CN113438139B - 用于检查来自通信总线的帧的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及用于检查来自通信总线的帧的设备和方法。根据实施例，一种方法包括：确定从通信总线接收的帧是否根据特定通信协议被编码并且被寻址到特定电子设备；当帧基于所述确定根据所述特定通信协议被编码并且被寻址到特定电子设备时，增加帧计数值，其中增加帧计数值包括增加具有第一比特深度的模运算计数器电路的计数，并且帧计数值被约束到模运算计数器电路的模值；基于将帧计数值与阈值进行比较来设置帧计数状态比特，并且在通信总线之上传输包括帧计数器状态比特的帧，并且在监测时间间隔结束时重置帧计数值。

Description

用于检查来自通信总线的帧的设备和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年3月9日提交的编号为IT102020000004978的意大利专利的权益，该申请的全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本说明书涉及包括功能安全特征的通信网络。
一个或多个实施例可以应用在汽车网络中，例如用于在车辆中的电子控制单元(ECU)与车辆中的一个或多个对应的致动器设备和/或传感器设备之间的通信。用于LED照明模块(例如，前灯、后灯、内部灯)的驱动器电路是此类设备的示例。
背景技术
在安全关键系统、例如某些汽车通信网络中的数据通信可能要服从某些功能安全要求。例如，汽车通信网络的操作可以包括根据在ISO26262-6：2018附录D 2.4中描述的规范来检测故障。
为此，已知类型的汽车通信网络可以实现功能安全特征，例如循环冗余校验(CRC)、设备寻址和帧计数。
尤其，帧计数可以包括对在通信网络中的特定设备(例如，收发器)处的以特定时间间隔期间有效接收的帧的数目进行计数，并且将该数目与预期在该时间间隔期间在该设备处接收的帧的数目进行比较。换句话说，通信网络可以被设计成检测在网络之上发送的帧的数目和在网络之上接收的帧的数目之间的失配，以便检测数据的丢失和/或数据的插入。
本领域已知的通信网络可以以软件来实现这种帧计数特征，即，通过在耦合至网络的电子控制单元中的处理单元(例如，微控制器)上运行的软件代码来实现。虽然这种软件实现方案可以提供一定程度的灵活性，并且可以允许对通过网络交换的帧的总数进行计数，但是这会在与一些应用的连接方面是低效的、和/或成本高的。
发明内容
根据实施例，一种电子设备被配置为耦合至通信总线以从其接收数字信号，数字信号被布置在包括根据特定通信协议编码的帧中。该电子设备包括：检查电路，对布置在帧中的数字信号敏感，检查电路被配置为确定所接收的帧是否根据所述通信协议被编码并且被寻址到所述电子设备；帧计数器电路，耦合至检查电路，并且被配置为产生帧计数值，帧计数值是在监测时间间隔期间所接收的帧的数目的函数，并且被配置为由于通过检查电路的确定的肯定结果，增加所述帧计数值，其中该帧计数器电路包括具有特定比特深度的模运算计数器电路，并且其中帧计数值被约束为模运算计数器电路的模值；比较器电路，被配置为：将所述帧计数值与第一帧计数阈值进行比较，并且由于帧计数值等于所述第一帧计数阈值，将帧计数器状态比特设置为指示电子设备的第一操作状态的第一值，并且将帧计数值与不同于第一帧计数阈值的第二帧计数阈值进行比较，并且由于帧计数值等于第二帧计数阈值，将帧计数器状态比特设置为指示电子设备的第二操作状态的第二值；以及控制器电路，被配置为在通信总线之上发送包括帧计数器状态比特的帧，并且在监测时间间隔结束时重置帧计数值。
根据另一实施例，一种集成电路包括：接收器，被配置为耦合至通信总线，并且接收根据特定通信协议编码的帧中布置的数字信号；检查电路，耦合至所述接收器，所述检查电路被配置为确定由接收器接收的帧是否根据特定通信协议被编码并且寻址到特定电子设备；帧计数器电路，耦合至检查电路，帧计数器电路被配置为当检查电路指示帧是根据特定通信协议被编码并且寻址到特定电子设备时，增加帧计数值，其中帧计数器电路包括具有第一比特深度的模运算计数器电路，并且帧计数值被约束为模运算计数器电路的模值；比较器电路，被配置为：将帧计数值与第一帧计数阈值进行比较，当帧计数值等于所述第一帧计数阈值时，将帧计数器状态比特设置为指示特定电子设备的第一操作状态的第一值，将帧计数值与不同于第一帧计数阈值的第二帧计数阈值进行比较，当帧计数值等于所述第二帧计数阈值时，将帧计数器状态比特设置为指示特定电子设备的第二操作状态的第二值；以及控制器电路，被配置为在通信总线之上发送包括帧计数器状态比特的帧，并且在监测时间间隔结束时重置帧计数值。
根据另一实施例，一种方法包括：确定从通信总线接收的帧是否根据特定通信协议被编码并且被寻址到特定电子设备；当帧基于所述确定根据特定通信协议被编码并且被寻址到特定电子设备时，增加帧计数值，其中增加帧计数值包括增加具有第一比特深度的模运算计数器电路的计数，并且帧计数值被约束到模运算计数器电路的模值；将帧计数值与第一帧计数阈值进行比较；当帧计数值等于第一帧计数阈值时，将帧计数器状态比特设置为指示特定电子设备的第一操作状态的第一值；将帧计数值与不同于第一阈值的第二帧计数阈值进行比较；当帧计数值等于第二帧计数阈值时，将帧计数器状态比特设置为指示特定电子设备的第二操作状态的第二值；以及在通信总线之上传输包括帧计数器状态比特的帧，并且在监测时间间隔结束时重置帧计数值。
