CN114128221B - 用于串行总线系统的用户站和用于在串行总线系统中通信的方法 - Google Patents

用于串行总线系统的用户站和用于在串行总线系统中通信的方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于串行总线系统（1）的用户站（10；20；30；10A至10D）和一种用于在串行总线系统（1）中通信的方法。用户站（10；20；30；10A至10D）具有：用于控制用户站（10；20；30；10A至10D）与总线系统（1）的至少一个其它用户站（20；10；30）的通信的通信控制装置（11；21；31）；用于在总线系统（100）的总线（40）的帧（450；460）中接收由总线系统（1）的用户站（10；20；30；10A至10D）的通信控制装置（11；21；31）产生的发送信号（TXD）和用于从所接收的帧（450；460）产生接收信号（RXD；RXD_A至RXD_E）的发送/接收装置（12；22；32）；和用于在使用至少两个时间量子（TQ）的情况下从由发送/接收装置（12；22；32）产生的接收信号（RXD；RXD_A至RXD_E）检测和评估与总线系统（1）的用户站（10；20；30；10A至10D）的通信连接的质量的连接质量块（15；25；35），其中，所产生的接收信号（RXD；RXD_A至RXD_E）的位的位时间（T_B）分成所述时间量子。

Description

用于串行总线系统的用户站和用于在串行总线系统中通信的 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和一种用于在串行总线系统中通信的方法，用户站用它们可以评估到总线系统或在总线系统中的连接质量并且在需要时可以采取用于改进连接质量的措施。
背景技术
出于成本原因，当前越来越频繁地使用总线系统来取代点对点连接以用于例如在车辆中在传感器和控制器之间通信，在所述总线系统中，数据作为在作为具有CAN FD的CAN协议规范的标准ISO 11898-1:2015中的报文进行传输。所述报文在总线系统的用户站，如传感器、控制器、发送器等之间传输。在此，CAN FD在当前在引入阶段中在第一步骤中大多采用2Mbit/s的数据位速率在传输数据域的位时在车辆中使用，并且采用500kbit/s的仲裁位速率在传输仲裁域的位时在车辆中使用。
但在进一步研发CAN时，在报文内应当实现比在CAN FD中还要更高的位速率和更大的数据域。为此研发了一种新的CAN协议，其从这里开始称为CAN XL。CAN XL除了纯粹的数据传输外也应当支持其它功能，如功能安全性（Safety）、数据安全性（Security）和 QoS（Quality of Service，服务质量，例如帧的最大延迟的保证、用户站的时间同步）。
对当前在汽车制造商中研发的自主行驶的测量而言，功能安全性是特别重要的特性。在这种相互关系下的一个要素是，确保通信连接的当前的质量。若通信连接的质量例如这样强烈地变差，那么这种连接可能发生故障，因而车辆应当能及时地采取措施以在通信连接故障之前采取行动，例如使用备用的通信路径和尽可能防止故障，如寻找维修车间。
考虑通过分析每单位时间的错误的帧数来确定连接质量。在此，可以在CAN控制器中使用用于所发送的和所接收的帧的单独的错误计数器，然后对所述错误计数器进行分析。这种解决方案的缺点是，一开始必须对许多错误的帧计数，以便识别通信连接的马上要发生的故障。错误的帧意味着，连接质量非常差，因而已经出现了错误。但几乎没有或没有留出时间来做出反应，因而可能不再能防止通信连接的故障。
发明内容
因此本发明的任务是，提供用于串行总线系统的一种用户站和一种用于在串行总线系统中通信的方法，它们能解决前述问题。尤其应当用于总线系统的用户站和用于在总线系统中通信的方法，它们在通信连接即将发生故障或变差时可以及时导入措施来维持通信，因而能确保通信的所需的功能安全性。
所述任务通过带有权利要求1的特征的一种用于串行总线系统的用户站解决。所述用户站具有：用于控制总线系统的用户站与至少一个其它用户站的通信的通信控制装置；用于在总线系统的总线的帧中接收由总线系统的用户站的通信控制装置产生的发送信号和用于从所接收的帧产生接收信号的发送/接收装置；和用于在使用至少两个时间量子（所产生的接收信号的位的位时间分成所述时间量子）的情况下从由发送/接收装置产生的接收信号检测和评估与总线系统的用户站的通信连接的质量的连接质量块。
用用户站能极为可靠地评估连接质量。在此能特别早地识别连接质量的变差，因而可以通过导入相应的措施以高安全性防止通信连接的即将发生的故障。用户站保证了能及时导入用于维持通信的措施，从而可以确保通信的所需的功能安全性。
在用户站中，能数字地例如在通信控制装置的协议控制器中求取连接质量。在此不需要对总线信号进行成本密集的模拟的评估。由此能用用户站极为成本有效地求取连接质量。
在最为简单的情况下，用户站仅需一个计数器和与计数器的计数值作比较的经配置的阈值或预先确定的极限计数值。为了更准确地预测，可以使用多于一个的计数器和/或可以针对每个通信关系单独或个性化地求取连接质量。在此，在所接收的用户站中针对每个通信关系单独地分析连接质量，即每个正在发送的用户站。在此，连接质量也包括，用户站何时是报文的发送者和何时从总线接收它们自己的帧。
结果是用用户站能以很高的安全性实现报文的发送和接收。
用户站的有利的另外的设计方案在从属权利要求中说明。
可以考虑的是，以能设定的方式这样来设计连接质量块，使得针对所产生的接收信号的每个位或仅针对专用的位评估通信连接的质量。
