CN114726671A - 用于串行总线系统用的用户站的通信控制装置和用于在串行总线系统中进行通信的方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于串行总线系统用的用户站的通信控制装置和一种用于在串行总线系统中进行通信的方法。通信控制装置被设计用于对用户站与总线系统的至少一个其他的用户站的通信进行控制并且用于产生用来发送到总线系统的总线上的发送信号并且/或者用于从总线上接收信号，其中通信控制装置被设计用于根据帧来产生发送信号，在发送信号中设置了具有预先确定的时间长度的位，其中通信控制装置被设计用于如此产生发送信号，使得该发送信号的位能够作为显性状态或隐性状态被发送到总线上，从而隐性状态能够被显性状态覆盖写入。

Description

用于串行总线系统用的用户站的通信控制装置和用于在串行 总线系统中进行通信的方法

技术领域

本发明涉及一种用于串行总线系统用的用户站的通信控制装置和一种用于在串行总线系统中进行通信的方法，该串行总线系统以高的数据速率以及大的误差稳健性来工作。

背景技术

例如在车辆中的用于在传感器与控制设备之间的通信的总线系统应该根据技术设备或者车辆的功能的数量能够实现大的数据量的传输。在许多应用中，要求以最高可能的数据传输速率将数据从发送器传输给接收器。

对于车辆来说，目前总线系统处于引入阶段中，在该总线系统中数据作为消息以标准ISO 11898-1：2015作为CAN协议规范用CAN FD来传输。该消息在总线系统的总线用户、比如传感器、控制设备、传送器等之间传输。为此，在一个帧中将消息发送到该总线上，在该帧中在两个通信阶段之间进行切换。在第一通信阶段（仲裁）中商定，该总线系统的用户站中的哪个用户站在随后的第二通信阶段（数据阶段或者有效数据的发送）中允许将其帧发送到总线上。由大多数制造商在第一步骤中以500kbit/s的仲裁比特率和2Mbit/s的数据比特率在车辆中使用CAN FD。因此在总线上传输时要在缓慢的运行模式与快速的运行模式之间来回切换。

为了在第二通信阶段中还能够实现更大的数据速率，目前开发了用于CAN FD的后续总线系统，后续总线系统被称为CAN XL并且目前在组织CAN中被标准化为Automation（CiA）。CAN XL除了通过CAN总线进行的纯数据传输之外还应该支持其他功能、例如功能安全性（Safety）、数据安全性（Security）和服务质量（QoS = Quality of Service）。这些是在自主驾驶车辆中所需要的基本特性。

在通过信道（CAN总线）在帧中传输数据时可能出现错误。例如，由于外部影响、尤其是在总线端上的入射或反射，位可能会被歪曲或者位之间的侧沿可能会被移位。此外，由于不理想的时钟源，在以下用户站中可能出现阶段误差，该用户站在总线上的当前通信中不是消息的发送器，而仅仅是消息的接收器（接收节点）。

这些框架条件有助于降低每单位时间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，提供一种用于串行总线系统用的用户站的通信控制装置和一种用于在串行总线系统中进行通信的方法，该通信控制装置和方法解决了前面所提到的问题。尤其是应该提供一种用于串行总线系统用的用户站的通信控制装置和一种用于在串行总线系统中进行通信的方法，其中即使在高的数据速率和必要时提高每帧的有效数据量的情况下也能实现通信的大的误差稳健性。

该任务通过一种具有权利要求1的特征的用于串行总线系统用的用户站的通信控制装置来解决。该通信控制装置被设计用于控制用户站与总线系统的至少一个其他用户站的通信并且用于产生用来发送到总线系统的总线上的发送信号并且/或者用于从总线上接收信号，其中该通信控制装置被设计用于根据帧来产生发送信号，在该发送信号中设置了具有预先确定的时间长度的位，其中该通信控制装置被设计用于如此产生发送信号，使得该发送信号的位能够作为显性状态或隐性状态被发送到总线上，使得该隐性状态能够被该显性状态覆盖写入，并且其中该通信控制装置被设计用于在发送信号中相较于应该作为隐性状态发送到总线上的位将至少一个应该作为显性状态发送到总线上的位缩短预先确定的数值。

