CN114726669A - 用于串行的总线系统的用户站的通信控制装置和用于在串行的总线系统中通信的方法 - Google Patents

用于串行的总线系统的用户站的通信控制装置和用于在串行的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的总线系统的用户站的通信控制装置和一种用于在串行的线系统中进行通信的方法。通信控制装置被设计用于，控制总线系统的用户站与至少一个其他的用户站的通信，并且用于产生用于发送到总线系统的总线上的发送信号，并且/或者用于从总线接收信号，其中，通信控制装置被设计用于，按照帧产生发送信号，在所述帧中设置带有预先确定时间长度的位，其中，通信控制装置被设计用于，在帧中相比于位序列的其他的位缩短至少一个位，所述至少一个位布置在具有相同逻辑值的至少两个位的位序列中，并且其中，通信控制装置被设计用于，不缩短不是布置在具有相同逻辑值的至少两个位的位序列中的位。

Description

用于串行的总线系统的用户站的通信控制装置和用于在串行 的总线系统中通信的方法
技术领域
本发明涉及一种用于用户站的通信控制装置，所述用户站用于串行的总线系统，以及一种用于在串行的总线系统中进行通信的方法，所述总线系统以高的数据传输率以及大的错误稳健性来工作。
背景技术
用于在传感器与控制器之间、例如在车辆中通信的总线系统应当根据技术装备的或者说车辆的功能的数目来实现大的数据量的传输。在许多应用场合中要求能够以尽可能高的数据传输率将数据从发送器传输到接收器。
在车辆中目前总线系统处于引入阶段中，其中数据作为标准ISO11898-1：2015中的消息以带有CAN FD的CAN协议规范的形式被传输。消息在总线系统的总线用户如传感器、控制器、发送器等之间进行传输。为此，消息在总线上在下述帧中被发送，在所述帧中在两个通信阶段之间进行切换。在所述第一通信阶段（仲裁）协定，总线系统的哪个用户站在随后的第二通信阶段（数据阶段或者说用户数据的发送）中将其帧发送到总线上。CAN FD被大多数制造商在第一步骤中以500 kbit/s的仲裁比特率和2 Mbit/s的数据比特率应用在车辆中。也就是说，在传输到总线上时在缓慢的运行类型和快速的运行类型之间来回切换。
为了在第二通信阶段仍然能够实现较大的数据传输率，目前为CAN FD开发后继总线系统，所述后继总线系统被称为CAN XL并且目前在CAN自动化组织（CiA（CAN inAutomation））中被标准化。CAN XL除了通过CAN总线的纯粹的数据传输外还应当支持其他的功能，如功能性的安全（Safety）、数据安全（Security）和服务质量（QoS = 服务质量）。这些是基本的特性，在自动驾驶车辆中需要所述特性。
在数据通过通道（CAN总线）在帧中传输时可能产生错误。例如能够由于外部的影响、尤其在总线终端处的入射或者反射，而篡改位或者推移位之间的边沿。此外，由于非理想的时钟脉冲源在用户站中可能出现相位错误，所述用户站就目前总线上的通信而言不是消息的发送器，而是仅仅消息的接收器（接收节点）。
这样的帧条件有助于降低每次能有效传输的数据量，即净数据速率。
发明内容
因此本发明的任务是，提供一种用于串行的总线系统的用户站的通信控制装置和一种用于在串行的总线系统中进行通信的方法，所述通信控制装置解决前面所提及的问题。尤其应当提供一种用于串行的总线系统的用户站的通信控制装置和一种用于在串行的总线系统中进行通信的方法，其中即使在高的数据传输率和必要时提高每帧的用户数据量的情况下，也能够实现通信的大的错误稳健性。
该任务通过具有权利要求1的特征的用于串行的总线系统的用户站的通信控制装置来解决。所述通信控制装置设计用于控制总线系统的用户站与至少一个其他的用户站的通信，并且用于产生用于发送到总线系统的总线上的发送信号，并且/或者用于从总线接收信号，其中，所述通信控制装置设计成，按照帧来产生发送信号，在所述帧中设置带有预先确定时间长度的位，其中，所述通信控制装置设计成，在帧中相比于位序列其他的位缩短至少一个位，所述至少一个位布置在具有相同逻辑值的至少两个位的位序列中，并且其中，所述通信控制装置设计成不缩短不是布置在具有相同逻辑值的至少两个位的位序列中的位。
通过该通信控制装置的设计方案能够通过总线每单位时间传输比目前为止更多的数据，而不会由此在总线系统中降低通信的错误稳健性。
利用所述通信控制装置能够由此在串行的总线系统中、尤其在CAN或者CAN FD或者CAN XL中在数据传输率进一步提高的情况下尽管如此实现稳健的通信。
在此，在总线系统中利用通信控制装置能够实现的是，在第一通信阶段中保留从CAN已知的仲裁，并且尽管如此相对于CAN或者CAN FD或者CAN XL再次显著地提高传输率。
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，则也能够使用被通信控制装置所执行的方法，这些用户站根据CAN协议和/或CAN FD协议来发送消息。
通信控制装置的有利的另外的设计方案在从属权利要求中提出。
以可行的方式，每个位在没有缩短的情况下在时间上划分成四个区段，其中，在第一与第二区段之间设置第一采样点，并且其中，在第三与第四区段之间设置第二采样点，并且其中，通信控制装置设计成，使用第一和第二采样点以用于在接收信号中确定位的逻辑值，通信控制装置为通过总线传输的发送信号接收所述接收信号。
在第一采样点与第二采样点之间能够在不缩短位的情况下布置两个区段。
按照一种实施例，通信控制装置能够设计成，缩短位序列的第二位和位序列的每个随后的位。
按照一种实施例，通信控制装置能够设计成，缩短在位序列的第二位和位序列中的每个随后的位中直接布置在第二采样点之前的区段，其中，通信控制装置设计成，与在位序列的最后位中直接布置在第二采样点之后的区段相比，不那么剧烈地缩短在位序列的第二位和位序列中的每个随后的位中直接布置在第二采样点之后的区段。
通信控制装置能够设计成，与位序列的最后位相比，更剧烈地缩短布置在位序列的第一位与最后位之间的位。
按照一种实施例，通信控制装置设计成，位序列的最后位比位序列的第一位更剧烈地缩短。
