CN113412604B - 串行总线系统的用户站和在串行总线系统中通信的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种针对串行总线系统（1）的用户站（10；30）和一种用于在串行总线系统（1）中进行通信的方法。所述用户站（10；30）具有：通信控制装置（11；31），用于控制所述用户站（10；30）与所述总线系统（1）的至少一个另外的用户站（10；20；30）的通信；和发送/接收装置（12；32），用于将由所述通信控制装置（11；31）产生的发送信号（TXD）发送到所述总线系统（1）的总线（40）上，使得针对在所述总线系统（1）的用户站（10，20，30）之间交换的消息（45），在第一通信阶段（451）中发送到所述总线（40）上的信号的位时间（t_bt）不同于在第二通信阶段（452）中发送的信号的位时间（t_bt）；其中所述通信控制装置（11；31）构建为，根据如下帧（450；450_1；4500）产生所述发送信号（TXD）：在所述帧（450；450_1；4500）中，设置有针对头部校验和（H_CRC）的字段和针对帧校验和（F_CRC）的字段；并且其中所述通信控制装置（11；31）构建为，除了固定填充位以外，从在针对消息（45）形成的帧（450；450_1；4500）的头部中的所有位中计算头部校验和（H_CRC），所述固定填充位根据固定的位填充规则已被插入到所述帧（450；450_1；4500）的头部中，根据所述固定的位填充规则，要在固定的位数之后插入固定填充位。

Description

串行总线系统的用户站和在串行总线系统中通信的方法

技术领域

本发明涉及一种针对串行总线系统的用户站和一种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的数据速率以及大的灵活性和大的错误稳健性（Fehlerrobusheit）工作。

背景技术

针对（例如在车辆中的）在传感器与控制设备之间的通信，代替点对点连接，常常优选总线系统。随着技术系统或车辆的功能数目上升，总线系统中的数据业务也增加。为此还不断要求，要将数据比到目前为止更快地从发送方传输至接收方。

现在，在车辆中，总线系统在引入阶段中，在所述引入阶段中，在作为带有CAN FD的CAN协议规范的标准ISO11898-1:2015中，数据作为消息被传输。在总线系统的总线用户、如传感器、控制设备、发生器等之间传输这些消息。

在CAN FD中，优点之一是，经由总线传输的帧的长度可动态地变化。一方面，这原因在于，用于传输用户数据的数据字段的长度不是必须总是等于为64字节的最大可能长度，而是在要传输的用户数据较少的情况下可以相对应地被缩短。借此，总线没有被要传输的消息中的一个消息阻塞得比需要的更长。

因而，在CAN FD中，可变的数据字段长度在DLC字段中被说明。如果此处出现位错误，则可能发生，接收方对错误的帧长度进行解码，并且因而在错误的部位处检查校验和（CRC=Cyclic Redundancy Check（循环冗余校验））。那么，是否依据校验和（CRC错误）识别出错误是碰运气的事。

CAN FD帧的长度动态变化的另一原因在于位填充规则（Bit-Stuffing-Regel）。根据该规则，在CAN FD消息中，要在五个相同位之后插入与之相反的位。因而，在针对校验和的字段（CRC字段）中，需要“填充位计数器”，其中录入了动态插入的填充位的数目。可是，该“填充位计数器”导致复杂性和数据开销（Daten-Overhead）。借此，可传输的净数据速率下降，这使总线系统中的通信放慢。

发明内容

因而，本发明的任务是，提供一种针对串行总线系统的用户站和一种用于在串行总线系统中进行通信的方法，该用户站和该方法解决了前面提到的问题。尤其是，要提供一种针对串行总线系统的用户站和一种用于在串行总线系统中进行通信的方法，其中不出现校验和保障的缺点，使得在大的灵活性的情况下和在通信的大的错误稳健性的情况下，可以实现每帧的用户数据的量升高和高的数据速率。

通过根据本发明的针对串行总线系统的用户站，解决了该任务。所述用户站具有：通信控制装置，用于控制用户站与总线系统的至少一个另外的用户站的通信；和发送/接收装置，用于将由通信控制装置产生的发送信号发送到总线系统的总线上，使得针对在总线系统的用户站之间交换的消息，在第一通信阶段中发送到总线上的信号的位时间不同于在第二通信阶段中发送的信号的位时间；其中通信控制装置构建为，根据如下帧来产生发送信号：在该帧中，设置有针对头部校验和的字段和针对帧校验和的字段；并且其中通信控制装置构建为，除了固定填充位以外，从针对消息形成的帧的头部中的所有位中，计算头部校验和，所述固定填充位根据固定的位填充规则已被插入到该帧的头部中，根据该固定的位填充规则，要在固定的位数之后插入固定填充位。

基于用户站的构建方案，在如下帧中使包含该帧的长度的字段得到保障：所述帧在总线上被传输，以便在总线系统的用户站之间交换消息。借此始终确保帧的正确的长度。借此，帧的接收方可以始终对正确的帧长度进行解码，并且因而在正确的部位处检查在帧的结束处的校验和（CRC=循环冗余校验）。借此，可以快速和有保障地揭露总线系统中的通信中的错误。这意味着，残留差错概率显著下降。残留差错概率说明，有多大可能，尽管有错误仍将帧接受为正确的。

除此以外，针对利用用户站实施的对帧长度的保障，不需要“填充位计数器”。这降低了在进行发送的用户站处创建帧的复杂性，并且降低了在进行接收的用户站中评估帧的复杂性以及要传输的数据的开销（数据开销）。借此，可传输的净数据速率上升，这加速了总线系统中的通信。

作为其结果，即使每帧的用户数据的量上升，利用该用户站也可以保证以在总线系统运行时的当前事件方面的大灵活性并且以低错误率来发送和接收所述帧。

在这种情况下，利用在总线系统中的用户站尤其是可能，在第一通信阶段中保持被CAN所已知的仲裁，并且尽管如此仍相对于CAN或者CAN FD再次使传输速率相当大地上升。

