CN113141300B

CN113141300B - 用于机动车辆的传送数据帧的通信网关

Info

Publication number: CN113141300B
Application number: CN202110052650.0A
Authority: CN
Inventors: D·昆顿; P·奥利韦特
Original assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2021-01-15
Publication date: 2023-05-23
Anticipated expiration: 2041-01-15
Also published as: FR3106421B1; US11398929B2; US20210226818A1; CN113141300A; FR3106421A1

Abstract

本发明涉及用于机动车辆的传送数据帧的通信网关（1），所述网关用于经由通信总线连接到多个电子控制单元，网关（1）包括：‑存储器区（12），在其中存储包括索引列表的查找表，所述索引列表的每个索引潜在地与由网关接收的数据帧的有效载荷和用于确定作为所述帧的接收方的至少一个电子控制单元的至少一个指示符相关联；‑与电子控制单元一样多的管理模块（13）；网关被配置为利用给定索引在查找表中记录：i.接收的数据帧的有效载荷；ii.至少一个接收方电子控制单元的至少一个指示符；每个管理模块被配置为当所述通信总线可用时，经由所述通信总线发送所获得的有效载荷。

Description

用于机动车辆的传送数据帧的通信网关

技术领域

本发明涉及用于机动车辆的电子控制单元的领域，并且更准确地说，涉及旨在连接到机动车辆的通信总线的电子控制单元。本发明的具体目的是减少在通信总线之上传送数据帧所花费的时间。

现有技术

按照已知的方式，机动车辆包括多个电子控制单元（或ECU），每个电子控制单元允许控制所述车辆的至少一个设备项目。

为此，电子控制单元通过通信总线彼此连接，从而允许它们交换数据帧。该总线可以是例如CAN（“控制局域网”）类型，其本身对于本领域技术人员是已知的。

为了将数据帧寻址到接收方电子控制单元，已知的实践是使用例如由电子控制单元之一实现的路由网关，所有数据帧都通过该路由网关。

在已知的解决方案中，通过使用FIFO（“先进先出”）类型的等待行来执行由网关对数据帧的管理。在该方法中，数据帧按照它们到达的次序被处理。

例如，在网关经由一个通信总线连接到八个电子控制单元的情况下，对于一个发送电子控制单元，存在七个可能的接收方电子控制单元。对于通过发送电子控制单元发送的数据帧，网关将接收到的数据帧复制到每个其他电子控制单元的缓冲器中。接下来，已经在其缓冲器中接收到数据帧的每个电子控制单元通过所述复制的数据帧来确定它实际上是应该发送该数据帧还是仅仅忽略它。

然而，将数据帧复制到每个电子控制单元的缓冲器中可能产生相当大的等待时间，例如长于100μs，这可能被证明是有问题的，因为这显著地减慢了电子控制单元之间的帧的交换，并且在使用FIFO型等待行的情况下甚至更是如此。这些延迟在车辆的操作中或在执行诊断时可能尤其有害。

具体地，在一个现有的解决方案中，已知的实践是通过使用外部诊断工具和网关之间的所谓的UDS（“统一诊断服务”）协议来执行诊断。在该协议中，外部工具将请求发送到一个或多个电子控制单元，所述电子控制单元必须在例如短于100μs的给定时间帧内响应该外部工具。在这种情况下，由网关将数据帧复制到每个电子控制单元的缓冲器中所产生的等待时间不允许电子控制单元在给定时间帧内进行响应，这可能会减慢或歪曲诊断。

因此，需要一种解决方案，其使得可以至少部分地克服这些缺点。

发明内容

本发明涉及一种用于机动车辆的传送数据帧的通信网关，所述网关用于连接到多个电子控制单元以便交换数据帧，所述多个电子控制单元中的每个电子控制单元经由通信总线连接到所述网关，所述网关包括：

