CN112956161A - 用于串行总线系统的用户站的错误帧屏蔽单元和用于串行总线系统中的通信的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于串行总线系统（1）的用户站（10；20；30）的错误帧屏蔽单元（130；230；330）和一种用于串行总线系统（1）中的通信的方法。所述错误帧屏蔽单元（130；230；330）包括：屏蔽决策块（233），用于产生信号（S_D），在所述总线系统（1）的总线（40）上传输消息（46）期间，所述信号说明了由所述用户站（10；20；30）基于接收到所述消息（46）而创建的发送信号（TX）是否应该被发送到所述总线（40）上；和发送信号选择块（235），用于根据由所述屏蔽决策块（233）产生的信号（S_D）来阻止所述发送信号（TX），使得错误帧（47）不被发送到所述总线（40）上，所述发送信号应该利用在所述总线（40）上的所述错误帧（47）来表明在从所述总线（40）接收到的消息（46）中有接收错误。

Description

用于串行总线系统的用户站的错误帧屏蔽单元和用于串行总 线系统中的通信的方法

技术领域

本发明涉及一种用于串行总线系统的用户站的错误帧屏蔽单元和一种用于串行总线系统中的通信的方法，利用该错误帧屏蔽单元和该方法能够选择性地按照第一通信协议或第二通信协议来实现总线系统中的通信，其中按照第二通信协议的通信比在第一通信协议的情况下以及在其它物理层的情况下的比特率更高。

背景技术

目前，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，越来越频繁地使用总线系统，在该总线系统中，数据作为在作为CAN协议规范的ISO11898-1:2015标准下的消息以CAN FD来被传输。这些消息在总线系统的用户站、如传感器、控制设备、发生器等等之间被传输。在这种情况下，在车辆中，CAN FD目前在入门阶段在第一步骤中大多在传输数据字段的比特时以2Mbit/s的数据比特率来使用而在传输所有其它比特、尤其是仲裁字段的比特时以500kbit/s的仲裁比特率来使用。

不仅在传输仲裁字段时而且在传输数据字段时都使用同一物理层，该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。在此，区分两个总线状态，即“显性”（对应于逻辑或数字0）和“隐性”（对应于逻辑或数字1）。由于隐性总线状态不是主动被驱动，所以隐性总线状态可被显性总线状态覆盖，由此能够实现仲裁。然而，隐性总线状仅仅相对缓慢地通过总线系统的终端电阻来调整。这一方面阻碍了更快的数据传输。然而另一方面，按照上述ISO11898-1:2015标准的仲裁确保了在传输数据字段期间用户站中的仅仅一个用户站独占地并且无冲突地发送其数据。由此，能够在仲裁之后在不需要重复的情况下经由总线更可靠地传输数据。总体而言，这一并有助于加快数据传输。

即，如果应该保持仲裁的优点并且还比以往进一步提高传输率，则必须找到一种解决方案，该解决方案减少了在按照上述ISO11898-1:2015标准的仲裁时传输率缓慢的缺点。在此，为了现有总线系统的简单迁移，还应该实现：仍按照现有CAN协议规范进行工作的用户站在总线系统中也可以与已经按照后继CAN协议规范进行通信的用户站共存。

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的错误帧屏蔽单元和一种用于串行总线系统中的通信的方法，该错误帧屏蔽单元和该方法解决了上述问题。尤其应该提供一种用于串行总线系统的用户站的错误帧屏蔽单元和一种用于串行总线系统中的通信的方法，其中也能够实现按照ISO11898-1:2015标准或者按照后继CAN协议规范进行通信的用户站的共存。

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错误帧屏蔽单元来解决。该错误帧屏蔽单元具有：屏蔽决策块，用于产生信号，在总线系统的总线上传输消息期间，该信号说明了由用户站基于接收到该消息而创建的发送信号是否应该被发送到总线上；和发送信号选择块，用于根据由屏蔽决策块产生的信号来阻止发送信号，使得错误帧不被发送到总线上，该发送信号应该利用在总线上的错误帧来表明在从总线接收到的消息中有接收错误。

利用该错误帧屏蔽单元，能够实现：总线系统的在第一通信阶段使用与第二用户站相同的通信格式但是在第二通信阶段使用与第二用户站不同的通信格式的第一用户站不干扰第二用户站的通信。为此，该错误帧屏蔽单元可以在作为第二通信阶段的数据阶段将自己的用户站的错误帧（Error-Flags（错误标志））与总线屏蔽开。但是，能够在作为第一通信阶段的仲裁阶段使用错误帧（Error-Flags）。

因此，在第一通信阶段能执行CAN公知的仲裁，并且在第二通信阶段仍然能相对于CAN FD而言显著提高传输率。由此，即使在数据阶段使用不同的物理层，也可以在仲裁阶段执行经由错误帧（Error-Flags）对错误的传达。

用户站能够实现：通过发送存在于CAN FD中的“res-Bit:=1”可以被切换到新的帧格式，而且然后基于该错误帧屏蔽单元在有错误时使在新的帧格式下的通信不受总线上的错误帧（Error Flag）干扰。

由于按照CAN FD通信协议进行工作的用户站与按照CAN FD后继通信协议（以下称为CAN NG）进行工作的用户站的共存和互通性，从CAN FD朝向CAN NG的无缝迁移路径是可能的。因此，总线系统的应继续仅使用CAN FD的各个用户站可以被加装上述错误帧屏蔽单元，其中CAN NG用户站也可以从一开始就被装备该错误帧屏蔽单元，这些CAN NG用户站也可以发送和接收CAN FD帧。因而，在CAN FD与CAN NG总线系统之间不需要网关。