附图说明
现在将参考附图仅通过示例的方式描述一个或多个实施例，其中：
图1是一个或多个实施例的示例性框图；以及
图2是一个或多个实施例的可能操作的示例性框图。
具体实施方式
在随后的描述中，示出一个或多个具体细节，目的在于提供对本说明书的实施例的示例的深入理解。可以在没有一个或多个具体细节的情况下，或者利用其它方法、组件、材料等来获得实施例。在其它情况下，没有详细示出或描述已知的结构、材料或操作，以便不会模糊实施例的某些方面。
在本说明书的范围内对“实施例”或“一个实施例”的引用旨在指示关于该实施例描述的特定配置、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，可能存在于本说明书的一个或多个点中的诸如“在实施例中”或“在一个实施例中”的短语不一定指代同一个实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以以任何适当的方式组合特定的构造、结构或特性。
在本文所附的所有附图中，相同的部件或元件用相同的附图标记/数字表示，并且为了简洁，将不重复相应的描述。
在此使用的附图标记仅为了方便而提供，并且因此不限定实施例的保护程度或范围。
本发明的一些实施例涉及包括功能安全特征的通信网络。一个或多个实施例可以涉及对应的系统；并且一个或多个实施例可以涉及相应的车辆。一个或多个实施例可以应用在汽车网络中，例如用于在车辆中的电子控制单元(ECU)与车辆中的一个或多个对应的致动器设备和/或传感器设备之间的通信。用于LED照明模块(例如，前灯、后灯、内部灯)的驱动器电路是此类设备的示例。
根据一个或多个实施例，提供了一种电子设备，该电子设备被配置用于耦合至通信总线以从其接收数字信号，该数字信号被布置在包括根据特定通信协议编码的帧中。
电子设备可以包括对布置在帧中的数字信号敏感的检查电路，检查电路被配置为执行在所接收的帧是否是根据通信协议被编码并且被寻址到电子装置方面的检查。
该电子设备可以包括帧计数器电路，该帧计数器电路被配置为产生帧计数值，该帧计数值是在监测时间间隔期间所接收的帧的数目的函数，该帧计数器电路耦合至检查电路，并且被配置为由于检查的肯定结果而增加帧计数值。
电子设备可以包括比较器电路，该比较器电路被配置为：
将帧计数值与第一帧计数阈值进行比较，并且由于帧计数值等于第一帧计数阈值，将帧计数器状态比特设置为指示电子设备的第一(例如，正常)操作状态的第一值，以及
将帧计数值与不同于所述第一帧计数阈值的第二帧计数阈值进行比较，并且由于帧计数值等于所述第二帧计数阈值，将帧计数器状态比特设置为指示所述电子设备的第二(例如，异常)操作状态的第二值。
电子设备可以包括控制器电路，该控制器电路被配置为在通信总线之上发送包括帧计数器状态比特的帧，并且在监测时间间隔结束时重置帧计数值。在一些实施例中，控制器电路还被配置为在监测时间间隔结束时重置帧计数器状态比特。
在一个或多个实施例中，帧计数器电路可以包括具有特定比特深度的模运算计数器电路，并且帧计数值可以被约束到模运算计数器电路的模值。
一些实施例的优点包括有能力提供具有低硅覆盖区和复杂度降低的帧计数器电路。
通过对示例性实施例的详细描述的介绍，可以参考图1，该图是根据一个或多个实施例的设备D的某些组件的示例。
设备D可以被配置为在通信网络(例如，汽车总线网络)中使用的从设备或“卫星”设备。例如，设备D可以实现用于车辆中的LED照明模块的驱动器电路。因此，设备D可以从主设备(例如，车辆中的ECU，在图1中不可见)接收数据帧，用于控制相应LED照明模块的操作(例如，激活和禁用)。
设备D可以包括收发器电路TC，收发器电路被配置用于耦合至通信总线B以在总线之上交换数据帧。通信总线B可以包括例如控制器局域网(CAN)总线。
设备D可以包括控制器电路10，控制器电路管理总线B之上的通信(即，帧交换)。控制器电路10可以借助于专用硬件(ASIC)来实现，以减少对用于运行软件的嵌入式处理器的需求，并且可以配置为实现特定的通信协议。举例来说，控制器电路10可以被配置为在总线B之上交换根据格式CANFD被编码的帧，其中总线B根据主从架构来操作。
因此，如图1中所例示的控制器电路10可以包括：通信控制器100、协议控制器101以及振荡器106，协议控制器依次包括发送器电路102、发送错误计数器(TEC)电路103、接收器电路104和接收错误计数器(REC)电路105，可选地，该振荡器是电压、过程和温度补偿类型和/或相应被微调的。
