库用于将CAN帧标识符与每个CAN节点相关联，以及其他用途。它可以用作在每个CAN节点中实现帧发送和接收的基础，并且用于通过连接可选的CAN分析工具来分析CAN节点的通信或运行时操作。CAN数据库可以看作查找表；输入标识符，并且作为结果获得CAN节点名称。CAN标识符具有这样的唯一特性：它指向作为某个帧的发送方或接收方的某个CAN节点。其他CAN协议项(如帧开始(SOF)、确认(ACK)、错误标志(EF)、过载标志(OF))没有与CAN节点唯一地关联的内容，因为这些项对于所有CAN节点而言都是故意相同的，这些时间没有包含标识符。
这使得CAN数据库仅在发生包括标识符的错误事件并且该标识符存在于数据库中时才潜在地有用。此外，CAN数据库通常暗示任何给定的标识符仅与作为发送方的一个CAN节点相关联。
在本公开中，术语事件、CAN事件、错误事件、协议事件应广义地解释。即；作为在CAN数据链路层协议ISO 11898-1或物理层ISO 11898-2中定义的CAN协议过程或机制的出现。示例是帧发送、帧接收、帧验证、帧确认、仲裁、冲突解决、重传、错误信令、过载信令、故障限制、同步、网络启动/唤醒。事件的附加示例是在CAN数据链路层协议ISO 11898-1或物理层ISO 11898-2中未定义的过程，并且可以是例如CAN协议的行为不当或滥用，例如，对CAN总线通信造成干扰。还包括其他形式的不当行为，这些行为阻止CAN网络关闭或唤醒CAN网络。
图2示出了根据标准ISO 11898-2的CAN总线上针对通过总线传输的隐性数据和显性数据的规定电压范围。
CAN节点的CAN总线互连对应于“线与”机制。隐性比特(逻辑1)被显性比特(逻辑0)覆写。在隐性状态下，来自任何一个或多个CAN节点的显性比特导致显性总线状态。只要没有CAN节点正在发送显性比特，总线就处于隐性状态。
在图2中，针对CAN收发器的发送器部分(总线驱动器)和CAN收发器的接收器部分(总线比较器)示出了在CAN_H线与CAN_L线之间测量出的预期CAN总线差分电压(称为Vdiff)值的细节，其中Vdiff是按照从总线CAN_H到地的电压VCAN_H减去从总线CAN_L到地的电压VCAN_L测量的。发送器允许的电压处于相对较窄的间隔(即，间隔241和251)，而接收器必须分别接受较宽的间隔(即，间隔242和252)作为隐性状态和显性状态。这导致接收器针对CAN节点的Vdiff电压之间的差异的容忍度。在发送CAN节点输出上，在它对CAN总线具有排他性的访问的帧字段中，处于显性状态的电压Vdiff必须在+1.5V到+3.0V之间。对于给定的CAN节点，实际的显性数据电压落在该范围内的任何位置，但或多或少是固定的，随着温度和来自总线终端组件的负载以及CAN电缆的阻抗略有变化。
对于单个车辆或车队中的大量ECU(即，CAN节点)，Vdiff显性电压可能在ECU之间在范围+1.5V-+3.0V内变化。这种变化是由于多种原因造成的，如收发器硬件生产公差、不同收发器品牌、温度、老化等。这些许多原因部分地是存在从+1.5V到+3.0V的允许范围的原因，以便即使在同一CAN网络上的电压电平具有很大差异时，也能提供鲁棒且容忍的系统。
在具有32个CAN节点的CAN总线中，ISO-11898-2在某些情况下允许CAN显性状态电压高于+3.0V。在CAN节点同时进行仲裁字段中的显性数据传输、错误标志(EF)或过载标志(OF)的传输或ACK的传输期间，允许Vdiff显性电压在+1.5V至+5.0V的范围内(未显示)。
符合ISO 11898-2的接收ECU必须接受两个CAN端子之间从+0.9V到+8.0V的电压Vdiff作为显性的。对于隐性状态，Vdiff处于+0.5V至-3.0V的范围内；对于隐性发送为+0.05至-0.5V；并且对于隐性接收为+0.5V至-3.0V。对于在0.5V和0.9V之间的接收器电压，结果状态是未定义的，但通常存在隐性到显性的状态转换和显性到隐性的状态转换，并实现迟滞。
再次参考图1，仅提供最高电压的CAN节点是主导CAN总线电压Vdiff的CAN节点。这是根据ISO 11898-2的CAN总线的预期功能。在某些协议事件下，可能发生不止一条CAN总线正在将CAN总线驱动到显性状态的情况，例如，对于SOF，仲裁字段期间标识符的显性比特、ACK、错误标志、过载标志。当不止一个CAN节点同时在发送显性状态时，不能总是通过分析总线电压Vdiff分别针对每个CAN节点确定它是在发送显性数据还是隐性数据从而分别在总线上引起显性状态和隐性状态，因为所有CAN节点都通过CAN总线直接彼此连接。如果来自每个CAN节点的显性状态输出电压彼此非常接近以致于无法可靠地区分它们，那么确定这一点就更加困难。这对于ECU的CAN通信而言不是问题，但会增加高级网络分析的难度。
然而，如果要求分析例如第一CAN节点11或第二CAN节点12或两者是否实际上正在将CAN总线驱动到显性状态，则不能通过测量CAN总线上的电压来以可靠方式确定这一点。要实现适用于所有车辆中的所有CAN总线(包括诸如收发器品牌、寿命、温度等之类的所有变量)的方法变得更加困难，因为允许显性状态输出电压按1：2的因数(+1.5V-+3.0V)变化，并且很可能会有这样的电压分布：其中一些ECU具有比同一CAN总线上的其他ECU低的Vdiff驱动能力。
此外，分析每个CAN节点驱动到CAN总线的电流，同时在相同的比特时间发送显性数据也是一个挑战，因为原则上，只有具有最高Vdiff驱动能力的CAN节点才能驱使电流。可替代地，只有具有最高Vdiff的CAN节点实际上驱使可靠地可测量的电流流出收发器CAN_H，通过终端组件、CAN线的阻抗并返回到收发器的CAN_L线。
如果要求分析例如第一CAN节点11或第二CAN节点12或两者是否实际上正在将CAN总线驱动到显性状态，则不能通过测量流向/流自收发器15、16和CAN总线的电流以可靠的方式确定这一点。
图3示出了根据实施例的监视设备200，其被配置为监视CAN节点100、110、120，该CAN节点100、110、120连接到在监视设备200与相应的CAN节点100、110、120之间连接的CAN总线105、115、125。
至少两条CAN总线连接到监视设备200，其中至少一个CAN节点连接到每条CAN总线。然而，可以将更多数量的CAN节点连接到每条CAN总线。此外，监视设备200被配置为将通过CAN总线中的任一条运送的信号传输到其余的CAN总线。因此，通过第一CAN总线105传输的信号通过第二CAN总线115和第三CAN总线125运送，通过第二CAN总线115传输的信号通过第一CAN总线105和第三CAN总线125运送，等等。