如果在总线系统中也存在至少一个CAN用户站和/或至少一个CAN FD用户站，则也可以采用由用户站执行的方法，所述至少一个CAN用户站和至少一个CAN FD用户站按照CAN协议和/或CAN FD协议发送消息。

说明了用户站的有利的其他构建方案。

根据特定的实施变型方案，通信控制装置构建为，在发送信号中，在数据字段之前设置头部校验和。

可选地，通信控制装置构建为，在计算头部校验和时，一同算入在帧中的固定填充位。

根据一个实施例，通信控制装置构建为，从在针对该消息形成的帧中布置在帧校验和之前的所有位中，计算帧校验和，其中所有固定填充位要么被一同虑及要么不被算入，所述所有固定填充位根据固定的位填充规则已被插入到所述帧中，根据所述固定的位填充规则，要在固定的位数之后插入固定填充位。

根据一种变型方案，通信控制装置构建为，从布置在针对头部校验和的字段中和在针对该消息形成的帧的数据字段中的所有位中，计算帧校验和。替选地，通信控制装置可以构建为，从布置在针对该消息形成的帧的数据字段中的所有位中，计算帧校验和。

根据一个实施例，针对该消息形成的帧具有附加字段，该附加字段布置在针对头部校验和的字段之前，并且其中通信控制装置构建为，将关于帧中的动态填充位的数目的信息插入到该附加字段中。

在这种情况下，通信控制装置可能构建为，将附加字段构建为具有固定长度的字段，在该具有固定长度的字段中插入填充位的数目作为关于帧中的动态填充位的数目的信息。替选地，通信控制装置可能构建为，根据在帧中插入多少动态填充位，选择附加字段的长度，使得在总线上始终在该帧的开始之后的同一位数之后预期针对头部校验和的字段。

再者，用户站可以具有校验和单元，用于确定用于计算头部校验和的起始值，使得头部校验和的临时值直至FDF位不能取值零。

可设想的是，与CAN FD相兼容地来建立针对该消息形成的帧。

可设想的是，通信控制装置构建为，根据其中设置有针对帧校验和的字段可是没有设置有针对头部校验和的字段的帧，产生发送信号；并且通信控制装置构建为，在整个帧中应用固定的位填充规则，根据该固定的位填充规则，要在固定的位数之后插入固定填充位。

替选地或者附加地，通信控制装置可选地构建为，在帧中设置标识符，该标识符说明用于将所属的消息发送到总线上的优先级，其中可自由选择针对该标识符的位的数目。

替选地或者附加地，通信控制装置可以构建为，在发送信号中，在相继的帧之间设置为0位或者1位的间距。

可能的是，在第一通信阶段中协商，在随后的第二通信阶段中，总线系统的用户站中的哪个用户站得到对总线的至少暂时独占的、无冲突的访问。

前面描述的用户站可以是如下总线系统的部分：该总线系统再者包括总线和至少两个用户站，所述至少两个用户站经由总线相互连接，使得所述至少两个用户站可以彼此串行地进行通信。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前面所描述的用户站。

再者，通过根据本发明的用于在串行总线系统中进行通信的方法，解决前面提到的任务。该方法利用总线系统的用户站来实施，所述用户站具有通信控制装置和发送/接收装置；其中所述方法具有如下步骤：利用通信控制装置来控制用户站与总线系统的至少一个另外的用户站的通信，和利用发送/接收装置将由通信控制装置产生的发送信号发送到总线系统的总线上，使得针对在总线系统的用户站之间交换的消息，在第一通信阶段中发送到总线上的信号的位时间不同于在第二通信阶段中发送的信号的位时间；其中通信控制装置根据如下帧产生发送信号：在该帧中，设置有针对头部校验和的字段和针对帧校验和的字段；t；并且其中除了固定填充位以外，通信控制装置从针对消息形成的帧的头部中的所有位中计算头部校验和，所述固定填充位根据固定的位填充规则已被插入到帧的头部中，根据该固定的位填充规则，要在固定的位数之后插入固定填充位。

该方法提供了与前面关于用户站提到的优点一样的优点。

本发明的其他可能的实施方案也包括在前面或者在下文有关这些实施例所描述的特征或者实施形式的未明确提到的组合。在此，本领域技术人员也将添加单个方面作为对本发明的相应基本形式的改进或者补充。

附图说明

随后，参照随附的附图，并且依据实施例，更详细地描述了本发明。在附图中：

图1示出了根据第一实施例的总线系统的经过简化的方框电路图；

图2示出了用于阐明如下消息的结构的简图：所述消息可以由该根据第一实施例的总线系统的用户站来发送；

图3示出了根据第一实施例的总线系统的用户站的经过简化的示意性方框电路图；

图4示出了在根据第一实施例的用户站中的总线信号CAN-FX_H和CAN-FX_L的时间变化过程；

图5示出了在根据第一实施例的用户站中的总线信号CAN-FX_H和CAN-FX_L的差分电压VDIFF的时间变化过程；和

图6示出了用于阐明如下消息的结构的简图：所述消息可以由总线系统的根据第二实施例的用户站来发送；以及

图7示出了用于阐明如下消息的结构的简图：所述消息可以由总线系统的根据第三实施例的用户站来发送。

在这些附图中，只要未另外说明，相同的或者功能相同的要素就配备有同一附图标记。

具体实施方式

作为实例，图1示出了总线系统1，该总线系统1尤其是基本针对CAN总线系统、CANFD总线系统、CAN FX总线系统和/或其变换方案来构建，如随后所描述的那样。总线系统1可以使用在车辆、尤其是机动车、飞机等中或者使用在医院等中。

在图1中，总线系统1具有多个用户站10、20、30，所述用户站10、20、30分别连接到总线40上，所述总线40具有第一总线缆芯41和第二总线缆芯42。总线缆芯41、42也可以称为CAN_H和CAN_L，或者称为CAN-FX_H和CAN-FX_L，并且用于在针对发送状态中的信号耦合输入显性电平或产生隐性电平之后进行电信号传输。经由总线40，消息45、消息46可以以信号的形式在各个用户站10、20、30之间串行传输。如果在通信中在总线40上出现错误，如在图1中通过锯齿状的黑色粗箭头（Blockpfeil）示出的那样，则可以可选地发送错误帧47（ErrorFlag（错误标志））。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。