该错误帧屏蔽单元的其它有利的设计方案在从属权利要求中说明。

按照一个特殊的实施变型方案，上述错误帧屏蔽单元具有：数据阶段检测块，用于检测在总线上串行传输的消息的数据阶段；和发送方检测块，用于检测用户站目前是否是消息的发送方，其中屏蔽决策块被设计为：作为对数据阶段检测块的检测结果和发送方检测块的检测结果的反应，产生该信号。

按照一个选项，数据阶段检测块被设计为：为了检测数据阶段，检测总线上的状态。按照另一选项，数据阶段检测块被设计为：为了检测数据阶段，对根据从总线接收到的消息所产生的数字接收信号进行分析。

发送方检测块可能被设计为：对由用户站发送到总线的发送信号进行分析。在这种情况下，发送方检测块可以被设计为：为了分析发送信号，对发送信号的边沿变换进行计数。替选地或附加地，发送方检测块可以被设计为：为了分析发送信号，实施对发送信号的顺序解码。替选地或附加地，发送方检测块可以被设计为：为了分析发送信号，将发送信号与根据从总线接收到的消息所产生的数字接收信号进行比较。

可设想的是，该错误帧屏蔽单元还具有接收信号决策块，用于判断该错误帧屏蔽单元将哪个接收信号转交给自己的用户站，其中接收信号决策块被设计为：根据用户站是否发送错误帧的结果以及根据由屏蔽决策块产生的信号来做出该判断。

按照一个特殊的变型方案，该错误帧屏蔽单元还具有发送信号生成块，用于产生发送信号，在消息的数据阶段之后，在该发送信号中用信号通知在用户站处检测到了接收错误，其中发送信号生成块被设计为：如果由接收信号决策块产生的信号说明了错误帧已被阻止发送到总线上，则产生该发送信号并且将该发送信号发送到总线。

可能在第一通信阶段为了将消息传输到总线上而在总线系统的用户站之间协商这些用户站中的哪个用户站在随后的第二通信阶段至少暂时具有对总线系统的总线的独占的、无冲突的访问，其中第二通信阶段是数据阶段，在该数据阶段，在总线上传输消息的有效数据。

上述错误帧屏蔽单元可以是串行总线系统的用户站的部分，其中用户站还具有：通信控制装置，用于将消息发送到总线系统的总线和/或用于从总线系统的总线接收消息；和发送/接收装置，用于将消息发送到总线上，其中该错误帧屏蔽单元与通信控制装置和发送/接收装置接线，其中发送/接收装置被设计为：在以第一比特率来进行发送时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盖第一总线状态，而且其中发送/接收装置被设计为：在以比第一比特率更高的第二比特率来进行发送时，产生不同的总线状态，使得用于消息的不同的数字数据状态的总线状态不能相互覆盖，而且其中该错误帧屏蔽单元被设计为：检测发送/接收装置什么时候从以第一比特率进行发送切换到以第二比特率进行发送以及从以第二比特率进行发送切换到以第一比特率进行发送。

上述用户站中的至少两个用户站可以是总线系统的部分，该总线系统还具有总线，使得所述至少两个用户站经由该总线来彼此连接，使得所述至少两个用户站可以彼此进行串行通信。在这种情况下，所述至少两个用户站中的至少一个用户站是之前描述的用户站。

上述总线系统可能还具有至少一个附加的用户站，为了在总线上传输消息，该至少一个附加的用户站只被设计为：在消息的第一和第二通信阶段，在总线上产生总线状态，使得第二总线状态可以覆盖第一总线状态，其中该至少一个附加的用户站经由总线与所述至少两个用户站连接，使得这些用户站可以彼此进行串行通信，其中该至少一个附加的用户站具有上述错误帧屏蔽单元，其中上述用户站中的至少一个用户站和该至少一个附加的用户站的错误帧屏蔽单元被设计为：当由屏蔽决策块产生的信号表明目前在第二通信阶段接收到用户站的通信控制装置由于错误而不能理解其格式的消息时，并且当该至少一个附加的用户站的通信控制装置在此期间试图发送错误帧时，阻止错误帧。

上述任务还通过根据权利要求12所述的用于串行总线系统中的通信的方法来解决。该方法具有如下步骤：用发送/接收装置来将消息发送到总线系统的总线上；和/或用发送/接收装置从总线系统的总线接收消息；用屏蔽决策块来产生信号，在从总线接收到消息的情况下，该信号说明了由用户站基于接收到该消息而创建的发送信号是否应该被发送到总线上；以及用发送信号选择块，根据由屏蔽决策块产生的信号来阻止发送信号，使得错误帧不被发送到总线上，在总线上有错误帧的情况下，该发送信号应该表明在从总线接收到的消息中有接收错误。

该方法提供了与之前关于该用户站所提到的优点相同的优点。

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方案或补充方案添加到本发明的相应的基本形式。

附图说明

随后，本发明参考附图并且依据实施例更详细地予以描述。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构造的简图；

