CN112823496A - 帧屏蔽单元、用于串行总线系统的用户站以及用于在串行总线系统中进行通信的方法 - Google Patents

帧屏蔽单元、用于串行总线系统的用户站以及用于在串行总线系统中进行通信的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于串行总线系统（1）的用户站（10；20；30）的帧屏蔽单元（130；1300）、用于串行总线系统（1）的用户站（10）和用于在串行总线系统（1）中进行通信的方法。帧屏蔽单元（130；1300）具有屏蔽块（132），用于产生选择信号（S_SL），所述选择信号选择用户站（10）的通信控制装置（11）是否允许接收消息（5）的从当前从总线串行地接收的帧（45）中产生的接收信号（RXD1）；以及具有接收信号选择块（133），用于根据由屏蔽块（132）产生的选择信号（S_SL）屏蔽接收信号（RXD1），使得不将接收信号（RXD1）发送给用户站（10）的通信控制装置（11）。

Description

帧屏蔽单元、用于串行总线系统的用户站以及用于在串行总 线系统中进行通信的方法
技术领域
本发明涉及帧屏蔽单元、用于串行总线系统的用户站以及用于在串行总线系统中进行通信的方法，所述串行总线系统以高数据速率和大抗错稳健性工作。在此情况下，在总线系统中可选地根据第一通信协议或第二通信协议进行通信是可能的。
背景技术
总线系统通常被用于例如在车辆中在传感器和控制设备之间进行通信，在所述总线系统中，数据作为消息在作为具有CAN FD的CAN协议规范的标准ISO11898-1：2015中被传输。消息在总线系统的总线用户、例如传感器、控制设备、传送器等之间被传输。
随着技术设备或车辆的功能数量增高，总线系统中的数据流量也增加。对此还经常需要应该比迄今为止更快速地将数据从发送方传输到接收方。其结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情况下更高的位速率传输数据，以CAN FD消息格式创造用于在消息内转换到更高位速率的选项。在这样的技术情况下，通过在数据字段的区域中使用超过1 MBit/s的值的更高时钟脉冲来增加最大可能的数据速率。这样的消息在下文中也被称为CAN FD帧或CAN FD消息。在CAN FD情况下，有效数据长度从8字节扩展到高达64字节，并且数据传输速率比在CAN情况下高得多。
即使基于CAN或CAN FD的通信网络在例如其稳健性方面提供非常多的优点，但是与在例如100 Base-T1以太网情况下的数据传输相比，该基于CAN或CAN FD的通信网络具有低得多的快速性。此外，迄今为止利用CAN FD实现的高达64字节的有效数据长度对于某些应用而言太小。
为了进一步开发基于CAN或CAN FD的通信网络，需要能够实现现有总线系统的简单迁移，使得仍按照现有CAN协议规范工作的用户站在总线系统中也可以与已经按照后继CAN协议规范通信的用户站共存。
发明内容
因此，本发明的任务是提供解决前述问题的帧屏蔽单元、用于串行总线系统的用户站以及用于在串行总线系统中进行通信的方法。尤其是应该提供以下帧屏蔽单元、用于串行总线系统的用户站以及用于在串行总线系统中进行通信的方法：即其中在大的抗错稳健性情况下可以实现高数据速率和每帧有效数据量的增高。
该任务通过具有权利要求1的特征的用于串行总线系统的用户站的帧屏蔽单元来解决。帧屏蔽单元包括：屏蔽块，用于产生选择信号，所述选择信号选择用户站的通信控制装置是否允许接收从消息的当前从总线串行接收的帧中产生的接收信号；以及接收信号选择模块，用于根据由屏蔽块产生的选择信号屏蔽接收信号，使得不将接收信号发送给用户站的通信控制装置。
利用帧屏蔽单元能够实现：总线系统的第一用户站不干扰第二用户站的通信，所述第一用户站在第一通信阶段中使用与第二用户站相同的通信格式，但是在第二通信阶段中使用与第二用户站不同的通信格式，所述通信格式也可以被称为数据传输标准。为此，帧屏蔽单元可以引起：第二用户站的帧在预定的时间段内、即在屏蔽阶段中并且因此（至少/也）在第二通信阶段期间由自身的用户站屏蔽。此外，帧屏蔽单元可以防止：自身的用户站在预定的时间段内、即在屏蔽阶段中甚至在由第二用户站之一将帧发送到总线上期间也将帧发送到总线上。
作为其结果，由于帧屏蔽单元，新的通信格式的通信不受总线上的具有旧的或其他通信格式的帧干扰。因此，可以在第一通信阶段中执行由CAN已知的仲裁，并且与CAN FD相比，仍可以在第二通信阶段中显著提高传输速率。在此情况下，第二通信阶段尤其是包含在屏蔽阶段中。
通过根据CAN FD通信协议工作的用户站与根据CAN FD后继通信协议（随后称为CAN FE）工作的用户站的共存和互操作性，从CAN FD向CAN FE的无缝迁移路径是可能的。尤其是，可以利用前述帧屏蔽单元来加装总线系统的仅应继续使用CAN FD的各个用户站。在需要时，可以从一开始给不能发送和接收CAN FD帧的CAN FE用户站配备相应修改的帧屏蔽单元。因此，在CAN FD和CAN FE总线系统之间不需要网关。
在从属权利要求中说明帧屏蔽单元的有利的其他构型。
根据一种特殊的实施变型，屏蔽块被构成用于代替从总线接收的帧的接收信号将接收信号产生为，使得用户站的通信控制装置进入协议异常状态，在所述协议异常状态下通信控制装置停止（einstellen）向总线发送发送信号，并且其中接收信号选择块被构成用于根据由屏蔽块产生的选择信号将由屏蔽块生成的接收信号发送给用户站（10）的通信控制装置。
可设想的是，屏蔽块被构成用于在由屏蔽块产生的接收信号中将FDF位和res位设置为，使得用户站的通信控制装置进入协议异常状态，在所述协议异常状态下，通信控制装置停止向总线发送发送信号。
根据不同的实施例，检测块可以被设置用于从串行地从总线接收的帧中检测用于屏蔽从串行地从总线接收的帧中产生的接收信号的开始条件和结束条件，其中屏蔽块被构成用于作为对检测块的检测结果的反应而产生选择信号。