按照一种特殊的实施变型方案，连接质量块具有：计数模块，其带有至少一个计数器以用于在存在时间量子的至少一个预先确定的特性时对在位的边沿之间的至少两个时间量子计数或者用于对至少两个时间量子的时间量子计数；和用于基于至少一个计数器的计数值与至少一个预先确定的极限计数值的比较的结果来评估通信连接的质量的评估模块。在此，时间量子的至少一个预先确定的特性可以包括在时间量子中的位的值和/或时间量子相对位的采样点的布置和/或时间量子的数量和/或时间量子的时钟和/或是信息，即，时间量子是位的第一个时间量子或位的最后一个时间量子。
通信控制装置可能设计用于，向连接质量块提供时间量子的至少一个预先确定的特性。
按照一种变型方案，连接质量块设计用于，在使用在位的采样点之前的至少一个时间量子和位的采样点之后的至少一个时间量子的情况下检测和评估所产生的接收信号的位的位不对称性。
按照一种变型方案，连接质量块具有：至少一个第一计数器，其用于在位时间期间在至少两个时间上计算，接收信号的位是否具有第一二进制值；和至少一个第二计数器，其用于在位时间期间的至少两个时间上计算，接收信号的位是否具有不同于第一二进制值的第二二进制值；其中，连接质量块设计用于，基于第一和第二计数器的计数值与至少一个预先确定的极限计数值的比较的结果评估通信连接的质量。
按照一种实施例，连接质量块具有用于：第一计数器，其用于在接收信号的位的位时间期间在位的采样点之前的至少一个时间上检测，所述位是否具有第一二进制值，并且用于计算，位在何时具有第一二进制值；第二计数器，其用于在接收信号的位的位时间期间在位的采样点之前的至少一个时间上检测，所述位是否具有第二二进制值，并且用于计算，位在何时具有第二二进制值；第三计数器，其用于在接收信号的位的位时间期间在采样点之后的至少一个时间上检测，所述位是否具有第一二进制值，并且用于计算，位在何时具有第一二进制值；第四计数器，其用于在接收信号的位的位时间期间在采样点之后的至少一个时间上检测，所述位是否具有第二二进制值，并且用于计算，位在何时具有第二二进制值；其中，连接质量块设计用于，基于第一至第四计数器的计数值与至少一个预先确定的极限计数值的比较的结果评估通信连接的质量。
按照一种实施例，连接质量块设计用于，在存在所产生的接收信号的位的位不对称性时，这样来移动由发送/接收装置产生的接收信号的位的采样点的位置，使得采样点处在位的边沿之间的中间。
连接质量块可能设计用于，在所产生的接收信号的位期间检测双重转换器或多重转换器。
额外或备选能考虑的是，通信控制装置设计用于，向连接质量块提供帧的标识符，其中，连接质量块设计用于，个性化地针对总线系统的至少两个用户站提供通信连接的质量。
在一种设计方案中，用户站还具有用于使由通信控制装置产生的发送信号预先失真和/或使所述接收信号重新失真的信号失真块。
通信控制装置可选设计用于，将所述帧分成第一通信阶段和第二通信阶段，并且其中，在第一通信阶段中协定，总线的哪个用户站在接下来的第二通信阶段中获得了对总线的至少暂时独占的、无冲突的访问，并且其中，连接质量块设计用于，根据目前存在的通信阶段实施对连接质量的检测和评估。
前述用户站中的至少两个用户站可以是总线系统的一部分，总线系统此外包括总线，其中，至少两个用户站通过总线这样相互连接，使得它们能串行地相互通信。
前述任务此外还通过一种按照权利要求15所述的用于在串行总线系统中通信的方法解决。所述方法用总线系统的用户站实施，所述用户站具有通信控制装置和发送/接收装置，其中，所述方法具有步骤：用发送/接收装置接收在总线系统的总线的帧内由总线系统的用户站的通信控制装置产生的发送信号；用发送/接收装置由所接收到的帧产生接收信号；用连接质量块在使用至少两个时间量子（所产生的接收信号的位的位时间分成所述时间量子）的情况下从由发送/接收装置产生的接收信号检测和评估与总线系统的用户站的通信连接的质量。
所述方法提供了和之前关于用户站提到的一样的优点。
本发明的另外的可能的实现方案也包括未明确提到的之前或接下来关于实施例所说明的特征或实施方式的组合。在此，本领域技术人员也可以将单个方面作为改进方案或补充方案添加给本发明的相应的基本形式。
附图说明
接下来参考附图并且借助实施例更为详细地说明本发明。
图1是按照第一种实施例的总线系统的简化的方块图；
图2是用于阐明可以由按照第一种实施例的总线系统的用户站发送的报文的结构的图；
图3是按照第一种实施例的总线系统的用户站的简化的方块图；
图4是用于阐明在按照第一种实施例的总线系统中的正在接收的用户站的视线（Sicht）的时间图表，所述用户站看到了在RXD信号的接头处按图5至图9的不同的信号变化曲线；
图10是用于阐明在按照第一种实施例的总线系统中正在接收的用户站的连接质量块的工作方式的时间图表；并且
图11至14分别示出了按照第二至第五种实施例的总线系统的用户站的简化的方块图。
在附图中，倘若没有另行说明的话，为相同的或功能相同的元件配设同一附图标记。
具体实施方式
图1作为示例示出了总线系统1，总线系统尤其基于CAN总线系统和/或CAN FD总线系统和/或在此称为CAN XL总线系统的CAN FD继任总线系统和/或它们的修改方案加以设计，如接下来所要说明的那样。总线系统1可以使用在车辆，特别是机动车、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，它们分别连接在带有第一总线芯线41和第二总线芯线42的总线40上。总线40在其两个端部处用终端电阻50结束。总线芯线41、42也可以称为CAN_H和CAN_L或者CAN-XL_H和CAN-XL_L并且用于在发送状态下使用TX信号的情况下针对在发送状态下的信号在耦合输入显性电平或产生隐性电平后进行电气的信号传输。通过总线40能在各个用户站10、20、30之间串行地传输形式为信号CAN_H和CAN_L或者CAN-XL_H和CAN-XL_L的报文45、46。在总线芯线41、42上传输信号CAN_H和CAN_L或者CAN-XL_H和CAN-XL_L之后，信号被用户站10、20、30作为RX信号接收。若在通信时在总线40上出现了错误，如通过图1中锯齿形的黑色的方块箭头所示那样，那么可选可以发送错误帧47（Error Flag，错误标志）。用户站10、20、30例如是机动车的控制器、传感器、显示装置等。