按照其他的设计方案，通信控制装置能够设计成，针对位个性化地确定位序列的位的缩短的长度。
能够设想到的是，通信控制装置具有分析模块，所述分析模块用于分析在由通信控制装置所创建的发送信号中是否布置有具有相同逻辑值的至少两个位的位序列；和位长度缩短模块，所述位长度缩短模块用于缩短位序列中的至少一个位，所述位序列由分析模块在分析时被确定。
通信控制装置能够具有位长度延长模块，所述位长度延长模块用于延长位序列中的至少一个位，所述至少一个位作为被缩短的位包含在被总线所接收的信号中。附加地或者替代地，通信控制装置此外能够具有错误帧计数模块，所述错误帧计数模块用于对被总线所接收的错误帧进行计数。
此外通信控制装置能够设计成，将至少一个预先确定的位添入到发送信号中，所述位向总线系统中的接收节点指示，当前被总线所接收的信号具有至少一个位，所述至少一个位布置在具有相同逻辑值的至少两个位的位序列中并且相比于位序列其他的位被缩短。
通信控制装置能够设计成如此产生发送信号，使得对于在总线系统的用户站之间相互变换的消息而言，在第一通信阶段中被发送到总线上的信号的位时间能够与在第二通信阶段中被发送的信号的位时间进行区分，并且其中，在第一通信阶段中协定，总线系统的哪个用户站在随后的第二通信阶段中得到对总线的至少暂时的独有的、无冲突的存取，并且其中，通信控制装置设计成，在第一和/或第二通信阶段中缩短位序列的至少一个位，所述位序列具有带有相同逻辑值的至少两个位。
用于形成消息的帧能够构成为兼容CAN FD和/或CAN XL。
前面所说明的通信控制装置能够是用于总线系统的用户站的一部分，所述通信控制装置此外具有发送/接收装置，所述发送/接收装置用于将发送信号发送到总线系统的总线上，其中，发送/接收装置设计成，在用于在第一通信阶段中发送和接收帧的运行类型中将整个帧发送到总线上。
前面所说明的用户站能够是总线系统的一部分，总线系统此外包括总线和至少两个用户站，所述用户站通过总线如此彼此连接，使得所述用户站能够彼此串行地连通。在此，至少两个用户站中的至少一个用户站是前面所说明的用户站。
此外，前面所提及的任务通过根据权利要求16的用于在串行的总线系统中进行通信的方法来解决。该方法利用用于总线系统的用户站的通信控制装置来实施，其中，所述方法具有以下步骤，利用通信控制装置来控制总线系统的用户站与至少一个其他的用户站的通信，并且用于产生用于发送到总线系统的总线上的发送信号并且/或者用于从总线接收信号，其中，通信控制装置按照帧产生发送信号，在所述帧中设置带有预先确定的时间长度的位，其中，通信控制装置在帧中相比于位序列的其他的位缩短至少一个位，所述至少一个位布置在具有相同逻辑值的至少两个位的位序列中，并且其中，通信控制装置不缩短不是布置在具有相同逻辑值的至少两个位的位序列中的位。
所述方法提供与前面关于用户站所提到的优点相同的优点。
本发明的另外的可行的实现方式也包括前面或者在下文中关于实施例所说明的特征或者实施方式的没有明确提及的组合。在此，本领域技术人员也将各个方面添加作为对本发明的相应的基本形式的改善或者补充。
附图说明
在下文中参考附图并且根据实施例来更详细地说明本发明。其中：
图1示出了按照第一实施例的总线系统的简化的框图；
图2示出了用于阐明消息的结构的图表，所述消息能够由按照第一实施例的总线系统的用户站来发送；
图3示出了按照第一实施例的总线系统的用户站的简化的示意性的框图；
图4示出了在按照第一实施例的用户站中总线信号CAN-XL_H和CAN-XL_L的时间上的走势；
图5示出了在按照第一实施例的用户站中总线信号CAN-XL_H和CAN-XL_L的电压差VDIFF的时间上的走势；
图6示出了信号的一部分信号在时间上的走势，如果位长度适配模块未激活，则所述信号在将帧发送到按照第一实施例的用户站的接头处时出现；
图7示出了信号中的一部分信号在时间上的走势，如果位长度适配模块激活，所述信号在将帧发送到按照第一实施例的用户站的接头处时出现；
图8示出了信号中的一部分信号在时间上的走势，如果位长度适配模块激活，所述信号在将帧发送到按照第二实施例的用户站的接头处时出现；
图9示出了用于阐明消息的结构的图表，所述消息能够由按照第四实施例的总线系统的用户站来发送；并且
图10示出了用于阐明消息的结构的图表，所述消息能够由按照第五实施例的总线系统的用户站来发送。
在图中相同的或者功能相同的元件设有相同的附图标记，除非另有说明。
具体实施方式
图1作为示例示出了总线系统1，所述总线系统尤其基本设计用于CAN总线系统、CAN FD总线系统、CAN XL总线系统和/或如在下文中所说明的对此的变型方案。总线系统1能够使用在车辆中、尤其在机动车辆、飞机等中、或者医院等中。
在图1中，总线系统1具有多个用户站10、20、30，所述用户站分别与具有第一总线导线41和第二总线导线42的总线40连接。总线导线41、42也能够被命名为CAN_H和CAN_L或者CAN-XL_H和CAN-XL_L，并且用于就发送状态中的信号而言在耦合显性电平或者说产生隐性电平或其他的电平之后进行电信号传输。消息45、46能够通过总线40以信号的形式在单个用户站10、20、30之间串行地传输。如果总线40上的通信中出现错误，如在图1中通过锯齿状的黑色的模块箭头示出的那样，则能够可选地发送错误帧47（错误标志）。用户站10、20、30是例如机动车辆的控制器、传感器、显示装置等。
如在图1中示出的那样，用户站10具有通信控制装置11、发送/接收装置12和位长度适配模块15。用户站20具有通信控制装置21、发送/接收装置22和可选地位长度适配模块25。用户站30具有通信控制装置31、发送/接收装置32和位长度适配模块35。用户站10、20、30的发送/接收装置12、22、32分别直接与总线40连接，即使其在图1中未被示出。
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与用户站10、20、30的至少一个其他的用户站进行通信，所述至少一个其他的用户站与总线40连接。