图3示出了用于阐明在按照第一实施例的总线系统的用户站处嵌入的错误帧屏蔽单元的构造的简图；以及

图4示出了在按照第一实施例的总线系统运行时被发送的不同信号的信号时序图。

在这些附图中，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 FD后继总线系统（也称作CAN NG总线系统）和/或它们的变型，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具有多个用户站10、20、30，这些用户站分别连接到具有第一总线芯线41和第二总线芯线42的总线40上。总线40在其两端用终端电阻50来封闭。总线芯线41、42也可以被称为CAN_H和CAN_L，而且在发送状态下使用TX信号的情况下用于在耦合输入显性电平或状态401或者产生或主动驱动隐性电平或状态402之后进行电信号传输。只在用户站20处非常示意性地示出了状态401、402。状态401、402对应于进行发送的用户站10、20、30的TX信号的状态。在总线芯线41、42上传输信号CAN_H和CAN_L之后，信号被用户站10、20、30作为RX信号接收到。经由总线40，消息45、46能以信号CAN_H和CAN_L形式在各个用户站10、20、30之间被串行传输。如果在总线40上通信时发生错误，如通过图1中的锯齿状黑色方块箭头所示，则可以发送错误帧47（Error Flag）。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中所示，用户站10具有通信控制装置11和发送/接收装置12，该发送/接收装置具有发送/接收单元120和错误帧屏蔽单元130。而用户站20具有通信控制装置21和发送/接收装置22，该发送/接收装置具有发送/接收单元220和错误帧屏蔽单元230。用户站30具有通信控制装置31和发送/接收装置32，该发送/接收装置具有发送/接收单元320和错误帧屏蔽单元330。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40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通过总线40与连接到该总线40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 FD控制器那样来实施。通信控制装置11创建和读取第一消息45，所述第一消息例如是CAN FD消息。CAN FD消息45按照CAN FD格式来构造，其中可以包括数目多达64个数据字节，这些数据字节以比在Classic CAN消息的情况下快得多且借此更高的数据率来传输。除了随后描述的关于错误帧屏蔽单元130的区别之外，发送/接收装置12可以像常规的CAN FD收发器那样来被实施。

通信控制装置21、31中的每个通信控制装置都创建和/或读取第一消息45或第二消息46。第二消息46基于CAN NG格式来构造，该CAN NG格式随后更详细地被描述。发送/接收装置22、32中的每个发送/接收装置都具有CAN发送/接收单元220、320，根据需要，该CAN发送/接收单元可以为所属的通信控制装置21、31提供或者从该通信控制装置接收上述在CAN FD格式下的第一消息45之一或者按照CAN NG格式的第二消息46。附加地包括随后还更详细描述的错误帧屏蔽单元230、330。

利用两个用户站20、30，能实现对具有CAN NG格式的消息46的形成和然后传输以及对这种消息46的接收。

图2针对消息46示出了CAN NG帧460，该CAN NG帧由发送/接收装置22或发送/接收装置32基于作为差分信号的TX信号而被发送到总线40上或者从总线接收，据此产生RX信号。CAN NG帧460对于在总线40上的CAN通信来说被分成不同的字段，即起始字段461、仲裁字段462、控制字段463、数据字段464、校验和字段465和结束字段466。除了随后描述的控制字段463的区别之外，第一消息45的帧像帧460那样来构造。数据阶段468在控制字段463的特定位之后开始，利用该特定位从仲裁阶段被切换到数据阶段468。因此，数据阶段468包括控制字段463的一部分和数据字段464以及校验和字段465。帧460的所有其它字段是仲裁阶段467的部分。

起始字段461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462中包含具有例如32位的识别码，用于标识消息的发送方。仲裁字段462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CANNG帧相对于CAN帧或CAN FD帧进行区别。然而，随后的描述的出发点是：直至FDF位的CAN NG帧（第二消息46）与在CAN FD（第一消息45）的情况下的帧格式相同。

控制字段463具有由一个或多个位组成的协议格式信息，该协议格式信息如上所述并且该协议格式信息适合于使CAN NG帧相对于Classical CAN帧或CAN FD帧进行区别。在控制字段463中包含例如12位长的数据长度码（Data-Length-Code），该数据长度码例如可以步长为1地取从1直至4096的值，或者替选地可以取从0至4095的值。替选地，数据长度码可包括更多或更少的位，而且值域和步长都可以取其它值。

在数据字段464中包含CAN-NG帧或消息46的有效数据。根据数据长度码的值域，这些有效数据例如可具有多达64个字节或4096个字节或者具有任意其它数目的字节。

在校验和字段465中，包含关于在数据字段464中的包括填充位在内的数据的校验和，该校验和由消息46的发送方在例如每5个或10个相同的位之后作为相反的位来嵌入。

在结束字段466中，可包含至少一个确认位和负确认位，而且还可包含11个相同的位的序列，这11个相同的位表明了CAN NG帧460的结束E。利用该至少一个确认位可以向进行发送的用户站报告：接收方已经正确地接收到了所接收的CAN NG帧460或消息46；利用该负确认位可以向进行发送的用户站报告：接收方是否已经在所接收的CAN NG帧460或消息46中发现了错误，该错误也可被称作接收错误。

在仲裁阶段467，使用像在Classical CAN和CAN FD的情况下那样的物理层。在该阶段期间的重要的一点是：使用公知的CSMA/CR方法，该CSMA/CR方法允许用户站10、20、30对总线40的同时访问，而不破坏更高优先级的消息45、46。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并且非常高效地使用通信带宽，这是非常有利的。

CSMA/CR方法导致：在总线40上必须存在所谓的隐性状态402，这些隐性状态可以由其它用户站10、20、30利用在总线40上的显性状态401来覆盖。在隐性状态402下，在各个用户站10、20、30上存在高阻抗比，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（Megabit）。

当作为发送方的用户站20或用户站30已经赢得了仲裁并且作为发送方的用户站20借此为了发送字段463至466而已经独占地访问了总线系统1的总线40时，控制字段463和数据字段464才被消息46的发送方发送到总线40上。在仲裁时，借助于在仲裁字段462中的识别码，在用户站10、20、30之间逐位地协商：哪个用户站10、20、30允许以最高优先级发送消息45、46而且因而在接下来的时间内为了发送字段463至465而获得对总线系统1的总线40的独占的访问。