如在图1中所示的那样，用户站10具有通信控制装置11、发送/接收装置12和校验和单元15。用户站20具有通信控制装置21、发送/接收装置22和校验和单元25。用户站30具有通信控制装置31、发送/接收装置32和校验和单元35。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中未阐明也如此。

通信控制装置11、21、31分别用于控制相应的用户站10、20、30经由总线40与连接到总线40上的用户站10、20、30中的至少一个另外的用户站的通信。

通信控制装置11、31创建并读取消息45，所述消息45例如是经修改的CAN消息。在这种情况下，经修改的CAN消息基于CAN FX格式建立，该CAN FX格式关于图2更详细地予以描述，并且在该CAN FX格式中采用相应的校验和单元15、35。再者，可以实施通信控制装置11、31，以便视需求而定针对发送/接收装置32来提供CAN FX消息或者CAN FD消息，或者从该发送/接收装置32接收CAN FX消息或者CAN FD消息。在这种情况下，也采用相应的校验和单元15、35。通信控制装置11、31因此创建和读取消息45或者消息46，其中消息45和消息46通过它们的数据传输标准相区分，即在该情况下通过CAN FX或者CAN FD相区分。

通信控制装置21可以如按照ISO 11898-1:2015的传统CAN控制器那样来实施，也就是说如容忍CAN FD的经典CAN CAN控制器或者CAN FD控制器那样来实施。通信控制装置21创建并读取消息46、例如CAN FD消息。在CAN FD消息的情况下，可以包括数目为0直至64的数据字节，所述数据字节还为此以与在经典CAN消息的情况下相比明显更快的数据速率被传输。尤其是，通信控制装置21如传统的CAN FD控制器那样来实施。

发送/接收装置22可以如按照ISO 11898-1:2015的传统CAN收发器那样或者如CANFD收发器那样来实施。可以实施发送/接收装置12、32，以便视需求而定针对所属的通信控制装置11、31提供根据CAN FX格式的消息45或者根据现在的CAN FD格式的消息46，或者从所属的通信控制装置11、31接收根据CAN FX格式的消息45或者根据现在的CAN FD格式的消息46。

利用两个用户站10、30，可实现具有CAN FX格式的消息45的形成和接着传输这些消息45，以及可实现接收这种消息45。

图2针对消息45示出了CAN FX帧450，如所述CAN FX帧450由通信控制装置11针对发送/接收装置12被提供用于发送到总线40上那样。在这种情况下，通信控制装置11在本实施例中将帧450创建为与CAN FD相兼容，如也在图2中阐明的那样。同一内容类似地适用于用户站30的通信控制装置31和发送/接收装置32。

根据图2，CAN FX帧450针对在总线40上的CAN通信划分成不同的通信阶段451、452，即仲裁阶段451和数据阶段452。帧450具有仲裁字段453、控制字段454、数据字段455、针对校验和F_CRC的校验和字段456、同步字段457和确认字段458。

在仲裁阶段451中，借助仲裁字段453中的标识符（ID）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，并且因而在接下来的时间中为了发送而在紧接着的数据阶段452中得到对总线系统1的总线40的独占访问。在仲裁阶段451中，如在CAN和CAN-FD中那样使用物理层（Physical Layer）。物理层对应于已知的OSI模型（Open Systems Interconnection Modell（开放系统互连模型））的位传输层或者第1层。

在阶段451期间的重要的点是，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40，而无需破坏确定为较高优先级的消息。借此，可以相对简单地将其他总线用户站10、20、30添加给总线系统1，这是非常有利的。

CSMA/CR方法造成的后果是，在总线40上必须给予所谓的隐性状态，所述隐性状态可以由另外的用户站10、20、30利用显性状态在总线40上被重新写入。在隐性状态下，高电阻状况在各个用户站10、20、30上占主导，这与总线布线的寄生物相组合造成的后果是更长的时间常数。这导致将如今的CAN FD物理层的最大位速率限制到在真实的车辆使用中的现在大约每秒2兆位。

在数据阶段452中，除了控制字段454的部分之外，还发送CAN-FX帧的或来自数据字段455的消息45的用户数据，以及发送针对校验和F_CRC的校验和字段456。

只有当用户站10作为发送方已赢得仲裁并且用户站10作为发送方由此为了发送而具有对总线系统1的总线40的独占访问时，消息45的发送方才开始将数据阶段452的位发送到总线40上。

完全一般而言，与CAN或者CAN FD相比，在具有CAN FX的总线系统中可以实现下列偏离的特性：

a）接管并且必要时适配经过考验的特性，这些经过考验的特性对CAN和CAN FD的稳健性和用户友好性负责任，尤其是按照CSMA/CR方法的具有标识符和仲裁的帧结构，

b）使净数据传输速率上升，尤其是上升到每秒约10兆位，

c）提升每帧用户数据的大小，尤其是提升到约4k字节。

如在图2中示出的那样，在作为第一通信阶段的仲裁阶段451中，用户站10部分地、尤其是直至FDF位（包括该FDF位在内）使用根据ISO11898-1:2015的被CAN/CAN-FD所已知的格式。而从FDF位起，用户站10在第一通信阶段中以及在第二通信阶段（数据阶段452）中使用随后描述的CAN FX格式。

在本实施例中，CAN FX和CAN FD是兼容的。在这种情况下，被CAN FD所已知的res位（随后称为FXF位）被用于从 CAN FD格式切换到CAN FX格式。因而，CAN FD和CAN FX的帧格式直至res位都是相同的。CAN FX用户站（亦即这里为用户站10、30）也支持CAN FD。

替选于在图2中所示的帧450，在该帧450中使用具有11位的标识符（Identifier），CAN FX扩展帧格式可选地是可能的，在该CAN FX扩展帧格式中使用具有29位的标识符（Identifier）。这直至FDF位都与来自ISO11898-l:2015的已知的CAN FD扩展帧格式相同。