通信控制装置11、31创建并且读取第一消息45，所述第一消息例如是经修改的CAN消息45。在此，经修改的CAN消息45基于参考图2详细地说明的CAN XL格式来构成，并且其中使用相应的位长度适配模块15、35。通信控制装置11、31此外能够实施，以便根据需求将CANXL消息45或CAN FD消息46提供给发送/接收装置32或者使其被所述发送/接收装置接收。在此，也使用相应的位长度适配模块15、35。通信控制装置11、31于是创建并且读取第一消息45或者第二消息46，其中，第一和第二消息45、46通过其数据传输标准进行区分，即在这种情况下是CAN XL或者CAN FD。
通信控制装置21能够如根据ISO 11898-1：2015的传统的CAN控制器那样来实施，也就是说如CAN FD容错的传统的CAN控制器或者CAN FD控制器那样。附加地，可选地存在位长度适配模块25，所述位长度适配模块具有与位长度适配模块15、35相同的功能。通信控制装置21创建并且读取第二消息46、例如CAN FD消息46。在CAN FD消息46中能够包括从0到64数目的数据位，所述CAN FD消息还为此具有比在传统的CAN消息传输的情况下明显更快的数据传输率。通信控制装置21尤其如传统的CAN FD控制器那样来实施。
发送/接收装置22能够如根据ISO 11898-1：2015的传统的CAN收发器或CAN FD收发器那样来实施。发送/接收装置12、32能够实施，以便根据需求将按照CAN XL格式的消息45或者按照当前的CAN FD格式的消息46提供给配属的通信控制装置11、31或者使其被所述通信控制装置接收。
消息45以CAN XL格式的构成和此后的传输以及这样的消息45的接收能够利用两个用户站10、30来实现。
图2针对消息45示出了帧450，所述帧尤其是CAN XL帧，如其由通信控制装置11提供给发送/接收装置12以用于发送到总线40上那样。在此，通信控制装置11在前述的实施例中创建作为与CAN FD兼容的帧450。同样的情况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。
按照图2，帧450针对总线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在起始位SOF之后具有仲裁段453、控制段454、数据段455、校验和段456和帧终止段457。
在仲裁阶段451中借助于带有例如仲裁段453中的位ID28至ID18的标识符（ID）逐位地在用户站10、20、30之间进行协定，哪个用户站10、20、30想以最高的优先级来发送消息45、46并且因此针对下一时间为了在随后的数据阶段452中进行发送而得到对总线系统1的总线40的独有的存取。在仲裁阶段451中如在CAN和CAN-FD中那样使用物理层。物理层对应于位传输层或者已知的OSI模型（Open Systems Interconnection Model（开放系统互连模型））的层1。
在阶段451期间重要的点是使用已知的CSMA/CR方法，所述CSMA/CR方法允许用户站10、20、30对总线40的同时的存取而不破坏较高优先的消息45、46。由此，能够相对简单地给总线系统1增加另外的总线用户站10、20、30，这是非常有利的。
CSMA/CR方法导致了，在总线40上必须给出所谓的隐性状态，所述隐性状态能够被其他的用户站10、20、30以总线40上的显性状态覆盖。在隐性状态中，在单个用户站10、20、30处存在着高阻值关系，这与总线布线的寄生情况（Parasiten）相结合导致了更长的时间常数。这导致了当今的CAN-FD-物理层的最大比特率在实际的车辆应用中限制为目前近似每秒2兆。
在数据阶段452中，除了控制段454的一部分外还发送来自数据段455以及校验和段456的CAN-XL帧或者说消息45的用户数据。在校验和段456中，校验和能够通过数据阶段452的数据将填充位包括在内，所述填充位由消息45的发送器在相应地预先确定数目的相同位、尤其10个相同位之后作为反向位来插入。在数据阶段452的结尾又切换回到仲裁阶段451中。
在结束段中，在帧终止阶段457中能够包括至少一个确认位。此外能够存在11个相同位的序列，其示出CAN XL帧450的结束。利用至少一个确认位能够传达，接收器在所接收的CAN XL帧450中或者说在消息45中有没有发现错误。
只有当用户站10作为发送器已经得到仲裁并且用户站10作为发送器因此为了发送而具有对总线系统1的总线40的独有的存取时，消息45的发送器才开始将数据阶段452的位发送到总线40上。
在带有CAN XL的总线系统中采用经验证的特性，所述特性对CAN和CAN FD稳健性和用户友好性负责，尤其是带有标识符的帧结构和根据CSMA/CR方法的仲裁。因此，用户站10在作为第一通信阶段的仲裁阶段451中部分地、尤其直到FDF位（包括）使用按照ISO11898-1：2015的由CAN/CAN-FD已知的格式。然而，相比于在作为第二通信阶段的数据阶段452中的CAN或者CAN FD，净数据传输速率能够提高到尤其近似每秒10兆。此外，每帧的用户数据的大小能够提高到尤其近似2千字节或任意其他的值。
图3示出了用户站10的基础结构，所述用户站带有通信控制装置11、发送/接收装置12和位长度适配模块15，所述位长度适配模块是通信控制装置11的一部分。用户站20从基本结构起除了前面所提到的区别外以相同的方式来构造，如在图3中所示出的那样。用户站30以类似的方式来构造，如在图3中所示出的那样，然而，位长度适配模块35按照图1与通信控制装置31和发送/接收装置32单独地布置。因此，用户站30没有单独地说明。
按照图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和系统ASIC 16（ASIC = 专用集成电路），所述微控制器分配有通信控制装置11，所述系统ASIC 16能够替代系统基础芯片（SBC），在所述系统基础芯片上结合有多个对于用户站10的电子结构组件的必要的功能。在系统ASIC 16中除了发送/接收装置12外还安装有能量供给装置17，所述能量供给装置给发送/接收装置12供应电能。能量供给装置17通常提供5V电压CAN_Supply。然而，根据需求能量供给装置17能够提供具有其他的值的其他的电压。附加地或者替代地，能量供给装置17能够设计成电源。