在一个或多个实施例中，发送器电路102和接收器电路104可以被配置为与收发器电路TC(例如，CAN FD收发器电路)协作，以在总线B之上与耦合至该总线的其它设备进行通信。例如，通信控制器100可以将输出数据TD发送到协议控制器101，协议控制器可以处理输出数据TD以生成相应的编码传输信号TX，该编码传输信号由收发器电路TC在总线B之上传输。类似地，协议控制器101可以通过收发器电路TC从总线B接收编码接收信号RX，并且可以处理编码接收信号RX以生成相应的输入数据RD，该输入数据被发送到通信控制器100。
在一个或多个实施例中，发送器电路102可以被配置为执行帧准备(102a)、比特填充(102b)、CRC插入(102c)、帧错误校验(102d)、错误计数(102e)和确认(102f)。
在一个或多个实施例中，接收器电路104可以被配置为执行比特解码(采样-104a)、错误检测(104b)、比特去填充(104c)、CRC验证(104d)和确认生成(104e)。
欧洲专利申请EP 3 547 620A1是该领域先前活动的示例，这使得在此不必提供更详细的描述。
注意，在安全关键通信系统中发生故障可能引起帧丢失，这可能导致安全隐患。例如，如果通信总线B用于汽车照明系统中，则一个或多个帧的丢失可能导致灯(例如，刹车灯)在被命令这样做时不能正确地激活(例如，打开)。根据另一个示例，通信总线B可以用于从车辆中的一个或多个传感器收集数据，使得一个或多个帧的丢失可以导致来自传感器的数据的丢失。
帧的这种丢失可能是由于例如通信的偶然失真和/或帧传输中的抖动。
因此，一个或多个实施例可以旨在：检测预期在特定监测时间间隔期间在特定设备D处所接收的多个帧与在该监测时间间隔期间在设备D处实际所接收的多个帧之间的失配。
尤其，由于通信控制器100和协议控制器101可以单片集成到设备D中(例如，集成到控制器电路10中)，因此可能期望设备D内的帧计数器电路的硬件实现方案。
第一种可能的解决方案可以包括在控制器电路10内实现所谓的“直接”计数器电路。直接计数器电路可以被配置为对在监测间隔期间在设备D处接收的帧的总数进行计数，并且将该总数与预期的帧总数进行比较。
发明人注意到，在监测间隔中接收的帧的数目可能相当高。纯粹通过示例的方式，监测间隔可以持续约10ms、50ms、100ms、150ms或10ms的其它倍数，并且接收的帧的对应数目可以近似等于15、75、150、225(再次通过非限制性示例的方式来纯粹提供这些值)。
因此，包括直接计数器的解决方案可能在资源方面要求很高，因为大量接收的帧将涉及在接收设备中实现大计数器。
因此，一个或多个实施例可以旨在检测在设备D处接收的帧的预期数目和实际数目之间的失配，而无需跟踪在监测间隔期间接收的帧的总数目。因此，帧计数器电路的复杂度及其硅区域的占用可以被降低。
由于特定数目的帧可能被破坏或可能丢失(并且可能被重新发送)或可能经受通信抖动，这使得早于或晚于预期地接收帧，但并不损害系统的安全性(即，不丢失通信完整性)，所以一个或多个实施例可以被配置为在将所接收的帧的数目与一个或多个阈值进行比较之后采取对策。换句话说，可以设置特定的容限裕度，使得设备D可以由于所接收的帧的数目在帧的预期数目附近的特定接受范围外而做出反应。可选地，阈值可以是可编程的。
如图1中所例示的设备D可以包括集成的(即，硬件实现的)帧计数器电路107，该设备D可以包括完全集成在控制器电路10中的通信控制器100和协议控制器101，该帧计数器电路被配置为：在特定监测间隔内更新在设备D处所接收的每个有效帧RD处的计数器值，将该计数器值与一个或多个参考值(或阈值)进行比较，根据该比较来检测指示可能的通信故障的帧计数失配，并且在监测间隔期满时，相应地对通信故障的检测做出反应。
一个或多个实施例可以有利地提供具有低硬件复杂度的帧计数器电路107，从而使得解决方案成本有效。
在一个或多个实施例中，帧计数器电路107可以被配置为，即使是在计数时段内所接收的帧的数目庞大的情况下，也将所接收的帧的数目与一个或多个可调节阈值进行比较。
尤其是一个或多个实施例可以依赖的认知在于，在实际网络实现方案中，如果与在监测时间间隔期间交换的帧的总数相比，接收帧与预期帧之间的差异可以相当小，这使得不必对在监测时间间隔期间接收的帧的总(绝对)数目进行计数。相反，可以采用模运算来进行有效的帧计数。
例如，在特定监测间隔期间，可以期望在设备D处接收到特定数目fE的帧。基于特定应用的功能安全目标，通信网络的设计者因此可以定义以下参数：
fH＝fE+mH；
fL＝fE–mL；
tH＝fE+sH；
tL＝fE+sL；
其中，fH是接收帧的数目，在该数目以上认为已经发生通信故障(mH是可接受的上限错误裕度)，fL是接收帧的数目，在该数目以下认为已经发生通信故障(mL是可接受的下限错误裕度)，tH是在监测间隔期间在设备D处可以合理接收的帧的最大数目，并且tL是在监测间隔期间在设备D处可以合理接收的帧的最小数目。
仅通过示例的方式，可以考虑以下值：
fE＝150帧；
fH＝152帧；
fL＝148帧；
tH＝153帧；
tL＝147帧。
仍然通过示例的方式，通过求助于模16计数(可能借助于简单的4比特升计数器电路来实现)，上述值可以被写为：
fE＝6(模16)；
fH＝8(模16)；
fL＝4(模16)；
tH＝9(模16)；
tL＝3(模16)。
