CN113364555A - 设备、用于设备的控制器和通信的方法 - Google Patents

Abstract

本文描述了设备、用于设备的控制器和通信的方法。一种设备(100)包括被配置为连接到通信链路的接口(104)。该设备的控制器(102)被配置为使用第一数据(160)和第二数据(162)生成冗余码(164)，并且将冗余码(164)与第一数据(160)一起传输到接口。

Description

设备、用于设备的控制器和通信的方法

技术领域

各示例涉及设备、控制器以及在设备与控制器之间通信的方法。

背景技术

两个设备之间的数据传送或通信可以利用校验和或冗余码来被保护。尽管安全性(例如，使用冗余码得出传输错误结论的能力)是通信的一个重要方面，速度是另一个重要方面。数据传送越快，通信系统的性能越好。

为了增加数据传输速度，同时保持安全性，常用的方法是增加传输频率。然而，例如如果数据传送是经由长的有线互连执行，则增加的传输频率伴随着EMC挑战。例如，传感器通常与评估传感器数据的电子设备分开放置，这可能导致传感器与其控制器之间的长的有线互连。在这种或类似的设置中，增加时钟频率可能不是一个选项。

因此，需要通过备选方法来增加数据传输的速度。

发明内容

根据实施例，一种设备包括被配置为连接到通信链路的接口。该设备进一步包括控制器，该控制器被配置为使用第一数据和第二数据生成冗余码，并且将冗余码与第一数据一起传输到接口。当控制器生成针对第一数据和第二数据两者的冗余码时，第二数据可以不经由接口传输。与第一数据和第二数据两者与冗余码一起传输的方法相比，这可以节省第二数据所消耗的带宽，因此，在不改变通信链路的物理参数的情况下有效地增加传输速度。

一种用于设备的控制器的实施例包括接口，该接口被配置为连接到通信链路并且经由通信链路接收冗余码以及第一数据。控制器进一步包括电路，该电路被配置为基于设备的预期状态生成第二数据，使用第一数据和第二数据计算预期的冗余码，并且如果冗余码与预期的冗余码不同，则确定设备的非预期状态。控制器可以这样得出关于设备状态的结论，尽管可以被预见为包含具有关于设备状态的信息的控制数据的第二数据不需要被传输。

附图说明

下文中将仅通过示例并参考附图来描述装置和/或方法的一些示例，在附图中：

图1示出了彼此通信的设备和用于该设备的控制器的示例；

图2示出了可以在图1中所示的设备之间的通信中使用的数据的示例；

图3示出了用于通信的方法的示例的流程图；以及

图4示出了用于通信的方法的另一示例的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图更全面地描述各种示例，在附图中示出了一些示例。

该具体实施方式并不将另外的示例限制于所述的具体形式。另外的示例可以涵盖落入本公开的范围内的所有修改、等效物和备选。相同或相似的数字是指附图的描述中的相同或相似的元件，当在提供相同或相似的功能性的同时彼此比较时，这些元件可以相同地或以修改的形式实现。

应该理解的是，当元件被称为被“连接”或“耦合”到另一元件时，元件可以经由一个或多个中间元件直接连接或耦合。如果两个元件A和B使用“或”组合，则应该理解为公开所有可能的组合，即，如果没有明确或隐含地另外定义，则仅有A、仅有B以及A和B。相同组合的备选措辞是“A和B中的至少一个”或“A和/或B”。这同样适用于两个元件以上的组合。

本文中用于描述特定示例的术语不旨在限制另外的示例。每当使用单数形式(诸如“一”、“一个”和“该”)，并且仅使用单个元件既不明确也不隐含地定义为强制性时，另外的示例还可以使用复数元件来实现相同的功能。同样地，当功能随后被描述为使用多个元件来实现时，另外的示例可以使用单个元件或处理实体来实现相同的功能。要进一步理解的是，术语“包括”、“包括有”、“包括”和/或“包含有”在使用时指定所述特征、整数、步骤、操作、过程、动作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、过程、动作、元件和/或部件和/或其任何组的存在或添加。

图1示意性地示出了如果设备100和控制器200由通信链路150连接，则可以彼此通信的设备100的示例和用于该设备的控制器200的示例。图2示出了第一数据160、第二数据162和冗余码164的特定示例，其可以由设备100生成，并且可以在设备100与控制器200之间的通信中部分地被传输到控制器200。