根据一种选项，检测块被构成用于对接收信号执行顺序解码，用于评估接收信号。附加地或可替代地，检测块可选地被构成用于基于用户站的通信控制装置理解其数据传输标准的帧的格式来评估接收信号以用于找到开始条件和/或结束条件。
可能地，检测块被构成用于检测和评估总线上的状态，用于检测开始条件和结束条件。附加地或可替代地，检测块可能被构成用于评估数字接收信号，用于检测开始条件和结束条件，所述数字接收信号由从总线接收的帧被产生。
检测块可以被构成用于向屏蔽块输出检测信号，在所述检测信号中，开始条件被编码为边沿变换，所述边沿变换与用于结束条件的边沿变换不同。
可设想的是，以用户站的通信控制装置不理解的数据传输标准发送的帧部分也包含在开始条件和结束条件之间。
附加地或可替代地，可设想的是，开始条件是从当前从总线串行地接收的帧的仲裁字段中产生的接收信号的至少一个位的预定的值。附加地或可替代地，可设想的是，开始条件是总线上的信号的至少一种状态的预定的值，其中结束条件在通信阶段结束之后被定义，在所述通信阶段中，以用户站的通信控制装置不理解的数据传输标准来发送帧的数据。
根据一个实施例，帧屏蔽单元此外具有用于产生发送信号的发送信号产生块，其中在达到所接收的帧的结束条件之前将所有位发送为，使得所述所有位在总线上的总线状态可以被覆写。
可能地，在用于将消息传输到总线上的第一通信阶段中在总线系统的用户站之间协商：在随后的第二通信阶段中用户站中的哪个用户站至少暂时具有对总线系统的总线的排他式无冲突的访问，其中第二通信阶段包括数据字段的传输，其中在总线上传输消息的有效数据。
前述帧屏蔽单元可以是用于串行总线系统的用户站的一部分，其中用户站此外具有通信控制装置，其用于向总线系统的总线发送消息和/或用于从总线系统的总线接收消息，以及具有发送/接收装置，其用于将消息发送到总线上和/或用于从总线接收消息，其中帧屏蔽单元与通信控制装置和发送接收装置接线，并且其中发送/接收装置被构成用于在发送时与消息的帧的位速率无关地为消息的第一数字数据状态产生第一总线状态并且为消息的第二数字数据状态产生第二总线状态，使得第二总线状态可以覆写第一总线状态。
前述用户站可以是总线系统的第一用户站，该总线系统此外具有总线和至少一个第二用户站，所述第二用户站经由用于总线的总线线路与至少一个第一用户站连接，使得至少一个第一用户站和至少一个第二用户站可以彼此串行通信，其中至少一个第一用户站的消息的帧的数据传输标准至少部分地与至少一个第二用户站的数据传输标准不同。
先前提到的任务此外通过根据权利要求14所述的用于在串行总线系统中进行通信的方法来解决。该方法具有以下步骤：利用发送/接收装置将消息发送到总线系统的总线上和/或利用发送/接收装置从总线系统的总线接收消息，利用帧屏蔽单元的屏蔽块产生选择信号，所述选择信号选择总线系统的用户站的通信控制装置是否允许接收从消息的当前从总线串行地接收的帧中产生的接收信号，以及利用接收信号选择块根据由屏蔽块产生的选择信号屏蔽接收信号，使得接收信号不被发送给用户站的通信控制装置。
该方法提供与先前关于帧屏蔽单元或用户站提到的相同的优点。
本发明的其他可能的实现还包括先前或随后关于实施例描述的特征或实施方式的未明确提到的组合。在此，本领域技术人员还将添加单方面作为对本发明的各自基本形式的改善或补充。
附图说明
随后参照附图并且根据实施例更详细地描述本发明。其中：
图1示出根据第一实施例的总线系统的简化框图；
图2示出用于阐明可以由根据第一实施例的总线系统的用户站发送的消息的结构的图解；
图3示出根据前述标准ISO11898-1：2015的CAN FD帧的格式；
图4示出用于阐明在根据第一实施例的总线系统的用户站情况下装入的帧屏蔽单元的结构的图解；
图5示出在根据第一实施例的总线系统的运行中发送的各种信号的信号时序图；
图6示出根据第二实施例的总线系统的简化框图；和
图7示出用于图解在根据第二实施例的总线系统的用户站情况下装入的帧屏蔽单元的结构的图解。
在图中，只要无另外说明，相同或功能相同的元件配备有相同的附图标记。
具体实施方式
作为示例，图1示出总线系统1，如随后描述的那样，所述总线系统尤其是基本上被实施用于CAN总线系统、CAN FD总线系统、CAN FE总线系统和/或其变型。总线系统1可以在车辆、尤其是机动车、飞机等中或者在医院等中使用。
在图1中，总线系统1具有尤其是并行的总线线路3，多个用户站10、20、30连接到所述总线线路3上。经由总线线路3可以在各个用户站10、20、30之间串行地传输信号形式的消息4、5。为此，在信号中使用显性电平或状态401或隐性电平或状态402，所述电平或状态仅在用户站10、20的情况下非常示意性地示出。状态401、402对应于发送用户站10、20、30的TX信号的状态。当在总线线路3上作为差分总线信号传输信号CAN_H和CAN_L之后，由用户站10、20、30作为RX信号接收信号。用户站10、20、30例如是机动车的控制设备、传感器、显示设备等。
如图1中所示的，用户站10具有通信控制装置11和发送/接收装置12，所述发送/接收装置具有发送/接收单元120和帧屏蔽单元130。而用户站20具有通信控制装置21和发送/接收装置22，所述发送/接收装置具有发送/接收单元220和帧屏蔽单元230。用户站30具有通信控制装置31和发送/接收装置32。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分别用于控制各自用户站10、20、30经由总线线路3与连接到总线线路3上的用户站10、20、30中的另一用户站的通信。