通过该通信控制装置的设计方案，能够每时间单位通过该总线比以往传输更多的数据，而不会由此降低该总线系统中通信的误差稳健性。

由此，用该通信控制装置能够在串行总线系统中、尤其是在CAN或CAN FD或CAN XL中在进一步提高数据速率的情况下仍然能够实现稳健的通信。

在此，用该总线系统中的通信控制装置而可能的是，在第一通信阶段中保持由CAN已知的仲裁并且相对于CAN或CAN FD或CAN XL仍然再次显著地提高传输速率。

如果在该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，那也能够使用由该通信控制装置实施的方法，该CAN用户站和/或该CAN FD用户站按照CAN协议和/或CAN FD协议来发送消息。

该通信控制装置的其他有利的设计方案在从属权利要求中得到说明。

可能的是，每个位被分成四个分段，而没有在时间范围内缩短，在第一与第二分段之间提供用于在通过总线进行传输之后对信号进行采样的第一采样点，并且其中在第三与第四分段之间提供用于在通过总线进行传输之后对信号进行采样的第二采样点。

在该第一采样点与该第二采样点之间能够在没有位的缩短的情况下布置两个分段。

根据一种特殊的设计方案，该通信控制装置能够被设计用于：在该发送信号中将应该作为显性状态发送到总线上的位在以下阶段中缩短预先确定的数值，在该阶段中该用户站得到对总线的至少暂时专用的、无冲突的访问权。在此，根据另一种特殊的设计方案，该通信控制装置此外能够被设计用于：在该发送信号中在该用户站不具有对总线的专用的、无冲突的访问权的另一阶段中将应该作为显性状态发送到总线上的位缩短比该预先确定的数值小的预先确定的数值。

根据一种实施例，该通信控制装置被设计用于将至少一个预先确定的位插入到发送信号中，该位向总线系统中的接收节点表明，当前从总线上接收的信号至少分段地具有显性状态，该显性状态的持续时间短于隐性状态的持续时间。在此，该通信控制装置还能够被设计用于将至少一个预先确定的位插入到帧的控制段并且/或者插入到帧的数据段中。

能够考虑，该通信控制装置具有测评框和位长度缩短框，其中该测评框用于测评，是否在由该通信控制装置所创建的发送信号中相较于应该作为隐性状态发送到总线上的位应该缩短至少一个应该作为显性状态发送到总线上的位，并且该位长度缩短框用于在测评框的测评结果的基础上缩短至少一个应该作为显性状态发送到总线上的位。

该通信控制装置能够具有位长度延长框，其用于延长在该位序列中的至少一个在从总线上接收的信号中作为被缩短的位来包含的位。

能够考虑，该通信控制装置具有用于对从总线上接收的错误帧进行计数的错误帧计数框，其中该通信控制装置被设计用于：当该错误帧计数框的计数值超过预先确定的数量时，在该发送信号中用与应该作为隐性状态发送到总线上的位相同的数值发送应该作为显性状态发送到总线上的位。

该通信控制装置能够被设计用于如此产生发送信号，从而对于在总线系统的用户站之间交换的消息来说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发送的信号的位时间不同，并且其中在该第一通信阶段中商定，该总线系统的用户站中的哪个用户站在随后的第二通信阶段中获得对总线的至少暂时专用的、无冲突的访问权，并且其中该通信控制装置被设计用于在该第一和/或第二通信阶段中缩短至少一个应该作为显性状态发送到总线上的位。

为该消息形成的帧能够与CAN FD和/或CAN XL兼容地构建。

之前所描述的通信控制装置能够是用于串行总线系统的用户站的一部分，该用户站此外具有用于将发送信号发送到总线系统的总线上的发送/接收装置，其中该发送/接收装置被设计用于在该第一通信阶段中在用于发送且接收帧的运行模式中将整个帧发送到总线上。