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、连接质量块15。用户站20具有通信控制装置21、发送/接收装置22和连接质量块25。用户站30具有通信控制装置31、发送/接收装置32和连接质量块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，即使这一点在图1中并未示出。
在每个用户站10、20、30中，报文45、46经编译地以帧的形式通过TXD线路和RXD线路逐位地在相应的通信控制装置11、21、31和相关的发送/接收装置12、22、32之间交换。
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与连接到总线40上的用户站10、20、30中的至少一个其它用户站的通信。
通信控制装置11、31编制和读取第一报文45，所述第一报文例如是基于参考图2更为详细地说明的CAN XL格式构建的报文。通信控制装置11、31此外还可以设计用于，视需求而定将CAN XL报文45或CAN FD报文46提供给发送/接收装置12、32或者被这个发送/接收装置接收。通信控制装置11、31因此编制和读取第一报文45或第二报文46，其中，第一和第二报文45、46的区别在于它们的数据传输标准，即在这种情况下是CAN XL或CAN FD。
通信控制装置21可以如按照ISO 11898-1:2015的传统的CAN控制器那样设计，特别是如CAN FD 容错的传统CAN控制器或CAN FD控制器那样设计。通信控制装置21编制和读取第二报文46，例如传统CAN 报文或CAN FD报文46。在CAN FD报文46中，可以包括数目为0直至64的数据字节，它们还为此用比在传统CAN报文中明显更快的数据速率进行传输。通信控制装置21除了块25外均如传统的CAN或CAN FD控制器那样设计。
发送/接收装置22可以如按照ISO 11898-1:2015的传统的CAN收发器或CAN FD收发器那样设计。发送/接收装置12、32可以设计用于，视需求而定将根据CAN XL格式的报文45或者根据目前的CAN FD格式的报文46或帧的位提供给相关的通信控制装置11、31或者被这个通信控制装置接收。
用两个用户站10、30能够实现用CAN XL 格式形成并且然后传输报文45以及接收这种报文45。
图2在其上部中针对报文46示出了CAN FD帧460，所述帧由发送/接收装置12或发送/接收装置22或发送/接收装置32在时间t期间串行地发送到总线40上。在图2的下部中则针对报文45示出了CAN XL帧450的一个特殊的例子，帧可以由发送/接收装置22或32在时间t期间串行地发送到总线40上。图2的上部备选可以解释为传统的CAN帧并且图2的下部可以解释为CAN FD帧或CAN XL帧。
根据图2，用于总线40上的CAN通信的帧450、460分成不同的通信阶段451、452，453，即仲裁阶段451、数据阶段452和帧结束阶段453。在仲裁阶段451中在帧450、460的开端处，相关的发送/接收装置12、22、32传输标识符451x和控制域的一部分。在数据阶段452中，还发送下列数据：控制域的一部分、CAN XL帧或报文45、46在数据域DF中的有效数据和校验和。在帧450中，控制域的一部分可以是可选的数据类型域（Data Type Feld）DT，其说明在数据域DF中发送的数据的类型。数据类型域DT在图2中为了阐明而以比通常与数据域DF的长度相关的情况更大的长度示出。数据类型域DT可以在帧450、460的控制部分中、特别是在数据阶段452开始时或者在仲裁阶段451结束时传输。在数据阶段452之后紧随的是帧结束阶段453，所述帧结束阶段对应ISO11898-1:2015也属于仲裁阶段。也可以称为帧450、460结束时的仲裁阶段的帧结束阶段453此外还具有下列部分：ACK域和帧结束标记（EOF，End ofFrame）。帧结束阶段453在此无关紧要并且因此不再更为准确地说明。
在仲裁阶段451中，相关的发送/接收装置12、22、32用比在数据阶段452中更慢的位速率传输帧450、460的位。在CAN FD中，数据阶段452相比传统CAN帧的数据阶段452在时间上明显缩短。在特殊的应用情形中，阶段451、452的两个位速率可以配置到相同的值，但通常在数据阶段452中的位速率要比在仲裁阶段451中高得多。
针对CAN XL定义一种帧格式，在所述帧格式中不仅转换在帧450或报文45内的位速率，而且可选也转换发送/接收装置12的运行模式。在仲裁阶段451中，发送/接收装置12、32以与ISO 11898-2:2016兼容的运行模式（在此指的是CAN）工作。在帧450的数据阶段452中，发送/接收装置12、32可选可以接到其它模式，其实现了更高的位速率并且因此实现了快速的数据传输。
仲裁阶段451用于，借助标识符（ID）451x逐位地在用户站10、20、30之间协定，哪个用户站10、20、30具有有最高优先权的报文45、46并且因此在下一个用于发送的时间内至少在紧接着的数据阶段452中获得对总线系统100的总线40的独占访问。在此，在仲裁阶段451中使用已知的CSMA/CR方法，其允许了用户站10、20、30对总线40的同时的访问，而不会破坏优先级更高的报文45、46。由此能较为简单地将另外的总线用户站10、20、30添加给总线系统100，这极为有利。
因此在仲裁阶段451中，由相关的发送/接收装置12、22、32使用如在CAN和CAN FD中那样的物理层。物理层对应公知的OSI模型（开放式系统互连模型）的位传输层或层1。