该设备包括被配置为连接到通信链路150的接口102。类似地，控制器200包括被配置为连接到通信链路150的接口202。该设备进一步包括控制器104，控制器104被配置为使用第一数据160和第二数据162生成冗余码164，并且将冗余码164与第一数据160一起传输到接口102。当控制器生成针对第一数据160和第二数据162两者的冗余码164时，第二数据然后不经由接口102发送。与第一数据160和第二数据162两者与冗余码164一起传输的方法相比，这可以节省第二数据162消耗的带宽。

冗余码164是根据基于要发送的有效载荷数据的预定算法计算的数据。冗余码164允许得出有效载荷数据在传输期间是否已经损坏的结论。为了在控制器内这样做，将所接收的冗余码与使用在所接收的有效载荷数据上的同一预定算法计算的预期的冗余码进行比较。如果所接收的冗余码与所计算的冗余码相同，则可以得出数据在传输期间没有被改变的结论。如果两个冗余码不相等，则可以得出所接收的数据无效的结论，并尝试例如通过请求重传来生成未损坏的数据。与错误校正码相比，冗余码可能不允许校正所接收的数据内的错误。然而，冗余码比错误校正码消耗更少的带宽。然而，另外的实施例也可以基于错误校正码的传输。

即使控制器200不接收第二数据162，它也能够基于设备的预期状态生成第二数据，所生成的第二数据用作在设备100内生成的第二数据的备选。换言之，一些实现可以允许由控制器200预期第二数据的内容，使得即使第二数据162未被传输，控制器200也可以基于所接收的第一数据160和预期的第二数据来计算预期的冗余码。如果如此生成的预期的冗余码等于所接收的冗余码，则控制器200同样可以得出结论，即从设备100接收的数据没有损坏，并且预期的第二数据对应于设备100内生成的第二数据。

控制器200可以预期第二数据162的应用众多。例如，一些实现可以总是将控制数据作为第二数据162与包含在第一数据160中的可变载荷数据一起提交。例如，设备的状态或配置可以在第二数据162内发送信号，第二数据162被预期在设备100被配置之后保持恒定。因此，第二数据162的单次传输足以使控制器200能够在另外的传输中预期第二数据的内容。其他协议例如可以使用增加的计数器来唯一地标识随后的数据传输，使得控制器可以通过运行独立递增的计数器来预期第二数据162的内容来预期第二数据162。

另一示例是设备100使用协议进行通信的应用，其中可变有效载荷数据在第一数据160内传输，而包括关于设备的功能状态的信息的配置数据和/或诊断数据借助第二数据162传输。如果是被包括在第二数据162中的诊断数据，则控制器200例如可以预期与全功能设备100对应的诊断数据作为第二数据162被提交以计算预期的冗余码。在这种情况下，如果预期的冗余码与所接收的冗余码不匹配，则控制器200可以得出作为第一数据160提交的数据在传输期间已经损坏或者设备处于非预期状态的结论。非预期状态的特征在于，如果设备正常工作，则使得设备100提交与所提交的诊断偏离的诊断数据的状态。由于控制器200预期针对正常工作的设备的诊断数据，所接收的冗余码和所计算的预期的冗余码将不同，并且因此，控制器200将得知，尽管指示设备的功能状态的第二数据162甚至没有被发送，但是第一数据160或设备100被破坏。同时，节省了为第二数据162消耗的传输带宽。

例如，如果设备100被配置为将可变有效载荷数据包括到第一数据160中并且将控制数据包括到第二数据162中，则先前的考虑适用。控制数据可以包括至少一个关于设备的功能状态的信息。

在另外的实施例中，控制数据可备选地或附加地包括至少一个关于设备的配置的信息，设备的配置由控制器200预期。如果控制器200例如在系统的启动期间设置设备100本身的配置，则情况尤其如此。后者例如可以是在设备100对应于传感器的应用中的情况，该传感器由控制器200控制并且借助控制器200配置/建立。例如，控制器200可以在设备100启动时发送将由设备100或传感器要使用的特定配置的信号，使得控制器预先知道如果设备如预期工作，则设备100将借助第二数据162发送哪个配置。

尽管设备100的配置可以在外部设置，并且尽管诊断信息可以从寄存器读取或者可以在设备100内计算，但是设备100的另外的实施例可以进一步包括用于生成可变第一数据160的附加电路。对于可变数据，如果设备正常工作，则第一数据160的后续传输包括不同的内容。与第二数据162相反，不存在预期可变数据的方法。