注意，多个CAN节点可以连接到总线。如果要监视某个CAN节点，则该CAN节点应该是连接到总线的唯一节点。然而，可以设想，在不一定需要在组中的单独的CAN节点之间进行区分的场景中，将监视一组CAN节点。例如，可能期望分析源自同一制造商的一组CAN节点。如果是这样，则该组CAN节点可以全部连接到同一CAN总线。
如在图1中，CAN节点100、110、120包括CAN收发器101、111、121，CAN协议控制器102、112、122以及微控制器(图3中未示出)。可以理解，任何被配置为连接到CAN总线的设备都要求CAN收发器和CAN协议控制器。在该示例中，如在图1中，CAN控制器是微控制器的一部分。在另一示例中，CAN控制器不是微控制器的一部分，而是CAN节点中的单独部分。
根据实施例的监视设备200包括连接到相应的CAN总线105、115、125的CAN收发器201、211、221。
此外，监视设备200包括信号路由器202，该信号路由器202被配置为将通过任何CAN总线发送的CAN信号路由到其余的CAN总线。例如，由第一CAN节点100发送的任何CAN信号被第一CAN收发器201接收，然后经由信号路由器202路由到第二CAN收发器211和第二CAN节点110以及第三CAN收发器221和第三CAN节点120。虽然在图3中将监视设备200示为硬件设备，但是也可以设想该设备可以被实现为用于以例如ECU形式对CAN节点的行为进行仿真的仿真模型。
由于被测试的CAN节点100、110、120应该显示出与将它们连接到单条CAN总线相同的行为，因此执行了信号路由器202进行的对信号的路由，如图1所示。换言之，所有的CAN总线105、115、125都应暴露于相同的数据。信号203、204、213、214、223、224的路由可以借助于电信号，经由光学路径、射频路径或其他电磁路径来进行。
因此，假设将使用图3的设置来测试“真实世界”场景。可以触发CAN节点100、110、120中的一个或多个以执行选定的动作，从而导致事件在CAN总线上发生，即，从CAN节点之一100经由总线105发送到监视设备200的CAN数据通过相应的总线115、125被路由到其余的CAN节点110、120。
将进一步参考图4，图4示出了说明根据实施例的监视设备200监视多条CAN总线105、115、125的方法的流程图。
因此，监视设备200针对CAN节点100、110、120中的每一个监视在CAN总线105、115、125上发生的任何事件。即，经由每个CAN节点的CAN总线发送的任何数据由监视设备200监视。在该特定示例中，假设第一CAN节点100通过第一CAN总线105向监视设备200的第一CAN收发器201发送数据。
为了重建其中所有CAN节点100、110、120连接到CAN总线的情况，如先前参考图1所示的，监视设备200经由第一CAN收发器201接收CAN数据，在步骤S101(将在下面详细描述)中执行检测过程，并且在步骤S102中通过路径204将CAN数据经由信号RXD'路由到信号路由器202，并且进一步通过路径213经由a)信号TXD'路由到第二CAN收发器211，通过第二CAN总线115到达第二CAN节点110，并且通过路径223经由b)信号TXD'到达第三CAN收发器221，通过第三CAN总线125到达第三CAN节点120。
有利地，以非侵入方式分析CAN节点100、110、120。CAN节点100、110、120不再在物理层上彼此直接电连接，而是保持在数据链路层上连接。应当注意，对于任何新车辆，监视设备200可以以图3所示的方式从头开始实现，而对于实现图1的现有技术CAN总线的现有车辆，该总线必须被“断开”，以便可以如图3所示连接监视设备200。
因此，CAN节点之间的数据链路时序保持不受影响，并且CAN节点完全共享所有事件(发送的隐性比特和显性比特)，就好像CAN节点仍经由单条CAN总线直接彼此连接一样。这适用于所有可能的事件，包括CAN协议中定义的事件之外的事件。
因此，利用通过其余的CAN总线115、125到其余的CAN节点110、120对数据的路由，监视设备200不会以使得CAN节点的行为改变的方式影响CAN网络；CAN节点100、110、120将如同它们连接到单条CAN总线一样起作用。
然而，当监视设备200通过RXD'线204从第一CAN节点100接收数据时，事件检测设备200可以将例如源自第二CAN节点110的数据经由TXD'线203同时发送到第一CAN节点100。
这意味着每条CAN总线105、115、125可以由两个CAN节点(在该示例中为第一CAN节点100)驱动为显性以及同时还由监视设备200驱动，因为监视设备200将通过CAN总线中的任一条接收到的数据路由到其余CAN总线。从CAN节点侧和从监视设备侧将CAN总线驱动为显性提出了潜在的问题，因为监视设备200不能确定为什么CAN总线105是显性的。即，是因为第一CAN数据100正在发送显性数据比特，还是因为监视设备200本身正在发送显性数据比特。
如果不能解决这个关键问题，则监视设备200可能会闭锁，并且永远不会释放监视设备200已经将CAN总线105驱动到的显性状态。一旦CAN节点100、110、120中的至少两个CAN节点发送显性数据比特，从而同时引起显性状态，就会发生闭锁问题。
因此，在步骤S101中，监视设备200检测是否任何CAN节点100、110、120正在通过相应的CAN总线105、115、125发送任何显性数据比特。在该特定示例中，监视设备200检测到第一CAN节点100正在通过第一CAN总线105发送显性数据。
此外，如果第一CAN节点100是发送显性数据比特的那个CAN节点，则在步骤S102中，以使得被路由的显性比特不覆写由第二CAN节点110和第三CAN节点120通过CAN总线115、125传输的任何显性比特的方式将这些显性比特路由到第二CAN节点110和第三CAN节点120。
有利地，由监视设备200通过任何CAN总线105、115、125接收的任何显性数据被路由到连接到其余CAN总线105、115、125的CAN节点100、110、120。
作为示例，通过第一CAN总线105从第一CAN节点100接收的显性数据通过第二CAN总线115路由到第二CAN节点110，并且通过第三CAN总线125路由到第三CAN节点120。
此外，例如由监视设备200同时通过第二CAN总线115从第二CAN节点110接收的任何显性数据都以使得从第一CAN节点100接收的显性数据不覆写从第二CAN节点110接收的显性数据的方式通过第一CAN总线105路由到第一CAN节点100，并且通过第三CAN总线125路由到第三CAN节点120，反之亦然。
因此，有利地克服了上述闭锁问题。