CSMA/CR方法导致，在总线40上必然给出所谓的隐性的状态，所述隐性的状态可以由总线40上具有显性状态的其它用户站10、20、30改写。在隐性的状态中，在各个用户站10、20、30处具有高阻的情况，这结合总线布线的寄生造成了较长的时间常数。这导致了在真实的车辆使用中将当今的CAN-FD物理层的最大的位速率限制到目前的约2兆位/秒。
当相应的用户站10、20、30作为发送器获得了仲裁并且用户站10、20、30作为发送器因此为了发送而具有对总线系统100的总线40的独占访问时，报文45、46的发送器才开始将数据阶段452的位发送到总线40上。
常规来说，与CAN或者CAN FD相比，在带有CAN XL的总线系统中可以实现下列不同的特性：
a）接管并且必要时调整经过考验的特性，这些特性负责CAN和CAN FD的稳健性和用户友好性，特别是按照CSMA/CR方法的带有标识符451x和仲裁的帧结构，
b）使净数据传输速率上升，特别是上升到约10兆位/秒或更高，
c）提升每帧的有效数据的大小，特别是提升到约2千字节或更高。
图3更为准确地阐明了通信控制装置11的结构。通信控制装置21、31中的至少一个通信控制装置可选能以相同的方式设计。因此对通信控制装置11的接下来的说明同样适用于通信控制装置21、31和它们的块25、35。
根据图3，用户站10除了通信控制装置11和发送/接收装置12外还具有微控制器13，通信控制装置11配属于所述微控制器。通信控制装置11具有用于输出发送信号TXD的TXD接头和用于从相关的发送/接收装置接收RXD信号的RXD接头。此外，通信控制装置11具有协议控制器111和连接质量块15，所述连接质量块检测连接质量并且将连接质量提供给微控制器13。微控制器13典型地也包含中央处理单元（Central Processing Unit = CPU）。因此连接质量块15除了协议控制器111外设置在通信控制装置11中。协议控制器111尤其可以是CAN协议控制器。
连接质量块15具有计数模块151和评估模块152。计数模块151具有第一至第四计数器1511至1514。
在用户站10运行中，协议控制器111向连接质量块15提供接下来参考图4至图10更为详细地说明的下列信息：位的第一时间量子TQ1、位的最后的时间量子TQN、采样点SP、位的时间量子时钟TQ_CLK和值B_W，协议控制器11在采样点SP中对其进行采样。所有前述的在时间量子TQ上的信息是时间量子的特性。由此能用计数模块151极为简单地实现计数。这在下文中参考图4至图10更为准确地说明。
图4关于时间t表明了位时间T_B划分成多个时间量子TQ。位时间T_B是位在各当前的通信阶段中、即要么在仲裁阶段451中要么在数据阶段452中的持续时间。在由总线40接收到的信号中的特定位置处会出现位。每个位由相同数目的时间量子TQ构建而成。时间量子TQ的数量能任意选择。在图4的例子中，在一个位时间T_B中存在16个时间量子TQ。
根据图4，位时间T_B随第一时间量子TQ1开始。协议控制器111预期了在第一时间量子TQ1中位的边沿变化。协议控制器111在采样点SP（=Sample-Point）处对位的值进行采样。在图4的例子中，采样点SP布置在位时间T_B的第12个时间量子TQ结束时。
每个位的时间量子TQ的数目和/或采样点SP的位置能在通信控制装置11、21、31处设定。协议控制器111在接收时动态地调整每个位的时间量子TQ的数目，以便同步化到RXD接头处的所接收到的位序列。
图5至9示出了可能针对正在接收的用户站10、20、30在总线系统1中在从总线40接收位序列010时出现的不同的场景。在图4至图9的例子中，接下来仅更为准确地观察中间的位，即1。
图5示出了针对位序列010的理想的信号变化曲线RXD_A。但实际上很少出现这种理想的信号变化曲线RXD_A。
图6示出了带有位不对称性的信号变化曲线RXD_B，其以这种方式典型地在CAN FD的数据阶段452中出现。
图7示出了带有强烈的位不对称性的信号变化曲线RXD_C。这对应差的连接质量，但此时通信还可能是无错误的。
图8示出了带有双重转换器的信号变化曲线RXD_D。当总线40没有正确地终止时，就出现这种信号变化曲线RXD_D。在这种情况下，出现了CAN 总线40上的总线信号的反射并且因此出现了振荡。振荡然后导致了所谓的双重转换器，如在图7中所示那样，或者导致了多重转换器。图7的信号变化曲线RXD_D也对应差的连接质量，因为例如图1的终端电阻（终端）50不再连接在总线40上。
图9示出了信号变化曲线RXD_E，其带有这样大的位不对称性，使得出现了误采样。位在采样点SP处被采样为0而不是采样为1。因为这种信号变化曲线RXD_E导致了位错误，所以信号变化曲线RXD_E对应极差的连接质量。这种情况也能通过错误计数器探测，错误计数器可以设置在用户站10、20、30中。
首选通信控制装置11、更准确地说它的连接质量块15来检测连接质量，如在图10中借助按图7的信号变化曲线RXD_C阐明并且在接下来所说明的那样。
根据图10的例子，连接质量块15设计用于，借助计数器1511至1514检测在接收信号RXD中的位的位不对称性。评估模块152就能由可以从计数模块151作为信号发出给评估模块152的位不对称性（如用图3中的箭头所示）推导出连接质量。因此在第一步骤中检测位的位不对称性并且在第二步骤中由检测结果推导出连接质量。
为此，连接质量块15在对应从第一时间量子TQ1直至采样点SP的持续时间的第一部分位时间T1中使用计数器1511、1512。连接质量块15在对应从采样点SP直至最后的时间量子TQN的持续时间的第二部分位时间T2中使用计数器1513、1514。
第一计数器1511在持续时间T1期间在通过图10中垂直向下指向的箭头阐明的每个时间t_Z上计数，在多少个时间量子TQ中RXD信号的值为0。第二计数器1512在持续时间T1期间在每个时间t_Z上计数，在多少个时间量子TQ中RXD信号的值为1。