特定应用是所描述的实施例在用于感测物理量的传感器内的使用，该传感器借助外部控制器200控制。这种传感器通常用于汽车或其他工业应用中，并且描述所感测的物理量的可变数据借助第一数据160发送。

为了用作传感器，设备100包括至少一个用于感测物理量的传感器元件，并且控制器104被配置为将物理量的数字表示包括到第一数据160中。例如，可以使用被配置为确定磁场强度、高于某阈值的磁场的存在、温度、压力、光强度等的传感器。

进一步的实施例可以在存储器内实现，使得设备100内的电路包括至少一个存储器元件，并且控制器104被配置为将存储在存储器元件中的信息的数字表示包括到第一数据160中。使用利用存储器如前所述的实施例，当访问存储器时的传输带宽可以增加到第二数据162将被正常发送的程度。传输速度的增加可能是显著的。

例如，如果假设协议使用七位用于可变数据、一位用于冗余码、以及三位用于诊断和/或配置数据，则使用先前所述的实施例可以将传输带宽增加大约30％(3/11)。

先前描述的实施例甚至可以在已经存在的应用中使用，前提是可以修改设备100和/或控制器200的设置，使得可以故意禁用第二数据162的提交，尽管在原始设计中需要。在一些协议中，例如在集成电路总线(I2C)协议中，控制器200通过在单线总线上生成的时钟周期的数目来控制从设备100读取的数据量。对于每个时钟周期，设备100发送单个位或读取单个寄存器的位。即，控制器200本身可以通过调整时钟周期的数目来控制传输的数据量。单个位的传输只是一个示例。通常，传输的数据被拆分为字节或字。在接收到每个新字节/字之后，控制器200可以决定进一步发送8/16时钟周期以读取另外的字节/字。在这样的应用中，遵循本文所描述的原理的数据通信甚至可以通过更新控制器的固件或软件来应用于现有设置中，以增加数据传输速度而不丢失确定系统的部件是否可靠地工作的能力。

当在I2C总线上使用前面描述的实施例时，接口102被配置为连接到与I2C符合的通信链路150。另外的实施例还可以使用不同的总线系统。例如，设备100和控制器200的接口可以类似地被配置为连接到串行外围接口(SPI)或同步串行通信(SSC)。

总之并且如已经详细说明的，控制器200的电路204被配置为基于设备的预期的状态生成第二数据，以使用第一数据和第二数据计算预期的冗余码，以及如果冗余码164和预期的冗余码不同，则确定设备100的非预期状态。控制器200可以通过各种不同的方式获知设备100的预期状态。例如，控制器200本身可以用于设置设备100的配置。同样，控制器200可以在系统启动期间通过第三实体或者例如从设备100本身接收设备100的预期状态。

一旦控制器200得知设备100可能处于非预期状态，则控制器200就可以实现各种措施来确定错误的类型或者使系统进入安全操作模式。根据一些实施例，例如，控制器200可以使第一数据160、第二数据162和冗余码164在随后的通信周期中完全传输，以区分是第二数据162导致预期的冗余码与所接收的冗余码164偏离，还是传输错误损坏了第一数据160或冗余码164。即，如果确定了非预期状态，则控制器200的接口202可以经由通信链路接收另外的冗余码以及另外的第一数据和另外的第二数据。如果第一数据160、第二数据162和冗余码164的完全传输包含偏离设备100的预期配置和/或状态的第二数据162，则设备100的控制器200可以采取适当的措施，例如，忽略由设备100传送的第一数据160，或者重置或重新配置设备100，以便使其回到预期的状态，其中由设备提供的第一数据160可以被可靠地使用。

为了使设备100提交全套数据，控制器200例如可以经由接口202发送请求，该请求使得设备使用另外的第一数据和另外的第二数据生成另外的冗余码，并且经由通信链路发送另外的冗余码、另外的第一数据以及另外的第二数据。

如前面已经阐述的，在确定设备100处于非预期状态时，电路204可以进一步被配置为将控制器200从用于处于预期状态的设备100的第一操作模式切换到用于处于非预期状态的设备100的第二操作模式。第一操作模式和第二操作模式可以区分，例如，在第二操作模式中，来自设备100的数据被忽略，或者从设备100接收的数据被预定数据替换。