通信控制装置11可以像传统的CAN控制器那样来实施。通信控制装置11创建并且读取第一消息4、例如经典CAN消息4。经典CAN消息4根据经典基本格式构建，在所述经典基本格式情况下在消息4中可以包含数量高达8个数据字节。可替代地，经典CAN消息4被构建为CAN FD消息，在所述CAN FD消息情况下可以包含数量高达64个数据字节，所述数据字节此外还以与在经典CAN消息4情况下相比快得多的数据速率被传输。在最后的情况下，通信控制装置11像传统的CAN FD控制器那样来实施。
通信控制装置21创建并且读取第二消息5，所述第二消息5例如是经修改的CAN消息5。在此情况下，基于CAN FE格式来构建经修改的CAN消息5，所述CAN FE格式关于图2更详细地予以描述。
通信控制装置31可以被实施用于根据需求为发送/接收装置32提供经典CAN消息4或CAN FE消息5或者从所述发送/接收装置32接收经典CAN消息4或CAN FE消息5。因此，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由于其数据传输标准、即在这种情况下CAN或CAN FE而区别。可替代地，经典CAN消息4被构建为CANFD消息。在最后的情况下，通信控制装置11像传统的CAN FD控制器那样来实施。
发送/接收装置12可以像传统的CAN收发器或CAN FD收发器那样来实施。除了随后更加精确地描述的区别之外，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可以被实施用于根据需求为通信控制装置31提供按照当前的CAN基本格式的消息4或者按照CAN FE格式的消息5，或者从所述通信控制装置31接收按照当前的CAN基本格式的消息4或者按照CAN FE格式的消息5。发射/接收装置22、32附加地或可替代地可以像传统的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格式的消息5的构成和然后传输以及对这样的消息5的接收。
图2对于消息5示出如由发送/接收装置22或发送/接收装置32发送的CAN FE帧45。
CAN FE帧45被划分成不同的字段、也即起始字段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，用于在总线线路3上进行CAN通信。
起始字段451具有例如也称为SOF位并且指示帧开始或帧起始（Start of Frame）的位。在仲裁字段452中包含用于识别消息的发送方的具有例如32位的标识符。仲裁字段452附加地可以包含由一个或多个位组成的协议格式信息，所述协议格式信息适用于相对于CAN帧或CAN FD帧区分CAN FE帧。
在控制字段453中包含例如13位长的数据长度代码（Data-Length-Code），所述数据长度代码然后可以例如采用具有步长为1的从1直至4096的值或者也可以采用0至4095的值。数据长度代码也可以包括更少或更多的位，并且值范围和步长（Schrittweise）可以采用其他值。控制字段453附加地可以包含由一个或多个位组成的协议格式信息，所述协议格式信息适用于相对于CAN帧或CAN FD帧区分CAN FE帧。
在数据字段454中包含CAN FE帧或消息5的有效数据。根据数据长度代码的值范围，有效数据例如可以具有高达4096个字节。在校验和字段455中包含关于数据字段454中的数据包括填充位在内的校验和，所述填充位在分别10个相同的位之后由消息5的发送方作为反向位插入。在结束字段456中包含至少一个确认位以及此外包含11个相同位的序列，所述相同位指示CAN FE帧45的结束。利用所述至少一个确认位可以通知：接收方是否已经在所接收的CAN FE帧45或消息5中发现了差错。
在用于发送仲裁字段452和结束字段456的阶段中，如在CAN和CAN-FD情况下那样使用物理层（Physical Layer）。该物理层对应于已知的OSI模型（开放系统互连模型（OpenSystems Interconnection Modell））的物理层（Bitübertragungsschicht）或层1。在所述阶段期间的重要点是使用已知的CSMA/CR方法，该CSMA/CR方法允许用户站10、20、30同时访问总线线路3，而不破坏更高优先级的消息4、5。
由此，可以相对简单地给总线系统1添加其他总线用户站10、20、30，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他用户站10、20、30用总线线路3上的显性状态覆写。在隐性状态下，在各个用户站10、20、30处高阻情况，这与总线电路的寄生物相结合地导致较长的时间常数。这导致在真实的车辆使用中将当今CAN FD物理层的最大位速率限制为当前大约每秒2兆位。
只有当用户站20作为发送方赢得了仲裁，并且用户站20作为发送方可以排他地访问总线系统1的总线线路3从而用以发送字段453至456时，控制字段453和数据字段454才由消息5的发送方发送到总线线路3上。在仲裁时，借助于仲裁字段452中的标识符逐位地在用户站10、20、30之间协商哪个用户站10、20、30想要发送具有最高优先级的消息4、5，并且因此在用于发送字段453至455的下一时间内获得对总线系统1的总线线路3的排他访问。
只有当位时间明显超过总线系统1的两个任意用户站10、20、30之间的信号运行时间的两倍长时，在帧45或消息4、5开始处的仲裁以及在帧45或消息4、5结束处在结束字段456中的确认才是可能的。因此，在传输字段451、452、456时，将仲裁阶段中的位速率选择得比在帧45的其他字段中更慢。
所设置的新开发“CAN FE”应该相对于CAN或CAN FD具有以下不同的特性：
a）接管并必要时适配所证明的特性，所述特性负责CAN和CAN FD的稳健性和用户友好性，尤其是具有根据CSMA/CR方法的仲裁和标识符的帧结构，
b）将净数据传输速率升高到约每秒10兆位，
c）将每帧450的有效数据的大小提高到约4kbyte（千字节），
d）可选的：在识别到差错时完全或部分地放弃差错帧（Error Frames）的发送。