-存储器区，在其中存储包括索引列表的查找表，其中所述索引列表的每个索引潜在地与由所述网关接收的数据帧的有效载荷和用于确定作为所述接收的数据帧的接收方的至少一个电子控制单元的至少一个指示符相关联；

-与电子控制单元一样多的管理模块，每个管理模块与一个且仅一个电子控制单元相关联；

所述网关被配置为：

-经由所述通信总线接收数据帧；

-在所述查找表中，利用给定索引记录：

i.接收的数据帧的有效载荷；

ii.至少一个接收方电子控制单元的至少一个指示符，该指示符是基于接收的数据帧来确定的，作为数据帧的接收方的至少一个电子控制单元是预定的；

每个管理模块被配置为：

-从所述查找表获得至少一个索引，所述索引与指示与所述管理模块相关联的电子控制单元是接收方的指示符相关联；

-将所述获得的索引记录在按照获得索引的时间次序分类的一系列索引中；

-确定所述通信总线的可用性；

-当所述通信总线可用时，从所述查找表获得与记录在所述一系列索引中的最旧的索引相关联的有效载荷，并且经由所述通信总线发送获得的所述有效载荷。

因此，根据本发明的网关允许每个接收的数据帧的有效载荷被记录在单个存储器区中，从而避免重复将有效载荷复制到多个存储器区中。

优选地，网关被配置为利用给定索引在查找表中记录所记录的有效载荷的长度。

定义了所述记录的有效载荷中的字节数的数据帧的有效载荷的长度允许作为所述数据帧的接收方的电子控制单元的每个管理模块知道要获得的有效载荷的长度。

优选地，指示符的数量等于电子控制单元的数量。

因此，优选地，每个指示符与一个电子控制单元相关联。

有利地，每个指示符包括一个位。

本发明还涉及一种车辆，特别是机动车辆，其包括通信总线、通过所述通信总线连接并且允许交换数据帧的多个电子控制单元、以及诸如上面所呈现的网关。

有利地，网关由多个电子控制单元当中的一个电子控制单元来实现。

本发明还涉及一种由诸如上面所呈现的网关实现的用于发送数据帧的方法，所述方法的显著之处在于，其包括以下步骤：

-经由通信总线接收数据帧；

-从多个电子控制单元当中确定作为接收的数据帧的接收方的至少一个电子控制单元；

-在查找表中，利用给定索引记录：

i.接收的数据帧的有效载荷；

ii.至少一个接收方电子控制单元的至少一个指示符，该指示符是基于接收的数据帧来确定的；

-由每个接收方电子控制单元的至少一个管理模块从查找表获得至少一个索引，所述索引与指示与所述管理模块相关联的电子控制单元是接收方的指示符相关联；

-由每个接收方电子控制单元的至少一个管理模块将所获得的索引记录在按照获得索引的时间次序分类的一系列索引中；

-确定通信总线的可用性；

-当所述通信总线可用时，从查找表获得与存储在一系列索引中的最旧的索引相关联的有效载荷，并且经由所述通信总线发送获得的所述有效载荷。

有利地，记录步骤还包括利用给定索引在查找表中记录所记录的有效载荷的长度。

在记录步骤中记录的数据帧的有效载荷的长度允许作为所述数据帧的接收方的电子控制单元的每个管理模块知道在获得步骤中要检索的有效载荷的长度。

优选地，指示符的数量等于电子控制单元的数量。

因此，优选地，每个指示符与一个电子控制单元相关联。

优选地，每个指示符包括一个位。

有利地，当指示符的位处于0时，与该指示符相关联的电子控制单元不是接收的数据帧的接收方，而当指示符的位处于1时，与该指示符相关联的电子控制单元是数据帧的接收方。

附图说明

图1示出根据本发明的网关和多个电子控制单元的一个实施例；

图2示出根据本发明的网关的一个实施例；