第三计数器1513在持续时间T2期间在每个时间t_Z上计数，在多少个时间量子TQ中RXD信号的值为0。第四计数器1514在持续时间T2期间在每个时间t_Z上计数，在多少个时间量子TQ中RXD信号的值为1。
在图10的例子中，在所观察的位结束时得出了下列计数器状态：
- 第一计数器1511的计数值= 7
- 第二计数器1512的计数值= 5
- 第三计数器1513的计数值= 3
- 第四计数器1514的计数值= 1。
连接质量块15紧接着根据位值B_W（协议控制器111针对这个位求取所述位值）选择计数器1511至1514中的两个计数器。如已经提到的那样，协议控制器111在当前的实施方案中接管采样点SP处的位的值。若位值B_W = 0，那么连接质量块15选择计数器1511、1513。若位值B_W = 1，那么连接质量块15选择计数器1512、1514。
在图10的例子中，由协议控制器111采样的位值B_W = 1。因此连接质量块15在图10的例子中选择计数器1512、1514。计数器1512的计数值对应在采样点SP之前或者在位的边沿切换和采样点SP之间存在的时间储备M1。计数器1514的计数值对应在采样点SP之后或者在采样点SP和位的边沿切换之间存在的时间储备M2。时间储备M1、M2也可以称为边际M1、M2。
针对每个位在帧450、460中进行对时间储备M1、M2的检测。备选可以仅针对专用的位进行时间储备M1、M2的检测。
伴随很小的错误、即所谓的量化错误进行对时间储备M1、M2的检测，因为RXD信号每个时间量子TQ仅采样1次。但这不是缺点，因为协议控制器111也仅用时间量子始终TQ_CLK工作。
按照这样的规则进行对时间储备M1、M2的分析，即，连接质量越差，那么时间储备M1、M2就越小。若时间储备M1、M2处在预先确定的极限计数值之下，那么例如可以触发警示信号S_W，特别是中断（Interrupt），以便通告差的连接质量。此外，对时间储备M1、M2的分析并且因此所求取的连接质量可以储存在块15的存储器中或微控制器13中。
评估模块152可以每个帧450、460求取最短的时间储备M1、M2并且通过寄存器或存储器登录在用户站10中提供给微控制器13。针对时间储备M1、M2的预先确定的警示阈值例如可以各为2。在之前所说明的例子中，时间储备M2低于极限计数值2，因为时间储备M2具有值1。因此在这种情况下发出警示信号S-W。
在触发警示信号S_W、例如中断之前，可选才可以对时间储备M1、M2的检测进行真实性检查。在真实性检查中，在针对时间储备M1、M2的一个低于预先确定的极限计数值或预先确定的警示阈值的值触发警示信号S_W、例如中断之前，所述值必然出现N次。
可选可以额外在用户站10中储备针对1位的最短的时间储备M1、M2的测量值和针对0位的最短的时间储备M1、M2的测量值。
根据一种修正方案，评估模块152借助帧450、460中的ID、例如帧450、460的标识符451x或者数据域452中的ID等，将时间储备M1、M2的检测分配给总线系统1的各个发送用户站10、20、30。
总线系统1的各个发送用户站10、20、30可以在CAN中借助帧450、460的帧ID或者标识符451x进行标识。若测量每个发送用户站10、20、30或甚至使用在帧450、460中的每个帧ID的连接质量，那么这可以在错误搜索或告知或发出警示信号S_W时使用。因此连接质量块15可以例如在用户站10中通知软件：在带有ID = 0x31F或来自用户站30的帧中位低于极限计数值或连接质量中的警示阈值。
由用户站10、20、30本身发送的帧450、460的连接质量尤其可以单独检测并且然后加以储存。
根据在当前实施例中的第一种修正方案，用户站10、20、30因此可以取代仅检测在所接收的RXD信号中的位不对称性（时间储备M1、M2）地也每个发送用户站10、20、30检测在所接收的RXD信号中的位不对称性并且将其提供给微控制器13。用户能以这种方式看到，总线系统1中各个用户站10、20、30的连接质量是什么样的。这在诊断总线系统1中的连接质量时有帮助。
按照第二种修正方案，评估模块152与信号S_SP起反应，以便根据所检测到的过小的时间储备M1或过小的时间储备M2调整位中的采样点SP的位置。针对时间储备M1、M2的这两个值对应位围绕采样点SP的稳定的区域。若时间储备M1、M2不一样大，那么采样点SP并未处在最佳位置。在这种情况下，评估模块152用信号S_SP向协议控制器111表明，这样来调整采样点SP的位置，使得时间储备M1、M2一样大。
对采样点SP的这种调整可以在正在接收的用户站10、20、30中例如每个发送用户站10、20、30地执行。换句话说，对采样点SP的调整能个性化地针对总线系统1中的每个通信关系加以执行。可以借助帧450、460的帧ID或标识符451x标识发送用户站10、20、30，如之前参考本实施例的第一种修正方案所说明的那样。因为位不对称性在每个通信关系中，即每个发送用户站10、20、30都是不一样的，所以在正在接收的用户站10、20、30中针对每个发送用户站10、20、30设定不同的采样点SP。
用对采样点SP的调整可以借助RXD信号的所接收到的位的不对称性检测优化连接质量。
根据第三种修正方案，协议控制器111提供信息，目前所接收到的位是仲裁阶段451的位还是数据阶段452的位。帧结束阶段453的位用和仲裁阶段451的位相同的位时间T_B发送。因为仲裁阶段451的位通常比数据阶段452的位更长，所以位不对称性在数据阶段452的位中通常比在仲裁阶段451的位中有更高的概率导致错误。因此评估模块152可以包含有关存在仲裁阶段451或数据阶段452的信息，以便评估所检测到的时间储备M1、M2和因此连接质量。评估模块152尤其可以针对仲裁阶段451和数据阶段452检测单独的时间储备M1、M2。视评估而定，评估模块152相应地调整警示信号S_W的发出。