与经典CAN和CAN FD相比，仲裁根据CSMA/CR方法保持不变地运行。在仲裁期间，因此此外仅存在两种总线状态、即“pos.显性”和“隐性”。由此减少了用于引入并且转变成根据本发明的总线系统的耗费。通过适当的措施也可以实现CAN FE帧与CAN和/或CAN FD帧共存，或者实现CAN和CAN FD用户站相对于CAN FE帧的容忍。
图3示出CAN FD格式的具有高达64个数据字节的消息4的由用户站10、30之一发送的帧450。帧450以位MSB开始并且以位LSB结束。帧450具有对应于MSB位的SOF位451，以及具有如在CAN FE帧45情况下的前述帧字段、也即仲裁字段452（Arbitration field）、控制字段453（Control field）、数据字段454（Data field）和校验和字段455（CRC field）。
仲裁字段452在基本ID字段和ID-ext字段中包括帧45的标识符（Identifier），其中也可以定义开始条件51，随后参照图3和图4更精确地描述所述开始条件。在基本ID字段和ID ext字段之间设置SRR位和IDE位。RRS位布置在仲裁字段452的结束处。
控制字段453以FDF位开始，随后是res位。之后是BRS位和ESI位。控制字段453以DLC字段结束。如果控制字段453的DLC字段具有值0，则数据字段454不存在。
校验和字段455在字段S_Cnt中包含以8为模的填充位的数量，所述填充位根据位填充规则被插入到了帧450中，也即分别在五个相同的位之后可以插入与此相反的位。此外，校验和字段455在CRC-seq字段中包含CRC校验和，并且以紧接之后的CRC定界符CRC-Del结束。在这里也可以定义结束条件52，所述结束条件随后参照图3和4更精确地予以描述。
所提到的字段和位从ISO11898-1：2015中是已知的，并且因此在这里不再更详细地予以描述。
在图3中说明在本实施例情况下的第一通信阶段457的长度。第一通信阶段457不仅包括仲裁阶段而且包括紧接之后的格式转换阶段，所述格式转换阶段包括FDF位和BRS位之间的阶段，并且在所述格式转换阶段时仲裁已经完成。FDF位指定它是否是CAN FD帧450。在BRS位处，格式基于FDF位从仲裁阶段中的慢位速率被转换成第二通信阶段458的更快位速率。
如果帧450中的BRS位是隐性的，则在第一通信阶段457之后紧接是第二通信阶段458。此外，示出了屏蔽阶段460，所述屏蔽阶段布置在开始条件51和IMF字段的结束之间（所述IMF字段跟随帧结束并且在图3中未示出），并且在所述屏蔽阶段期间帧450的部分被屏蔽，如随后参照图4更加精确地描述的那样。
在图3中，显性位在帧45的下边缘处用粗线表示。隐性位在图3中在帧45的上边缘处用粗线表示。
如图3中所示的，发送方的所属的通信控制装置11、31已创建了帧450，使得SOF位、RRS位和res位是显性的，而SRR、IDE位、FDF位和CRC界定符CRC-Del是隐性的。
本发明的核心是，即使CAN FE协议与CAN FD协议不兼容，CAN FE和CAN FD节点、即例如用户站10、20、30也可以在同一总线处被运行。总线由总线线路3构成。
优点
-好的迁移路径：各个电子控制单元（ECU=electronic control units）可以被装备到CAN FE，而整个总线不必讲（sprechen）CAN FE。
-如果CAN FE和CAN FD的共存是可能的，则CAN FE和CAN FD的较大可接受性
-因为总线线路3可以共同地被使用，所以节省总线线路3。因此，对于CAN FE而言，单独的总线是不必要的。
引言
如果CAN FE（或其他CAN式协议）和CAN FD不兼容，并且两者却应该在相同的总线处被运行，即连接到相同的总线线路3上，则解决方案是“隐藏”CAN FE Frame或CAN FE帧45使CAN FD用户找不到，也即在图1的示例中使用户站10找不到。这可以理由所谓的CAN FE屏蔽模块发生，所述CAN FE屏蔽模块先前称为帧屏蔽单元130。理想地，帧屏蔽单元130一起装入到相应设立的CAN FD收发器中，如图1中所示的。如果用户站20不能理解CAN FD帧450，则可以使帧屏蔽单元230相应地适配于帧屏蔽单元130的后续功能。
在图1的示例情况下，假设
-CAN FE协议（即Frame Format或帧格式）与CAN FD或CAN协议不兼容，
-CAN FE和CAN FD在仲裁阶段中使用兼容的物理层，并且
-节点或用户站30不仅支持CAN FE协议而且支持CAN FD协议，就像当今的CAN FD协议控制器不仅支持经典CAN而且支持CAN FD一样
-节点或用户站10仅支持CAN FD协议
-节点或用户站20仅支持CAN FE协议。
根据一个示例，用户站10或用户站30发送CAN FD帧、即消息4的帧450，并且随后用户站20发送CAN FE帧、也即消息5的帧45。CAN FE节点或用户站30可以接收两个帧45、450。CAN FD节点或用户站10只能接收或理解CAN FD帧450。用户站20只能接收CAN FE帧、即消息5的帧45。
图4示出帧屏蔽单元130，所述帧屏蔽单元也可以被称为屏蔽块，并且在屏蔽阶段460期间屏蔽根据图2的CAN FE帧45。同时，帧屏蔽单元130负责CAN FD节点或用户站10在总线上传输CAN FE帧45期间不试图发送CAN FD帧450。
理想地，如图1所示，帧屏蔽单元130被安置在与发送/接收装置12（收发器）相同的壳体中并且可能被安置在与发送/接收装置12（收发器）相同的硅芯片上。从而节省单独的构件或单独的芯片。
图4示出作为“具有CAN FE屏蔽的收发器”的发送/接收装置12，并且图5示出在这里形成的信号的变化过程。因此，根据图4的发送/接收装置12具有发送/接收单元120和帧屏蔽单元130。所使用的发送/接收装置12或其发送/接收单元120（收发器）必须不仅支持CAN FD物理层，而且支持CAN FE物理层。然而，通信控制装置11仅支持和理解CAN FD帧450。