图3示出根据本发明的查找表的一个实施例；

图4示出根据本发明的方法的一个实施例。

具体实施方式

现在将呈现根据本发明的车辆的一个实施例。

参考图1，车辆包括多个电子控制单元10，每个电子控制单元允许实现车辆的至少一个应用，所述电子控制单元10经由通信总线b1连接。

根据这里呈现的示例，多个电子控制单元10包括八个电子控制单元10。然而，电子控制单元10的数量显然可以是不同的。

使用网关1以便确保多个电子控制单元10之间的数据帧的发送，所述网关1例如由电子控制单元10中的一个来实现。

实现网关的电子控制单元10被配置为经由通信总线b1接收要被发送到至少一个其他电子控制单元10的至少一个数据帧。

网关1尤其允许实现UDS（“统一诊断服务”）诊断通信协议。

参考图2，网关1具体包括接收模块11、存储器区12、多个管理模块13和发送模块14。

接收模块11被配置为经由实现网关1的电子控制单元10接收要发送的至少一个数据帧，并且将所接收的至少一个数据帧发送到存储器区12。

接收模块11被配置为实现路由功能，使得可以针对每个接收到的数据帧确定作为每个数据帧的接收方的至少一个电子控制单元10。

接收模块11还被配置为向存储器区12发送包括至少一个接收方电子控制单元的列表。包括至少一个接收方电子控制单元的列表特别地包括标识符的列表，每个标识符表示接收方电子控制单元10。

存储器区12连接到接收模块11。在所述存储器区12中，存储了参考图3所示的查找表。

查找表包括索引ix的索引列表，其中每个索引潜在地与由网关1接收的数据帧的有效载荷DATA、用于确定作为所述接收的数据帧的接收方的至少一个电子控制单元10的至少一个指示符、通常称为DLC（“数据长度代码”）的长度、以及用于标识所述接收的数据帧的帧标识符ID相关联。

在多个电子控制单元10包括N个电子控制单元10（N是大于或等于2的自然整数）的情况下，指示符也编号N。优选地并且在以下示例中，每个指示符由一个位来表示。

在这里呈现的示例中，指示符的数量因此是八个。换句话说，由“DEST”表示的指示符组有利地由一个字节来表示，其按照定义由八位组成。

每个指示符的值即指示符组DEST的每个位的值与电子控制单元10相关联。字节的最后一位表示第一电子控制单元10，字节的倒数第二位表示第二电子控制单元10，…，字节的第一位表示第八电子控制单元10。

当指示符的位处于0时，这意味着与所述指示符相关联的电子控制单元10不是所述数据帧的接收方。另一方面，当指示符的位处于1时，这意味着与所述位相关联的电子控制单元10是所述数据帧的接收方。此外，相反地，在另一实施例中，处于0的位也可以定义接收方电子控制单元10，而处于1的位也可以定义非接收方电子控制单元10。

根据一个实施例，在启动网关1时，默认的指示符组DEST利用查找表的每个索引ix被预先记录。例如，包括八个零的字节利用每个索引ix记录。当利用给定索引ix记录所接收的数据帧的有效载荷DATA时，利用索引ix预先记录的指示符组DEST被修改以便表示作为与所记录的有效载荷DATA相关联的数据帧的接收方的电子控制单元10的组。

数据帧的长度DLC允许定义有效载荷DATA中的字节数量。

数据帧标识符ID允许标识与所述索引ix关联的数据帧。

特别地，索引ix的索引列表包括512个值，范围从0到511。因此，查找表可以包括512个组，其包括接收的数据帧的有效载荷DATA、用于确定作为所述接收的数据帧的接收方的至少一个电子控制单元10的至少一个指示符、与所述接收的数据帧相关联的长度DLC和帧标识符ID。