参考图5，在实施例中，如将在下面描述地执行显性数据比特检测。在图5中，左侧的电压图与先前在图2中所示的电压图相同，即，ISO 11898-2中规定的要求。因此，CAN节点100、110、120全部被配置为输出数据，其中每条CAN总线的一对CAN线之间的电压Vdiff处于符合由CAN标准ISO 11898-2规定的所要求的发送电压范围的范围内。
然而，根据实施例，右侧的电压图示出了监视设备200被配置为符合的电压电平。在右侧的电压图中，示出了监视设备200被配置为以至少比由CAN标准针对显性数据比特规定的最小接收电压电平高(即，至少+0.9V)但不与CAN节点被配置为输出显性数据比特的电压电平重叠(即，低于+1.5V)的电压电平向CAN节点输出显性数据比特。即，监视设备200以落入范围244的电压电平输出显性数据比特，其中范围244不与范围241重叠。然而，范围244被配置为与范围242重叠，使得CAN节点将范围244中的电压感知为监视设备200发送的显性数据。
此外，监视设备200被配置为以至少在CAN节点100、110、120被配置为输出显性数据的范围241内(即，在范围+1.5V-+3.0V内)的电压电平接收显性数据，即使监视设备200的显性接收范围典型地将被配置为在范围245(即，+1.5V-+8.0V)内。对于监视设备200，显性发送范围244应当不与显性接收范围245重叠，因为这种重叠将导致CAN总线上的闭锁。
为了符合ISO 11898-2中规定的隐性接收，范围246应该至少与范围251重叠，但优选地也与范围252(但不与范围241)重叠，即使范围246可以在图5中所示的电压跨度内延伸。此外，监视设备200应将其自身的显性发送数据电压范围244解释为隐性接收，这意味着范围246与范围244重叠。范围245和246之间的边界范围表示为247。
因此，在总线105、115、125上的电压为+1.5V或更高的情况下，监视设备200将有利地检测由CAN节点100、110、120中的任一个驱动的显性状态，因为范围241与范围245重叠，而监视设备200知道其自身正在发送显性比特还是隐性比特。换言之，由于监视设备200知道它正在发送显性比特还是隐性比特，因此CAN节点100、110、120的显性比特(处于+1.5V-+3.0V)高效地覆写监视设备200的显性比特(处于+0.9V至1.5V以下)并不重要。
监视设备200的接收器显性检测电压范围(由电压间隔245定义)被配置为不与其发送器显性电压间隔244重叠。此外，隐性到显性的转换和显性到隐性的转换发生并且由收发器201、211、221输出信号RXD提供的Vdiff电压位于电压间隔245和246之间(即，边界范围247)。
将进一步参考图6，图6示出了说明根据参考图5讨论的实施例的监视设备200监视多条CAN总线105、115、125的方法的流程图。
如可以看出的，如果在步骤S101中监视设备200检测到从第一CAN节点100通过第一CAN总线105发送的数据的电压在范围+1.5V-+3.0V内，则在步骤S102a中，从第一CAN节点100接收的对应显性数据通过第二CAN总线115和第三CAN总线125以在+0.9V和刚好低于+1.5V之间的电压电平被路由到第二CAN节点110和第三CAN节点120。有利地，这避免了覆写同时由第二CAN节点110写入第二CAN总线115和/或由第三CAN节点120写入第三CAN总线125的任何显性数据。如前面提及的，在某些情况下，允许范围241的Vdiff显性电压在+1.5V至+5.0V之间。
在另一场景中，如果在步骤S101中通过第一CAN总线105的数据不在范围+1.5V-+3.0V内——并且监视设备200未通过第一CAN总线105发送显性数据，从而指示显性数据没有由第二CAN节点110和/或第三CAN节点120发送——则从第一CAN节点100接收隐性数据，该隐性数据在步骤S102b中以在+0.5V至-3.0V之间的电压电平从第一CAN节点路由到第二CAN节点和第三CAN节点。应当注意，如果其他CAN节点110、120中的任一个(例如，第二CAN节点110)将发送显性数据，则该特定显性数据将被路由到第一CAN节点100和第三CAN节点120，并且来自第一CAN节点100的任何隐性数据将因此被覆写。
图7示出了另一实施例，其中监视设备200的信号路由器202对从相应CAN节点接收的数据进行编码。
因此，经由第一CAN收发器201利用路径204上的信号RXD'从第一CAN节点接收的数据在第一编码器216中与经由第三CAN收发器221利用路径224上的信号RXD'从第三CAN节点接收的数据组合在一起。如可以从上面的表中看出的，如果接收到的数据的任何组合的比特为0，则第一编码器的输出为0。结果是信号路由器202将输出显性数据(即，0)，利用路径213上的信号TXD'指示显性状态，第二CAN收发器211将0转换为在范围+0.9V到刚好低于+1.5V内的电压，并且一旦第一CAN节点100和第三CAN节点120中的任一个或两个输出显性比特(即，由在范围+1.5V-+3.0V内的电压表示的0)就将该电压输出到第二CAN节点110。
对应地，第二编码器206从第二CAN节点110和第三CAN节点120接收数据，并且如果第二CAN节点110和第三CAN节点120中的任一个或两个发送0(即，显性比特)，则将0输出到第一CAN节点100，而第三编码器226从第一CAN节点100和第二CAN节点110接收数据，并且如果第一CAN节点100和第二CAN节点110中的任一个或两个发送0，则将0输出到第三CAN节点120。
如可以推断出的，如果通过CAN总线从CAN节点中的任一个接收到的数据指示由在范围+1.5V-+3.0V内的电压表示的0的形式的显性状态，则编码器将以0的形式输出显性比特，相关联的CAN收发器以在从+0.9V到刚好低于+1.5V的范围内的电压的形式将该显性比特发送到其余的CAN节点。
如在图7(以及图3)中可以进一步看到的，监视设备200监视CAN节点100、110、120经由路径204、214、224上的相应信号RXD'发送的任何数据。随后可以将该数据映射到CAN事件数据库，以确定每个CAN节点正在发信号通知哪个特定的CAN事件。
在同样参考图7描述的另外的实施例中，信号路由器202包括第四编码器205，其中经由第一CAN收发器201利用路径204上的信号RXD'从第一CAN节点100接收的数据与经由第二CAN收发器211利用路径214上的信号RXD'从第二CAN节点110接收的数据以及经由第三CAN收发器221利用路径224上的信号RXD'从第三CAN节点120接收的数据进行组合。再次强调，如在下面的表中可以看出的，如果从CAN节点中的任一个接收的数据指示由在范围+1.5V-+3.0V内的电压表示的0的形式的显性状态，则第四编码器将通过线210a输出0的形式的显性比特。通过路径210a发送的信号RXD”被路由到CAN协议处理设备230，如将在下面讨论的。