位长度适配模块15具有分析模块151、位长度缩短模块152和可选地位长度延长模块153和错误帧计数模块154，所述分析模块对带有具有相同的逻辑值的位的位序列上的发送信号TxD进行分析并且对接收信号RxD进行分析。在下文中还更精确地说明模块151、152、153、154。
发送/接收装置12此外具有发送模块121和接收模块122。即使在下文中始终提到发送/接收装置12，替代地也能够将接收模块122设置在发送模块121的外部的单独的装置中。发送模块121和接收模块122能够如在传统的发送/接收装置22中那样进行构造。发送模块121能够尤其具有至少一个运算放大器和/或晶体管。接收模块122能够尤其具有至少一个运算放大器和/或晶体管。
发送/接收装置12与总线40连接，更精确地说，所述总线的第一总线导线41用于CAN_H或者CAN-XL_H，并且所述总线的第二总线导线42用于CAN_L或者CAN-XL_L。就能量供给装置17而言通过至少一个接头43实现电压供应，以用于给第一和第二总线导线41、42供应电能、尤其电压CAN-Supply。与接地部或者说CAN_GND的连接通过接头44来实现。第一和第二总线导线41、42以终端电阻49终止。
第一和第二总线导线41、42在发送/接收装置12中不仅与还被称为传送器的发送模块121连接而且与还被称为接收器的接收模块122连接，即使在图3中为了简化而没有示出该连接。
在总线系统1运行中，发送模块121将发送信号TXD或者通信控制装置11的TxD转换成用于总线导线41、42相应的信号CAN-XL_H和CAN-XL_L，并且将这些信号CAN-XL_H和CAN-XL_L在用于CAN_H和CAN_L的接头处发送到总线40上，如在图4中所示出的那样。
接收模块122由被总线40所接收的、按照图4的信号CAN-XL_H和CAN-XL_L来构成接收信号RXD或者RxD，并且将其传输到通信控制装置11处，如在图3中所示出的那样。除空闲或者待机状态（Idle或者Standby），带有接收模块122的发送/接收装置12在正常运行中始终监听总线40上的数据或者说消息45、46的传输并且更确切地说不依赖于发送/接收装置12是或者不是消息45的发送器。
按照图4的示例，信号CAN-XL_H和CAN-XL_L至少在仲裁阶段451中具有显性总线电平和隐性总线电平401、402，如由CAN已知的那样。在总线40上构成差分信号VDIFF = CAN-XL_H － CAN-XL_L，所述差分信号针对仲裁阶段451在图5中示出。具有位时间t_bt1的信号VDIFF的各个位能够在仲裁阶段451中以例如0.7V的接收阈值T_a被识别出。在数据阶段452中信号CAN-XL_H和CAN-XL_L的位被更快地发送，也就是说与在仲裁阶段451中相比以更短的位时间t_bt2被发送。因此，信号CAN-XL_H和CAN-XL_L在数据阶段452中至少在其更快的比特率方面与传统的信号CAN_H和CAN_L进行区分。
针对图4中的信号CAN-XL_H、CAN-XL_L的状态401、402的次序和来自图5的电压VDIFF的由此得到的变化走势仅仅用于阐述用户站10的功能。针对总线状态401、402的数据状态的次序能够根据需求来选择。
换句话说，如果切换到第一运行类型B_451（SLOW）中，则发送模块121按照图4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，所述总线状态402带有用于总线线路的两个总线导线41、42的不同的总线电平，所述总线状态401带有用于总线40的总线线路的两个总线导线41、42相同的总线电平。
此外，发送模块121针对包括数据阶段452的第二运行类型B_452_TX（FAST_TX）中的信号CAN-XL_H、CAN-XL_L的时间上的走势将带有较高的比特率的位发送到总线40上。此外，CAN-XL_H和CAN-XL_L信号能够在数据阶段452中利用与在CAN FD的情况下不同的物理层来被产生。由此，数据阶段452中比特率能够比在CAN FD的情况下还进一步提高。在数据阶段452中不是帧450的发送器的用户站在其发送/接收装置中设置第三运行类型B_452_RX（FAST_RX）。
如果用户站10作为帧450的发送器和/或接收器，则图3的位长度适配模块15激活。在通信控制装置11将TxD信号作为TXD_TC信号在接头TXD处转发到发送/接收装置12处以用于发送到总线40上之前，位长度适配模块15、尤其其分析模块151分析帧450中的位序列。此外，如果在TxD信号中出现具有相同的逻辑值的至少三个位的位序列，则位长度适配模块15、尤其其位长度缩短模块152能够为TxD_TC信号缩短TxD信号的位，如在下文中更精确地说明的那样。
被位长度适配模块15所实施的方法特别适用于数据阶段452，其中，用户站10、20、30中的一个用户站具有对总线40的独有的存取，以便发送消息45、46中的一个消息尤其作为帧450。然而替代地或者附加地，位长度适配模块15能够在仲裁阶段451中使用该方法。
图6关于时间t示出了针对差分信号VDIFF的示例，所述差分信号由于总线40上的数字的发送信号TxD而形成。发送信号TxD能够要么按照帧450来产生要么按照用于CAN FD的协议来产生。
所示出的位序列具有六个位，即位B1至B6。位B1至B6例如具有位长度t_bt2，也就是说数据阶段452的位。然而，位序列能够出现在帧450的任意的一部分中。因此，位序列能够出现在帧450的第一和/或第二通信阶段451、452中。发送信号TxD由作为帧450的发送器的通信控制装置11产生，在位长度适配模块152中被修改，如在下文中精确地说明的那样，并且而后作为发送信号TXD_TC串行地发送到发送/接收装置12处。