存储器区12被配置为接收由接收模块11发送的数据帧以及针对每个接收的数据帧的包括至少一个接收方电子控制单元10的列表。

存储器区12还被配置为在查找表中利用给定索引ix记录：

i.接收的数据帧的有效载荷DATA；

ii.至少一个接收方电子控制单元的至少一个指示符，该指示符是基于接收的数据帧、特别是基于接收的列表来确定的。

网关1包括与电子控制单元10一样多的管理模块13，并且因此，根据这里呈现的示例，网关1包括八个管理模块13。每个管理模块13与一个且仅一个电子控制单元10相关联，并且连接到存储器区12。

每个管理模块13包括存储器空间，在其中记录了一系列索引ix，这些索引ix按照它们被所述管理模块13获得的次序来分类。

所接收的数据帧的电子控制单元10的每个管理模块13被配置为：

-从查找表获得至少一个索引ix；

-将所述获得的索引ix存储在按索引被获得的次序分类的一系列索引ix中；

-确定通信总线b1的可用性；

-当所述通信总线b1可用时，从查找表检索与存储在一系列索引ix中的最旧的索引ix相关联的有效载荷DATA，并经由所述通信总线b1发送所述检索的有效载荷DATA。

发送模块14连接到多个管理模块13和通信总线b1，并且被配置为经由通信总线b1发送要发送到至少一个接收方电子控制单元10的至少一个数据帧。

参考图4，现在将呈现由诸如上面呈现的网关1实现的方法的一个实施例。

在以下段落中，将因此呈现用于连接到包括八个电子控制单元10的多个电子控制单元10的网关1以及用于由网关1接收数据帧的方法的实现。网关1显然可以连接到不同数量的电子控制单元10和/或接收多个数据帧，并且对于每个接收的数据帧重复以下方法。

该方法首先包括预备步骤，其中，为查找表的每个索引ix预先记录默认的指示符组DEST。例如，利用每个索引ix记录包括八个零的字节。

该方法首先包括由网关1的接收模块11经由实现网关1的电子控制单元10接收数据帧的步骤E1，所述电子控制单元10经由通信总线b1接收数据帧。

在接收数据帧之后，接收模块11实现路由功能，以便从多个电子控制单元10当中确定作为接收的数据帧的接收方的至少一个电子控制单元10。

具体地，由于多个电子控制单元10包括八个电子控制单元10，所以对于一个发送电子控制单元10，存在七个潜在接收方电子控制单元10。因此，接收模块11的路由功能使得可以从多个潜在接收方电子控制单元10当中标识每个接收方电子控制单元10。

然后，接收模块11将所述接收的数据帧和包括至少一个所确定的接收方电子控制单元10的列表发送到存储器区12。

然后，存储器区12接收由接收模块11发送的数据帧和包括至少一个接收方电子控制单元10的所述列表。

一旦已经执行确定步骤E2，则该方法包括记录步骤E3。

在记录步骤E3中，首先，确定被称为“空闲”索引的、查找表的索引ix的索引列表当中的索引ix；换句话说，该索引是针对其没有记录有效载荷DATA、帧标识符ID或长度DLC的索引ix。

空闲索引ix具体地可以通过在查找表中遍历索引ix的索引列表的每个索引ix并检查其是空闲还是不空闲以便确定第一空闲索引ix来确定。

接着，至少一个接收方电子控制单元的至少一个指示符利用所确定的空闲索引ix记录在查找表中。换句话说，与接收的数据帧相关的指示符组DEST利用所确定的空闲索引ix被记录，该指示符组DEST的每个位根据至少一个确定的接收方电子控制单元10被定义为处于1或处于0。

为此，根据一个实施例，如果空闲索引ix从未被有效载荷DATA占用，则利用空闲索引ix预先记录的指示符组DEST被修改以便表示至少一个确定的接收方电子控制单元10。

如果有效载荷DATA先前已经利用空闲索引ix被记录（并且从中被删除），则先前利用索引ix记录的指示符组DEST对应于先前记录的有效载荷DATA。因此，先前记录的指示符组DEST被修改以便表示至少一个确定的接收方电子控制单元10。