图2示出了用于读取经由单线协议(I2C)从传感器传送的可变数据的协议的特定示例。在所示的示例中，第一数据160包括从传感器的七个寄存器读出的七位(或者，备选地，字或字节)可变数据。使用第一数据160和第二数据162计算冗余码164的单个位(或字)，第二数据162包含控制数据的三个位(字)。当针对第一数据160和第二数据162计算冗余码164时，第二数据162不被传输，从而节省了否则将由第二数据162消耗的三位。在本设置中，当使用如先前所述的实施例时，传输速度增加了3/11，而确定传输或设备中的错误的能力保持不变。

除了增加传输速度之外，当根据本文描述的实施例执行通信时，还可以改进安全集成时间(或容错时间)。安全集成时间是故障发生直到故障失控之间的时间。由于第二数据162未被传输，第一数据160和冗余码164(后者使得控制器200能够断定存在故障或错误)的完全发送比完全发送快近30％完成。即，能够确定错误的系统获得30％的传输时间来执行对策，以便避免错误导致基于设备100的第一数据160操作的系统失控。

作为总结，图3和图4随后示出了用于通信的方法的流程图，因为它们可以在设备100或控制器200中执行。由于通信的细节以及因此通信方法的步骤已经关于图1和图2详细描述，为了简洁起见，将不会重复对该方法的各个步骤的冗余描述。

图3示出了可以在设备100内执行的用于通信的方法的示例的流程图。该方法包括使用第一数据和第二数据生成冗余码(302)，以及将该冗余码与第一数据一起传输(304)。

该方法的一些实施例可以进一步包括将可变载荷数据包括到第一数据中以及将控制数据包括到第二数据中。

图4示出了用于通信的另一方法的示例的流程图，例如，它可以在控制器200内执行。

该方法包括经由通信链路接收冗余码以及第一数据(402)，以及基于设备的预期状态生成第二数据(404)。

该方法进一步包括使用第一数据和第二数据计算预期的冗余码(406)。此外，该方法包括如果冗余码和预期的冗余码不同，则确定设备的非预期状态(410)。

对此，该方法可以进一步可选择地包括将冗余码与预期的冗余码进行比较(408)。

与一个或多个先前详细的示例和附图一起提及和描述的方面和特征也可以与一个或多个其他示例组合，以便替换其他示例的类似特征，或者以便将该特征额外引入到其他示例。

示例可以进一步是或者涉及具有程序代码的计算机程序，当计算机程序在计算机或处理器上执行时，程序代码执行上述方法中的一个或多个方法。各种上述方法的步骤、操作或过程可以由编程的计算机或处理器执行。示例还可以涵盖程序存储设备(诸如数字数据存储介质)，程序存储设备是机器、处理器或计算机可读的，并且对机器可执行的指令程序、处理器可执行的指令程序或计算机可执行的指令程序进行编码。指令执行或引起执行上述方法的一些或全部动作。程序存储设备可以包括或者例如是数字存储器、磁存储介质(诸如磁盘和磁带)、硬盘驱动器或光学可读数字数据存储介质。另外的示例还可以涵盖被编程以执行上述方法的动作的计算机、处理器或控制单元，或被编程以执行上述方法的动作的(现场)可编程逻辑阵列((F)PLA)或(现场)可编程门阵列((F)PGA)。

说明书和附图仅仅说明了本公开的原理。此外，本文所述的所有示例主要旨在明确地仅用于说明目的，以帮助读者理解本公开的原理以及发明人对本领域的进一步发展所贡献的概念。本文中叙述本发明的原理、方面和示例的所有陈述以及其具体示例旨在包含其等效物。

说明书中的框图可以举例说明实现本发明原理的高级电路图。类似地，流程图、过程图、状态转换图、伪代码等可以表示各种过程、操作或步骤，这些过程、操作或步骤例如可以基本上在计算机可读介质中表示并由计算机或处理器执行，而不管是否明确地示出这种计算机或处理器。说明书或权利要求书中公开的方法可以通过具有用于执行这些方法的相应的动作中的每个动作的装置的设备来实现。

应该理解的是，在说明书或权利要求书中公开的多个动作、过程、操作、步骤或功能的公开不能被解释为在特定顺序内，除非例如出于技术原因而明确或隐含地另外说明。因此，多个动作或功能的公开不会将这些限制于特定的顺序，除非这些动作或功能由于技术原因不能互换。此外，在一些示例中，单个动作、功能、过程、操作或步骤可以分别包括或分为多个子动作、子功能、子过程、子操作或子步骤。除非明确排除，否则这种子动作可以被包括在该单个动作的本公开中并为其一部分。