位B1至B6的每个位具有相同的结构。信号VDIFF的每个位、和因此位B1至B6也关于时间t被划分成四个区段SY、P1、PP、P2。在第一与第二区段SY、PP之间设置采样点TP。此外，信号VDIFF的每个位关于时间t划分成多个分别等长的时间量子TQ。时间量子TQ的数目在所有位中相同。时间量子TQ分配给单个区段SY、PP、P1、P2，其中，区段SY、PP、P1、P2在时间t上是不一样长的，换句话说具有不同数量的时间量子TQ。在图6实施例中，区段P1、P2关于时间t分别一样长。换句话说，区段P1、P2具有相同数量的时间量子TQ。
在位B1至B6的开头处设置同步区段SY，所述同步区段具有时间量子TQ的长度。随后是传播区段PP，所述传播区段具有多个时间量子TQ。在区段SY与区段PP之间布置有用于对位进行采样的第一采样点TP。在区段PP之后，在用于对位进行采样的第二采样点TP之前存在第一阶段P1。在第二采样点TP之后跟随第二阶段P2。如果在发送信号TxD中存在两个不同的逻辑值之间的、即1与0之间或者0与1之间的过渡，则帧450的接收节点或者说接收器能够检查，在预期的时间是否存在过渡。如果在位于位的开头处的预期的时间不存在过渡，则帧450的接收器能够计算时间差并且根据结果来适配阶段P1的时间长度或阶段P2的时间长度。由此，接收器能够持续地在帧450的发送节点的或者说发送器的时间节拍上进行同步。这降低了由于总线40上的入射而出现的错误（物理层效应）。
通信控制装置11被设计用于，在被总线40所接收的信号RxD中在第一采样点TP处和第二采样点TP处对位B1至B6进行采样，所述第一采样点和所述第二采样点分别布置在SY、PP、P1、P2区段中的两个区段之间。
在图6的示例中，差分信号VDIFF在大约＋2V与－2V的值之间变换其电平U。变换通过耦合到总线40中的数字的发送信号TxD或者说TxD_TC来确定，所述发送信号在逻辑位值0与1之间变换。在此，在位值0与1或者1与0之间的变换处分别出现差分信号VDIFF的超调。差分信号VDIFF的位B1至B6的相应的值在发送/接收装置12中通过与接收阈值T_a的阈值电压U_TH比较来获得。发送/接收装置12在此形成接收信号RxD。如果差分信号VDIFF的电平U低于阈值电压U_TH，则差分信号VDIFF对应于数字的发送信号TxD的逻辑值0。如果差分信号VDIFF的电平U高于阈值电压U_TH，则差分信号VDIFF对应于数字的发送信号TxD的逻辑值1。在理想情况下，接收信号RxD的逻辑值对应于发送信号TxD的逻辑值。否则存在错误。
如果用户站10创建了图6的发送信号TxD，则位长度适配模块15、尤其其分析模块151在信号TxD中在位值0之后识别出位序列111。位序列111由三个位B1至B3构成。此后，位长度适配模块15、尤其其分析模块151在信号TxD中识别出位序列000。位序列000由三个位B4至B6构成。
因此，在数字的发送信号TxD中的两个位序列中分别存在具有相同逻辑值的三个位。因此，位长度缩短模块152能够缩短位序列，如在图7中所示出的那样。在此，位长度适配模块15执行以下措施。
分析模块151检查，逻辑值在发送信号TxD的位B1至B6中的哪个位中在位的开头或者结尾处发生转换。为此分析模块151例如检查，什么时候在两个位之间出现边沿。如果传输三个或者更多个具有相同的逻辑值的位，则能够以缩短的方式发送不是处在位序列的边缘处的位。换句话说，位长度缩短模块152基于分析模块151的分析结果来缩短位，所述位在位开头或者结尾处不具有边沿（位值变化）。
因此在图7的情况下，位长度缩短模块152在图7的第一位序列111中已经缩短了位B2。在此，位长度缩短模块152在位B2中移除区段PP。位B1、B3分别在其长度方面不改变。此外，位长度缩短模块152在图7的第二位序列000中已经缩短了位B5。在此，位长度缩短模块152在位B2中移除区段PP。位B4、B6分别在其长度方面不改变。
位长度缩短模块152以相同的方式例如在具有相同逻辑值的5个位的序列的情况下在发送信号TxD中进行。在这种情况下，五个位的位序列的第二到第四位分别缩短了区段PP。相反，位序列的第一和第五位分别在其长度方面不改变。
缩短对于在图6和图7的示例中的位B2、B4是非常有利的，因为在两个位之间没有状态变换或者说边沿的情况下不会出现物理层效应。由此，在总线40处不会引起入射，所述入射在总线40上的信号VDIFF中会导致错误。因为区段PP是位B1至B6的长度合适的或者说时间合适的显性部分，所以位长度适配模块15能够明显地降低比特率。在5 Mbit/s高的比特率的情况下能够节省超过一半的位时间t_bt1、t_bt2。这能够意味着直至比特率的加倍。
更一般地说，位长度适配模块15能够设定用于，如果能够将超过一个的具有相同逻辑值的位发送到总线40上，则缩短位序列的位。在这种情况下所有干扰和错误也不再能够影响该位。
相反，如果用户站10是总线系统1的接收用户站，所述用户站此时不是帧450的发送器而是仅仅接收帧450（接收节点），则用户站10利用其分析模块151通过在接收信号RxD的采样点TP处的采样来识别出经缩短的位长度。通信控制装置11尤其在每个时间量子TQ之后对接收信号RxD进行采样。由此，接收节点能够正确地对按照图7的信号VDIFF的位进行采样，接收节点在其接头CAN_H、CAN_L处被总线40接收。可选地，位长度延长模块153能够将接收信号RxD的识别为缩短的位重新延长到正常的长度上。替代地，通信控制装置11分析接收信号RxD。然而，通信控制装置11尤其在每个时间量子TQ之后以不同长度的位来对接收信号RxD进行采样。
通过总线系统1的用户站10、20、30的这样的设计方案能够在相同的时间中通过总线40传输更多的位。因此提高了总线系统1中的数据传输率。
如果在总线40处存在用户站10、20、30，所述用户站不理解位时间缩短，于是当位长度适配模块15、25、35中的一个位长度适配模块针对发送信号TxD激活时，则该用户站10、20、30通过错误帧47干扰总线系统1中的通信。在这样的情况下，错误帧计数模块154对被总线40所接收的错误帧47进行计数。从确定数目的错误帧47起分析模块151分析，不再使用用于缩短位序列的至少一个位的方法。换而言之，通信控制装置11而后仅还使用传统的协议，在所述协议中不使用位的缩短。因此，用户站10、20、30的配属的位长度适配模块15、25、35被激活。