只有当比特时间远超过在总线系统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460或消息45、46的开头处的仲裁和在帧460或消息45、46的结束E处的结束字段466中的确认才可能。因而，在传输字段461、462、463部分以及466时在仲裁阶段467的比特率被选择得比在帧460的剩余的字段中更慢并且借此更低。尤其是，在实践中，在仲裁阶段中的比特率被选择得小于500 kbit/s，由此得出约为2μs的比特时间，而在数据阶段468中的比特率被选择为例如5至8 Mbit/s或者更大，由此得出约为0.2μs以及更短的比特时间。因此，在仲裁阶段467中的信号的比特时间是在数据阶段468中的信号的比特时间的例如4或10倍等等。比特时间的倍数能任意选择。

用户站10、20、30中的每个用户站都可以发送和接收CAN FD帧，然而用户站10不能发送或接收CAN NG帧460。如果例如用户站20发送CAN FD用户站10所不能理解的CAN NG帧460，则在CAN FD用户站10处，错误帧屏蔽单元230变活跃，使得总线系统1中的通信不受干扰。这也包括：错误帧屏蔽单元230可以在res位中有本地位错误的情况下屏蔽会被发送的错误帧47，因为用户站10、20、30（NG、FD）之一错误地认为涉及CAN FD帧（消息45）并且因而在几个比特之后在所接收到的且错误地被视为CAN FD帧450的帧中查明有错误、例如填充错误。因此，由用户站10、20、30执行的方法能够实现：在总线系统中也存在至少一个CAN FD用户站，该至少一个CAN FD用户站根据CAN FD协议来发送消息并且理解CAN NG帧460。

在新的、替选的帧格式（Frame Format）、即CAN NG消息46的帧460的情况下，借助于控制字段463中的res位从CAN FD帧格式（Frame Format）切换到CAN NG帧格式。在这种情况下，直至res位，CAN FD和CAN NG的帧格式都是相同的。因此，用户站20、30也分别支持CANFD。然后可以切换到另一物理层，该另一物理层能够实现比在先前的仲裁阶段467更高的比特率。因此，利用第一物理层来为消息46的第一数字数据状态产生第一总线状态401并且为消息46的第二数字数据状态产生第二总线状态402，使得第一总线状态401可以覆盖第二总线状态402或显性总线状态可以覆盖隐性总线状态。按照一个变型方案，利用第二物理层可以产生不同的总线状态401、402，使得用于消息46的不同的数字数据状态的总线状态401、402不能相互覆盖。因此，在第二物理层的情况下并不存在显性和隐性总线状态。

在CAN FD协议中，res位已经被保留用于新格式。在这种情况下，res=0标识出CANFD帧格式。而res=1标识出CAN NG所使用的新的、替选的帧格式460。如果用户站10识别出res=1，则进入协议异常状态（Protocol Exception State），该协议异常状态对应于被动等待状态。当这种用户站10探测到连续的11个隐性位时，才退出该等待状态。

在发送信号TX或TX信号在res位方面有错误的情况下，发送TX信号的用户站20、30或TX用户站发送错误帧47（Error Flag），如图1中所示，并且不切换到按照帧460的替选格式。在进行接收的用户站10、20、30或RX用户站中对由于接收信号RX或RX信号的错误引起的可能的错误反应的处理利用错误帧屏蔽单元130、230、330来实现。随后依据图3和图4来描述这一点。

即，错误帧屏蔽单元130、230、330能够实现：用户站10、20、30可以在总线系统1中共存，因为未曾检测到切换到CAN NG帧460的格式的用户站10、20、30不可能干扰所发送的CAN NG帧460的数据阶段468。尤其是当CAN NG帧460的发送方的是TX节点或TX用户站的部分的发送/接收装置和发送错误帧47并且是RX节点或RX用户站的部分的发送/接收装置相互驱动时，该错误帧47在CAN NG帧的数据阶段期间不能触发“短路”。

十分普遍的是，与CAN FD相比，利用CAN NG可以在总线系统1中实现如下不一样的特性：

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 FD的鲁棒性和使用者友好性负责；

b）净数据传输率的显著提高；

c）CAN NG在数据阶段468使用与CAN FD不同的物理层，例如其中两个总线状态都被主动驱动且在数据阶段468期间不设置错误帧（Error Flags）的物理层。利用CAN NG的这样一个物理层，可以比在CAN FD的情况下实现明显更高的比特率。

图3作为示例示出了在发送/接收装置22中的错误帧屏蔽单元230的构造。错误帧屏蔽单元130、330以相同方式来实施，使得随后的描述也对于错误帧屏蔽单元130、330来说有效。

发送/接收装置22具有发送/接收单元220，该发送/接收单元被设计用于为总线40提供适合于CAN FD消息45和CAN NG消息46的不同阶段的物理层。此外，发送/接收单元220被设计用于从总线40接收CAN FD消息45以及接收CAN NG消息46。发送/接收单元220可以相应在发送和/或接收CAN FD消息45与发送和/或接收CAN NG消息46之间切换。发送/接收单元220连接到总线芯线41、42上以接收信号CAN_H和CAN_L，并且与错误帧屏蔽单元230接线。