之前所描述的用户站能够是总线系统的一部分，该总线系统此外包括总线和至少两个用户站，该用户站通过该总线如此相互连接，使得该用户站能够相互串行通信。在此，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。

此外，前面所提到的任务通过一种根据权利要求15该的用于在串行总线系统中进行通信的方法来解决。该方法用一种用于总线系统的用户站的通信控制装置来执行，其中该方法具有以下步骤：用该通信控制装置来控制用户站与总线系统的至少一个其他用户站的通信并且用于产生用来发送到总线系统的总线上的发送信号并且/或者用于从总线上接收信号，其中该通信控制装置根据帧来产生发送信号，在该发送信号中设置了具有预先确定的时间长度的位，其中该通信控制装置如此产生发送信号，使得该发送信号的位能够作为显性状态或隐性状态被发送到总线上，从而该隐性状态能够被该显性状态覆盖写入，并且其中该通信控制装置在发送信号中相较于应该作为隐性状态发送到总线上的位将至少一个应该作为显性状态发送到总线上的位缩短预先确定的数值。

该方法提供与前面关于用户站所提到的优点相同的优点。

本发明的其它可能的实现方案也包括之前或接下来关于实施例所描述的特征或实施方式的未明确提到的组合。在此，本领域的技术人员也会将单个方面作为改进方案或补充方案添加到本发明的相应的基本形式中。

附图说明

下面参照附图并且借助于实施例来详细描述本发明。

图1示出了按照第一种实施例的总线系统的简化的方框图；

图2示出了用于对能够由按照第一种实施例的总线系统的用户站发送的消息的架构进行说明的图表；

图3示出了按照第一种实施例的总线系统的用户站的简化的示意性的方框图；

图4示出了在按照第一种实施例的用户站中的总线信号CAN-XL_H和CAN-XL_L的时间上的变化曲线；

图5示出了在按照第一种实施例的用户站中的总线信号CAN-XL_H和CAN-XL_L的电压差VDIFF的时间上的变化曲线；

图6示出了当位长度调整模块不活动时在发送帧时在按照第一种实施例的用户站的接头上出现的信号的一部分的时间上的变化曲线；并且

图7示出了当位长度调整模块活动时在发送帧时在按照第一种实施例的用户站的接头上出现的信号的一部分的时间上的变化曲线；

图8示出了用于对能够由按照第二种实施例的总线系统的用户站发送的消息的架构进行说明的图表；并且

图9示出了用于对能够由按照第三种实施例的总线系统的用户站发送的消息的架构进行说明的图表。

在附图中，只要没有另外说明，相同的或功能相同的元件设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1作为实例示出了总线系统1，该总线系统尤其基本上被设计用于CAN总线系统、CAN FD总线系统、CAN XL总线系统和/或它们的改动方案，如下面所描述的那样。总线系统1能够在交通工具、尤其是机动车、飞机等中或者在医院等中使用。

在图1中，总线系统100具有多个用户站10、20、30，它们分别被连接到具有第一总线芯线41和第二总线芯线42的总线40上。总线芯线41、42也能够被称为CAN_H和CAN_L或CAN-XL_H和CAN-XL_L并且用于在耦合输入显性电平之后进行电信号传输或者在发送状态中产生用于信号的隐性电平或其他电平。通过总线40能够在各个用户站10、20、30之间串行传输呈信号的形式的消息45、46。如果在总线40上的通信中出现错误，如图1中的锯齿状黑色块箭头所示，则可选能够发送错误帧47（错误标志）。用户站10、20、30例如是机动车的控制设备、传感器、显示装置等。

如图1中所示，用户站10具有通信控制装置11、发送/接收装置12和位长度调整模块15。用户站20具有通信控制装置21、发送/接收装置22并且可选具有位长度调整模块25。用户站30具有通信控制装置31、发送/接收装置32和位长度调整模块35。用户站10、20、30的发送/接收装置12、22、32分别直接被连接到总线40上，即使这一点在图1中未被说明。