根据图2，从SOF位直至FDF位且包括FDF位，帧450与根据ISO11898-1:2015的CANFD基本帧格式相同。因而，这里不进一步阐述已知的结构。在其下部的线上在图2中用粗线条示出的位在帧450中作为显性的被发送。在其上部的线上在图2中用粗线条示出的位在帧450中作为隐性的被发送。

一般而言，在产生帧450时，应用两种不同的填充规则。直至在控制字段454中的FXF位，适用CAN FD的动态的位填充规则，使得要在5个相同位之后连续地插入相反的填充位。在控制字段454中的FX位之后，适用固定的填充规则，使得要在固定的位数之后插入固定填充位。替选地，不是仅插入一个填充位，而是可以插入数目为2或者更多的位作为固定填充位。

在帧450中，直接在FDF位之后接着FXF位，该FXF位从位置上对应于为CAN FD基本帧格式中的“res位”，如前面所提及的那样。如果FXF位作为1（亦即隐性的）被发送，则FXF位由此将帧450标识为CAN FX帧。对于CAN FD帧，通信控制装置11将FXF位置为0（亦即显性的）。

在帧450中，在FXF位之后接着resFX位，该resFX位是针对将来的使用的显性位。对于帧450，resFX必须作为0（亦即显性的）被发送。可是，如果用户站10接收到resFX位作为1（亦即隐性的），则进行接收的用户站10例如进入协议异常状态（Protocoll ExceptionState），这样如在CAN FD消息中针对res=1所实施的那样。resFX位也可能会恰好反过来限定，亦即必须作为1（亦即隐性的）被发送，使得进行接收的用户站在显性的resFX位中进入协议异常状态。

在帧450中，在FXF位之后接着序列BRS AD，在所述序列BRS AD中对预先确定的位序列进行编码。该位序列允许从仲裁阶段451的仲裁位速率至数据阶段452的数据位速率的简单且有保障的切换。例如，BRS AD的位序列包括一个隐性的仲裁位继之以一个显性的数据位。在该实例中，位速率可以在这两个提到的位之间的边沿处被切换。

在帧450中，在序列BRS AD之后接着DLC字段，在该DLC字段中插入数据长度码（DLC=Data Length Code），所述数据长度码说明了在帧450的数据字段455中的字节的数目。数据长度码（DLC）可以取从1直至数据字段455的最大长度或数据字段长度的任何值。如果最大数据字段长度尤其是为2048位，则在假设DLC=0意味着具有数目为1的字节的数据字段长度并且DLC=2047意味着具有数目为2048的字节数据字段长度的数据字段长度的情况下，数据长度码（DLC）需要数目为11的位。替选地，可能会允许长度0的数据字段455，如例如在CAN中那样。在这种情况下，DLC=0例如可能会将对具有数目为0的字节的数据字段长度进行编码。那么，最大可编码的数据字段长度在例如11位的情况下为（2＾11）-1=2047。

在帧450中，在DLC字段之后接着头部校验和 H_CRC。头部校验和是用于使帧450的头部（Headers）得到保障的校验和，也就是说用于使从具有SOF位的帧450的开始直至头部校验和H_CRC的开始的所有位（包括直至头部校验和H_CRC的开始的所有动态填充位和可选地固定填充位在内）得到保障的校验和。根据所期望的汉明距离，要选择头部校验和H_CRC的长度，并且由此要选择根据循环冗余校验（CRC）的校验和多项式的长度。要由头部校验和H_CRC保障的数据字在为11位的数据长度码（DLC）的情况下长于27位。因而，为了达到为6的汉明距离，头部校验和H_CRC的多项式必须为至少13位长。随后，还更详尽地描述头部校验和H_CRC的计算。

在帧450中，在头部校验和H_CRC之后接着数据字段455（Date Field）。数据字段455包括1至n个数据字节，其中n例如是2048字节或者4096字节或者任意另外的值。替选地，可设想为0的数据字段长度。如前面所描述的那样，数据字段455的长度在DLC字段中编码。

在帧450中，在数据字段455之后接着帧校验和F_CRC。帧校验和F_CRC包括帧校验和F_CRC的位。帧校验和F_CRC的长度和由此CRC多项式的长度要根据所期望的汉明距离来选择。帧校验和F_CRC使整个帧450得到保障。替选地，仅数据字段455可选地利用帧校验和F_CRC来保障。随后，还更详尽地描述帧校验和F_CRC的计算。

在帧450中，在帧校验和F_CRC之后接着序列BRS DA，在该序列BRS DA中对预先确定的位序列进行编码。该位序列允许从数据阶段452的数据位速率至仲裁阶段451的仲裁位速率的简单且有保障的切换。例如，BRS DA的位序列包括一个隐性数据位继之以一个显性仲裁位。在该实例中，位速率可以在这两个所提到的位之间的边沿处被切换。

在帧450中，在序列BRS DA之后接着Sync字段，在该Sync字段中维持同步模式（Sync Pattern）。同步模式是允许进行接收的用户站10、30在数据阶段452之后识别出仲裁阶段451的开始的位模式。同步模式允许如下进行接收的用户站10、30自己同步（sichaufzusynchronisieren）：所述进行接收的用户站10、30例如由于错误的头部校验和H_CRC而不知道数据字段455的正确长度。紧接着，这些用户站可以发送“否定确认”，以便通知有错误的接收。当CAN FX在数据字段455中不再允许错误帧47（Error Flags）时，那么这尤其是非常重要的。

在帧450中，在Sync字段之后接着确认字段（ACK字段），该确认字段包括多个位，即在图2的实例中包括ACK位、ACK-dlm位、NACK位和NACK-dlm位这些位。NACK位和NACK-dlm位是可选位。如果进行接收的用户站10、30已正确地接收到帧450，则进行接收的用户站10、30将ACK位作为显性的发送。进行发送的用户站将ACK位作为隐性的发送。因而，在帧450中最初被发送到总线40上的位可以被进行接收的用户站10、30重新写入。ACK-dlm位作为如下隐性位被发送：所述隐性位用于与另外的字段分离。NACK位和NACK-dlm位用于，进行接收的用户站能够用信号通知在总线40上对帧450的不正确接收。这些位的功能如ACK位和ACK-dlm位的功能那样。