由此，能够实现总线系统1中的通信的稳健的紧急运行。当在车辆中应用总线系统1时，这是尤其有利的。而后例如在车辆行驶期间确保了紧急运行。
通信控制装置11、尤其其分析模块151能够在成功发送消息45时降低错误帧计数模块154的计数值，所述消息具有位序列的至少一个经缩短的位。由此，不是由于总线40处的用户站10、20、30的通信协议的不协调性而引起的偶尔的错误不会导致总线系统1中的可能的能传输的波特率的降低。
与此不同的是，在车间中车辆的软件更新时能够期望，以尽可能高的数据传输率来工作。如果新软件的数据仅仅对于总线40处的单个用户站感兴趣，则能够是这样的情况。对于这样的情况可行的是，在总线40中发送消息45、46时车间测试人员有针对性地如此长时间地使用前面所说明的用于缩短位的方法，直至不兼容的一个或多个用户站阻止发送错误帧47并且进入到错误异常状态中。从该时间点起，通信控制装置11能够按照图7在发送消息45、46时不受打扰地使用前面所说明的用于缩短位序列的至少一个位的方法。因此，与利用具有正常的长度的位的传统的消息45、46相比，软件更新能够在更短的时间内传输，如在图6中示出的那样。
按照本实施例的一种修改方案，位长度适配模块15附加地或者替代地缩短具有相同逻辑值的位序列的第一或者最后位，例如图6中的第一位序列111的位B1或者位B3。然而，具有相同逻辑值的位序列的第一或者最后位的附加的缩短对于提高总线系统1中的净数据速率通常比替代的缩短更有利。
不仅位序列的第一位而且最后位也在位的边界处具有仅仅单个的边沿，接收节点同步到所述边沿上。位长度适配模块15为了缩短能够缩短或者省去区段PP。在此，位长度适配模块15假定同步边沿在位开始或者结束处根据定义是完美的。在这样的情况下，在位序列的开始或者结束处的该位中能够不考虑或者说容忍物理层效应或者说出现较少的物理层效应。因此，在位序列的开始或者结束处的该位的情况下也能够缩短或者省去区段PP。
通信控制装置11在基于CAN的总线系统中同步到上升的电压差上，所述电压差在从具有逻辑值1的位转换到具有逻辑值0的位时出现。因此，位长度适配模块15、尤其其模块152将能够在位序列0111110的情况下缩短位序列11111的第二至第五位。在位序列1000001的情况下，位长度适配模块15、尤其其模块152将能够缩短位序列00000的第一至第四位。
替代地可行的是，位长度适配模块15仅仅缩短具有相同逻辑值的位序列的第一位或者最后位。
所说明的修改和其替代方案还能够实现比在前面所说明的实施例中更高的数据传输率。
按照本实施例的另一种修改方案，位长度适配模块15个性化地缩短前面所说明的位中的一个位的区段PP。例如，位长度适配模块15能够根据在位中发生哪些过渡来缩短前面所说明的位中的一个位的区段PP。因此，位长度适配模块15能够根据是否发生从0到1或者从1到0的过渡来个性化地缩短对区段PP的缩短的值。此外，对位序列的开始位与结束位之间的位的区段PP的缩短能够具有其他的值。在图7的位序列111中，位长度适配模块15能够例如将位B1减少图6的区段PP的长度的1/3，反之，位B2被减少图6的区段PP的长度的1/2。
用于个性化地缩短位的修改方案尤其在应用0伏和2伏的电压差时、并且尤其当显性位与隐性位之间转换时是有利的。在这种情况下，边沿的失真能够在位之间明显地区分。区别在于，电压差是否从2伏过渡到或者说变换到0伏或者从0伏过渡到或者说变换到2伏。
因此，位长度适配模块15能够针对两个过渡（转换）中的每个过渡来个性化地选择区段PP。附加地或者替代地，如果不发生过渡，则位长度适配模块15能够根据哪些位以相同的顺序被传输来个性化地确定对区段PP的缩短。
相比于在前面所说明的实施例中，所说明的修改方案和其替代方案能够在每种情况下在附加的使用中相应地实现还更高的数据传输率。
图8示出了总线40上的信号VDIFF，所述信号由按照第二实施例的位长度适配模块15构成。为此，位长度适配模块15实施下述方法，所述方法在以下方面与按照前述实施例的方法不同。
如在图8中示出的那样，位长度缩短模块152被设计用于，附加地在由位B1至B3所构成的位序列111中缩短位B2、B3的区段P1、P2。位B2、B3在位序列111中是其中省去了区段PP的位。此外，位长度缩短模块152在位B4至B6的位序列000中已经将被缩短区段PP的位B5、B6的区段P1、P2缩短。
图6的信号中的位序列B1至B3的至少一个位在区段P1、P2方面的缩短是没问题可行的，从而产生图8的信号，因为通过较短的位积累更少的相位错误。
在缩短区段P1、P2时，位长度缩短模块152考虑到，同步错误不允许导致，可能以错误的方式接收未被发送的位，或者以错误的方式没有接收到被发送的位。位长度缩短模块152通过下述方式确保了这一情况，即：所述位长度缩短模块足够大地设计区段P1、P2。在图8中，位序列111中位B3的区段P2例如选择得大于位B2。换句话说，在具有相同逻辑值的位的位序列的最后位中，区段P2比在既不是位序列的第一位也不是最后位的位中要大。
因为在图6的信号和图8的信号的每个位中在位的开始处始终存在区段SY，所以接收节点能够在需求时始终在区段SY处实行同步。然而，区段SY仅仅在信号VDIFF的未改变的电平的情况下被考虑，以便确定未改变的电平。
除此之外，总线系统1的功能方式与第一实施例相同。
按照第三实施例，位长度缩短模块152被设计用于，将区段P1、P2保持在原始长度中。此外，位长度缩短模块152被设计用于，在相同数目的时间量子TQ之后发送填充位，然而仅在比在帧450的其他部分中更高数量的位之后才发送填充位。
在这种情况下，能够实现信号VDIFF的与在第二实施例中类似的缩短，在所述第二实施例中位B1至B6的区段P1、P2中的至少一个区段被缩短。
由此，在第三实施例中能够实现与在第二实施例中类似的净数据速率。