根据另一实施例，没有指示符组DEST与空闲索引ix一起被保留，并且与接收的数据帧相关的指示符组DEST直接利用空闲索引ix被记录。

例如，在第一和第三电子控制单元10是接收方电子控制单元10的情况下，指示符组由以下字节定义：00000101。

此外，在记录步骤E3中，接收的数据帧的有效载荷DATA、帧标识符ID和接收的数据帧的长度DLC也利用所确定的空闲索引ix记录在查找表中。

另外，记录步骤E3可分为第一记录步骤和第二记录步骤。第一记录步骤在于，在通过存储器区12接收数据帧的步骤E1之后直接利用所确定的空闲索引ix记录有效载荷DATA、帧标识符ID和长度DLC。第二记录步骤在于，在确定至少一个接收方电子控制单元10的步骤E2之后直接利用所述所确定的空闲索引ix记录指示符组DEST。

因此，该方法接下来包括由与作为所述接收的帧的接收方的电子控制单元10相关联的每个管理模块13从查找表获得索引ix的步骤E4，在查找表中记录了关于接收的数据帧的所有信息，特别是接收的数据帧的有效载荷DATA、指示符组DEST、帧标识符ID和接收的数据帧的长度DLC。

根据以上呈现的示例，因此，是第一和第三电子控制单元10的管理模块13获得索引ix。

在获得索引ix之后，该方法包括将所述获得的索引ix存储在记录在与接收方电子控制单元10相关联的每个管理模块13的存储器空间中的一系列索引ix中的步骤E5。

在将至少一个索引ix存储在与接收方电子控制单元10相关联的每个管理模块13的存储器空间中之后，该方法包括由已经存储索引ix的接收方电子控制单元10的每个管理模块13确定通信总线b1的可用性的步骤E6。

如果通信总线b1可用，则该方法包括检索步骤E7，其中，每个接收方电子控制单元10的管理模块13从查找表检索与存储在一系列索引ix中的最旧的索引ix相关联的有效载荷DATA。

为了确定要检索的有效载荷DATA的长度，使用记录在查找表中的长度DLC。具体地，记录在查找表中的数据帧的有效载荷DATA的长度DLC允许作为所述数据帧的接收方的电子控制单元10的每个管理模块13知道要检索的有效载荷DATA的长度DLC。

最后，在检索有效载荷DATA之后，每个接收方电子控制单元10的管理模块13将所述检索的有效载荷DATA发送到相关联的接收方电子控制单元10。

为此，有效载荷DATA由每个接收方电子控制单元10的管理模块13通过通信总线b1经由发送模块14发送，以便发送到至少一个关联的接收方电子控制单元10。

一旦执行了检索步骤E7，该方法包括从查找表中删除先前利用所确定的空闲索引ix记录的、接收的数据帧的有效载荷DATA、帧标识符ID和接收的数据帧的长度DLC的步骤E8。

根据一个实施例，指示符组DEST保持原样，并且将在下一次利用索引ix记录有效载荷DATA时被修改，如段落[0066]中所述。

根据另一实施例，指示符组DEST也被删除。

有利地，诸如上面描述的网关1所实现的方法允许每个接收的数据帧的有效载荷DATA仅被记录在网关1的存储器区12中。另外，每个记录的有效载荷DATA仅由作为与每个记录的有效载荷DATA相关联的数据帧的接收方的一个或多个电子控制单元10检索。例如，在要向七个电子控制单元10发送数据帧的情况下，在查找表中将制作有效载荷DATA的仅一个副本，这使得可以显著地减少发送数据帧所花费的时间。

Claims

1.一种用于机动车辆的传送数据帧的通信网关（1），所述网关（1）用于连接到多个电子控制单元（10）以便交换数据帧，所述多个电子控制单元（10）中的每个电子控制单元（10）经由通信总线（b1）连接到所述网关（1），所述网关（1）包括：