发送/接收装置12连接到总线线路3上，使得发送/接收装置12可以将用于帧450的差分信号CAN_H、CAN_L发送到总线线路3上，并且可以从总线线路3接收帧45、450。由此，可以在用户站10、20、30之间发生通信。
帧屏蔽单元130（CAN FE屏蔽块）由以下功能块组成，即也可以被称为DetectBlock的检测块131、也可以被称为Shield Block的屏蔽块132和接收信号选择块133。
检测块131（Detect Block）可以部分地解释CAN FD协议，也就是说所述检测块包含极简化的CAN FD协议控制器、即通信控制装置1311。此外，检测块131可以部分地解释CANFE协议，也就是说所述检测块包含极简化的CAN FE协议控制器、即通信控制装置1312。
检测块131具有两个任务、即探测开始条件51（参见上面或图2或图3或图5），自所述开始条件起，非屏蔽阶段461结束以及必须开始屏蔽块132的屏蔽过程并且从而开始根据图2或图3或图5的屏蔽阶段460；和探测结束条件52（参见上面或图2或图3或图5），自所述结束条件起，开始屏蔽过程的结束或者结束屏蔽过程和从而结束根据图2或图3或图5的屏蔽阶段460。在此情况下，开始条件51（本发明的重要特性）说明：自帧（Frame）45、450中的哪个点起不再使CAN FE帧45通过至CAN FD节点、在本示例中也即至用户站10。
在非屏蔽阶段461（图2、图3、图5）期间，协议CAN FE和CAN FD是兼容的。因此，在这里不必进行屏蔽。
根据变型1，开始条件51是CAN FD“Arbitration fields（仲裁字段）”（ISO11898-1：2015）、即仲裁字段452的第N位。因此，检测块131为了在所接收的帧45、450中探测开始条件51使用根据CAN FD协议的帧45的逐位结构作为参考，如在图3中所示的和上面所描述的那样。
为了使开始条件51、也即根据先前提及的变型1的“CAN FD“Arbitration fields（仲裁字段）”（ISO11898-1：2015）”、即仲裁字段452的第N位”起作用，总线上的以下协定适用：
-CAN FD帧、即帧450总是作为1发送帧450的第N位，其中从MSB位开始对帧450的第N位进行计数
-CAN FE帧、即帧45总是作为“0”发送帧45的第N位，其中从MSB位开始对帧45的第N位进行计数
-这相反地也是可能的。在这样的替代方案情况下，通信控制装置11、31总是作为“0”发送帧450的第N位，而通信控制装置21、31总是作为“1”发送帧45的第N位
-如果CAN FD在第N位之前在帧450中具有一个或多个位，所述位必须具有固定值（1或0），则CAN FE也必须在其帧45中如此选择所述（一个或多个）位。通过选择标识符（ID）位，这应该几乎总是可能的。这相反地也适用。
根据一个示例，N=11适用，在CAN FD情况下，从位MSB来看，这是图3的帧450中的第11 ID位。因此，在发送仲裁字段452时，屏蔽阶段460在第一通信阶段457中开始。对于CANFD帧450，该位应该总是为“1”（隐性）。于是适用的是：
-CAN FD ID空间：xxxxx 1（x = 0或1）
-CAN FE ID空间：xxxxx xxxxx 0xx ...（x = 0或1）。
代替一个位，可替代地可以选择位组合作为开始条件51，例如ID位8至11必须具有值“0011”。在这种情况下，检测块131具有多于一个位的位字段来探测是否存在用于屏蔽CAN FE帧45的开始条件51。
在帧45、450的开始处必须选择开始条件51的所述一个位或多个位到如此程度使得在CAN FD和CAN FE帧格式之间不出现冲突，其中CAN FE作为示例代表未来CAN式协议帧格式。
根据检测块131应该检测的开始条件51的变型2，可替代地或附加地可以将显性总线状态的其他编码用作开始条件51。例如，如果CAN FE帧450在帧450的第一位中显性地发送，其中VDIFF=5V，这明显大于在CAN FD情况下，则检测块131识别出：当前CAN FE帧45在总线上。在此情况下，VDIFF代表信号CAN_H-CAN_L的差电压。
仅当如在该变型2中那样，关于（über）物理层的开始条件51被编码时，才需要信号CAN_H和CAN_L，如在图3的检测块131情况下所示。
可能的是，尤其是在总线系统1投入运行时或在对总线系统1进行维护时，固定地对开始条件51进行编码或者可替代地针对运行时间配置开始条件51。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
检测块131例如通过从0向1的边沿变换，利用“所探测的”信号（随后称为信号S_D）将开始条件51的出现报告给屏蔽块132。因此检测块131产生信号S_D作为检测结果。
可选地，检测块131附加地被构成用于解释所接收的CAN FE帧45。因此，检测块131还知道所接收的CAN FE帧45的长度，并且因此还可以预测所接收的CAN FE帧45何时将结束。当然，相同内容适用于所接收的CAN FD帧450。分别接收的帧45、450的解释利用通信控制装置1311、1312进行。
关于用于屏蔽所接收的CAN FE帧45的结束条件52适用的是，结束条件52理想地被固定编程，但是可替代地结束条件52也可能地可配置的。自结束条件52起，开始结束前述屏蔽过程。由于检测块131可以至少部分地解释CAN FE协议，即利用通信控制单元1312，因此结束条件52是识别帧45中的任意点、例如在CAN FE帧45的结束处的确认位或结束字段456中的位序列。与控制字段453、数据字段454和校验和字段455中的位相比，结束字段456中的位非常长，这能够实现：结束字段456中的位能够良好地被用作要识别的位序列。对此的原因是，信号RXD1的“0”或“1”的时间上长的阶段不能出现在控制字段453、数据字段454和校验和字段455中。