通信控制装置11、21、31分别用于控制各个用户站10、20、30通过总线40与用户站10、20、30中的至少一个其它用户站进行的通信，至少一个其它用户站被连接到总线40上。

通信控制装置11、31创建且读取第一消息45，第一消息比如是经过修改的CAN消息45。在此，经过修改的CAN消息45在CAN XL格式的基础上构建，CAN XL格式参照图2更详细地得到描述，并且对于CAN XL格式来说使用相应的位长度调整模块15、35。此外，通信控制装置11、31能够被实施用于：根据需要为发送/接收装置12、32提供或者从其处接收CAN XL消息45或CAN FD消息46。在此也使用相应的位长度调整模块15、35。通信控制装置11、31因此创建且读取第一消息45或第二消息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，即在这种情况下通过CAN XL或CAN FD来区分。

通信控制装置21能够如传统的、按照ISO 11898-1：2015的CAN控制器那样来实施、尤其如能兼容CAN FD的传统的CAN控制器或CAN FD控制器那样来实施。可选额外地存在位长度调整模块25，其具有与位长度调整模块15、35相同的功能。通信控制装置21创建且读取第二消息46、例如CAN FD消息46。在CAN FD消息46中能够包括一定数量的0至64数据字节，该数据字节为此仍以比在传统的CAN消息传输中明显更快的数据速率来传输。尤其通信控制装置21如传统的CAN FD控制器一样来实施。

发送/接收装置22能够如传统的、按照ISO 11898-1：2015的CAN收发器或者CAN FD收发器的那样来实施。发送/接收装置12、32能够被实施用于：根据需要为所属的通信控制装置11、31提供或者从其处接收按照CAN XL格式的消息45或者按照目前的CAN FD格式的消息46。

用两个用户站10、30能够实现具有CAN XL格式的消息45的形成并且然后传输以及这样的消息45的接收。

图2为消息45示出了帧450，该帧尤其是如由用于发送/接收装置12的通信控制装置11提供的、用于发送到总线40上的一样的CAN XL帧。在此，通信控制装置11在本实施例中将帧450创建成与CAN FD兼容的帧。这同样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，用于在总线40上的CAN通信的帧450被划分为不同的通信阶段451、452，即仲裁阶段451和数据阶段452。在开始位SOF之后，帧450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，借助于仲裁段453中的具有例如位ID28至ID18的识别符（ID）一个位一个位地在用户站10、20、30之间商定：哪个用户站10、20、30想发送具有最高优先权的消息45、46，并且因此对于用于发送的下一时间来说在随后的数据阶段452中获得对总线系统1的总线40的专用访问权。在仲裁阶段451中使用如在CAN和CAN-FD中那样的物理层。该物理层对应于已知的OSI模型（开放系统互连模型）的物理层或层1。

在阶段451期间的一个重要点是，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，而不破坏获得更高优先权的消息45、46。由此能够相对容易地给总线系统1添加其它总线用户站10、20、30，这是非常有利的。

CSMA/CR方法引起的结果是，在总线40上必须存在所谓的隐性状态，该隐性状态能够被其他在总线40上具有显性状态的用户站10、20、30覆盖写入。在隐性状态中，在各个用户站10、20、30上存在高欧姆的关系，这结合总线电路的寄生引起更长的时间常数。这导致现今的CAN-FD物理层的最大比特率被限制到在实际的车辆使用中目前大约每秒2兆位的结果。

在该数据阶段452中，除了该控制段454的一部分之外，还发送来自该数据段455的CAN-XL帧或消息45的有效数据以及该校验和段456。在该校验和段456中能够包含关于数据阶段452的数据的校验和包括填充位（Stuffbits），该填充位由消息45的发送器分别在预先确定的数量的相同位、尤其是10个相同位之后作为逆位被插入。在该数据阶段452的末尾，再次被切换回该仲裁阶段451。

在该帧终止阶段457中的结束段中能够包含至少一个确认位。此外，能够存在表明CAN XL帧450的结束的11个相同位的序列。用至少一个确认位能够通知，该接收器在所接收的CAN XL帧450或者消息45中是否已经发现了错误。