-存储器区（12），在其中存储包括索引（ix）的索引列表的查找表，其中所述索引列表的每个索引潜在地与由所述网关（1）接收的数据帧的有效载荷（DATA）和用于确定作为所述接收的数据帧的接收方的至少一个电子控制单元（10）的至少一个指示符相关联；

-与电子控制单元（10）一样多的管理模块（13），每个管理模块（13）与一个且仅一个电子控制单元（10）相关联；

所述网关（1）被配置为：

-经由所述通信总线（b1）接收数据帧；

-在所述查找表中，利用给定索引（ix）记录：

i.接收的数据帧的有效载荷（DATA）；

ii.至少一个接收方电子控制单元（10）的至少一个指示符，所述指示符是基于接收的数据帧来确定的，作为所述数据帧的接收方的至少一个电子控制单元（10）是预定的；

每个管理模块（13）被配置为：

-从所述查找表获得至少一个索引（ix），所述索引与指示与所述管理模块相关联的电子控制单元是接收方的指示符相关联；

-将所述获得的索引（ix）记录在按照获得索引的时间次序而分类的一系列索引（ix）中；

-确定所述通信总线（b1）的可用性；

-当所述通信总线（b1）可用时，从所述查找表获得与记录在所述一系列索引（ix）中的最旧的索引（ix）相关联的有效载荷（DATA），并经由所述通信总线（b1）发送获得的所述有效载荷（DATA）。

2.根据权利要求1所述的网关（1），被配置为利用给定索引（ix）在查找表中记录所记录的有效载荷（DATA）的长度（DLC）。

3.根据前述权利要求中任一项所述的网关（1），其中，指示符的数量等于电子控制单元（10）的数量。

4.根据前一权利要求所述的网关（1），其中，每个指示符包括一个位。

5.一种车辆，包括通信总线（b1）、通过所述通信总线（b1）连接并允许交换数据帧的多个电子控制单元（10）、以及根据权利要求1至4中任一项所述的网关（1）。

6.一种由根据权利要求1至4中任一项所述的网关（1）实现的用于发送数据帧的方法，所述方法的特征在于包括以下步骤：

-经由所述通信总线（b1）接收（E1）数据帧；

-从多个电子控制单元（10）当中确定（E2）作为接收的数据帧的接收方的至少一个电子控制单元（10）；

-在所述查找表中利用给定索引（ix）记录（E3）：

i.接收的数据帧的有效载荷；

ii.至少一个接收方电子控制单元（10）的至少一个指示符，所述指示符是基于接收的数据帧来确定的；

-由每个接收方电子控制单元（10）的管理模块（13）从所述查找表获得（E4）至少一个索引（ix），所述索引与指示与所述管理模块相关联的电子控制单元是接收方的指示符相关联；

-由每个接收方电子控制单元（10）的管理模块（13）将所获得的索引（ix）记录（E5）在按照索引被获得的时间次序而分类的一系列索引（ix）中；

-确定（E6）所述通信总线（b1）的可用性；

-当所述通信总线（b1）可用时，从所述查找表获得（E7）与存储在所述一系列索引（ix）中的最旧的索引（ix）相关联的有效载荷（DATA），并经由所述通信总线（b1）发送获得的所述有效载荷（DATA）。

7.根据前一权利要求所述的方法，其中，记录步骤（E3）还包括利用给定索引（ix）在查找表中记录所记录的有效载荷（DATA）的长度（DLC）。

8.根据权利要求6和7中任一项所述的方法，其中，指示符的数量等于电子控制单元（10）的数量。

9.根据前一权利要求所述的方法，其中，每个指示符包括一个位。

10.根据前一权利要求所述的方法，其中，当指示符的位处于0时，与所述指示符相关联的电子控制单元（10）不是接收的数据帧的接收方，而当指示符的位处于1时，与所述指示符相关联的电子控制单元（10）是数据帧的接收方。