在帧450中，在确认字段（ACK字段）之后接着结束字段（EOF=End of Frame（帧结束））。结束字段（EOF）的位序列用于表征帧450的结束。结束字段（EOF）负责，在帧450的结束处发送数目为8的隐性位。这是在帧450之内不能出现的位序列。借此，用户站10、20、30可以有保障地识别出帧450的结束。

结束字段（EOF）具有如下长度：所述长度根据在NACK位中已看到显性位还是隐性位而是不同的。如果进行发送的用户站已接收到NACK位作为显性的，那么结束字段（EOF）具有数目为7的隐性位。否则，结束字段（EOF）只有5个隐性位长。

在帧450中，在结束字段（EOF）之后接着帧间间距(IFS-Inter Frame Space（帧间间隔））。该帧间间距（IFS）如在CAN FD中那样根据ISO11898-l:2015来构建。

图3示出了如下用户站10的基本结构：所述用户站10具有通信控制装置11、发送/接收装置12和校验和单元15，该校验和单元15是通信控制装置11的部分。用户站30以类似的方式来建立，如在图3中所示的那样，可是根据图1的校验和单元35与通信控制装置31和发送/接收装置32分开地布置。因而，不单独地描述用户站30。

根据图3，除了通信控制装置11和发送/接收装置12之外，用户站10还具有分配有通信控制装置11的微控制器13和系统ASIC 16（ASIC=专用集成电路），所述系统ASIC替选地可以是系统基础芯片（SBC），在该系统基础芯片上综合有多个对于用户站10的电子组件所需的功能。在系统ASIC 16中，除了发送/接收装置12之外，装入能量供给装置17，所述能量供给装置17给发送/接收装置12供给电能。能量供给装置17通常供应为5V的电压CAN_Supply。可是，视需求而定，能量供给装置17可以供应具有另外的值的另外的电压。附加地或者替选地，能量供给装置17可以构建为电流源。

校验和单元15具有头部校验和块151和帧校验和块152，随后还更详尽地描述这些块。在头部校验和块151中，至少暂时存储有起始值1511。

发送/接收装置12再者具有发送器121和接收器122。即使随后始终谈及发送/接收装置12，替选地也可能的是，在发送器121外部的单独的装置中设置接收器122。发送器121和接收器122可以如在传统的发送/接收装置22中那样来建立。发送器121尤其是可以具有至少一个运算放大器和/或晶体管。接收器122尤其是可以具有至少一个运算放大器和/或晶体管。

发送/接收装置12连接到总线40上，更准确地说是连接到该总线40的针对CAN_H或者CAN-FX_H的第一总线缆芯41和该总线40的针对CAN_L或者CAN-FX_L的第二总线缆芯42上。针对用于给第一总线缆芯41和第二总线缆芯42供给电能、尤其是供给电压CAN-Supply的能量供给装置17，经由至少一个端子43进行电压供给。与接地或CAN_GND的连接经由端子44实现。第一总线缆芯41和第二总线缆芯42利用终端电阻49来终止。

在发送/接收装置12中，第一总线缆芯41和第二总线缆芯42不是仅与也被称为发射机（Transmitter）的发送器121连接和与也被称为接收机（Receiver）的接收器122连接，即使该连接在图3中为了简化未示出也如此。

在总线系统1运行时，发送器121将通信控制装置11的发送信号TXD或者TxD转换为针对总线缆芯41、42的相对应的信号CAN-FX_H和CAN-FX_L，并在针对CAN_H和CAN_L的端子处将这些信号CAN-FX_H和CAN-FX_L发送到总线40上。

接收器122从根据图4的由总线40接收到的信号CAN-FX_H和CAN-FX_L中形成接收信号RXD或者RxD，并将该接收信号RXD或者RxD转交给通信控制装置11，如在图3中所示的那样。除了空闲或者待机状态（Idle或者Standby）以外，发送/接收装置12利用接收器122在正常运行中总是听从数据或消息在总线40上的传输，更确切而言与发送/接收装置12是否是消息的发送方无关地，听从数据或消息在总线40上的传输。

根据图4的实例，信号CAN-FX_H和CAN-FX_L至少在仲裁阶段451中具有显性的总线电平401和隐性的总线电平402，如被CAN所已知的那样。在总线40上，构造在图5中所示的差分信号VDIFF=CAN-FX_H-CAN-FX_L。具有位时间t_bt的信号VDIFF的各个位可以利用为0.7V的接收阈值而被识别出。在数据阶段 452 中，信号CAN-FX_H和CAN-FX_L的位比在仲裁阶段451中更快地被发送，亦即以更短的位时间t_bt被发送。因此，信号CAN-FX_H和CAN-FX_L在数据阶段452中至少在它们的更快的位速率方面不同于传统的信号CAN_H和CAN_L。

图4中的针对信号CAN-FX_H、CAN-FX_L的状态401、402的次序和图5的电压VDIFF的从中最终得到的变化过程仅用于阐明用户站10的功能。可视需求而定地选择针对总线状态401、402的数据状态的次序。

换言之，发送器121以根据图4的第一运行方式产生作为总线状态402的第一数据状态和作为总线状态401的第二数据状态，所述第一数据状态针对总线40的总线线路的两个总线缆芯41、42具有不同的总线电平，所述第二数据状态针对总线40的总线线路的两个总线缆芯41、42具有同一总线电平。

此外，针对信号CAN-FX_H、CAN-FX_L以数据阶段452包括的第二运行方式的时间变化过程，发送器121以较高的位速率将这些位发送到总线40上。在数据阶段 452 中，再者可以利用与在CAN FD中不同的物理层来产生CAN-FX_H和CAN-FX_L信号。借此，与在CAN FD中相比，数据阶段452中的位速率还可以进一步被提高。