图8a示出了根据实施例的CAN协议处理设备230，其在功能上包括CAN协议控制器231，该CAN协议处理设备230利用通过路径210a运送的信号RXD”。
图8b示出了根据实施例的利用通过路径210b运送的替代信号RXD”'的CAN协议处理设备230。
路径210b起到与信号路径210a相同的作用；提供组合的信号，其中通过CAN总线105、115、125运送的数据被路由到CAN协议处理设备230。由于监视设备200将数据从第二CAN总线115和第三CAN总线125路由到第一CAN总线105，第一CAN总线105上的数据(或任何总线上的数据)表示来自第一CAN节点100、第二CAN节点110和第三CAN节点120的组合的数据。收发器215经由CAN线CAN_H和CAN_L以及RXD线210b连接到CAN总线105。收发器215具有根据ISO 11898-2的与CAN节点100、110、120相同的用于接收的电压范围。
在一个示例中，收发器215仅使用其接收器部分，而不使用发送器部分，因此，发送器输入TXD信号永久地与隐性状态联系在一起。在另一示例中，收发器215替代地是接收器，并且不提供发送器或TXD信号。
参考图8a和图8b，从第四编码器205(参考图7讨论)输出的信号210b或可替代地信号210a(其组合了来自所有CAN节点100、110、120的信号)被提供给CAN协议控制器231。CAN协议控制器231监视来自每个CAN节点的所有事件，作为一个复合信号210a(或210b)，该信号210a(或210b)表示每个CAN节点100、110、120在相应的CAN总线105、115、125上实际上正在看到的内容(对应于通过图1的CAN总线14传输的数据)，在该特定示例中，如先前所讨论的，由第一CAN节点100发送的数据。此外，CAN协议控制器231能够在CAN帧的上下文中解释利用信号210a或210b接收的数据。因此，CAN协议控制器231将利用信号210a或210b接收的数据映射到CAN帧(或多个CAN帧)中。CAN协议控制器231不确认CAN帧并且不执行错误信令，因为它没有返回到收发器201、收发器211、收发器221或收发器215、编码器205中的任一个的TXD路径。这是有意的，因为CAN协议控制器231必须不影响它应该监视的数据。但是CAN协议控制器231具有错误检测，例如，格式错误、CRC错误等。
在一个实施例中，收发器201、211、221不支持被设置为待机模式，并且将诸如帧和唤醒模式之类的所有符号以及未被识别为有效CAN协议符号的任何显性状态连续地传递给CAN协议控制器231。CAN协议控制器231被配置为根据ISO 11898-1识别唤醒模式。
在实施例中，CAN协议控制器231能够将通过路径210a或210b接收的数据编码到CAN帧中，如CAN标准中所指定的。这种CAN帧的示例将在下面给出。可以提供这些CAN帧以经由路径231a显示给监视设备200的操作者。
此外，在实施例中，CAN协议控制器231能够将由CAN帧指示的事件映射到特定的CAN节点，并且经由路径232a、232b、232c提供该信息，例如，经由路径232a提供“从第一CAN节点100接收到ACK”，经由路径232b提供“未从第二CAN节点110接收到ACK”，等等。
在另外的实施例中，CAN协议控制器231能够将与错误信令有关的事件映射到特定的CAN节点，并经由路径232a、232b、232c提供该信息，例如，经由路径232a提供“从第一CAN节点100接收到活动错误标志”，等等。
在接下来的部分中，示出了针对三个事件的监视设备200的信号波形；具有成功确认、ACK时隙错误和错误信令的帧传输。应该注意的是，在监视CAN节点时，存在大量事件，包括例如错误标志、格式错误、填充错误、CRC错误、未知帧传输等。
可以使用任何CAN帧格式，但是接下来的附图示出了根据经典基本帧格式(CBFF)的CAN帧，其中还包括来自CAN节点100、110、120的TXD信号103、113、123。这些TXD信号不可用于监视设备200。然而，它们的波形由监视设备200中的收发器201、211、221重建为信号204、214、224，并且出于说明目的示出。
图9示出了由第一CAN节点100执行的CAN帧传输以及由第二CAN节点110和第三CAN节点120执行的成功接收和确认。第二CAN节点110和第三CAN节点120确认帧，因此CAN节点100将传输解释为成功，并且CAN节点100未检测到故障。
从在图9中可以看出的，检测组合的RXD信号210a或210b(即，表示正在通过CAN总线传输的数据的信号)中的帧开始(SOF)比特的CAN协议控制器231检测事件。这是传输图底部处的信号210a、210b中所示的第一显性数据比特。在CAN协议中，跟随11个隐性比特的序列的任何显性比特都将被解释为SOF比特。CAN帧还包括远程传输请求(RTR)比特、标识符扩展(IDE)比特、灵活数据速率帧(FDF)比特、数据长度码(DLC)比特、数据比特(在数据帧的情况下)、循环冗余校验和(CRC)比特、CRC定界符比特、确认(ACK)比特、ACK定界符比特和帧结束(EOF)比特。
注意，在图9-11中，出于说明性目的，相应CAN帧301、311、321的数据(DATA)字段的一部分(以及其余信号的对应部分)已经按时间进行了压缩，因为该字段最多可以包含512个比特。
如果在检测到SOF时，路径204、214、224上的RXD'信号中的任一个为0(即，显性)，则将对应的CAN节点标识为正在发送包括与信号210a或210b一起传输的数据的CAN帧302、303、304的CAN节点。虽然通过针对第二CAN节点110的路径214运送的RXD'信号和通过针对第三CAN节点120的路径224运送的RXD'信号两者均为1(即，隐性)，但通过针对第一CAN节点100的路径204运送的RXD'信号确实为0。因此，第一CAN节点100一定是通过路径210a、210b接收的数据的源。另一种可能性是两个CAN节点同时开始帧传输，因此，信号204、214、224中的多于一个信号可以指示显性SOF比特，而210a、210b指示SOF，并且在此之后在标识符(IDENTIFIER)字段中执行仲裁。
参考通过CAN总线105、115、125运送的信号的电压差Vdiff，在该示例中，第一CAN节点100将总线驱动到显性状态，从而导致Vdiff处于范围241内(参见图5)。监视设备200因此将推断出是第一CAN节点100通过第一CAN总线105发送了显性数据比特，并且因此分别以在范围244内的Vdiff通过第二CAN总线115和第三CAN总线125经由路径213、223将该显性比特路由到第二CAN节点110和第三CAN节点120。