结束条件52被选择为使得CAN FD节点、即在这里为用户站10和CAN FE节点、即在这里为用户站20同时准备发送下一帧45、450。检测块131例如通过从1向0的边沿变换利用信号S_D将结束条件52的出现报告给屏蔽块132。在此情况下，选择结束条件52使得结束条件52可以简单地被探测，并且被屏蔽的用户站可以与其他用户站同步地开始发送下一帧45、450。
对于CAN FE帧45的每种类型的结束都必须给出结束条件52，例如：
Figure 146633DEST_PATH_IMAGE001
第一结束条件52：正常结束CAN FE帧45；
Figure 63774DEST_PATH_IMAGE002
第二结束条件52：由于差错而中止CAN FE帧45。
屏蔽块132（Shield Block）借助于接收信号选择块133负责：CAN FD节点、即在本示例中为用户站10在接收CAN FE帧45时作为信号RX获得由屏蔽块132（Shield Block）生成的信号RXD，而不获得由收发器最初接收的信号RXD1。为此，屏蔽块132此外生成信号“select（选择）”，其随后被称为选择信号S_SL。接收信号选择块133可以被实施为多路复用器。
屏蔽块132可选地借助于信号S_D将其位极限同步到所接收的CAN FE帧450的位极限。此外，可能需要的是，屏蔽块132在识别到结束条件52之后多次同步到总线处的相位。这可以借助于RXD1信号或可选地经由另一信号“sync”发生，该另一信号“sync”随后被称为同步信号S_SY，并且从检测块131被传送给屏蔽块132。
屏蔽块132将信号RX生成为，使得如果CAN FD节点、即用户站10的通信控制装置11仍处于发送模式下，则该CAN FD节点失去仲裁。对此，屏蔽块132借助于由其产生的其接收信号RXD继续迄今为止接收的CAN帧45。在此，屏蔽块132将接收信号RXD的所有ID位作为显性的发送给用户站10的通信控制装置11，以便CAN FD节点、即用户站10失去仲裁。
如图4中所示的，屏蔽块132不仅将信号RXD而且将选择信号S_SL输出给接收信号选择块133。
可选地可能的是，屏蔽块132使用通信控制装置11的信号TX，用以确定CAN FD节点、即用户站10已经失去了仲裁。屏蔽块132从CAN FD节点、即用户站10仅还发送隐性（“1”）来识别出这一点。为此，屏蔽块132也可以具有通信控制装置1321，所述通信控制装置1321将信号TX、RXD1彼此进行比较。
附加地（重要！），屏蔽块132在信号RXD中发送FDF位= 1和res位= 1。这两个位构成条件53（图5）并且导致CAN FD节点、即用户站10、更确切地说其通信控制装置11变换到协议异常状态459（ISO11898-1：2015的Protocol Exception State（协议异常状态）），该协议异常状态在图5中予以图解。自这一点起，用户站10（CAN FD节点）等待足够长的隐性（1）位序列54（图5）以便离开协议异常状态459。然后，屏蔽块132（在使用仲裁阶段或第一通信阶段457的慢位速率情况下）发送至少每第十一个位作为显性的，用以确保用户站10（CAN FD节点）、更确切地说其通信控制装置11保持在协议异常状态下。因为十一个隐性位将会由用户站10（CAN FD节点）解释为使得帧45结束并且用户站10（CAN FD节点）允许再次发送。
因为屏蔽块132知道历史、即在识别出了开始条件之前的位，所以借助于信号RXD1，屏蔽块132在借助于信号RXD继续仲裁字段452时可以遵守位填充规则。如先前关于图3所提到的，根据位填充规则在消息4中可以在五个相同的位之后插入与之相反的位。位填充规则对于消息5可以不同，使得可以例如在十个相同的位或其他数量的位之后插入与之相反的位，如先前关于图2所提到的。
一旦图4的屏蔽块132接收结束条件52（由检测块131借助于信号“detected（被探测）”（其也可以被称为信号S_D）通知），块132就在信号RXD中将位序列发送给用户站10（CANFD节点），所述位序列仅仅在结束处具有11个连续的隐性（逻辑“1”）位。位序列的长度被选择为使得总线处的用户站10（CAN FD节点）和其他节点或用户站20、30同步地在该位序列之后的位中试图发送新的帧45、450。紧接该位序列（即在11个隐性位之后），屏蔽过程（Shield过程）结束，并且再次切换接收信号选择块133，使得RXD1位从用户站10（CAN FD节点）的发送/接收单元120（收发器）通过到通信控制装置11。因此，用户站10的通信控制装置11再次接收信号RXD1作为信号RX。
图5根据前述信号随时间t的变化过程示出“CAN FE屏蔽块”的作用原理的示例。在此假设：
- 开始条件51：ID的第11位=“0”，
- 所观察的用户站10（CAN FD节点）刚好不发送帧450。
因此，图5示出用于“具有CAN FE屏蔽的CAN FD收发器”的功能的示例性信号时间图。
根据前述实施例的修改，如果这在应用中应该是期望的，则应用帧屏蔽单元130的原理，用以对于用户站20屏蔽CAN FD帧450。为此，相应地配置先前提到的开始条件51和结束条件52，以便对于用户站20屏蔽CAN FD帧450而不是CAN FE帧45。
图6示出总线系统1的第二实施例。在图6中，以与图1相比稍微经修改的图示示出具有作为CAN FE和CAN FD用户站10、30、200的另一示例的CAN FD节点10和两个CAN FE节点30、200的总线。节点或用户站10、30、200在图6中也连接到总线线路3上。像图1的总线线路3那样，通过总线线路3构成的总线拥有总线终端，该总线终端用附图标记35表示。尤其是根据先前提到的CAN协议规范，终端35是具有120欧姆的值的电阻。