因此，一个或多个实施例可依赖于将在监测间隔期间实际接收的帧的数目fA(模i)与下阈值fL和/或上阈值fH进行比较，以便确定接收的帧的数目是否在可接受的范围内。
发明人注意到，如果fE(模i)接近零(例如，等于0或1)或接近i(例如，等于i-1)，则fH(模i)和tH(模i)可能会低于fL(模i)和tL(模i)。因此，通信网络的设计者可以选择i的值(例如，通过选择计数器电路的比特数)和/或监测时间间隔的持续时间，以便导致fE(模i)从极值零和i中充分地去除(例如，1＜fE(模i)＜i-1)，从而在tH(模i)＞tL(模i)的条件下提供计数器电路的正确操作。
只要实际所接收的帧的数目fA与预期的帧的数目fE之间的差小于i，上述比较就可以提供故障的准确检测。在一个或多个实施例中，至少在通信网络可以包括附加安全特征的情况下，可以假设满足这样的条件，该附加安全特征能够检测发送和接收的帧的数目之间的失配超过值i。
在一个或多个实施例中，可以在设备D的设计阶段期间根据应用需求来确定监测间隔的持续时间。
备选地，在一个或多个实施例中，监测间隔的持续时间可以是可编程的，可能是实时的(例如，帧计数器电路107可以借助于在总线B之上接收的专用编程帧来编程)。
在一个或多个实施例中，监测间隔的持续时间可以被确定为看门狗触发的函数。尤其，看门狗比特可以存储在设备D内的本地寄存器中，并且看门狗比特的值可以以规则的时间间隔(即，周期性地)切换。设备D可以包括看门狗事件计数器(例如，3比特计数器)，看门狗事件计数器对看门狗比特的切换事件的数目进行计数。在一个或多个实施例中，监测间隔可以由于看门狗事件计数器达到特定阈值(例如，五个切换事件、三个切换事件或甚至一个切换事件)而终止。因此，帧计数器电路107可以配置为采用两个连续看门狗切换事件之间、或每隔一个切换事件之间、或每隔两个看门狗切换事件之间等的时间间隔作为监测间隔。
在一个或多个实施例中，可以在设备D的设计阶段期间根据应用程序要求来确定限定监测时间间隔的连续看门狗切换事件的数目。
备选地，在一个或多个实施例中，限定监测时间间隔的连续看门狗切换事件的数目可以是可编程的，可能是实时的(例如，帧计数器电路107可以借助于在总线B之上接收的专用编程帧来编程)。因此，看门狗事件阈值可以存储在可以通过总线访问来读取和写入的寄存器中。因此，只要两个连续看门狗切换事件之间的预期帧的数目可能不恒定、但例如在五个连续看门狗切换事件之间可以恒定，就可提供帧计数器电路107的灵活操作。
可以采用各种配置以规则的时间间隔切换看门狗比特的值。例如，在一个或多个实施例中，看门狗比特可以在由控制器电路10的内部振荡器106驱动时定期地切换。附加地或备选地，由于在设备D处经由总线B接收到信号，看门狗比特可以切换。例如，看门狗比特可以在接收到看门狗帧时切换，该看门狗帧周期性地在总线B之上发送并且在设备D处接收。
在一个或多个实施例中，可以在设备D的设计阶段期间根据应用要求来确定上阈值fH和下阈值fL的值。
备选地，在一个或多个实施例中，上阈值fH和下阈值fL的值可以是可编程的，可能是实时的。例如，对阈值fH和fL的值进行编程可以用于适应于监测时间间隔的不同持续时间和/或具有不同安全要求的不同应用。因此，可以将上阈值fH和下阈值fL存储在可以通过总线访问来读取和写入的寄存器中。
在一个或多个实施例中，帧计数器电路107可以在每个监测间隔结束时被重置。在一些实施例中，可以(仅)在规定的监测间隔结束时执行重置，从而以降低操作灵活性为代价来增加功能安全性。可选地，可以根据在设备D处从任意源(例如，耦合至总线B的主设备)接收的重置信号来执行任意重置。
因此，在一个或多个实施例中，帧计数器电路107可以包括N比特升计数器，该N比特升计数器更新在设备D处所接收的每个有效帧处的内部计数器值。当N比特升计数器达到其最大值(即2N-1)时，它溢出(即它从零开始再次计数)而不需要跟踪进位位。
通常，N比特升计数器具有的比特深度可以低于将被实现来对在监测时间间隔期间接收的帧的总数进行计数的比特深度。例如，如果期望在监测时间间隔内在设备D处接收到数目为j的帧，则“直接”计数器将具有高于log2(j)的整数部分的比特深度。根据一个或多个实施例的N比特升计数器可以具有等于或小于log2(j)的整数部分的比特深度。
通过示例的方式，在一个或多个实施例中，N比特升计数器可以是5比特计数器。在另一个示例中，N比特升计数器可以是4比特计数器。在另一个示例中，N比特升计数器可以是3比特计数器。在另一个示例中，N比特升计数器可以是2比特计数器。在某些实施例中，其中，故障的预期数目低，N比特升计数器可以是1比特计数器。
内部计数器值可以存储在通过总线访问可读的寄存器中。寄存器可能不可以通过总线访问写入。
具有低比特数目(例如，小于或等于5的任何整数)的N比特升计数器的实现方案可以实现低硅覆盖区以及计数器电路和/或(一个或多个)比较器电路的复杂度降低。
由于检测到的接收帧的预期数目和实际数目之间失配，可以采取一个或多个对策。例如，可以设置指示潜在问题或故障的标志信号，和/或可以将接收设备D设置(例如，强制)为故障安全模式。通常，帧计数值可以经由通信总线B(例如，由耦合至总线B的主设备)来读取。