图3的校验和单元15（尤其是该校验和单元15的头部校验和块151）用于计算和评估在针对头部校验和H_CRC的字段中的校验和。此外，校验和单元15（尤其是该校验和单元15的帧校验和块152）用于计算和评估在针对帧校验和F_CRC的字段中的校验和。

如前面所提及的那样，形成用于使帧450的头部（Headers）得到保障的校验和，也就是说用于使从具有SOF位的帧450的开始直至头部校验和H_CRC的开始的所有位（包括直至头部校验和H_CRC的开始的所有动态填充位和可选地固定填充位在内）得到保障的校验和。

在本实施例中，通信控制装置11（尤其是该通信控制装置11的校验和单元15或头部校验和块151）在计算头部校验和H_CRC时采取预防措施，以便消除称为B类的错误。这种错误可能由于动态填充位而发生，直至帧450的FXF位都可能出现所述动态填充位。当通过毛刺引起的错误同步错误地被插入填充位或者从填充位错误地去除通过毛刺引起的错误同步时，出现错误，而校验和CRC的当前中间结果具有值 0。

通信控制装置11（尤其是该通信控制装置11的校验和单元15或头部校验和块151）因而选择用于计算头部校验和H_CRC的起始值，使得并非CRC生成器寄存器的所有位都可以处于‘0’，而没有识别出的填充错误的位序列被处理直至FXF位。因此，直至对FXF位的处理，头部校验和H_CRC的计算的临时值不能成为0...0。亦即，要将起始值置到特定的值，但是不要置到0...0，以便直至FDF位都没有值0...0出现在头部校验和H_CRC中。

在确定用于计算头部校验和H_CRC的起始值时，通信控制装置11（尤其是该通信控制装置11的校验和单元15或头部校验和块151）考虑，CAN FX用户站10、30直至FXF位不能发送任何任意位序列。通信控制装置11（尤其是该通信控制装置11的校验和单元15或头部校验和块151）因而在下列边界条件下确定起始值，即

- 通过动态填充位可以连续地发送不多于五个显性位或者五个隐性位，并且

- 帧450的确定的位具有固定值，如前面所描述的那样，并且由此不是可变的。

因此，预先确定的起始值可以由通信控制装置11来动态地配置，尤其是可以借助校验和单元15或头部校验和块151中的软件来动态地配置。

替选地，在起始值已要么被通信控制装置11要么被别的设备确定一次之后，可以在通信控制装置11中固定地存储有预先确定的起始值。替选地，在起始值不等于 0...0的规定下，预先确定的起始值可以由操作员来选择。

由此，在用户站 10 中可不再出现B类错误。

所描述的用于计算起始值的行为方式的大优点是，没有附加位被引入到帧450中。借此，降低了帧450的数据开销和评估帧450的复杂性。

附加地，可能会需要，提高头部校验和H_CRC的长度，并且由此提高CRC多项式的阶数，以便能够找到合适的H_CRC起始值。因此，头部校验和H_CRC可能会比为识别确定数目的正常的位翻转（Bit-Flips）可能所需的更长，其中位状态由于错误而意外改变。

再者，在使用具有11位的标识符(ID)的帧450中，通信控制装置11（尤其是该通信控制装置11的校验和单元15或头部校验和块151）可能会针对头部校验和H_CRC使用不同于在使用具有29位的标识符(ID)的帧450中的多项式。这具有以下优点：在使用具有11位的标识符(ID)的帧450中，通过头部校验和H_CRC引起的数据开销（Overhead）小于在使用具有29位的标识符(ID)的帧450中的数据开销。

校验和单元15（尤其是该校验和单元15的帧校验和块152）此外形成帧校验和F_CRC，如前面所提及的那样。在这种情况下，校验和单元15可以应用所提到的可能性之一。在这种情况下，帧校验和 F_CRC 根据随后的可能性1和2来分别使整个帧 450直至帧校验和F_CRC得到保障。

可能性1：经由整个帧 450来计算帧校验和F_CRC。因此，从SOF位起且包括SOF位在内直至帧校验和F_CRC的开始的所有位都进入到对帧校验和F_CRC的计算中。附加地，也将动态填充位和可选地也将固定填充位一同包括到该计算中。由于头部校验和H_CRC已经使帧450的头部（Header）免受B类错误，所以帧校验和F_CRC不必再次做该内容。

可能性2：经由头部校验和H_CRC和数据字段455，计算帧校验和F_CRC。因此，从头部校验和H_CRC的第一位起且包括该头部校验和H_CRC的第一位在内的所有位都进入到对帧校验和F_CRC的计算中。可选地，固定填充位也被一同包括到该计算中。由于头部校验和H_CRC已经使帧 450的头部（Header）得到保障，所以足以将头部校验和H_CRC包括到F_CRC计算中，以便使整个帧450得到保障。

可能性3：帧校验和 F_CRC 仅使数据字段455得到保障。因此，从头部校验和H_CRC之后的第一位起直至帧校验和F_CRC的开始的所有位都进入到对帧校验和F_CRC的计算中。可选地，固定填充位也被一同包括到该计算中。因此，帧校验和F_CRC仅使数据字段455得到保障。这是足够的，因为头部校验和H_CRC已经使帧450的头部（Header）得到保障。帧校验和F_CRC和头部校验和H_CRC共同地使整个帧450得到保障。

图6示出了根据第二实施例的帧450_1，其中CAN FX和CAN FD是相兼容的。在该实施例中，帧450_1以及由此CAN FX帧格式不同于图2的帧450，如随后所描述的那样。在这种情况下，仅描述与图6的帧450的不同之处。此外，这两个实施例的帧450、450_1是相同的。

在帧 450_1 中，在头部校验和H_CRC之前插入S_C字段。在S_C字段中，传输所发送的动态填充位的数目（Stuff-Count（填充计数））。S_C字段可以具有 1至n位。在该情况下，亦即针对帧450_1，最大发生3个动态填充位，也就是说n可以被选择为2。替选地，可能传输“动态填充位的数目除以X的余数”，以便降低要传输的位数。例如，X可以是2。