在错误帧屏蔽单元230处，从通信控制装置21接收也被称作发送信号TXD的数字TX信号并且将其作为数字TXD1信号输出给发送/接收装置220。在考虑输入信号S_D的情况下，发送/接收单元220在针对消息45、46的不同通信阶段、即仲裁阶段467或数据阶段468分别所使用的物理层上对TXD1信号进行编码。同时，发送/接收单元220对总线40上的状态、即在总线芯线41、42上的信号CAN_H、CAN_L进行解码，并且将结果作为数字RXD1信号转交给错误帧屏蔽单元230。如下所述，错误帧屏蔽单元230根据RXD1信号来产生数字RX信号，该数字RX信号也被称作接收信号RXD。

替选地或附加地，可能的是：发送/接收单元220在考虑通信控制装置21的TX_Enable信号的情况下在针对不同通信阶段467、468分别所使用的物理层上对TXD1信号进行编码。

如果CAN NG物理层的性质为：在CAN NG帧460的数据阶段468，两个总线状态401、402都被驱动，则发送/接收单元220据此得知总线40在设置信号S_D（S_D= '1'）期间不允许被驱动并且例如必须高阻。

错误帧屏蔽单元230具有：数据阶段检测块231、发送方检测块232、屏蔽决策块233、接收信号决策块234、第一发送信号选择块235、发送信号生成块236和第二发送信号选择块237以及接收信号选择块238。由于发送信号生成块236是可选的，所以该发送信号生成块和在错误帧屏蔽单元230中与该发送信号生成块连接的线路用虚线示出。

数据阶段检测块231检测或探测CAN NG帧460的数据阶段468。数据阶段检测块231借助于数字信号NG_DP用信号通知帧传输是否处在CAN NG帧460的数据阶段468。在这种情况下，例如当CAN NG帧的传输目前处在数据阶段468时，适用NG_DP:=1，否则NG_DP:=0。

为此，数据阶段检测块231使用信号CAN_H和CAN_L，以便判断目前是否进行数据阶段468。由于CAN NG针对数据阶段468使用与针对仲裁阶段467不同的物理层，所以在CAN NG帧460的数据阶段468，在CAN_H与CAN_L之间出现与在CAN FD消息45的数据阶段468的情况下不同的差分电压。即，数据阶段检测块231依据所使用的物理层来识别CAN NG帧460的传输是否处在数据阶段468。

数据阶段检测块231附加地使用信号RXD1。为此，数据阶段检测块231具有非常简化的CAN NG通信控制装置2311。CAN NG通信控制装置2311观察发送/接收单元220的信号RXD1，并且借此可以准确预测数据阶段468什么时候开始以及数据阶段468什么时候结束。数据阶段468的结束取决于所传输的字节的数目。在数据字段464中的有效数据字节的数目在数据阶段468开始时在数据长度字段中被编码。即，数据阶段检测块231可以通过对比特进行计数来确定数据阶段468的结束。

通过将来自信号RXD1和总线信号CAN_H、CAN_L的两个检测结果组合，可能的是：数据阶段检测块231总是做出多数决策或与决策，也就是说，只有当两个检测结果都得出目前存在数据阶段468时，数据阶段检测块231才设置信号NG_DB = 1。

然而，最保守并且借此最可靠的是如下替选的可能性：一旦来自信号RXD1和总线信号CAN_H、CAN_L的检测结果之一表明存在数据阶段468，数据阶段检测块231就认为这是真的。

作为用于检测数据阶段468的变型方案，来自信号RXD1和总线信号CAN_H、CAN_L的两个检测结果的组合相对于总线40上的干扰而言非常鲁棒。这样的干扰可能会是：由于辐射引起的在RXD1数据流中的位错误使在数据阶段检测块231中的通信控制装置2311相信帧460比实际短或者CAN FD消息45被传输。

可选地，信号NG_DP被转发给通信控制装置21，如图3中用虚线所示。借助于信号NG_DP，例如通信控制装置21或用户站20的软件可以理解例如总线40为什么被阻止这么长时间，即因为目前CAN NG帧460占用总线40。

发送方检测块232检测或探测用户站20目前是否是消息45、46的发送方。结果是，发送方检测块232借助于信号TX_ND来用信号通知用户站20目前是否进行发送。例如当用户站20目前进行发送时，适用TX_ND:=1。否则，适用TX_ND:=0。

在这种情况下，发送方检测块232观察通信控制装置21提供的信号TX，并且例如对信号TX在预定时长T内的边沿变换的数目进行计数。如果在预定时长T内出现了超过0次边沿变换，则发送方检测块232判断用户站20、即自己的用户站目前进行发送。为了对该信息进行合理性检查，可选地，发送方检测块232可以对在预定时长T内在信号RXD1上的边沿变换的数目进行计数。如果在信号TX、RXD1中的边沿变换的数目相似并且至少具有> 0的值，则发送方检测块232判断用户站20目前进行发送。

替选地，发送方检测块232可以被设计为计数器，以便执行该检测或探测。尤其可以使用如下计数器，该计数器通过在发送信号TX上的边沿被增值并且通过在接收信号RX上的边沿被减值。如果该计数器的值为负，则发送方检测块232判断用户站20目前没有进行发送。否则，发送方检测块232判断用户站20目前进行发送。在两个消息45、46之间，发送方检测块232重置该计数器。

屏蔽决策块233判断用户站20、即自己的用户站的TX信号是否应该被阻止，即不被发送到总线40上。屏蔽决策块233生成信号S_D，该信号用信号通知：在其中自己的用户站发送错误帧47的情况下，是否应该阻止或屏蔽错误帧47。为此，屏蔽决策块233对输入信号TX_ND和NG_DP进行处理。例如，S_D:='1'意味着：错误帧47应被阻止。否则适用：错误帧47不应被阻止。如果设置信号NG_DP、即目前进行CAN NG帧460的数据阶段468，而且信号TX_ND未被设置、即自己的用户站目前不是发送方，则屏蔽决策块233将信号S_D设置为使得发送信号TX被阻止。