该消息45的发送器在该用户站10作为发送器已经盈得仲裁并且该用户站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的专用访问权时才开始将数据阶段452的位发送到该总线40上。

在具有CAN XL的总线系统中接收了经过验证的特性，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方法具有识别符和仲裁的帧结构。因此，该用户站10在作为第一通信阶段的仲裁阶段451中部分地使用由CAN/CAN-FD已知的按照ISO11898-1：2015的格式尤其是直至FDF位（包括）。然而，与在作为第二通信阶段的数据阶段452中的CAN或CAN FD相比，能够将净数据传输速率提高到尤其是大约每秒10兆位。此外，能够将每帧有效数据的大小提高到尤其是大约2k字节或任意其它的数值。

图3示出了该用户站10的基本架构，该用户站具有通信控制装置11、发送/接收装置12和位长度调整模块15，该位长度调整模块是通信控制装置11的一部分。除了前面所提到的区别之外，该用户站20从基本架构开始以与在图3中所示相同的方式来构建。该用户站30以与在图3中所示相类似的方式来构建，然而按照图1的位长度调整模块35与通信控制装置31和发送/接收装置32分开地布置。因此，该用户站30未被单独地描述。

根据图3，该用户站10除了通信控制装置11和发送/接收装置12之外还具有微控制器13和系统ASIC 16（ASIC＝专用集成电路），其中该通信控制装置11被分配给该微控制器并且该系统ASIC作为替代方案能够是系统基础芯片（SBC），在该系统基础芯片上综合了多个对用户站10的电子组合件来说必要的功能。在该系统ASIC 16中除了该发送/接收装置12之外还安装了能量供给装置17，它向该发送/接收装置12供给电能。该能量供给装置17通常提供5 V的电压CAN_Supply。然而，根据需要，该能量供给装置17能够提供具有不同数值的不同电压。作为补充方案或替代方案，该能量供给装置17能够被设计为电源。

该位长度调整模块15具有测评框151、位长度缩短框152并且可选具有位长度延长框153，其中该测评框就具有拥有相同逻辑值的位的位序列对该发送信号TxD进行测评并且对该接收信号RxD进行测评。此外，可选能够存在错误帧计数框154。下面要更详细地描述该方框151、152、153、154。

此外，该发送/接收装置12具有发送模块121和接收模块122。即使下面总是谈及该发送/接收装置12，作为替代方案也能够在发送模块121外部的单独的装置中设置该接收模块122。该发送模块121和接收模块122能够如传统的发送/接收装置22一样来构建。该发送模块121尤其能够具有至少一个运算放大器和/或晶体管。该接收模块122尤其能够具有至少一个运算放大器和/或晶体管。

该发送/接收装置12被连接到总线40上、更准确地说被连接到其用于CAN _H或CAN-XL_H的第一总线芯线41及其用于CAN_L或CAN-XL_L的第二总线芯线42上。通过至少一个接头43实现用于该能量供给装置17的电压供给，以用于向第一和第二总线芯线41、42供给电能、尤其是电压CAN-Supply。与地线或者CAN _GND的连接通过接头44来实现。该第一和第二总线芯线41、42用终端电阻49来结束。

该第一和第二总线芯线41、42在发送/接收装置12中不仅与也被称为发送器的发送模块121连接，而且也与被称为接收器的接收模块122连接，尽管为了简化在图3中未示出该连接。

在该总线系统1的运行中，该发送模块121将通信控制装置11的发送信号TXD或TxD转换为用于总线芯线41、42的相应的信号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的接头上发送到总线40上，如在图4中所示。

该接收模块122根据图4由从总线40上接收的信号CAN-XL_H和CAN-XL _L形成接收信号RXD或RxD并且将其转发给通信控制装置11，如在图3中所示。除了空载状态或者准备状态（空闲或者待机）之外，具有接收模块122的发送/接收装置12在正常运行中总是侦听在总线40上的数据或者消息45、46的传输，并且更确切地说这与该发送/接收装置12是不是该消息45的发送器无关。