在第二实施例情况下，与根据前图的第一实施例不同地适用的是，节点或用户站30、200不仅支持CAN FE协议而且支持CAN FD协议。因此，与图1的用户站20不同，用户站200不需要帧屏蔽单元230。节点或用户站10、30、200关于总线访问进行仲裁。具有最高优先级的Frame或帧45、450在总线上得以实现并且被传输。
此外，用户站10、30、200具有与先前关于前一实施例所描述的相同的功能。图7示出根据前述总线系统1的第三实施例的帧屏蔽单元1300。图7示出根据CAN FE协议的构型可以使用的另一选项。帧屏蔽单元1300除了图4的帧屏蔽单元130的块之外，还具有发送信号选择块134。屏蔽块132产生选择信号S_SL2，所述选择信号S_SL2被输入到发送信号选择块134。选择信号S_SL2也可以称为信号“select2”。发送信号选择块134可以被实施为多路复用器。
在帧屏蔽单元1300情况下考虑：可能的是CAN FE和CAN FD不同，使得CAN FD节点（例如用户站10）与CAN FE帧45的结束同步地（包括在两个相继的帧45、450之间的间隔（帧间间隔（interframe Space））在内）准备再次在总线上发送不总是可能的。在这种情况下，必须可能防止CAN FD协议控制器（例如通信控制装置11）通过TXD连接端（引脚）在总线上发送某些内容。
如图7中所示的，为此屏蔽块132借助于选择信号S_SL2切换发送信号选择块134，使得代替通信控制装置11（CAN FD协议控制器）的信号TX，将逻辑“1”（隐性的，不驱动总线电压）被提供给发送/接收单元120（CAN FD收发器）。一直保持此状态，直到CAN FD节点（例如用户站10）与CAN FE帧45的结束同步地（包括在两个相继的帧45、450之间的距离（之后为帧间间隔）在内）允许再次向总线上发送。
由此，通信控制装置11的信号TX不干扰CAN FE帧45的传输。
总线系统1的用户站10、20、30、200的帧屏蔽单元130、230、1300以及在其中执行的方法的所有前述构型可以单独地或以所有可能的组合被使用。尤其是，可以任意地组合前述实施例和/或其修改的所有特征。附加地或可替代地，尤其是以下修改是可设想的。
根据基于CAN协议的总线系统描述了根据实施例的前述总线系统1。然而，根据实施例的总线系统1也可以是其他类型的通信网络，其中可以以两种不同的位速率串行地传输数据。有利的、但不是强制性的前提条件是，在总线系统1情况下至少在特定的时间间隔内保证用户站10、20、30对公共信道的排他式无冲突的访问。
实施例的总线系统1的用户站10、20、30、200的数量和布置是任意的。可能的是，用户站10中一个或多个存在于总线系统1中。可能的是，用户站20中的一个或多个存在于总线系统1中。可能的是，用户站30中的一个或多个存在于总线系统1中。可能的是，用户站200中的一个或多个存在于总线系统1中。
可能地，用于串行总线系统（1）的用户站（10；20；30），所述用户站具有通信控制装置（11；21；31），其用于创建可以串行地发送给总线系统（1）的至少一个其他用户站（20；30；10）的消息（4；5；50；500）或者用于读取由总线系统（1）的至少一个其他用户站（20；30；10）串行地接收的消息（4；5；50；500）；以及具有发送/接收装置（12；22；32），其用于将所创建的消息（4；5；50；500）在总线线路（3）上发送给总线系统（1）的至少一个其他用户站（20；30；10）或者用于从总线线路（3）接收消息（4；5；50；500），其中通信控制装置（11；21；31）和/或发送/接收装置（12；22；32）被构成用于在要发送的消息（4；5；50；500）中设置用于ACK信号（461）的ACK时间窗口（46）和/或用于NACK信号（471）的NACK时间窗口（47）用于用信号通知：至少一个其他用户站（20；30；10）在所发送的消息（4；5；50；500）中是否已经识别出差错，并且其中发送/接收装置（12；22；32）被构成用于在至少一个所设置的时间窗口（46、47）中在发送给至少一个其他用户站（20；30；10）时在总线线路（3）上不驱动电平。

Claims (14)

1.一种用于串行总线系统（1）的用户站（10；20）的帧屏蔽单元（130；230；1300），所述帧屏蔽单元具有：
屏蔽块（132），用于产生选择信号（S_SL），所述选择信号选择所述用户站（10；20）的通信控制装置（11；21）是否允许接收消息（5；4）的从当前从总线串行地接收的帧（45；450）中产生的接收信号（RXD1），以及
接收信号选择块（133），用于根据由所述屏蔽块（132）产生的选择信号（S_SL）屏蔽所述接收信号（RXD1），使得不将所述接收信号（RXD1）发送给所述用户站（10；20）的通信控制装置（11；21）。
2.根据权利要求1所述的帧屏蔽单元（130；230；1300），
其中所述屏蔽块（132）被构成用于代替从所述总线接收的帧（45；450）的接收信号（RXD1）将接收信号（RXDs）产生为，使得所述用户站（10；20）的通信控制装置（11；21）进入协议异常状态，在所述协议异常状态下所述通信控制装置（11；21）停止向所述总线发送发送信号（TX），并且
其中所述接收信号选择块（133）被构成用于根据由所述屏蔽块（132）产生的选择信号（S_SL）将由所述屏蔽块（132）产生的接收信号（RXDs）发送给所述用户站（10；20）的通信控制装置（11；21）。
3.根据权利要求1或2所述的帧屏蔽单元（130；230；1300），
其中所述屏蔽块（132）被构成用于在由所述屏蔽块（132）产生的接收信号（RXDs）中将FDF位和res位设置为，使得所述用户站（10；20）的通信控制装置（11；21）进入协议异常状态，在所述协议异常状态下，所述通信控制装置（11；21）停止向所述总线发送发送信号（TX）。