如果设置信号S_D、即应该阻止发送信号TX，则第一发送信号选择块235被切换为使得发送信号TX不被转送。替代发送信号TX，中性'1'被转送，该中性'1'被输入到选择块235中。第一发送信号选择块235可以被设计为多路复用器。为了用户站20在该用户站只是总线40的消息46的接收方、即不充当消息46的发送方时使总线40在发送CAN NG帧46的数据阶段468期间休息，信号S_D也被转送给发送/接收单元220。

接收信号决策块234判断用户站20、即自己的用户站通过信号RXD1获得哪个接收信号RX。如果设置信号S_D、即CAN NG帧460的数据阶段468被发送，而且信号TX_ND未被设置、即自己的用户站目前不是发送方，并且信号TX在此期间取值'0’，也就是说错误帧47被发送，则接收信号选择块238借助于信号RXsw被切换为使得信号RXD2由接收信号决策块234传递给用户站20、即自己的用户站。

如果适用信号S_D = '1'而且发送信号TX已经取值'0'，则信号RXD2被设置到'0'并且信号RXsw被设置为使得接收信号选择块238将信号RXD2作为信号RX转发给通信控制装置21。

如果发送信号TX再次取值'1'，则这对信号RXsw和RXD2没有影响。只有当信号S_D取值'0'、即未被设置时，信号RXD2才被重置到'1'并且信号RXsw被重置，使得接收信号选择块238再次将信号RXD1作为信号RX接通。

可选地，接收信号决策块234可以附加地用信号通知自己的CAN NG通信控制装置21：该通信控制装置的错误帧47已被阻止。这可以通过附加的信号、诸如通过1位宽的信号TX_BL来实现。替选地，可以通过串行外围接口（SPI接口）来传达错误帧47已被阻止的信令。例如，可以根据信号RXD2按如下来确定信号TX_BL：TX_BL := not(RXD2)。在否定反馈、即错误帧47已被阻止的情况下，通知用户站20：用户站20、更准确地说通信控制装置21在CAN NG帧460的数据阶段468期间已经发送了一些信息。

在所有其它情况下，信号RXD1都从发送/接收单元220经由接收信号选择块238传递给用户站20的通信控制装置21。这些其它情况是：一方面，信号S_D = '0'、即未被设置，并且信号TX具有任意值；而另一方面，信号S_D ='1'、即被设置，并且信号TX ='1'。

可选地，存在发送信号生成块236和发送信号选择块237。发送信号选择块237可以被实施为多路复用器。

发送信号生成块236被设计为：在总线40上用信号通知用户站20是否已有接收错误。发送信号生成块236在使用信号S_D和TX_BL作为输入信号的情况下判断是否存在接收错误。如果信号TX_BL被设置，而信号S_D也被设置，则发送信号生成块236判断关于接收错误的相对应的信息应该被发送到总线40上。 发送信号生成块236将该信息尤其是存储在寄存器中。

为了用信号通知关于接收错误的相对应的信息，发送信号生成块236生成信号TXD2，该信号可以被转发给发送/接收单元220。这样，信号TXD2可以在CAN NG帧460的结束字段466中用信号通知有错误的接收。对于CAN NG帧格式在传输CAN NG帧460的数据阶段468之后在结束字段466中使用肯定和否定确认的情况来说，发送信号生成块236将发送否定确认。否定确认位的位置可以在发送信号生成块236中例如被硬编码成数字，该数字对应于“自数据阶段468结束起的比特数”。

如果信号S_D变换到“未被设置”，则发送信号生成块236据此推断出CAN NG帧460的数据阶段468结束。

替选地，发送信号生成块236可以在数据阶段468之后例如发送错误帧47。

为了可以发送一些信息，发送信号生成块236将第二发送信号选择块237切换为使得该第二发送信号选择块的信号TXD2被接通到发送/接收单元220。

发送信号生成块236借助于信号TXD2一直保持对TX信号的控制，直至CAN NG帧460结束为止。

然后，发送信号生成块236再次进入初始状态，在该初始状态下，发送信号生成块236将第二发送信号选择块237切换为使得信号TXD3被传递给发送/接收单元220。

针对用户站20只是消息45、46的接收方、即RX用户站并且即使发送CAN NG消息46也由于用锯齿状黑色方块箭头示出的错误而错误地预期CAN FD消息45的情况，图4示出了上述信号随时间t的示例。用虚线来示出了信号的任意值。在图4中，信号的渡越时间被认为是0，以便图4的信号-时间图表能更简单地被理解。

在图4中，在信号TXD1方面能看出：应借助于发送信号TX来发送的错误帧47已被阻止。在信号TXD1方面还能看出：否定确认（NACK）已被寄送，以便用信号通知其它一个或多个CAN NG用户站20、30：用户站20未曾获得消息46。然而，其它一个或多个CAN NG用户站20、30只能识别出：总线系统1的用户站10、20、30之一未曾获得消息46。

按照第二实施例，数据阶段检测块231只用总线信号CAN_H、CAN_L来实施其检测。在其它方面，错误帧屏蔽单元230的功能像在上述实施例中那样来实施。

因此，按照当前实施例的数据阶段检测块231的变型方案与按照上述实施例的数据阶段检测块231的变型方案相比不那么耗费。然而，在当前实施例中，干扰并不能被找到，该干扰只能利用对信号TXD1的检测和分析来识别。