在一个或多个实施例中，帧计数器电路107因此可以被配置为根据图2中所示的示例性操作流程来操作。
在重置步骤200，可以重置帧计数器电路107。因此：内部帧计数器FC(例如，5比特值、4比特值、3比特值、2比特值或甚至1比特值)可以被设置为零；指示帧计数器电路107的当前状态的帧计数器状态输出值FCTS(例如，1比特值)可以被设置为零；具有与帧计数器FC相同比特数的下计数器阈值FCTL可以被设置为零；具有与帧计数器FC相同比特数的上计数器阈值FCTU可以被设置为零；看门狗计数器WDC(例如，3比特值)可以被设置为零；并且具有与看门狗计数器WDC相同比特数目的看门狗阈值WDCT可以设定为零。
在初始化步骤201，下计数器阈值FCTL、上计数器阈值FCTU和看门狗阈值WDCT的值可以通过从设备存储器读取它们来初始化。例如，这样的设备存储器可以是被配置为由于接收专用帧或消息而被写入的可写存储器。
在步骤203，设备D可以等待在通信总线B之上接收的输入数据(例如，输入帧)。帧的接收由数据输入框202来例示。一旦接收到帧，步骤203可以包括分析所接收的帧。例如，可以根据CAN FD格式对所接收的帧进行编码，并且在步骤203执行的帧分析可以包括CRC校验、比特填充等。
如图2中所例示，初始化步骤201可以在接收看门狗触发(即，看门狗比特的切换事件)之前和/或在分析下一帧之前执行。因此，在一个或多个实施例中，下计数器阈值FCTL、上计数器阈值FCTU和看门狗阈值WDCT的值可以在它们被评估之前被更新。
在步骤204，基于分析步骤203的结果，可以确定所接收的帧是否是有效帧(框204的肯定结果Y)或不是有效帧(框204的否定结果N)。
由于步骤204的否定结果，帧计数器电路107可以不采取任何动作，并且操作可以从步骤201继续，即，设备D可以更新阈值FCTL、FCTU、WDCT的值，并且然后继续等待来自总线B的帧。
由于步骤204的肯定结果，操作可以继续到步骤205，该步骤可以包括确定所接收的帧是否被寻址到接收设备D(框205的肯定结果Y)或不被寻址(框205的否定结果N)。
由于步骤205的否定结果，帧计数器电路107可以不采取任何动作，并且操作可以从步骤201继续，即，设备D可以更新阈值FCTL、FCTU、WDCT的值，并且然后继续等待来自总线B的帧。
由于步骤205的肯定结果，操作可以继续到步骤206，在该步骤可以确定看门狗触发是否在设备D处被接收(框206的肯定结果Y)或没有被接收(框206的否定结果N)。
由于步骤206的否定结果，操作可以继续到步骤207，该步骤可以包括增加帧计数器的值FC(例如，增加一个单位)。
在随后的步骤208，可以检查帧计数器FC的当前值是否等于下计数器阈值FCTL(框208的肯定结果Y)或不等(框208的否定结果N)。
由于步骤208的肯定结果，帧计数器状态输出值FCTS可以被设置(在步骤209)为第一值(例如，1)，第一值指示了所接收的帧的数目在监测间隔期间预计将被接收的帧的范围内的事实。在将帧计数器状态输出值FCTS设置为第一值之后，操作可以从步骤201继续。
由于步骤208的否定结果，操作可以继续到步骤210，该步骤可以包括检查帧计数器FC的当前值是否等于上计数器阈值FCTU(框210的肯定结果Y)或不等(框210的否定结果N)。
由于步骤210的肯定结果，帧计数器状态输出值FCTS可以被设置(在步骤211)为第二值(例如，0)，第二值指示了所接收的帧的数目不在监测间隔期间预计将被接收的帧的范围内的事实。在将帧计数器状态输出值FCTS设置为第二值之后，操作可以从步骤201继续。
由于步骤210的否定结果，帧计数器电路107可以不采取任何动作，并且操作可以从步骤201继续。
由于步骤206的肯定结果，操作可以继续到步骤212，该步骤可以包括增加看门狗计数器的值WDC(例如，增加一个单位)。
另外，由于步骤206的肯定结果，设备D可以发送帧(例如，SPI帧)，以将帧计数器状态输出FCTS的当前值例如传送到耦合至总线B的主设备。该操作由图2的数据输出框212a示意地例示。
备选地，设备D可以仅由于看门狗计数器WDC等于看门狗阈值WDCT而这样发射包含帧计数器状态输出FCTS的当前值的帧。
在步骤212之后，操作可以继续进行到随后的步骤213，该步骤包括检查看门狗计数器WDC的当前值是否等于看门狗阈值WDCT(框213的肯定结果Y)或不等于(框213的否定结果N)。
由于步骤213的否定结果，操作可以从步骤208继续。
由于步骤213的肯定结果，操作可以继续到步骤214，该步骤可以包括重置帧计数器FC的值、帧计数器状态输出值FCTS的值和看门狗计数器WDC的值。
在步骤214之后，操作可以继续到步骤208。备选地，在步骤214之后，操作可以继续到步骤201。
通常，由于步骤204和205，对寻址到设备D的(所有)有效帧进行计数。
例如，接收以下帧中的任一个帧可能导致帧计数器值FC的增加：寻址到设备D的单播帧、具有与设备D的链ID适配的链ID并因此寻址到设备D的广播帧、以及链初始化帧。