根据图4的实例，该信号CAN-XL_H和CAN-XL_L至少在仲裁阶段451中具有显性的和隐性的总线电平401、402，如由CAN已知的一样。在该总线40上构造了差分信号VDIFF＝CAN-XL_H-CAN-XL_L，其在图5中为该仲裁阶段451而示出。该信号VDIFF的各个具有位时间t_bt1的位能够在仲裁阶段451中用例如为0.7 V的接收阈值T_a来识别。在该数据阶段452中，该信号CAN-XL_H和CAN-XL_L的位更快地被发送、也就是用比在仲裁阶段451中短的位时间t_bt2被发送。因此，该信号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不同于传统的信号CAN_H和CAN_L。

图4中的用于信号CAN-XL_H、CAN-XL_L的状态401、402的序列和图5的电压VDIFF的由此产生的变化曲线仅仅用于说明用户站10的功能。用于该总线状态401、402的数据状态的序列能够根据需要来选择。

换句话说，在该发送模块121被切换为第一种运行模式B_451 （SLOW）时，如图4所示，该发送模块121产生第一数据状态来作为具有用于总线线路的两条总线芯线41、42的不同总线电平的总线状态402，并且产生第二数据状态来作为具有用于总线40的总线线路的两条总线芯线41、42的相同总线电平的总线状态401。

此外，对于该信号CAN-XL_H、CAN-XL_L的时间上的变化曲线来说，该发送模块121在包括数据阶段452的第二运行模式B_452_TX（FAST_TX）中将具有更高的比特率的位发送到总线40上。此外，该CAN-XL_H和CAN-XL_L信号能够在数据阶段452中用与在CAN FD中不同的物理层来产生。由此，在该数据阶段452中的比特率能够比在CAN FD中更进一步地得到提高。用户站——该用户站在该数据阶段452中不是帧450的发送器——在其发送/接收装置中设定第三种运行模式B_452_RX（FAST_RX）。

当该用户站10充当帧450的发送器和/或接收器时，图3的位长度调整模块15是活动的。该位长度调整模块15、特别是其测评框151在该通信控制装置11将TxD信号作为TXD_TC信号在接头TXD处转发给发送/接收装置12以用于发送到总线40上之前对该帧450中的位序列进行测评。此外，如果在该TxD信号中出现具有相同逻辑值的至少三个位的位序列，则该位长度调整模块15 、特别是其位长度缩短框152就能够缩短用于TxD_TC信号的TxD信号的位，如以下要更详细描述的一样。

由位长度调整模块15执行的方法尤其适用于数据阶段452，在该数据阶段中该用户站10、20、30之一具有对总线40的专用访问权，以便尤其作为帧450来发送消息45、46之一。然而，作为替代方案或补充方案，该位长度调整模块15能够在仲裁阶段451中使用该方法。

图6关于时间t示出了一种用于差分信号VDIFF的实例，该差分信号由于数字发送信号TxD而在总线40上被构造。该发送信号TxD要么能够根据帧450来产生要么能够根据用于CAN FD的协议来产生。

所示出的位序列具有两个位、也就是位B1和B2。该位B1和B2例如具有位长度t_bt2，也就是该数据阶段452的位。然而，该位序列能够出现在帧450的任何部分中。因此，该位序列能够出现在帧450的第一和/或第二通信阶段451、452中。该发送信号TxD由作为帧450的发送器的通信控制装置11来产生、如下面要更详细地描述的那样在位长度调整模块152中被修改并且而后作为发送信号TxD_TC被串行发送给发送/接收装置12。

该位B1、B2中的每个位具有相同的架构。该信号VDIFF的每个位以及因此该位B1、B2在时间t的范围内被分成四个分段SY、P1、PP、P2。采样点TP被设置在第一与第二分段SY、PP之间。此外，该信号VDIFF的每个位在时间t的范围内被分成多个分别一样长的时间量子TQ。该时间量子TQ的数量在所有位中是相同的。该时间量子TQ被分配给各个分段SY、PP、P1、P2，其中分段SY、PP、P1、P2在时间t的范围内不一样长，换言之具有不同数量的时间量子TQ。在图6的实例中，分段P1、P2在时间t的范围内分别是一样长。换言之，分段P1、P2具有一样多时间量子TQ。