按照第三实施例，数据阶段检测块231只用信号TXD1来实施其检测。在其它方面，错误帧屏蔽单元230的功能像在第一实施例中那样来实施。

因此，按照当前实施例的数据阶段检测块231的变型方案与按照第一实施例的数据阶段检测块231的变型方案相比不那么耗费。然而，在当前实施例中，干扰并不能被找到，该干扰只能利用对总线信号CAN_H、CAN_L的检测和分析来识别。

按照第四实施例，发送方检测块232被实施为经简化的CAN NG通信控制装置，该通信控制装置使用信号TX作为输入信号。通过对所发送的CAN NG帧460的顺序解码，经简化的CAN NG通信控制装置可以非常轻易且可靠地判断用户站20、即自己的用户站是否是发送方。如果信号TX例如在仲裁阶段467期间自特定位起保持在值1，则经简化的CAN NG通信控制装置据此得知：用户站20、即自己的用户站已经输掉仲裁，即不是发送方。

用于检测用户站20是否是发送方的发送方检测块232的该设计方案与按照第一实施例的发送方检测块232的设计方案相比更鲁棒或更可靠。然而，发送方检测块232的当前设计方案具有比按照第一实施例的发送方检测块232的设计方案更高的资源需求。

按照第五实施例，存在接收信号选择块238和发送信号生成块236。如果在这种情况下接收信号选择块238实际上已经阻止了错误帧47、即信号TX_BL已被设置，则接收信号选择块238可以将信号RX设置到值'0'并且借助于信号RXD2:='0'和信号RXsw来规定该信号RX，直至在结束字段466的结尾处的11个隐性位的开始，也就是说，在确认位和否定确认位期间，信号RX处在值'0'上。这不同于第一实施例，在该第一实施例中，接收信号选择块238规定之前说明的信号RX只直至数据阶段468结束为止。

接收信号选择块238例如可以通过对自信号S_D从1变换到0起的比特进行计数来识别在结束字段466的结尾处的11个隐性位的开始。

总线系统1的通信控制装置21、31、发送/接收装置22、32、错误帧屏蔽单元130、230、330、用户站10、20、30以及在其中实施的方法的所有之前描述的设计方案都可以单独地或者以所有可能的组合来得以应用。尤其是，之前描述的实施例和/或它们的修改方案的所有特征可以任意地组合。附加地或替选地，尤其可设想如下修改方案。

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，其中数据能用两个不同的比特率来串行传输。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中的用户站10、20、30的数目和布局是任意的。尤其可以取消总线系统1中的用户站10。在这种情况下，如果用户站20、30也可以在CAN FD格式下进行发送，则需要错误帧屏蔽单元230、330，以便当用户站20、30之一未成功切换到CAN NG帧460的数据阶段468的格式时对CAN NG帧460的数据阶段468的传输不干扰。可能的是：在总线系统1中存在用户站20或30中的一个或多个用户站。

错误帧屏蔽单元130、230、330中的至少一个错误帧屏蔽单元可能布置在发送/接收装置22、32外部。尤其是，错误帧屏蔽单元130、230、330中的至少一个错误帧屏蔽单元被设置为用户站10、20、30的独立单元。

Claims (12)

1. 一种用于串行总线系统（1）的用户站（10；20；30）的错误帧屏蔽单元（130；230；330），所述错误帧屏蔽单元具有：

屏蔽决策块（233），用于产生信号（S_D），在所述总线系统（1）的总线（40）上传输消息（46）期间，所述信号说明了由所述用户站（10；20；30）基于接收到所述消息（46）而创建的发送信号（TX）是否应该被发送到所述总线（40）上；和

发送信号选择块（235），用于根据由所述屏蔽决策块（233）产生的信号（S_D）来阻止所述发送信号（TX），使得错误帧（47）不被发送到所述总线（40）上，所述发送信号应该利用在所述总线（40）上的所述错误帧（47）来表明在从所述总线（40）接收到的消息（46）中有接收错误。

2. 根据权利要求1所述的错误帧屏蔽单元（130；230；330），所述错误帧屏蔽单元具有：

数据阶段检测块（231），用于检测在所述总线（40）上串行传输的消息（46）的数据阶段（468）；和

发送方检测块（232），用于检测所述用户站（10；20；30）目前是否是消息（45、46）的发送方，

其中所述屏蔽决策块（233）被设计为：作为对所述数据阶段检测块（231）的检测结果和所述发送方检测块（232）的检测结果的反应，产生所述信号（S_D）。

3. 根据权利要求2所述的错误帧屏蔽单元（130；230；330），

其中所述数据阶段检测块（231）被设计为：为了检测所述数据阶段（468），检测所述总线（40）上的状态；和/或

其中所述数据阶段检测块（231）被设计为：为了检测所述数据阶段（468），对根据从所述总线（40）接收到的消息（46）所产生的数字接收信号（RXD1）进行分析。

4.根据权利要求2或3所述的错误帧屏蔽单元（130；230；330），

其中所述发送方检测块（232）被设计为：对从所述用户站（10；20；30）发送到所述总线（40）的发送信号（TX）进行分析。

5. 根据权利要求4所述的错误帧屏蔽单元（130；230；330），

其中所述发送方检测块（232）被设计为：为了分析所述发送信号（TX），对所述发送信号（TX）的边沿变换进行计数；和/或

其中所述发送方检测块（232）被设计为：为了分析所述发送信号（TX），实施对所述发送信号（TX）的顺序解码；和/或

其中所述发送方检测块（232）被设计为：为了分析所述发送信号（TX），将所述发送信号（TX）与根据从所述总线（40）接收到的消息（46）所产生的数字接收信号（RXD1）进行比较。