CAN协议控制器231然后将由第一CAN节点100发送并通过路径210a或210b接收的数据编码到CAN帧中，直到在CAN帧的末尾遇到确认时隙(ACK)为止。
如可以看出的，在帧中遇到ACK时隙时，CAN总线组合信号210a或210b指示正在通过CAN总线发送显性数据，并且CAN协议控制器231从路径214、224中检测到第二CAN节点110和第三CAN节点120两者正在发送显性数据，从而成功地确认CAN帧的接收，这用305和306指示。
再次强调，参考通过CAN总线105、115、125运送的信号的电压差Vdiff；在ACK时，在该示例中，第二CAN节点110和第三CAN节点120两者将总线驱动到显性状态，从而导致Vdiff处于范围241中。因此，监视设备200将以在范围244内的Vdiff通过第一CAN总线105经由路径203将显性比特路由到第一CAN节点100。
图10示出了第二CAN节点110和第三CAN节点120未成功确认的帧传输。现在，直到遇到CAN帧311的ACK时隙，行为与参考图9描述的行为相同。因此，如果在检测到SOF时，路径204、214、224上的RXD'信号中的任一个为0(即，显性)，则将对应的CAN节点标识为正在发送包括与信号210a或210b一起传输的数据的CAN帧312、313、314的CAN节点。
然而，在该场景中，在帧中遇到ACK时隙时，CAN总线组合信号210a或210b并不指示正在通过CAN总线发送显性数据，如果CAN帧已经被成功接收则应该是这种情况。
CAN协议控制器231从路径214、224检测到第二CAN节点110和第三CAN节点120两者正在发送隐性数据，因此未成功确认CAN帧的接收。由于第二CAN节点110和第三CAN节点120两者指示它们尚未接收到CAN帧311，因此可能必须重传该帧(未示出)，如包括隐性数据的315、316所示，同时应该与显性数据一起发信号通知ACK。
图11以CRC错误的形式示出了稍微更复杂的场景。再次强调，直到遇到CAN帧321的ACK时隙为止，行为与参考图9和图10描述的行为相同。因此，将第一CAN节点100标识为正在发送包括与信号210a或210b一起传输的数据的CAN帧322的CAN节点。
然而，在第二CAN节点110确认帧321的接收之后，其发送指示CRC不正确的活动错误标志323，并且因此“破坏”该帧，使得其他CAN节点100、120不应读取该帧。在该示例中，CAN节点110具有不正确的行为，因为CAN节点110首先通过发送显性ACK比特将接收到的帧确认为有效(包括正确的CRC校验和)，但随后CAN节点110发送活动错误标志323，这将指示它检测到CRC错误，意味着该帧不是有效的。在该示例中，此时，第三CAN节点120未检测到CRC错误，但是将检测到填充错误，作为第二CAN节点110发送活动错误标志的隐含结果。因此，第三CAN节点120将检测到无效帧(即使第三CAN节点120不知道该帧被第二CAN节点110破坏)，并因此将相应地破坏该帧，如324指示的。325指示信号210a或210b中产生的错误。
如所理解的，可以设想许多用例。在下文中，将讨论用例的简要列表。
1)至少一个CAN节点正在非预期地发送CAN帧，并且需要确定哪个CAN节点正在发送帧。CAN帧标识符未包含在CAN数据库中，因此该数据库无法推断出它是哪个CAN节点。
2)至少一个CAN节点正在非预期地导致CAN错误标志，然后其他CAN节点正确地回显该错误标志。错误标志是对通信错误的指示，并在帧未到达预期的CAN节点的情况下导致失败的帧传输。错误标志永远不会包含在CAN数据库中，因此CAN数据库无法推断出哪个CAN节点负责。需要确定哪个CAN节点正在发送错误标志。
3)CAN节点非预期地没有正在发送帧，但是它可以发送ACK作为对其他CAN节点发送帧的确认。然而，预期所有的CAN节点在同一比特时间发送ACK，因此无法确定该特定的CAN节点是否正在发送ACK。因此，需要确定该CAN节点是否正在发送ACK。
4)至少一个CAN节点正在尝试发送帧，但是在帧传输中存在故障并且不能识别CAN标识符。需要确定哪个CAN节点正在发送帧。
5)至少一个CAN节点正在以不是预期帧格式的格式发送(正常帧、扩展帧、远程帧、灵活数据帧)格式的帧。需要确定哪个CAN节点正在发送该帧。
6)CAN节点正在干扰总线，这导致帧传输失败。需要确定哪个CAN节点正在干扰总线。
7)CAN节点正在通过基本唤醒、唤醒模式(WUP)或通过唤醒帧(WUF)来唤醒CAN网络，并且需要确定哪个CAN节点正在唤醒网络。
8)CAN节点正在通过以不严格符合CAN帧、唤醒模式或唤醒帧的方式发送显性比特和隐性比特来唤醒CAN网络。需要确定哪个CAN节点正在唤醒网络。
图12示出了根据实施例的监视设备200，该监视设备200包括先前讨论的信号路由器202和CAN协议控制器231。然而，在该实施例中，监视设备200还包括存储器240，在其中可以存储和分析发生的事件的全部或选定部分。例如，事件统计可以被提供给操作者。此外，例如通过路径204、214、224、210a或210b运送的单独的信号可以被存储以供操作者或计算机分析。
此外，监视设备200可以设置有显示器300，其中可以显示监视设备200中的任何信号或检测到的事件。在该示例中，路径231a上的CAN帧和(多条)路径232上的事件被提供以供显示给监视设备200的操作者。
此外，监视设备200包括一个或多个处理单元250，可以在其中实现监视设备200的功能。典型地，监视设备200的所有功能(除了显示器300之外)可以由此类(多个)处理单元250执行，例如，收发器201、211、221的功能，信号路由器202的功能，CAN协议控制器231的功能，等等。
因此，根据实施例的监视设备200监视多条CAN总线的方法的步骤实际上可以由以被布置为执行计算机程序260的一个或多个微处理器的形式体现的处理单元250来执行，计算机程序260被下载到与微处理器相关联的合适的存储介质270，例如，随机存取存储器(RAM)、闪速存储器或硬盘驱动器。当将包括计算机可执行指令的适当的计算机程序260下载到存储介质270(例如，非暂时性存储介质)中并由处理单元250执行时，处理单元250被布置为使监视设备200执行根据实施例的方法。存储介质252也可以是包含计算机程序260的计算机程序产品。可替代地，计算机程序260可以通过诸如数字多功能盘(DVD)或存储器棒之类的合适的计算机程序产品传输到存储介质270。作为另一替代方案，计算机程序260可以通过网络下载到存储介质270。处理单元250可以可替代地以数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)等的形式来体现。