此外，随附权利要求被并入到详细说明书中，其中每项权利要求可以作为单独的示例独立存在。尽管每项权利要求可以作为单独的示例独立存在，但是应该注意的是，尽管从属权利要求在权利要求中可以指与一项或多项其他权利要求的特定组合，但是其他示例也可以包括从属权利要求与其他从属或独立权利要求的主题互相组合。除非说明不旨在进行特定组合，否则本文明确提出这种组合。此外，旨在也将权利要求的特征包括到任何其他独立权利要求，即使该权利要求不是直接从属于该独立权利要求。

Claims (21)

1.一种设备(100)，包括：

接口(104)，被配置为连接到通信链路；

控制器(102)，被配置为：

使用第一数据和第二数据生成冗余码；以及

将所述冗余码与所述第一数据一起传输到所述接口。

2.根据权利要求1所述的设备(100)，其中所述控制器(102)被配置为：

将可变有效载荷数据包括到所述第一数据中；以及

将控制数据包括到所述第二数据中。

3.根据权利要求2所述的设备(100)，其中所述控制数据包括关于所述设备的功能状态的至少一个信息。

4.根据权利要求2或3所述的设备(100)，其中所述控制数据包括关于所述设备的配置的至少一个信息。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备(100)，进一步包括：

电路，被配置为生成所述第一数据。

6.根据权利要求5所述的设备(100)，其中所述电路包括用于感测物理量的至少一个传感器元件，并且其中所述控制器被配置为将所述物理量的数字表示包括到所述第一数据中。

7.根据权利要求5或6所述的设备(100)，其中所述电路包括至少一个存储器元件，并且其中所述控制器被配置为将存储在所述存储器元件中的信息的数字表示包括到所述第一数据中。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备(100)，其中所述接口(104)被配置为连接到与集成电路总线I2C、串行外围接口SPI或同步串行通信SSC中的一种相符合的通信链路。

9.一种用于设备(100)的控制器(200)，包括：

接口(202)，被配置为连接到通信链路(150)并且经由所述通信链路接收冗余码(164)以及第一数据(160)；

电路(204)，被配置为：

基于所述设备(100)的预期状态生成第二数据；

使用所述第一数据(160)和所述第二数据计算预期的冗余码；以及

如果所述冗余码(164)和所述预期的冗余码不同，则确定所述设备的非预期状态。

10.根据权利要求9所述的控制器(200)，其中所述接口(202)进一步被配置为：

如果确定了非预期状态，则经由所述通信链路接收另外的冗余码以及另外的第一数据和另外的第二数据。

11.根据权利要求10所述的控制器(200)，其中所述电路(204)进一步被配置为：

经由所述接口发送请求，所述请求使得所述设备使用所述另外的第一数据和所述另外的第二数据生成所述另外的冗余码，并且经由所述通信链路发送所述另外的冗余码、所述另外的第一数据和所述另外的第二数据。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的控制器(200)，其中所述电路(204)进一步被配置为将所述控制器从用于处于所述预期状态中的设备的第一操作模式切换到用于处于所述非预期状态中的设备的第二操作模式。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的控制器(200)，其中所述电路(204)进一步被配置为如果确定了所述设备的所述非预期状态，则经由所述接口发送重置请求，所述重置请求使得所述设备重置或使用特定的设备配置。

14.根据权利要求9至13中任一项所述的控制器(200)，其中所述接口(202)被配置为连接到与集成电路总线I2C、串行外围接口SPI或同步串行通信SSC中的一种相符合的通信链路。

15.一种通信的方法，包括：

使用第一数据和第二数据生成冗余码(302)；以及

将所述冗余码与所述第一数据一起传输(304)。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：

将可变有效载荷数据包括到所述第一数据中；以及

将控制数据包括到所述第二数据中。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述控制数据包括关于设备的功能状态的至少一个信息。

18.根据权利要求16或17所述的方法，其中所述控制数据包括关于设备的配置的至少一个信息。

19.一种通信的方法，包括：

经由通信链路(402)接收冗余码以及第一数据；

基于设备的预期状态生成第二数据(404)；

使用所述第一数据和所述第二数据计算预期的冗余码(406)；以及

如果所述冗余码和所述预期的冗余码不同，则确定所述设备(410)的非预期状态。

20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：

如果确定了非预期状态，则经由所述通信链路接收另外的冗余码以及另外的第一数据和另外的第二数据。

21.一种计算机程序，具有程序代码，所述程序代码被配置为如果所述计算机程序由可编程硬件部件执行，则引起执行根据权利要求15至20中任一项所述的方法。

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