图11示出了根据第二种实施例的用户站10A的结构。
与根据之前的实施例的用户站10不同的是，根据当前的实施例的用户站10A在其计数模块151中具有仅两个计数器1511、1512。
因此在当前的实施例中，时间储备M1、M2没有如在之前的实施例中那样单独地测量。取而代之的是，在当前的实施例中用计数器1511、1512进行测量，在整个位期间在多少个时间量子TQ中RXD信号具有值0和在整个位期间在多少个时间量子TQ中RXD信号具有值1。
在所观察的位结束时计数器1511、1512例如具有下列计数器状态：
- 第一计数器1511的计数值= 10
- 第二计数器1512的计数值= 6。
连接质量块15紧接着根据位值（协议控制器111针对这个位求取位值）选择计数器1511、1512的计数器。若位值B_W = 0，那么连接质量块15在之前的例子选择计数器1511。若位值B_W = 1，那么连接质量块15在之前的例子中选择计数器1512。然后可以如在之前的实施例中那样确定阈值或极限计数值并且每个帧450、460和/或每个发送用户站10、20、30或者每个总线40或总线系统1地检测最差的检测值。
根据当前的实施例的变型方案基于计数器1512、1522比在之前的实施例中更小的数目而能更为简单地实现。但根据当前的实施例的变型方案基于计数器1512、1522比在之前的实施例中更小的数目而相比根据之前的实施例的变型方案不那么有说服力。
否则的话，根据当前的实施例的用户站10A以和根据之前的实施例的用户站10相同的方式构建。
在根据当前的实施例的用户站10A中，也能使用之前的实施例的所有的修正方案。
在一种修正方案中，额外可能的是，针对位值，例如位值 = 0，使用两个计数器1511、1512，并且针对其它位值，在这个例子中针对位值 = 1，使用仅一个计数器1513。因此能以这种方式将第一种和第二种实施例的计数方式组合起来。
图12示出了根据第三种实施例的用户站10B的结构。
与根据之前的实施例的用户站10A不同的是，根据当前的实施例的用户站10B在它的计数模块151中额外具有用于对采样点SP之前RXD信号处的边沿进行计数的计数器1515。此外，根据当前的实施例的用户站10B在它的计数模块151中额外具有用于对采样点SP之后RXD信号处的边沿进行计数的计数器1516。
若计数器1515在RXD信号处探测和计数到采样点SP之前的边沿数量为0或1，那么评估模块152就将这评估为“符合要求”。若计数器1516在RXD信号处探测和计数到采样点SP之后的边沿的数量为0或1，那么评估模块152就将这评估为“符合要求”。
但若计数器1515、1516中的其中一个计数器的计数值高于1，那么由计数器1515、1516在一个位期间对双重转换器或多重转换器计数，如已经参考图8在之前阐释的那样。针对计数器1515、1516的计数值2表明了差的连接质量。
每个双重转换器通常已经表明了严重的问题。因此可以稳固地设定阈值或预先确定的极限计数值1，因而允许采样点SP之前或之后最多1个边沿。但阈值或预先确定的极限计数值当然也可以设定到比1更大的值。
因此也通过RXD信号中位的数字的边沿探测实施对双重转换器或多重转换器的检测。通过检测双重转换器或多重转换器，还进一步精细化和改进了对连接质量的检测和评估。
当然也可能的是，计数器1515、1516和之前所说明的评估额外在根据第一种实施例或它们的修正方案的用户站10中使用它们的计数值。
图13示出了根据第四种实施例的用户站10C。
与根据之前的实施例的用户站10、10A、10B不同的是，根据当前的实施例的用户站10C在其计数模块151中具有仅一个计数器1517用于对在RXD信号内两个边沿之间的时间量子TQ计数。
在此，连接质量块15不需要有关协议控制器11的位的开端和结束的信息。因此当协议控制器111取而代之地仅将有关所接收的RXD信号中的所经过的位的数目的信息转达给连接质量块15时，就足够了。这例如通过信号SP发生，所述信号在每个位中激活一次。因此计数模块151知道所经过的位的数目。
相比之前的实施例中对连接质量的测量或探测，可以更为简单地实现对连接质量的这种测量或探测。但对连接质量的所述测量或探测相比在之前的实施例中不那么有说服力，因为采样点SP的位置没有被考虑到。在对连接质量的这种测量或探测中，因此含蓄地保持不考虑接收用户站10C的阶段错误。阶段错误在CAN中基于不准确的时钟源出现。
当然也可能的是，计数器1517和之前所说明的评估额外在根据之前的实施例或它们的修正方案的用户站10、10A、10B中使用所述计数器的计数值。
图14示出了根据第五种实施例的用户站10D的结构。
与根据第一种实施例的用户站10不同的是，根据当前的实施例的用户站10D额外具有用于使发送信号TXD或TXD信号预先失真和/或使接收信号RXD或RXD信号重新失真的信号失真块16。
信号失真块16为了使信号TXD、RXD失真而使用连接质量，连接质量针对每个发送用户站10、20、30、10D经准确测量地存在。为此，即使在图14中没有额外示出这一点，评估模块152也可以将信号发送给信号失真块16。
信号失真块16使其自己的TXD信号失真，更准确地说，使自己的用户站10D的TXD信号失真，因此在接收器处的连接质量更好。为此，信号失真块16这样使TXD信号失真，使得TXD信号的位轻微不对称地发送，因而所述位在通过总线40传输之后在正在接收的用户站10、20、30、10D中更为对称地到达。例如，根据图4的带有值1的CAN位，取代以16个时间量子TQ的长度地以例如17或18个时间量子TQ的长度发送。针对失真的其它的值当然也是可能的，特别是带有多于2个时间量子的长度的值。