在一个实施例中，CAN收发器201、211、221是集成电路(IC)封装的设备，在同一IC封装中具有总线驱动器和总线比较器。在另一实施例中，收发器可以由多个无源组件以及由线性或数字半导体组件构成。
在实施例中，CAN收发器201、211、221可以具有总线驱动器输出电压和总线比较器输入阈值的至少两种配置，其中多种配置中的一种选择的配置正在运行。例如，一种配置可以根据图2，并且另一种配置可以根据图5的右侧。提供了配置选择输入，在一个示例中以数字选择输入引脚的形式提供，在另一示例中存在串行外围设备接口(SPI)总线。
在一个实施例中，至少两条CAN总线105、115、125和至少两个收发器201、211、221以及信号路由器202是CAN总线中继器或CAN总线扩展器的一部分。
在另外的实施例中，CAN总线105、115、125中的两条CAN总线和收发器201、211、221中的两个收发器与简化的信号路由器202一起使用。信号路由器不一定需要具有编码器206、216、226。编码器205是具有两个输入端的编码器，一个输入端是第一收发器的RXD'输出端204，并且一个输入端是第二收发器的RXD'输出端214。与图7相比，信号路由得到简化；第一收发器的RXD'输出端204直接连接到第二收发器的TXD'输入端213，并且直接连接到CAN协议处理设备230。第二收发器的RXD'输出端214直接连接到第一收发器的TXD'203，并且直接连接到CAN协议处理设备230。
在另外的实施例中，至少CAN总线105、115、125和至少收发器201、211、221以及信号路由器202是CAN有源星形耦合器的一部分。
在另外的实施例中，监视设备200的某些或全部部分是具有串行总线协议解码的数字存储示波器的一部分。
CAN分析中的一种方法是被动地且非侵入地监视CAN节点。为了收集有关CAN节点的足够数据，这可能要求延长的监视时间。然而，在某些场景中，可用于监视的时间可能有限并且不足够。在CAN节点的系统中，可能存在由系统的其他节点引起的其他条件，这些条件影响节点操作。如果在测试期间执行独立的CAN节点测试，例如，CAN一致性验证，则可能不一定会出现这些条件。因此，在实施例中，一种方法是通过CAN总线主动地产生并发送信号，从而导致期望的结果，并且监视在操作中的任何CAN节点，例如，CAN节点的错误条件。
接收CAN数据帧的完全相同的比特流的CAN节点同时处理数据链路层中的错误(即，通过针对流中的给定比特同时检测错误并作为响应在流中的下一比特处发送错误标志)。
相反，未接收CAN数据帧的完全相同的比特流的CAN节点可以在不同时间处理数据链路层中的错误。这可能发生在例如恶劣的电气环境(例如，机动车辆)，或由于因CAN总线信号完整性问题而导致的总线拓扑受损。因此，某个CAN ECU可能是或可能不是检测到错误(例如，填充错误)并发送错误标志(通常不是确定性事件)的第一个CAN节点。ISO-11898：1中导致传输活动错误标志的故障限制机制是冗余错误处理的示例，其中CAN节点有助于断言帧的无效，该帧被至少一个CAN节点认为无效。
为了在检测CAN系统中的错误的同时评估特定的CAN节点数据链路层操作，关注两个主要场景：
a)特定CAN节点是检测到数据链路错误并将错误标志(EF)发送到其他CAN节点的第一个节点。其他CAN节点检测到由来自特定节点的错误标志引起的填充错误，并且也发送错误标志，以及
b)至少一个其他CAN节点是检测到数据链路错误并将错误标志(EF)发送到特定CAN节点的第一个CAN节点，该特定CAN节点进而发送错误标志。因此，特定CAN节点检测到由来自另一个节点的错误标志引起的填充错误。
在CAN数据帧的数据字段中未接收到完全相同的应用信号的CAN节点可以以不同的方式或在流中的相关联的比特的不同时刻处理操纵的信号。
为了在接收CAN系统中的操纵的信号的同时评估特定CAN节点应用层操作，关注两个主要场景：
a)特定CAN节点是在数据字段中接收到操纵的信号的唯一节点，而其他CAN节点接收到非操纵的信号，以及
b)所有CAN节点都在数据字段中接收到操纵的信号。
图13示出了根据实施例的监视设备200，其包括在收发器201与信号路由器202之间连接在RXD'路径204中的第一比特流操纵模块281和连接在TXD'路径203中的第二比特流操纵模块291。模块281、291被控制以处理去往和来自一个或多个CAN节点100、110、120(图13中未示出)的CAN数据帧/远程帧的比特操纵。
第一比特流操纵模块281可以可选地被控制以修改从CAN收发器201和第一CAN节点100接收的CAN数据帧中的比特，之后将该帧传递到信号路由器202。操纵的激活或停用可以基于仲裁字段中的CAN帧标识符，即，CAN数据帧/远程帧中的某个比特位置。操纵可能会引入数据链路错误，例如，填充错误、CRC错误、格式错误等。此操纵将导致第二CAN节点110和第三CAN节点120接收操纵的CAN帧，并且预期第二CAN节点110和第三CAN节点120检测到错误并作为响应将错误标志发送到第一CAN节点100。第一比特流操纵模块281可以配备有操纵配置存储器和/或软件可执行指令或类似物。
第二比特流操纵模块291可以可选地被控制以修改从信号路由器202接收的CAN数据帧中的比特，之后将该帧传递到CAN收发器201和第一CAN节点100。该操纵可以基于在仲裁字段中检测到接收到的标识符的特定值，即，CAN数据帧/远程帧中的某个比特位置。该操纵可能会引入例如填充错误、CRC错误、格式错误等。此操纵将导致第一CAN节点100接收操纵的CAN帧，并且预期第一CAN节点100检测到错误并作为响应将错误标志发送到第二CAN节点100和第三CAN节点120。
CAN数据帧/远程帧包含循环冗余校验和，以使得帧的接收方可以将接收到的帧验证为没有数据链路层错误，因此被正确接收(或者可替代地具有错误)。例如，在CBFF格式中，存在15比特CRC。这导致对针对其计算CRC的比特流(包括例如数据字段)的一些较小修改(其中所得到的修改后的数据字段将导致与修改之前相同的CRC)具有一定程度的容忍度。然而，在大多数情况下这是不可能的。因此，除非对CRC也进行了适当的修改，否则仅对CAN数据帧的数据字段进行的大多数可能的修改将使该帧显现为无效(并导致CRC错误)。