在位B1、B2的开始处设置了同步分段SY，该同步分段具有一个时间量子TQ的长度。接着是具有多个时间量子TQ的传播分段PP。在分段SY与分段PP之间设置了用于对该位进行采样的第一采样点TP。在该分段PP之后，第一阶段P1出现在用于对位进行采样的第二采样点TP之前。在该第二采样点TP之后跟随着第二阶段P2。如果在该发送信号TxD中的两个不同逻辑值之间、即在1与0之间或者在0与1之间出现过渡，则该帧450的接收节点或者接收器能够检查，在预期的时间是否出现该过渡。如果在处于位的开始处的预期的时间没有出现过渡，则该帧450的接收器能够计算时间差并且根据结果来调整阶段P1的时间长度或阶段P2的时间长度。由此，该接收器能够连续地同步到帧450的发送节点或者发送器的时间时钟。这减少了由于总线40上的辐射而出现的错误（物理层效应）。

该通信控制装置11被设计用于在从总线40上接收的信号RxD中在第一采样点TP和第二采样点TP处对位B1、B2进行采样，该第一采样点和第二采样点应该分别布置在分段SY、PP、P1、P2中的两个分段之间。

在图6的实例中，该差分信号VDIFF在大约+ 2V与-2V的数值之间变换它的电压电平U。通过被耦合输入到总线40中的、在逻辑位值0与1之间变换的数字发送信号TxD或者TxD_TC来确定该变换。在此，在位值0与1之间或1与0之间的变换上分别出现该差分信号VDIFF的过冲。在该发送/接收装置12中通过与接收阈T_a的阈值电压U_TH的比较来确定该差分信号VDIFF的位B1、B2的相应值。在此，该发送/接收装置12形成接收信号RxD。如果该差分信号VDIFF的电压电平U处于阈值电压U_TH之下，则该差分信号VDIFF就对应于数字发送信号TxD的逻辑值0。如果该差分信号VDIFF的电压电平U超过阈值电压U_TH，则该差分信号VDIFF就对应于数字发送信号TxD的逻辑值1。在理想情况下，该接收信号RxD的逻辑值对应于发送信号TxD的逻辑值。否则，存在错误。

如果该用户站10创建图6的发送信号TxD，则该位长度调整模块15、尤其是其测评框151就将位B1识别为显性位并且将位B2识别为隐性位。该位长度缩短框152能够缩短显性位B1，如图7中所示。在此，该位长度调整模块15的处理如下。

该测评框151检查，在该位的开始或结束时在该发送信号TxD的哪个位中进行从1到0的逻辑值的变换。为此，该测评框151例如检查，何时在两个位之间出现下降沿。如果该测评框151识别出这样的下降沿，则随后的位是显性位，如图6中的位B1一样。该位长度缩短框152从测评框151接收相应的测评结果。在该位长度缩短框152中存储了预先确定的显性位-缩短准则1521。该位长度缩短框152由此将图6的位B1缩短到图7的位B1。换言之，该位长度缩短框152在测评框151的测评结果的基础上缩短发送信号TxD的所有显性位。

因此，在图7的情况下，该位长度缩短框152已经将位B1缩短。在此，该位长度缩短框152已经在位B1处将该分段PP缩短。该分段PP的持续时间表示电压波动的衰减的持续时间，该衰减的持续时间由该总线40上的电压电平在总线信号的显性状态与隐性状态之间的变换中的变换所引起。在总线信号从显性状态变换到隐性状态时，该总线40上的电压波动保持得比在从隐性状态变换到显性状态时长。与此相对应，该位长度缩短框152在应该通过该总线40传输显性位时缩短位的分段PP。尤其该位长度缩短框152略去位B1的分段PP。该位长度缩短框152以相同的方式为发送信号TxD的所有其它显性位采取措施。当然，该位B1能够被缩短不同的时间长度、特别是被缩短一个分段P1的时间长度或者被缩短处于分段PP、P1的长度之间的任意其它长度。作为替代方案，该位B1能够被缩短小于分段P1的时间长度。