信号失真块16可以附加或备选地在协议控制器111处理RXD信号之前使RXD信号重新失真。在此，在探测阶段中检测和评判连接质量，如在之前所说明的实施例中那样。探测的结果被信号失真模块16用于使RXD信号重新失真。因此信号失真模块16负责使所接收到的RXD信号的边沿移动，特别是移动了1至2个或更多的时间量子TQ。协议控制器111然后处理重新失真后的、由信号失真块16发出的RXD信号。
因为连接质量典型地在数据阶段452中在高位速率下才是关键的，所以仅在数据阶段452中进行重新失真就足够了。因此可以先接收在仲裁阶段451中发送的帧ID或标识符451x。所需的重新失真的程度伴随帧ID或标识符451x已知，例如由带有这个帧ID的最后的帧已知。因此信号失真块16可以在数据阶段中使用所需的重新失真。
信号失真块16能使用在总线系统1的之前所说明的用户站10、20、30、10A至10C的任意用户站中。
总线系统1的用户站10、20、30、10A至10D的所有之前所说明的设计方案和在其中所实施的方法，均可以单独地使用或以所有可能的组合使用。之前所说明的实施例的所有的特征和/或它们的修正方案尤其可以任意组合。尤其可以附加或备选地考虑下列修正方案。
即使本发明之前以CAN总线系统为例进行说明，本发明也能使用在每个通信网络和/或通信方法中。在通信网络和/或通信方法中尤其可以使用两个不同的通信阶段，如之前参考通信阶段451、452所说明的那样。
根据所述实施例的总线系统1尤其可以是通信网络，在所述通信网络中，数据能串行地以两种不同的位速率传输。有利的、但不是强制性前提的是，在总线系统1中，至少在特定的时间段内确保用户站10、20、30、10A至10D对共同的通道的独占的、无冲突的访问。
在所述实施例的总线系统1中的用户站10、20、30、10A至10C的数量和布置是任意的。尤其可以在总线系统1中取消用户站20。可能的是，在总线系统1中存在用户站10或30或10A或10B或10C或10D中的一个或多个。可以考虑的是，总线系统1中的所有的用户站均设计成相同的，即存在用户站10或仅存在用户站30或仅存在用户站10A或10B或10C或10D。
块15、25、35能设定地设计用于，是否应当针对帧450、460中的每个位或仅针对专用的位来检测并且然后也评估连接质量。尤其可以针对仲裁阶段451的每个位检测并且也评估连接质量，其中，对不进行针对数据阶段452的每个位的连接质量的检测和评估。可以附加或备选地考虑的是，针对帧的每个第N个位检测并且然后也评估连接质量，其中，N是自然数。
块15、16、25、35可以至少部分在软件中运行。
块15、16、25、35可以在任意时间上接通或关断，以便与总线系统1的当前的运行工况相适应。例如在正常运行中检测和评估连接质量。但块15、16、25、35在车间中在运行（刷新）新的固件版本时则可以关断。

Claims (15)

1.用于串行总线系统(1)的用户站(10；20；30；10A至10D)，带有
用于控制用户站(10；20；30；10A至10D)与总线系统(1)的至少一个其它用户站(20；10；30)的通信的通信控制装置(11；21；31)，
用于在总线系统(100)的总线(40)的帧(450；460)中接收由总线系统(1)的用户站(10；20；30；10A至10D)的通信控制装置(11；21；31)产生的发送信号(TXD)和用于从所接收的帧(450；460)产生接收信号(RXD；RXD_A至RXD_E)的发送/接收装置(12；22；32)，和
用于在使用至少两个时间量子(TQ)的情况下从由发送/接收装置(12；22；32)产生的接收信号(RXD；RXD_A至RXD_E)检测和评估与总线系统(1)的用户站(10；20；30；10A至10D)的通信连接的质量的连接质量块(15；25；35)，其中，所产生的接收信号(RXD；RXD_A至RXD_E)的位的位时间(T_B)分成所述时间量子。
2.按照权利要求1所述的用户站(10；20；30；10A至10D)，其中，所述连接质量块(15；25；35)这样能设定地设计用于，是否能够针对所产生的接收信号(RXD；RXD_A至RXD_E)的每个位或仅针对专用的位来评估通信连接的质量。
3.按照权利要求1或2所述的用户站(10；20；30；10A)，其中，所述连接质量块(15；25；35)具有
计数模块(151)，其带有至少一个计数器(1517；1511、1512；1511至1514；1511至1516)以用于对在位的边沿之间的至少两个时间量子(TQ)计数或者用于在存在所述时间量子(TQ)的至少一个预先确定的特性时对至少两个时间量子(TQ)的时间量子(TQ)计数，和
用于基于至少一个计数器(1517；1511、1512；1511至1514；1511至1516)的计数值与至少一个预先确定的极限计数值的比较的结果来评估通信连接的质量的评估模块(152)。
4.按照权利要求3所述的用户站(10；20；30；10A)，其中，所述时间量子(TQ)的至少一个预先确定的特性包括在所述时间量子(TQ)中的位的值(B_W)和/或所述时间量子(TQ)相对位的采样点(SP)的布置和/或所述时间量子(TQ)的数量和/或所述时间量子(TQ)的时钟(TQ_CLK)和/或是信息，即，所述时间量子(TQ)是位的第一个时间量子(TQ1)或位的最后一个时间量子(TQN)。
5.按照权利要求3所述的用户站(10；20；30；10A)，其中，所述通信控制装置(11；21；31)设计用于，向所述连接质量块(15；25；35)提供所述时间量子(TQ)的至少一个预先确定的特性。
6.按照权利要求1所述的用户站(10；20；30；10A；10B)，其中，所述连接质量块(15；25；35)设计用于，在使用在所述位的采样点(SP)之前的至少一个时间量子(TQ)和所述位的采样点(SP)之后的至少一个时间量子(TQ)的情况下检测和评估所产生的接收信号(RXD；RXD_A至RXD_E)的位的位不对称性。