第一比特流操纵模块281可以可选地被控制以修改从CAN收发器201和第一CAN节点100接收的CAN数据帧的数据字段和CRC字段中的比特，之后将操纵的CAN帧传递到信号路由器202。如果数据字段被修改，则很可能为了使帧仍然显现为有效并被接收CAN节点110、120认为没有CRC错误而需要重新计算CRC，并且CRC字段也被修改。在数据链路层上不会引起错误。该操纵可以基于在仲裁字段中检测到接收到的标识符的特定值，在数据字段或在CAN数据帧中的特定比特位置中接收到特定信号值。该操纵可以基于CAN数据库，其中定义了CAN数据字段中信号的位置和大小。第一模块281可以基于所得到的数据字段的操纵的内容以及用于CRC计算的其他先前帧字段来重新计算新的正确CRC，并替换CRC字段。
注意，可以使用完整的CAN协议控制器来实现第一比特流操纵模块281，以便对接收到的帧进行解码并且对传递到信号路由器202的新的或修改后的帧进行编码。
第二比特流操纵模块291可以可选地被控制以修改从信号路由器202接收的CAN数据帧的数据字段和CRC字段中的比特，之后将操纵的CAN帧传递到CAN收发器201和第一CAN节点100。如果数据字段被修改，则很可能为了使帧仍然显现为有效并被接收第一CAN节点100认为没有CRC错误而需要重新计算CRC，并且CRC字段也被修改。在数据链路层上不会引起错误。该操纵可以基于在仲裁字段中检测到接收到的标识符的特定值，在数据字段或在CAN数据帧中的特定比特位置中接收到特定信号值。该操纵可以基于CAN数据库，其中定义了CAN数据字段中信号的位置和大小。第二模块291可以基于所得到的数据字段的操纵的内容以及用于CRC计算的其他先前帧字段来重新计算新的正确CRC，并替换CRC字段。
注意，可以使用完整的CAN协议控制器来实现第二比特流操纵模块291，以便对接收到的帧进行解码并且对传递到CAN收发器201的新的或修改后的帧进行编码。
此外，在图13中仅示出了第一比特流操纵模块281和第二比特流操纵模块291。然而，监视设备200还可以在收发器211、221和信号路由器202之间包括对应的比特流操纵模块，分别类似于同样在CAN收发器211、221和信号路由器202之间的281、291。在比特流操纵模块281、291修改比特流的同时，CAN协议处理设备230可以监视CAN节点100、110、120，如先前描述的。
上面已经主要参考一些实施例及其示例描述了本公开的方面。然而，如本领域技术人员容易理解的，在所附专利权利要求书所限定的本发明的范围内，除了上面公开的实施例以外的其他实施例同样是可能的。其他实施例的示例是不同于CAN的其他差分总线系统，其中存在至少两个总线状态，并且使用具有其他传输总线电压电平和接收阈值的收发器以及其他数据链路层协议和其他协议特定事件。
因此，尽管本文已经公开了各个方面和实施例，但是其他方面和实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。本文所公开的各个方面和实施例是出于说明的目的，而不是旨在进行限制，真实的范围和精神由所附权利要求书指示。

Claims (20)

1.一种监视设备(200)监视多条控制器局域网，CAN，总线(105、115、125)的方法，其中，至少一个CAN节点(100、110、120)连接到每条CAN总线(105、115、125)，所述多条CAN总线(105、115、125)经由所述监视设备(200)互连，所述方法包括：
针对每条CAN总线(105)，检测(S101)正在由连接到所述每条CAN总线(105)的CAN节点(100)通过所述每条CAN总线(105)发送的任何显性数据；以及
将由所述监视设备(200)通过所述每条CAN总线(105)接收的所述任何显性数据路由(S102)到所有其余CAN总线(115、125)，而不覆写通过所述其余CAN总线(115、125)发送的任何显性数据。
2.根据权利要求1所述的方法，所述CAN节点(100、110、120)被配置为以在符合由CAN标准规定的针对显性数据的所要求的发送电压范围的范围内的电压电平通过所述CAN总线(105、115、125)输出显性数据，而所述监视设备(200)被配置为以至少比由所述CAN标准规定的针对显性数据的最小接收电平高但比所述CAN节点(100、110、120)被配置为输出显性数据的范围的最低电压电平低的电压电平通过所述CAN总线(105、115、125)输出显性数据，并且被配置为以至少在所述CAN节点(100、110、120)被配置为输出显性数据的范围内的电压电平接收显性数据，其中，检测(S101)由CAN节点(100)通过所述每条CAN总线(105)发送的任何显性数据包括：
检测正在通过所述每条CAN总线(105)被发送的数据的电压电平是否在所述范围内，在这种情况下，CAN节点(100)被检测到通过所述每条CAN总线(105)发送显性数据；其中，将由所述监视设备(200)通过所述每条CAN总线(105)接收的数据路由(S102)到所有其余CAN总线(115、125)包括：
以至少比由所述CAN标准针对显性数据规定的所述最小接收电平高但比所述CAN节点(100、110、120)被配置为输出显性数据的电压电平低的电压电平路由(S102a)所述显性数据。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
如果没有显性数据被检测到已经由连接到所述每条CAN总线(105)的CAN节点(100)发送并且所述监视设备(200)未在发送显性数据，则以符合由所述CAN标准规定的针对隐性数据的所要求的接收器电压范围的电压电平路由(S102b)隐性数据。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括在将数据路由到所述CAN节点(100、110、120)之前进行以下操作：
针对每条CAN总线(105、115、125)，对通过所述其余CAN总线(105、115、125)接收的数据进行编码，以使得如果所述编码的输入中的任何一个或多个输入表示显性数据则所述编码的输出(203、213、223)表示显性数据，并且如果所述编码的所有输入表示隐性数据则所述编码的输出(203、213、223)表示隐性数据。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括：
对通过所述CAN总线(105、115、125)接收的数据进行编码，以使得如果所述编码的输入中的任何一个或多个输入表示显性数据则所述编码的输出(210a、210b)表示显性数据，并且如果所述编码的所有输入表示隐性数据则所述编码的输出(210a、210b)表示隐性数据。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括：
将通过所述CAN总线(105、115、125)接收的数据编码为一个或多个CAN协议符号；