6.根据上述权利要求中任一项所述的错误帧屏蔽单元（130；230；330），

所述错误帧屏蔽单元还具有接收信号决策块（234），用于判断所述错误帧屏蔽单元（130；230；330）将哪个接收信号（RX）转交给所述用户站（10；20；30），

其中所述接收信号决策块（234）被设计为：根据所述用户站（10；20；30）是否发送错误帧（47）的结果以及根据由所述屏蔽决策块（233）产生的信号（S_D）来做出所述判断。

7.根据上述权利要求中任一项所述的错误帧屏蔽单元（130；230；330），

所述错误帧屏蔽单元还具有发送信号生成块（236），用于产生发送信号（TXD2），在所述消息（46）的数据阶段（468）之后，在所述发送信号中用信号通知在所述用户站（10；20；30）处检测到了接收错误，

其中所述发送信号生成块（236）被设计为：如果由所述接收信号决策块（234）产生的信号（TX_BL）说明了所述错误帧（47）已被阻止发送到所述总线（40）上，则产生所述发送信号（TXD2）并且将所述发送信号发送到所述总线（40）。

8.根据上述权利要求中任一项所述的错误帧屏蔽单元（130；230；330），

其中在第一通信阶段为了将消息（45；46）传输到所述总线（40）上而在所述总线系统（1）的用户站（20、30）之间协商所述用户站（20、30）中的哪个用户站在随后的第二通信阶段至少暂时具有对所述总线系统（1）的总线（40）的独占的、无冲突的访问，

其中所述第二通信阶段是数据阶段（468），在所述数据阶段，在所述总线（40）上传输所述消息（45；46）的有效数据。

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

通信控制装置（11；21；31），用于将消息（45；46）发送到所述总线系统（1）的总线（40）和/或用于从所述总线系统（1）的总线（40）接收消息（45；46）；和

发送/接收装置（12；22；32），用于将所述消息（45；46）发送到所述总线（40）上；和

根据上述权利要求中任一项所述的错误帧屏蔽单元（130；230；330），所述错误帧屏蔽单元与所述通信控制装置（11；21；31）和所述发送/接收装置（12；22；32）接线，

其中所述发送/接收装置（22；32）被设计为：在以第一比特率来进行发送时为所述消息（45；46）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（45；46）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）能够覆盖所述第一总线状态（401），而且

其中所述发送/接收装置（22；32）被设计为：在以比所述第一比特率更高的第二比特率来进行发送时，产生不同的总线状态（401、402），使得用于所述消息（45；46）的不同的数字数据状态的总线状态（401、402）不能相互覆盖，而且

其中所述错误帧屏蔽单元（130；230；330）被设计为：检测所述发送/接收装置（22；32）什么时候从以所述第一比特率进行发送切换到以所述第二比特率进行发送以及从以所述第二比特率进行发送切换到以所述第一比特率进行发送。

10. 一种总线系统（1），所述总线系统具有：

总线（40）；和

至少两个用户站（20；30），所述至少两个用户站经由所述总线（40）来彼此连接，使得所述至少两个用户站能够彼此进行串行通信，而且所述至少两个用户站中的至少一个用户站（20；30）是根据权利要求9所述的用户站（20；30）。

11.根据权利要求10所述的总线系统（1），

所述总线系统还具有至少一个附加的用户站（10），为了在所述总线（40）上传输消息（45），所述至少一个附加的用户站只被设计为：在所述消息（45）的第一和第二通信阶段，在所述总线（40）上产生总线状态（401、402），使得第二总线状态（402）能够覆盖第一总线状态（401），

其中所述至少一个附加的用户站（10）经由所述总线（40）与所述至少两个用户站（20；30）连接，使得这些用户站（10、20、30）能够彼此进行串行通信，

其中所述至少一个附加的用户站（10）具有根据权利要求1至8中任一项所述的错误帧屏蔽单元（130；230；330），

其中至少一个根据权利要求9所述的用户站（20；30）和所述至少一个附加的用户站（10）的错误帧屏蔽单元（130；230；330）被设计为：当由所述屏蔽决策块（233）产生的信号（S_D）表明目前在所述第二通信阶段接收到用户站（10；20；30）的通信控制装置（11；21；31）由于错误而不能理解其格式的消息（46）时，并且当所述至少一个附加的用户站（10；20；30）的通信控制装置（11；21；31）在此期间试图发送错误帧（47）时，阻止错误帧（47）。

12. 一种用于串行总线系统（1）中的通信的方法，其中所述方法具有如下步骤：

用发送/接收装置（22；32）将消息（45；46）发送到所述总线系统（1）的总线（40）上；和/或

用所述发送/接收装置（22；32）从所述总线系统（1）的总线（40）接收消息（45；46）；

用屏蔽决策块（233）产生信号（S_D），在从所述总线（40）接收到消息（46）的情况下，所述信号说明了由用户站（10；20；30）基于接收到所述消息（46）而创建的发送信号（TX）是否应该被发送到所述总线（40）上；以及

用发送信号选择块（235），根据由所述屏蔽决策块（233）产生的信号（S_D）来阻止所述发送信号（TX），使得错误帧（47）不被发送到所述总线（40）上，所述发送信号应该利用在所述总线（40）上的所述错误帧（47）来表明在从所述总线（40）接收到的消息（46）中有接收错误。

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