可是，通过该变型方案，与图2的帧450相比，帧450_1的数据开销变得更大。

在帧450_1的修改方案中，在S_C字段中插入填充补偿器（Stuff-Kompensator），而不是插入所发送的动态填充位的数目（Stuff-Count）。填充补偿器具有0至m位，其中 m 对应于直至FDF位可发生的动态填充位的最大数。在此，由动态填充位和填充补偿器位构成的总和始终等于 m。

填充补偿器负责，帧450_1的帧头部的长度变为恒定的。例如，在针对标识符 (ID)的11位的情况下，可以出现最大三个动态填充位。因此，在具有11位的标识符(ID)的情况下，可能会是m=3。在具有动态填充位的帧450_1中，填充补偿器长2位，因为适用3-1=2位。借此，数据字段455总是在从该帧的开头起固定位数之后开始。

图7示出了根据第三实施例的帧4500，其中CAN FX和CAN FD是不相兼容的。在该实施例中，帧4500和由此CAN FX帧格式不同于图2的帧450，如随后所描述的那样。在这种情况下，仅描述与图2的帧450的不同之处。此外，这两个实施例的帧450、4500是相同的。

一般而言，在产生根据本实施例的帧4500时，仅使用固定的填充规则，使得要在固定的位数之后插入固定填充位。替选地，也可以插入2个或者更多个位作为固定填充位，而不是仅插入一个填充位。在数据长度码（DLC）的值已知的情况下，这导致恒定的帧长度或帧4500的恒定长度。这防止通过动态填充位引起的各种问题。

在根据本实施例的帧4500中，标识符（ID）不再如在CAN FD中那样限于数目为11的位或者数目为29的位。可以自由选择标识符（ID）的位的数目k。可是，数目k替选地可规定到固定值上。对于高的净数据速率而言，具有k=8位的ID是有意义的。这足以给总线系统1的每个用户站10、20、30都给予足够多的总线访问优先级。可是，视总线系统1中的不同优先级的数目和需求而定，针对k当然可选择另外的值。

在帧4500中，不再需要并且省略图2的帧450的位RRS、IDE、FDF、FXF。这节省了4位，使得降低了帧开销。借此，提高了总线系统1中的净数据速率。

如果NACK位是显性的，则结束字段（EOF）在帧4500中仅仅还具有数目为5的位。而如果NACK位是隐性的，则结束字段（EOF）具有数目为3的位。这负责，在帧4500结束时发送数目为6的隐性位。如果在仲裁阶段451中在5个相同位之后插入固定填充位，则该隐性位数在有效的帧4500中不会发生在另外的部位处。替选地，可能会大于6位。尤其是，EOF位数必须适配于在其之后插入固定填充位的位数。

帧间间距（IFS）在帧4500中不需要最小长度。尤其是，帧间间距（IFS）可具有长度0。在这种情况下，两个帧4500无缝地先后被发送。可是，具有数目为例如1的位的帧间间距（IFS）也是有意义的，以便与前面提到的情况相比提高总线系统1的稳健性。通过在两个帧4500之间的现在7个隐性位，新用户站可以在总线40处更可靠地同步。

在帧4500中，因此没有出现动态填充位。因此，不必设置对前面所描述的错误类型B的保护。因而，不需要图6中的用于识别错误类型B的字段S_C，使得还进一步降低帧开销。可选地，也可以取消头部校验和H_CRC，使得还进一步降低帧开销。这还更多地提高总线系统1中的净数据速率。

在帧4500中，因此可以根据可能性1至3中的一个来算出帧校验和F_CRC，如关于第一实施例所描述的那样，在该第一实施例中存在CAN FD兼容性。

可以单个地或者以所有可能的组合来使用用户站10、20、30、总线系统1和其中实施的方法的所有前面描述的构建方案。尤其是，前面所描述的实施例的所有特征和/或这些实施例的修改方案的所有特征可以任意组合。附加地或者替选地，尤其是可设想下列修改方案。

即使前面以CAN总线系统为例描述了本发明，本发明也可以在任何通信网络和/或通信方法中被采用，其中使用两个不同的通信阶段，其中针对不同的通信阶段产生的总线状态不同。尤其是，在开发别的串行通信网络（如以太网和/或100 Base-T1以太网、现场总线系统等）时，可采用本发明。

尤其是，根据这些实施例的总线系统1可以是如下通信网络：在所述通信网络中，可以串行地以两种不同的位速率来传输数据。有利的是，可是非强制性的前提条件是，在总线系统1中，至少在确定的时期内保证用户站10、20、30对共同的通道的独占的、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。尤其是可以取消总线系统1中的用户站20。可能的是，在总线系统1中存在用户站10或者30中的一个或者多个。可设想的是，总线系统1中的所有用户站都相同地来构建，亦即仅存在用户站10，或者仅存在用户站30。

Claims (15)

1.一种针对串行总线系统（1）的用户站（10；30），其具有：

通信控制装置（11；31），用于控制所述用户站（10；30）与所述总线系统（1）的至少一个另外的用户站（10；20；30）的通信，和

发送/接收装置（12；32），用于将由所述通信控制装置（11；31）产生的发送信号（TXD）发送到所述总线系统（1）的总线（40）上，使得针对在所述总线系统（1）的用户站（10，20，30）之间交换的消息（45），在第一通信阶段（451）中发送到所述总线（40）上的信号的位时间（t_bt）不同于在第二通信阶段（452）中发送的信号的位时间（t_bt），

其中所述通信控制装置（11；31）构建为，根据如下帧（450；450_1；4500）来产生所述发送信号（TXD）：在所述帧（450；450_1；4500）中，设置有针对头部校验和（H_CRC）的字段和针对帧校验和（F_CRC）的字段，和

其中所述通信控制装置（11；31）构建为，除了固定填充位以外，从在针对所述消息（45）形成的帧（450；450_1；4500）的头部中的所有位中，计算所述头部校验和（H_CRC），所述固定填充位根据固定的位填充规则已被插入到所述帧（450；450_1；4500）的所述头部中，根据所述固定的位填充规则，要在固定的位数之后插入固定填充位。