7.按照权利要求6所述的用户站(10；20；30；10A；10B)，其中，所述连接质量块(15；25；35)具有
至少一个第一计数器(1511)，其用于在位时间(T_B)期间在至少两个时间(t_Z)上计算，所述接收信号(RXD；RXD_A至RXD_E)的位是否具有第一二进制值(B_W)，和
至少一个第二计数器(1512)，其用于在位时间(T_B)期间的至少两个时间(t_Z)上计算，所述接收信号(RXD；RXD_A至RXD_E)的位是否具有不同于第一二进制值(B_W)的第二二进制值(B_W)，并且
其中，所述连接质量块(15；25；35)设计用于，基于所述第一和第二计数器(1511、1512)的计数值与至少一个预先确定的极限计数值的比较的结果评估通信连接的质量。
8.按照权利要求7所述的用户站(10；20；30；10A；10B)，其中，所述连接质量块(15；25；35)具有
第一计数器(1511)，其用于在所述接收信号(RXD；RXD_A至RXD_E)的位的位时间(T_B)期间在位的采样点(SP)之前的至少一个时间(t_Z)上检测，所述位是否具有所述第一二进制值(B_W)，并且用于计算，所述位在何时具有第一二进制值(B_W)，
第二计数器(1512)，其用于在所述接收信号(RXD；RXD_A至RXD_E)的位的位时间(T_B)期间在位的采样点(SP)之前的至少一个时间(t_Z)上检测，所述位是否具有第二二进制值(B_W)，并且用于计算，所述位在何时具有第二二进制值(B_W)，
第三计数器(1513)，其用于在所述接收信号(RXD；RXD_A至RXD_E)的位的位时间(T_B)期间在采样点(SP)之后的至少一个时间(t_Z)上检测，所述位是否具有第一二进制值(B_W)，并且用于计算，所述位在何时具有第一二进制值(B_W)，
第四计数器(1514)，其用于在所述接收信号(RXD；RXD_A至RXD_E)的位的位时间(T_B)期间在采样点(SP)之后的至少一个时间(t_Z)上检测，所述位是否具有第二二进制值(B_W)，并且用于计算，所述位在何时具有第二二进制值(B_W)，
其中，所述连接质量块(15；25；35)设计用于，基于所述第一至第四计数器(1511至1514)的计数值与至少一个预先确定的极限计数值的比较的结果评估通信连接的质量。
9.按照权利要求6至8中任一项所述的用户站(10；20；30；10A；10B)，其中，所述连接质量块(15；25；35)设计用于，在存在所产生的接收信号(RXD；RXD_A至RXD_E)的位的位不对称性时，这样来移动由所述发送/接收装置(12；22；32)产生的接收信号(RXD；RXD_A至RXD_E)的位的所述采样点(SP)的位置，使得所述采样点(SP)处在位的边沿之间的中间。
10.按照权利要求1所述的用户站(10；20；30；10A至10D)，其中，所述连接质量块(15；25；35)设计用于，在所产生的接收信号(RXD；RXD_A至RXD_E)的位期间检测双重转换器或多重转换器。
11.按照权利要求1所述的用户站(10；20；30；10A至10D)，其中，所述通信控制装置(11；21；31)设计用于，向所述连接质量块(15；25；35)提供所述帧(450；460)的标识符(451x)，并且
其中，所述连接质量块(15；25；35)设计用于，个性化地针对所述总线系统(1)的至少两个用户站(10；20；30；10A至10D)提供所述通信连接的质量。
12.按照权利要求1所述的用户站(10；20；30；10A至10D)，此外还带有使由所述通信控制装置(11；21；31)产生的发送信号(TXD)预先失真和/或使由所述发送/接收装置(12；22；32)产生的接收信号(RXD；RXD_A至RXD_E)重新失真的信号失真块(16)。
13.按照权利要求1所述的用户站(10；20；30)，
其中，所述通信控制装置(11；21；31)设计用于，将所述帧(450；460)分成第一通信阶段(451)和第二通信阶段(452)，并且
其中，在第一通信阶段(451)中协定，所述总线(40)的哪个用户站(10、20、30)在接下来的第二通信阶段(452)中获得了对所述总线(40)的至少暂时独占的、无冲突的访问，并且
其中，所述连接质量块(15；25；35)设计用于，根据目前存在的通信阶段(451)实施对连接质量的检测和评估。
14.总线系统(1)，带有
总线(40)，和
至少两个按照前述权利要求1-13中任一项所述的用户站(10；20；30)，
其中，至少两个用户站(10；20；30)能通过总线(40)这样相互连接，使得它们能串行地相互通信。
15.用于在串行总线系统(1)中通信的方法，其中，所述方法用总线系统(1)的用户站(10；20；30；10A至10D)实施，用户站具有通信控制装置(11；21；31)和发送/接收装置(12；22；32)，其中，所述方法具有步骤：
用发送/接收装置(12；22；32)接收在总线系统(1)的总线(40)的帧(450；460)内由总线系统(1)的用户站(10；20；30；10A至10D)的通信控制装置(11；21；31)产生的发送信号(TXD)，
用发送/接收装置(12；22；32)由所接收到的帧(450；460)产生接收信号(RXD；RXD_A至RXD_E)，和
用连接质量块(15；25；35)在使用至少两个时间量子(TQ)的情况下从由发送/接收装置(12；22；32)产生的接收信号(RXD；RXD_A至RXD_E)检测和评估与总线系统(1)的用户站(10；20；30；10A至10D)的通信连接的质量，其中，所产生的接收信号(RXD；RXD_A至RXD_E)的位的位时间(T_B)分成所述时间量子。
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