从表示通过所述CAN总线(105、115、125)发送的数据的数据中，识别出被编码为一个或多个CAN协议符号的数据属于所述CAN节点(100、110、120)中的哪一个或多个CAN节点(100)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，识别所述CAN节点(100、110、120)中的表示通过所述CAN总线(105、115、125)发送的数据的数据属于的所述一个或多个CAN节点(100)包括：
在表示通过所述CAN总线(105、115、125)发送的数据的数据中检测帧开始，SOF，比特，所述SOF比特指示数据要在其中被编码的CAN帧的开始。
8.根据权利要求4-7中任一项所述的方法，还包括：
从表示通过所述CAN总线(105、115、125)发送的数据的数据中，检测一个或多个CAN事件以及所述事件针对其发生的一个或多个CAN节点(100、110、120)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：
显示在所述监视设备(100)中监视的任何数据。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：
操纵通过所述CAN总线中的至少一条CAN总线(105)发送的数据以在所述其余CAN总线(115、125)上导致期望的结果，和/或操纵通过所述CAN总线中的至少一条CAN总线(105)接收的数据。
11.一种被配置为监视多条控制器局域网，CAN，总线(105、115、125)的监视设备(200)，其中，至少一个CAN节点(100、110、120)连接到每条CAN总线(105、115、125)，所述多条CAN总线(105、115、125)经由所述监视设备(200)互连，所述监视设备(200)包括处理单元(250)和存储器(270)，所述存储器包含可由所述处理单元(250)执行的指令(260)，由此所述监视设备(200)可操作用于：
针对每条CAN总线(105)，检测正在由连接到所述每条CAN总线(105)的CAN节点(100)通过所述每条CAN总线(105)发送的任何显性数据；以及
将由所述监视设备(200)通过所述每条CAN总线(105)接收的所述任何显性数据路由到所有其余CAN总线(115、125)，而不覆写通过所述其余CAN总线(115、125)发送的任何显性数据。
12.根据权利要求11所述的监视设备(200)，所述CAN节点(100、110、120)被配置为以在符合由CAN标准规定的针对显性数据的所要求的发送电压范围的范围内的电压电平通过所述CAN总线(105、115、125)输出显性数据，而所述监视设备(200)被配置为以至少比由所述CAN标准规定的针对显性数据的最小接收电平高但比所述CAN节点(100、110、120)被配置为输出显性数据的范围的最低电压电平低的电压电平通过所述CAN总线(105、115、125)输出显性数据，并且被配置为以至少在所述CAN节点(100、110、120)被配置为输出显性数据的范围内的电压电平接收显性数据，所述监视设备(200)还可操作用于当检测由CAN节点(100)通过所述每条CAN总线(105)发送的任何显性数据时：
检测正在通过所述每条CAN总线(105)被发送的数据的电压电平是否在所述范围内，在这种情况下，CAN节点(100)被检测到通过所述每条CAN总线(105)发送显性数据；并且所述监视设备(200)还可操作用于当将由所述监视设备(200)通过所述每条CAN总线(105)接收的数据路由到所有其余CAN总线(115、125)时：
以至少比由所述CAN标准针对显性数据规定的所述最小接收电平高但比所述CAN节点(100、110、120)被配置为输出显性数据的电压电平低的电压电平路由所述显性数据。
13.根据权利要求12所述的监视设备(200)，还可操作用于：
如果没有显性数据被检测到已经由连接到所述每条CAN总线(105)的CAN节点(100)发送并且所述监视设备(200)未在发送显性数据，则以符合由所述CAN标准规定的针对隐性数据的所要求的接收器电压范围的电压电平路由隐性数据。
14.根据权利要求12或13所述的监视设备(200)，还可操作用于在将数据路由到所述CAN节点(100、110、120)之前进行以下操作：
针对每条CAN总线(105、115、125)，对通过所述其余CAN总线(105、115、125)接收的数据进行编码，以使得如果所述编码的输入中的任何一个或多个输入表示显性数据则所述编码的输出(203、213、223)表示显性数据，并且如果所述编码的所有输入表示隐性数据则所述编码的输出(203、213、223)表示隐性数据。
15.根据权利要求14所述的监视设备(200)，还可操作用于：
对通过所述CAN总线(105、115、125)接收的数据进行编码，以使得如果所述编码的输入中的任何一个或多个输入表示显性数据则所述编码的输出(210a、210b)表示显性数据，并且如果所述编码的所有输入表示隐性数据则所述编码的输出(210a、210b)表示隐性数据。
16.根据权利要求15所述的监视设备(200)，还可操作用于：
将通过所述CAN总线(105、115、125)接收的数据编码为一个或多个CAN协议符号；
从表示通过所述CAN总线(105、115、125)发送的数据的数据中，识别出被编码为一个或多个CAN协议符号的数据属于所述CAN节点(100、110、120)中的哪一个或多个CAN节点(100)。
17.根据权利要求16所述的监视设备(200)，还可操作用于当识别所述CAN节点(100、110、120)中的表示通过所述CAN总线(105、115、125)发送的数据的数据属于的所述一个或多个CAN节点(100)时：
在表示通过所述CAN总线(105、115、125)发送的数据的数据中检测帧开始，SOF，比特，所述SOF比特指示数据要在其中被编码的CAN帧的开始。
18.根据权利要求11-17中任一项所述的监视设备(200)，还可操作用于：
操纵通过所述CAN总线中的至少一条CAN总线(105)发送的数据以在所述其余CAN总线(115、125)上导致期望的结果，和/或操纵通过所述CAN总线中的至少一条CAN总线(105)接收的数据。
19.一种计算机程序(260)，包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于当在监视设备(200)中包括的处理单元(250)上执行所述计算机可执行指令时使所述监视设备(200)执行根据权利要求1-10中任一项所述的方法。
20.一种计算机程序产品，包括计算机可读介质(270)，所述计算机可读介质上体现有根据权利要求19所述的计算机程序(260)。
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