另一方面，由于步骤204和205，接收以下帧中的任一个帧可能不会导致帧计数器值FC的增加：具有错误的帧、寻址到耦合至总线B的另一设备(不同于设备D)的单播帧、具有与设备D的链ID不适配并因此不寻址到设备D的链ID的广播帧、唤醒帧、以及同步帧。
在一个或多个实施例中，在监测间隔结束时(即，在引起帧计数器FC和看门狗计数器WDC重置的看门狗触发时)的帧计数器状态输出FCTS的值可以用于迫使设备D进入故障安全模式。这可以例如以两种不同的方式来获得。
根据第一可选方案，主设备耦合至总线B并能够读取帧计数器状态输出FCTS的值，该主设备可以发送命令以迫使设备D进入故障安全模式。
根据第二可选方案，设备D可以配备有看门狗定时器，即，期望周期性地重置为零以便指示设备的正确操作的定时器。在这种情况下，设备D可以配置为由于看门狗定时器达到特定阈值而切换到故障安全模式。因此，一个或多个实施例可以被配置为，防止由于帧计数器状态输出值FCTS指示可能的通信问题而重置看门狗定时器(这进而将导致设备D在看门狗定时器到期时切换到故障安全模式)。
在一个或多个实施例中，可以借助于设备D中的非易失性存储器(NVM)中的配置比特来选择用于迫使设备D处于故障安全模式的第一可选方案或第二可选方案。
一个或多个实施例因此可以通过促进以下各项的检测来提供通信网络中的功能安全性：
信息的重复(在帧计数器电路对包括寻址到设备D的广播消息的接收消息进行计数时；在接收消息的数目高于期望消息的数目的情况下，可以检测到重复)；
信息的丢失(在帧计数器电路对包括寻址到设备D的广播消息的接收消息进行计数时；在接收消息的数目低于预期消息的数目的情况下，可以检测到信息的丢失)；
信息的延迟(例如，在特定的帧计数器重置时间点的计数消息的数目低于预期的情况下，以及在随后的时间点、例如帧计数器重置时间点高于预期的情况下；这种情况可以指示信息在第一监测间隔中丢失并且在随后的第二监测间隔中重复、或者信息从一个监测间隔延迟到下一个监测间隔的事实)；
信息的插入(可以以与信息的重复相同的方式来检测该信息的插入)；
信息的伪装或不正确寻址(在不正确寻址的帧可能导致网络中的设备接收比预期更多的帧而网络中的另一个设备接收比预期更少的帧时)；
不正确的信息序列(例如，通过在帧已经被发送之后立即读回帧计数器内容；将预期的帧计数器内容与属于该消息的实际帧计数器内容进行比较，并且在消息计数器内容与预期值不适配的情况下可以检测到不正确的序列)；
信息的损坏(在信息的损坏由不适配的CRC值检测到时，这导致输入帧被丢弃并且由于被分类为无效而不被计数；结果，帧计数器值可能低于预期并且可能检测到损坏的帧)；
从发送器发送到多个接收器的非对称信息(例如，当在CAN FD光网络中每个消息可以被寻址到专用接收器时；可能由坏帧或由错误操作的接收器设备引起寻址到多个接收器，该接收器设备接收并不寻址到它的消息；在前一情况下，坏帧可能由CRC失配检测，而在后一情况下，由于对应的帧计数器具有高于预期的值，所以可能检测到接收器设备的错误操作)；
来自仅由预期接收器的子集接收的发送器的信息(在设备可能具有低于预期的帧计数器值时，其中该设备未接收到针对其的消息；因此，可能发生与“信息的丢失”情况类似的检测)；和/或
阻止对通信信道的访问(未被接收器接收的帧不是计数器，并且相应的帧计数器值与期望值不适配；如果主设备发送单播消息并且它没有接收到应答，则也可以检测到通信信道的阻塞；如果阻止了切换看门狗的单播帧，则看门狗不工作，并且设备最终可以进入故障安全状态)。
如本文所例示的，电子设备(例如，D)可以被配置用于耦合(例如，TC)至通信总线(例如，B)以从其接收数字信号，该数字信号被布置在包括根据特定通信协议编码的帧中。电子设备可以包括：对布置在帧中的数字信号敏感的检查电路，检查电路被配置为执行在所接收的帧是否根据通信协议被编码并且被寻址到电子设备方面的检查(例如，203、204、205)；帧计数器电路，被配置为产生帧计数值，帧计数值是在监测时间间隔期间所接收的帧的数目的函数，所述帧计数器电路耦合至检查电路，并且被配置为由于检查的肯定结果而增加帧计数值；比较器电路，被配置为：将帧计数值与第一帧计数阈值进行比较(例如，208)，并且由于帧计数值等于第一帧计数阈值，将帧计数器状态比特设置为指示电子设备的第一(例如，正常)操作状态的第一值，将帧计数值与不同于第一帧计数阈值的第二帧计数阈值进行比较(例如，210)，并且由于帧计数值等于第二帧计数阈值，将帧计数器状态比特设置为指示电子设备的第二(例如，异常)操作状态的第二值；以及控制器电路(例如，10)，被配置为在通信总线之上发送(例如，212a)包括帧计数器状态比特的帧，并且在监测时间间隔结束时重置(例如，214)帧计数值。在一些实施例中，控制器电路还可以在监测时间间隔结束时重置帧计数器状态比特。
如本文所例示的，帧计数器电路可以包括具有特定比特深度的模运算计数器电路(例如，不具有进位位的升计数器)，并且帧计数值可以被约束为模运算计数器电路的模值。
如本文所例示，电子设备可以被配置为在监测时间间隔期间接收数目为j的帧，并且模运算计数器电路可以具有等于或小于log2(j)的整数部分的非零比特深度。