4.根据前述权利要求中任一项所述的帧屏蔽单元（130；230；1300），此外具有：
检测块（131），用于从串行地从所述总线接收的帧（45；450）中检测用于屏蔽从串行地从所述总线接收的帧（45；450）中产生的接收信号（RXD1）的开始条件（51）和结束条件（52），
其中所述屏蔽块（132）被构成用于作为对所述检测块（131）的检测结果的反应产生所述选择信号（S_SL）。
5.根据权利要求4所述的帧屏蔽单元（130；230；1300），
其中所述检测块（131）被构成用于对所述接收信号（RXD1）执行顺序解码，用于评估所述接收信号（RXD1），和/或
其中所述检测块（131）被构成用于基于所述用户站（10；20）的通信控制装置（11；21）理解其数据传输标准的帧（45；450）的格式来评估所述接收信号（RXD1）以用于找到所述开始条件（51）和/或结束条件（52）。
6.根据权利要求4或5所述的帧屏蔽单元（130；230；1300），
其中所述检测块（131）被构成用于检测和评估所述总线上的状态，用于检测所述开始条件（51）和结束条件（52），和/或
其中所述检测块（131）被构成用于评估从接收自所述总线的帧（45；450）中产生的数字接收信号（RXD1），用于检测所述开始条件（51）和所述结束条件（52）。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的帧屏蔽单元（130；230；1300），其中所述检测块（131）被构成用于将检测信号（S_D）输出给所述屏蔽块（132），其中所述开始条件（51）被编码为与用于所述结束条件（52）的边沿变换不同的边沿变换。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的帧屏蔽单元（130；230；1300），其中在所述开始条件（51）和所示结束条件（52）之间还包含所述帧（45）的以所述用户站（10；20）的通信控制装置（11；21）不理解的数据传输标准发送的部分。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的帧屏蔽单元（130；230；1300），
其中所述开始条件（51）是从当前从所述总线串行地接收的帧（45；450）的仲裁字段（452）中产生的接收信号（RXD1）的至少一个位的预定的值，和/或
其中所述开始条件（51）是所述总线上的信号的至少一种状态的预定的值，
其中所述结束条件（52）在通信阶段（458）结束之后被定义，其中以用户站（10；20）的通信控制装置（11；21）不理解的数据传输标准发送所述帧（45；450）的有效数据。
10.根据前述权利要求中任一项所述的帧屏蔽单元（1300），此外具有：
发送信号选择块（134），用于选择发送信号（TXD1），其中在达到所接收的帧（45；450）的结束之前，所有位都被发送为，使得在总线上的所述所有位的总线状态能被覆写。
11.根据所述权利要求中任一项所述的帧屏蔽单元（130；230；1300），
其中在第一通信阶段中为了将消息（4；5）传输到所述总线上在所述总线系统（1）的用户站（10、20、30）之间协商：在随后的第二通信阶段中所述用户站（10、20、30）中的哪一个用户站至少暂时地排他地、无冲突地访问所述总线系统（1）的总线，
其中所示第二通信阶段（458）包括数据字段（454）的传输，在所述数据字段中所述消息（4；5）的有效数据在总线上被传输。
12.一种用于串行总线系统（1）的用户站（10），具有：
通信控制装置（11），用于将消息（4）发送到所述总线系统（1）的总线和/或用于从所述总线系统（1）的总线接收消息（4；5），和
发送/接收装置（12），用于将所述消息（4）发送到所述总线上和/或用于从所述总线接收消息（4；5），以及
根据前述权利要求中任一项所述的帧屏蔽单元（130；1300），所述帧屏蔽单元与所述通信控制装置（11）和所述发送接收装置（12）接线，
其中所述发送/接收装置（12）被构成用于在发送时与消息（4）的帧（450）的位速率无关地为所述消息（4）的第一数字数据状态产生第一总线状态（401），并且为所述消息（4）的第二数字数据状态产生第二总线状态（402），使得所述第二总线状态（402）能够覆写所述第一总线状态（401）。
13.一种总线系统（1），具有
总线（40），
至少一个第一用户站（10），其被构成为根据权利要求12所述的用户站，以及
至少一个第二用户站（20；30；200），所述第二用户站经由用于所述总线的总线线路（3）与所述第一用户站（10）连接，使得至少一个第一用户站（10）和至少一个第二用户站（20；30；200）能够串行地彼此通信，
其中所述至少一个第一用户站（10）的消息（4）的帧（45）的数据传输标准至少部分地与所述至少一个第二用户站（20；30；200）的数据传输标准不同。
14.一种用于在串行总线系统（1）中进行通信的方法，其中所述方法包括以下步骤：
利用发送/接收装置（12；22；32）将消息（4；5）发送到所述总线系统（1）的总线上，和/或
利用所述发送/接收装置（12；22；32）从所述总线系统（1）的总线（40）接收消息（4；5），
利用帧屏蔽单元（130；1300）的屏蔽块（132）产生选择信号（S_SL），所述选择信号选择所述总线系统（1）的用户站（10）的通信控制装置（11）是否允许接收从消息（5）的当前从所述总线串行地接收的帧（45）中产生的接收信号（RXD1），并且
利用接收信号选择块（133）根据由所述屏蔽块（132）产生的选择信号（S_SL）屏蔽所述接收信号（RXD1），使得不将所述接收信号（RXD1）发送给所述用户站（10）的通信控制装置（11）。
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