2.根据权利要求1所述的用户站（10；30），其中，所述通信控制装置（11；31）构建为，在所述发送信号（TXD）中，在数据字段（455）之前设置所述头部校验和（H_CRC）。

3.根据权利要求1或者2所述的用户站（10；30），其中，所述通信控制装置（11；31）构建为，在计算所述头部校验和（H_CRC）时，一同算入在所述帧（450；450_1；4500）中的所述固定填充位。

4.根据权利要求1或者2所述的用户站（10；30），其中，所述通信控制装置（11；31）构建为，从在针对所述消息（45）形成的帧（450；450_1；4500）中布置在所述帧校验和（F_CRC）之前的所有位中，计算所述帧校验和（F_CRC），其中所有固定填充位要么被一同虑及，要么不被算入，所述所有固定填充位根据固定的位填充规则已被插入到所述帧（450；450_1；4500）中，根据所述固定的位填充规则，要在固定的位数之后插入固定填充位。

5.根据权利要求2所述的用户站（10；30），

其中所述通信控制装置（11；31）构建为，从布置在所述针对头部校验和（H_CRC）的字段中和在所述针对所述消息（45）形成的帧（450；450_1；4500）的所述数据字段（455）中的所有位中，计算所述帧校验和（F_CRC），或者

其中所述通信控制装置（11；31）构建为，从布置在所述针对所述消息（45）形成的帧（450；450_1；4500）的所述数据字段（455）中的所有位中，计算所述帧校验和（F_CRC）。

6.根据权利要求1或者2所述的用户站（10；30），

其中所述针对所述消息（45）形成的帧（450；450_1）具有附加字段（S_C），所述附加字段（S_C）布置在所述针对头部校验和（H_CRC）的字段之前，和

其中所述通信控制装置（11；31）构建为，将关于所述帧（450；450_1）中的动态填充位的数目的信息插入到所述附加字段（S_C）中。

7.根据权利要求6所述的用户站（10；30），

其中所述通信控制装置（11；31）构建为，将所述附加字段（S_C）构建为具有固定长度的字段，在所述具有固定长度的字段中插入填充位的数目作为关于所述帧（450；450_1）中的动态填充位的所述数目的信息，或者

其中所述通信控制装置（11；31）构建为，根据在所述帧（450；450_1）插入多少动态填充位，选择所述附加字段（S_C）的长度，使得在所述总线（40）上始终在所述帧（450；450_1；4500）的开始之后的同一位数之后预期所述针对头部校验和（H_CRC）的字段。

8.根据权利要求1或者2所述的用户站（10；30），再者具有校验和单元（15），用于确定用于计算所述头部校验和（H_CRC）的起始值（1511），使得所述头部校验和（H_CRC）的临时值直至FDF位都不能取值零。

9.根据权利要求1或者2所述的用户站（10；30），其中，与CAN FD相兼容地建立所述针对所述消息（45）形成的帧（450；450_1）。

10.根据权利要求1或者2所述的用户站（10；30），

其中所述通信控制装置（11；31）构建为，根据如下帧（450；450_1；4500）来产生所述发送信号（TXD）：在所述帧（450；450_1；4500）中，设置有所述针对帧校验和（F_CRC）的字段，可是没有设置所述针对头部校验和（H_CRC）的字段，和

所述通信控制装置（11；31）构建为，在整个帧（450；450_1）中应用固定的位填充规则，根据所述固定的位填充规则，要在固定的位数之后插入固定填充位。

11.根据权利要求9所述的用户站（10；30），

其中所述通信控制装置（11；31）构建为，在所述帧（4500）中设置标识符，所述标识符说明用于将所属的消息（45）发送到所述总线（40）上的优先级，和

其中针对所述标识符能够自由选择所述位的数目。

12.根据权利要求10所述的用户站（10；30），其中，所述通信控制装置（11；31）构建为，在所述发送信号（TxD）中，在相继的帧（450；450_1）之间设置为0位或者1位的间距（IFS）。

13.根据权利要求1或者2所述的用户站（30；50），其中，在所述第一通信阶段（451）中协商，所述总线系统（1）的所述用户站（10，20，30）中的哪个用户站在随后的所述第二通信阶段（452）中得到对所述总线（40）的至少暂时独占的、无冲突的访问。

14.一种总线系统（1），其具有：

总线（40），以及

至少两个用户站（10；20；30），所述至少两个用户站（10；20；30）经由所述总线（40）相互连接，使得所述至少两个用户站（10；20；30）能够串行地相互通信，并且所述至少两个用户站（10；20；30）中的至少一个用户站（10；30）是根据上述权利要求1至13中任一项所述的用户站（10；30）。

15.一种用于在串行总线系统（1）中进行通信的方法，其中利用所述总线系统（1）的用户站（10；30）来实施所述方法，所述用户站（10；30）具有通信控制装置（11；31）和发送/接收装置（12；32），其中所述方法具有如下步骤：

利用所述通信控制装置（11；31）控制所述用户站（10；30）与所述总线系统（1）的至少一个另外的用户站（10；20；30）的通信，和

利用所述发送/接收装置（12；32）将由所述通信控制装置（11；31）产生的发送信号（TXD）发送到所述总线系统（1）的总线（40）上，使得针对在所述总线系统（1）的用户站（10，20，30）之间交换的消息（45），在第一通信阶段（451）中发送到所述总线（40）上的信号的位时间（t_bt）不同于在第二通信阶段（452）中发送的信号的位时间（t_bt），

其中所述通信控制装置（11；31）根据如下帧（450；450_1；4500）来产生所述发送信号（TXD）：在所述帧（450；450_1；4500）中，设置有针对头部校验和（H_CRC）的字段和针对帧校验和（F_CRC）的字段，和

其中除了固定填充位以外，所述通信控制装置（11；31）从在针对所述消息（45）形成的帧（450；450_1；4500）的头部中的所有位中计算所述头部校验和（H_CRC），所述固定填充位根据固定的位填充规则已被插入到所述帧（450；450_1；4500）的所述头部中，根据所述固定的位填充规则，要在固定的位数之后插入固定填充位。

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