图9示出了按照第四实施例的帧450A。帧450A能够被通信控制装置11使用，以便创建发送信号TxD并且/或者以便分析接收信号RxD，如前面说明的那样。
在帧450A中，在控制段454中包含至少一个位B_V。位B_V包含得越少，则总线系统1中可传送的净数据速率就降低得越少。
至少一个位B_V表明，具有相同逻辑值的位的一个或多个位序列有没有在接收信号RxD中以缩短的方式被发送，所述接收信号此时被总线40接收。
因此，发送节点能够以至少一个位B_V来传达总线40处的接收节点，当前所接收的接收信号RxD会被如何分析。因此，接收节点能够正确地在分析当前所接收的接收信号RxD时考虑到位序列的所进行的缩短。
换句话说，前面所说明的、对具有相同逻辑值的位的位序列的缩短的方法的应用按照图7或图8能够通过消息45的头部（Header）中所保留的位来被预先通知。
由此，也确保了与已知的通信协议、尤其基于CAN的协议的向下兼容性。
替代地，在数据段455中包含至少一个位B_V。
图10示出了按照第五实施例的帧450B。帧450B能够被通信控制装置11使用，以便创建发送信号TxD并且/或者以便分析接收信号RxD，如前面说明的那样。
在帧450B中，数据段455包含至少一个位B_V。至少一个位B_V表明，在即将通过总线40被发送的消息45中，具有相同逻辑值的位的位序列以缩短的方式被发送。因此，接收节点知道，在以下的接收信号RxD中具有相同逻辑值的位的一个或多个位序列是否被缩短，如在图7中或者在图8中所示出的那样。
如果包含超过一个位B_V，则能够传达，在总线40处如此修改以下的消息45、46中哪个消息，使得具有相同逻辑值的位的一个或多个位序列被缩短。例如，用于该消息45、46的特殊的标识符于是能够在至少两个位B_V的位序列中进行编码。
因此，发送节点能够以位B_V传达接收节点，下一个被总线40所接收的消息45、46的接收信号RxD能够被如何分析。因此，接收节点能够正确地在分析当前所接收的接收信号RxD时考虑到位序列所进行的缩短。
换句话说，前面所说明的、对具有相同逻辑值的位的位序列的缩短的方法的应用按照图7或者图8能够在之前的消息中被预先通知。
可行的是，在基于帧450B所创建的消息中也至少部分区段地使用对具有相同逻辑值的位的位序列的缩短。
由此，也确保了与已知的通信协议、尤其基于CAN的协议的向下兼容性。
用户站10、20、30、总线系统1和在此实施的方法的所有前面所说明的设计方案能够单独地或者以所有可行的组合来使用。前面所说明的实施例和/或其修改方案的所有特征尤其能够任意组合。附加地或者替代地，尤其能够设想到以下修改方案。
即使本发明前面在CAN总线系统的示例处被说明，本发明也能够在每个通信网络和/或通信方法中应用，在所述通信方法中使用两个不同的通信阶段，在所述通信阶段中总线状态不同，所述总线状态针对不同的通信阶段产生。本发明尤其能够使用在其他的串行通信网络如100 Base-T1以太网、现场总线系统等的开发中。
总线系统1按照实施例尤其能够是下述通信网络，在所述通信网络中数据能够以两个不同的比特率串行地传输。有利的、然而不是必然的先决条件的是，在总线系统1中至少针对确定的时间段确保用户站10、20、30对共同的通道上的独有的、无冲突的存取。
用户站10、20、30在实施例的总线系统1中的数目和布置是任意的。尤其能够在总线系统1中省去用户站20。可行的是，在总线系统1中存在用户站10或者30中的一个或者多个用户站。能够设想到的是，所有用户站在总线系统1中相同地来设计，也就是说，仅仅存在用户站10或者仅仅存在用户站30。

Claims (16)

1.一种用于用户站（10；20；30）的通信控制装置（11；21；31），所述用户站用于串行的总线系统（1），
其中，所述通信控制装置（11；21；31）被设计用于控制所述总线系统（1）的所述用户站（10；20；30）与至少一个其他的用户站（10；20；30）的通信并且用于产生发送信号（TxD）并且/或者用于从所述总线（40）接收信号（VDIFF），所述发送信号用于发送到所述总线系统（1）的总线（40）上，
其中，所述通信控制装置（11；21；31）被设计用于，按照帧（450）来产生所述发送信号（TxD），在所述帧中设置带有预先确定的时间长度（t_bt1；t_b2）的位（B1至B6），
其中，所述通信控制装置（11；21；31）被设计用于，在所述帧（450）中相比于位序列的其他的位缩短至少一个位，所述至少一个位布置在具有相同逻辑值的至少两个位的位序列（B1至B3；B4至B6）中，
并且其中，所述通信控制装置（11；21；31）被设计用于，不缩短不是布置在具有相同逻辑值的至少两个位的位序列中的位。
2.根据权利要求1所述的通信控制装置（11；21；31），
其中，每个位（B1至B6）在没有缩短的情况下关于时间（t）划分成四个区段（SY、PP、P1、P2），
其中，在第一与第二区段（SY、PP）之间设置第一采样点（TP），并且
其中，在第三与第四区段（P1、P2）之间设置第二采样点（TP），并且
其中，所述通信控制装置（11；21；31）被设计用于，使用所述第一和第二采样点（TP）以确定接收信号（RxD）中的所述位（B1至B6）的逻辑值，所述通信控制装置（11；21；31）为通过所述总线（40）传输的发送信号（TxD_TC）接收所述接收信号。
3.根据权利要求2所述的用户站（10；20；30），其中，在所述第一采样点（TP）与第二采样点（TP）之间在不缩短位的情况下布置两个区段（PP、P1）。
4.根据权利要求2或者3所述的用户站（10；20；30），其中，所述通信控制装置（11；21；31）被设计用于，缩短位序列（B1至B3；B4至B6）的第二位（B2；B5）和所述位序列（B1至B3；B4至B6）的每个随后的位（B3；B6）。
5.根据权利要求的2至4中任一项所述通信控制装置（11；21；31），
其中，所述通信控制装置（11；21；31）被设计用于，在所述位序列（B1至B3；B4至B6）的所述第二位（B2；B5）和所述位序列（B1至B3；B4至B6）的每个随后的位（B3；B6）中缩短直接布置在所述第二采样点（TP）之前的区段（P1），