如本文所例示，比较器电路可以具有与模运算计数器电路的比特深度相等的比特深度。
如本文所例示，模运算计数器电路可以具有等于五或更小的非零比特深度，优选地具有等于三的比特深度，更优选地具有等于一的比特深度。
如本文所例示的，电子设备可以包括至少一个寄存器，该至少一个寄存器被配置为存储第一帧计数阈值和第二帧计数阈值，该至少一个寄存器在读取模式和写入模式下可以经由通信总线被访问。
如本文所例示的，电子设备可以包括看门狗感测电路系统，看门狗感测电路系统被配置为感测以特定时间间隔发生的看门狗事件，并且包括看门狗事件计数器电路，看门狗事件计数器电路被配置为提供所感测的看门狗事件的看门狗计数值。由于正被感测的看门狗事件，看门狗感测电路系统可以被配置为：产生包括帧计数器状态比特的帧在通信总线之上的传输、看门狗计数值的增加、以及看门狗计数值与看门狗计数阈值的比较(例如213)，并且由于看门狗计数值等于看门狗计数阈值，帧计数值和看门狗计数值的重置。看门狗感测电路系统还可以由于看门狗计数值等于看门狗计数阈值而执行帧计数器状态比特的重置。
如本文所例示的，电子设备可以包括配置为：存储看门狗计数阈值的至少一个寄存器，至少一个寄存器在读取模式和写入模式中经由通信总线可被访问。
如本文所例示，电子设备可以包括振荡器电路(例如，106)，该振荡器电路被配置为以规则的时间间隔生成看门狗事件。
如本文所例示，感测以特定时间间隔发生的看门狗事件可以包括以规则的时间间隔经由通信总线接收看门狗帧。
如本文所例示，控制器电路可以被配置为：由于经由通信总线接收到重置命令帧，对帧计数值和帧计数器状态比特进行重置。
如本文所例示，控制器电路可以被配置为：由于具有指示在监测时间间隔结束时电子设备的第二(例如，异常)操作状态的第二值的帧计数器状态比特，将电子设备切换到故障安全操作模式。
如本文所例示，电子设备可以被配置为：耦合至CAN通信总线，以从CAN通信总线接收布置在帧中的数字信号，所述帧包括根据CAN FD通信协议被编码的帧。电子设备可以包括专用集成电路，专用集成电路被配置用于控制在CAN通信总线之上的通信。专用集成电路可以包括集成在其中的检查电路、帧计数器电路、比较器电路和控制器电路。专用集成电路可以是包括硅衬底的单片集成电路。
如本文所例示，系统可以包括通信总线、耦合至通信总线的根据一个或多个实施例的至少一个电子设备、以及耦合至通信总线并且被配置为在通信总线之上发送被寻址到至少一个电子设备的帧的另一电子设备。
如本文所例示，车辆(例如，V)可以包括根据一个或多个实施例的系统。
在不损害基本原理的情况下，细节和实施例可以相对于仅通过示例的方式被描述的内容甚至显著地变化，而不脱离保护范围。

Claims (20)

1.一种电子设备，被配置为耦合至通信总线以从所述通信总线接收数字信号，所述数字信号布置在帧中，所述帧包括根据特定通信协议编码的帧，所述电子设备包括：
检查电路，对布置在帧中的所述数字信号敏感，所述检查电路被配置为确定所接收的帧是否根据所述特定通信协议被编码并且被寻址到所述电子设备；
帧计数器电路，耦合至所述检查电路，并且被配置为产生帧计数值，所述帧计数值是在监测时间间隔期间所接收的帧的数目的函数，并且所述帧计数器电路被配置为由于通过所述检查电路的所述确定的肯定结果，增加所述帧计数值，其中所述帧计数器电路包括具有特定比特深度的模运算计数器电路，并且其中所述帧计数值被约束为所述模运算计数器电路的模值；
比较器电路，被配置为：
将所述帧计数值与第一帧计数阈值进行比较，并且由于所述帧计数值等于所述第一帧计数阈值，将帧计数器状态比特设置为指示所述电子设备的正常操作状态的第一值，以及
将所述帧计数值与不同于所述第一帧计数阈值的第二帧计数阈值进行比较，并且由于所述帧计数值等于所述第二帧计数阈值，将所述帧计数器状态比特设置为指示所述电子设备的异常操作状态的第二值；以及
控制器电路，被配置为在所述通信总线之上发送包括所述帧计数器状态比特的帧，并且在所述监测时间间隔结束时重置所述帧计数值。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述电子设备被配置为在所述监测时间间隔期间接收数目为j的帧，并且所述模运算计数器电路具有等于或小于log2(j)的整数部分的非零比特深度。
3.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述比较器电路具有与所述模运算计数器电路的所述比特深度相等的比特深度。
4.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述模运算计数器电路具有小于或等于五的非零比特深度。
5.根据权利要求1所述的电子设备，还包括至少一个寄存器，所述至少一个寄存器被配置为存储所述第一帧计数阈值和所述第二帧计数阈值，其中在读取模式和写入模式下，所述至少一个寄存器经由所述通信总线可被访问。