其中，所述通信控制装置（11；21；31）被设计用于，与在所述位序列（B1至B3；B4至B6）的最后位（B3；B6）中直接布置在所述第二采样点（TP）之后的区段（P1）相比，不那么剧烈地缩短在所述位序列（B1至B3；B4至B6）的第二位（B2；B5）和所述位序列（B1至B3；B4至B6）中的每个随后的位（B3；B6）中直接布置在所述第二采样点（TP）之后的区段（P2）。
6.根据上述权利要求中任一项所述的通信控制装置（11；21；31），其中，所述通信控制装置（11；21；31）被设计用于，与所述位序列（B1至B3；B4至B6）的最后位（B3；B6）相比，更剧烈地缩短布置在所述位序列（B1至B3；B4至B6）的第一位（B1；B4）与最后位（B3；B6）之间位（B2；B5）。
7.根据权利要求6所述的通信控制装置（11；21；31），其中，所述通信控制装置（11；21；31）被设计用于，所述位序列（B1至B3；B4至B6）的最后位（B3；B6）比所述位序列（B1至B3；B4至B6）的第一位（B1；B4）更剧烈地缩短。
8.根据上述权利要求中任一项所述的通信控制装置（11；21；31），其中，所述通信控制装置（11；21；31）被设计用于，针对位个性化地确定所述位序列（B1至B3；B4至B6）的位的缩短的长度。
9.根据上述权利要求中任一项所述的通信控制装置（11；21；31），其中，所述通信控制装置（11；21；31）具有：
分析模块（151），所述分析模块用于分析在由所述通信控制装置（11；21；31）所创建的发送信号（TxD）中是否布置有具有相同逻辑值的至少两个位的位序列（B1至B3；B4至B6），以及
位长度缩短模块（152），所述位长度缩短模块用于缩短所述位序列（B1至B3；B4至B6）中的至少一个位，所述位序列由所述分析模块（151）在分析时确定。
10.根据上述权利要求中任一项所述的通信控制装置（11；21；31），其中，所述通信控制装置（11；21；31）具有：
位长度延长模块（153），所述位长度延长模块用于延长在位序列（B1至B3；B4至B6）中的至少一个位，所述至少一个位作为经缩短的位包含在被总线所接收的信号（VDIFF）中，和/或
错误帧计数模块（154），所述错误帧计数模块用于对被所述总线（40）所接收的错误帧（47）进行计数。
11.根据上述权利要求中任一项所述的用户站（10；20；30），其中，所述通信控制装置（11；21；31）被设计用于，将至少一个预先确定的位（B_V）添入到所述发送信号（TxD）中，所述位向所述总线系统（1）中的接收节点指示，当前被所述总线（40）所接收的信号（VDIFF）具有至少一个位，所述位布置在具有相同逻辑值的至少两个位的位序列（B1至B3；B4至B6）中并且相比于所述位序列的其他的位被缩短。
12.根据上述权利要求中任一项所述的通信控制装置（11；21；31），
其中，所述通信控制装置（11；21；31）被设计用于，如此产生发送信号（TXD），使得对于在所述总线系统（1）的用户站（10、20、30）之间被交换的消息（45）而言，在第一通信阶段（451）中被发送到所述总线（40）上的信号的位时间（t_bt1）能够不同于在第二通信阶段（452）中被发送的信号的位时间（t_bt2），并且
其中，在所述第一通信阶段（451）中协定，所述总线系统（1）的用户站（10、20、30）中的哪个用户站在随后的第二通信阶段（452）中得到对总线（40）的至少暂时的独有的、无冲突的存取，并且
其中，所述通信控制装置（11；21；31）被设计用于，使位序列（B1至B3；B4至B6）的至少一个位在所述第一和/或第二通信阶段（451、452）中缩短，所述位序列具有带有相同逻辑值的至少两个位。
13.根据上述权利要求中任一项所述的通信控制装置（11；21；31），其中，针对所述消息（45）所形成的帧（450）与CAN FD和/或CAN XL兼容地构造。
14.一种用于串行总线系统（1）的用户站（10；20；30），所述用户站带有根据上述权利要求中任一项所述的通信控制装置（11；21；31），此外带有用于将发送信号（TXD）发送到总线系统（1）的总线（40）上的发送/接收装置（22），
其中，所述发送/接收装置（22）被设计用于，在用于发送和接收所述帧（450）的运行类型（B_452_TX）中在所述第一通信阶段（451）中将整个帧（450）发送到所述总线（40）上。
15.一种总线系统（1），其带有
总线（40），和
至少两个用户站（10；20；30），所述用户站通过所述总线（40）如此彼此连接，使得所述用户站能够彼此串行地通信，并且其中至少一个用户站（10；20；30）是根据权利要求14所述的用户站（10；20；30）。
16.一种用于在串行总线系统（1）中进行通信的方法，其中，所述方法利用用于所述总线系统（1）的用户站（10；20；30）的通信控制装置（11；21；31）来实施，其中，所述方法具有以下步骤，
利用通信控制装置（11；21；31）来控制所述总线系统（1）的所述用户站（10；20；30）与至少一个另外的用户站（10；20；30）的通信，并且用于产生用于发送到所述总线系统（1）的总线（40）上的发送信号（TxD）并且/或者用于从所述总线（40）接收信号（VDIFF），
其中，所述通信控制装置（11；21；31）按照帧（450）来产生所述发送信号（TxD），在所述帧中设置带有预先确定的时间长度（t_bt1；t_b2）的位（B1至B6），
其中，所述通信控制装置（11；21；31）在所述帧（450）中相比于位序列的其他的位缩短至少一个位，所述至少一个位布置在具有相同逻辑值的至少两个位的位序列（B1至B3；B4至B6）中，并且
其中，所述通信控制装置（11；21；31）不缩短不是布置在具有相同逻辑值的至少两个位的位序列中的位。
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