6.根据权利要求1所述的电子设备，还包括看门狗感测电路系统，所述看门狗感测电路系统被配置为感测以特定时间间隔发生的看门狗事件，并且所述电子设备包括看门狗事件计数器电路，所述看门狗事件计数器电路被配置为提供所感测的看门狗事件的看门狗计数值，其中所述看门狗感测电路系统被配置为由于感测到看门狗事件而产生：
包括所述帧计数器状态比特的帧在所述通信总线之上的传输，
所述看门狗计数值的增加，
所述看门狗计数值与看门狗计数阈值的比较，以及
由于所述看门狗计数值等于所述看门狗计数阈值，所述帧计数值和所述看门狗计数值的重置。
7.根据权利要求6所述的电子设备，包括至少一个寄存器，所述至少一个寄存器被配置为存储所述看门狗计数阈值，其中在读取模式和写入模式下，所述至少一个寄存器经由所述通信总线可被访问。
8.根据权利要求6所述的电子设备，包括振荡器电路，所述振荡器电路被配置为以规则的时间间隔生成所述看门狗事件。
9.根据权利要求6所述的电子设备，其中感测以所述特定时间间隔发生的看门狗事件包括经由所述通信总线以规则的时间间隔接收看门狗帧。
10.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述控制器电路被配置为：由于经由所述通信总线接收到重置命令帧，对所述帧计数值进行重置。
11.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述控制器电路被配置为：由于所述帧计数器状态比特具有指示在所述监测时间间隔结束时所述电子设备(D)的所述异常操作状态的所述第二值，将所述电子设备切换到故障安全操作模式。
12.一种通信系统，包括：
通信总线；
至少一个根据权利要求1所述的电子设备，所述至少一个电子设备耦合至所述通信总线；以及
另一电子设备，耦合至所述通信总线并且被配置为在所述通信总线之上发送被寻址到所述至少一个电子设备的帧。
13.一种车辆，包括根据权利要求12所述的通信系统。
14.一种集成电路，包括：
接收器，被配置为耦合至通信总线，并且接收被布置在根据特定通信协议编码的帧中的数字信号；
检查电路，耦合至所述接收器，所述检查电路被配置为确定由所述接收器接收的帧是否根据所述特定通信协议被编码并且被寻址到特定电子设备；
帧计数器电路，耦合至所述检查电路，所述帧计数器电路被配置为：当所述检查电路指示所述帧根据所述特定通信协议被编码并且被寻址到所述特定电子设备时，增加帧计数值，其中所述帧计数器电路包括具有第一比特深度的模运算计数器电路，并且所述帧计数值被约束为所述模运算计数器电路的模值；
比较器电路，被配置为：
将所述帧计数值与第一帧计数阈值进行比较，
当所述帧计数值等于所述第一帧计数阈值时，将帧计数器状态比特设置为指示所述特定电子设备的正常操作状态的第一值，
将所述帧计数值与不同于所述第一帧计数阈值的第二帧计数阈值进行比较，
当所述帧计数值等于所述第二帧计数阈值时，将所述帧计数器状态比特设置为指示所述特定电子设备的异常操作状态的第二值；以及
控制器电路，被配置为在所述通信总线之上发送包括所述帧计数器状态比特的帧，并且在监测时间间隔结束时重置所述帧计数值。
15.根据权利要求14所述的集成电路，其中：
所述通信总线是控制器局域网(CAN)通信总线；并且
所述特定通信协议是CAN FD通信协议。
16.一种用于通信的方法，包括：
确定从通信总线接收的帧是否根据特定通信协议被编码并且被寻址到特定电子设备；
当所述帧基于所述确定根据所述特定通信协议被编码并且被寻址到所述特定电子设备时，增加帧计数值，其中增加所述帧计数值包括增加具有第一比特深度的模运算计数器电路的计数，并且所述帧计数值被约束到所述模运算计数器电路的模值；
将所述帧计数值与第一帧计数阈值进行比较；
当所述帧计数值等于所述第一帧计数阈值时，将帧计数器状态比特设置为指示所述特定电子设备的正常操作状态的第一值；
将所述帧计数值与不同于第一帧计数阈值的第二帧计数阈值进行比较；
当所述帧计数值等于所述第二帧计数阈值时，将所述帧计数器状态比特设置为指示所述特定电子设备的异常操作状态的第二值；以及
在所述通信总线之上传输包括所述帧计数器状态比特的帧，并且在监测时间间隔结束时重置所述帧计数值。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
监测以特定时间间隔发生的看门狗事件；以及
在感测到所监测的看门狗事件时传输包括所述帧计数器状态比特的帧。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
提供感测到的所监测的所述看门狗事件的计数；以及
当感测到的所监测的所述看门狗事件的所述计数达到预定阈值时，
重置所述帧计数值，并且
重置感测到的所述看门狗事件的所述计数。
19.根据权利要求16所述的方法，还包括：当所述帧计数器状态比特具有指示在所述监测时间间隔结束时所述特定电子设备的所述异常操作状态的所述第二值时，将所述特定电子设备切换到故障安全模式。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述通信总线是车辆的控制总线。
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