在此，该位长度缩短框152能够根据与该发送信号TxD的仲裁阶段451中的显性位不同的显性位缩短准则1521来缩短该发送信号TxD的数据阶段452中的显性位。在此，该位长度缩短框152能够使用缩短准则1521，根据该缩短准则在该发送信号TxD的仲裁阶段451中的显性位比在该发送信号TxD的数据阶段452中的具有位持续时间t_bt2的显性位缩短得少。尤其在该发送信号TxD的仲裁阶段451中的显性位的长度或者位持续时间t_bt1关于在该仲裁阶段451中的隐性位的长度或者位持续时间t_bt1比具有发送信号TxD的数据阶段452的位持续时间t_bt2的显性位关于该数据阶段452的隐性位的长度或者位持续时间t_bt1缩短得少。换言之，该仲裁阶段451中的显性位B1的位持续时间t_bt1的按百分比的缩短小于该发送信号TxD的数据阶段452中的显性位B1的位持续时间t_bt2的按百分比的缩短。

然而，该隐性位B2的长度或持续时间t_bt2保持不变。因此，该位长度缩短框152不修改隐性位B2的长度。这同样适用于该发送信号TxD的所有其它隐性位。

该缩短在图6和图7的实例中对显性位B1来说是非常有利的，因为通过在两个位之间的在总线40上朝显性电平或状态的状态变换或者侧沿能够更好地补偿该物理层效应。由此缩短了以下时间，在该时间里由于物理层效应而可能在总线40上的信号VDIFF中出现错误。由于该分段PP是位B1、B2的在长度方面或者在时间方面主导的部分，所以该位长度调整模块15能够显著地提高比特率。尤其是能够节省一半以上的位时间t_bt1、t_bt2。这能够意味着乃至该比特率的加倍。

相反，如果该用户站10是总线系统1的进行接收的用户站，该用户站目前不是帧450的发送器、而仅仅接收帧450（接收节点），则该用户站10用其测评框151通过在接收信号RxD的采样点TP上的采样来识别该显性位B1的缩短的位长度。尤其该通信控制装置在每个时间量子TQ之后对接收信号RxD进行采样。因此，接收节点能够正确地对按照图7的信号VDIFF的位进行采样，使得该接收节点在其接头上从总线40上接收CAN_H、CAN_L。可选的是，该位长度延长框153能够将该接收信号RxD的被识别为缩短的位B1重又延长到正常长度。然而，作为替代方案，该通信控制装置11用不一样长的位来对接收信号RxD进行测评。

通过该总线系统1的用户站10、20、30的这种设计方案，能够在相同时间通过该总线40传输更多的位。因此，该总线系统1中的数据速率得到提高。

如果在该总线40上应该是不理解位时间缩短的用户站10、20、30，则当该位长度调整模块15、25、35之一对发送信号TxD来说是活动的时候，该用户站10、20、30通过错误帧47来干扰总线系统1中的通信。在这样的情况中，该错误帧计数框154对从总线40上接收的错误帧47进行计数。自特定数量的错误帧47起，该测评框151测评，用于缩短显性位的方法不再被使用。取而代之，该通信控制装置11而后仅仅还使用传统的协议，在该传统的协议中不使用显性位B1的缩短。因此，该用户站10、20、30的所属的位长度调整模块15、25、35被去除激活。

由此能够实现在该总线系统1中的通信的稳健的应急运行。当该总线系统1在车辆中使用时，这是尤其有利的。于是例如在车辆的行驶期间确保了应急运行。

该通信控制装置11、尤其是其测评框151能够在成功发送具有缩短的显性位B1的消息45时减小错误帧计数框154的计数值。由此，不是由该总线40上的用户站10、20、30的通信协议的不兼容性引起的偶然错误不会导致该总线系统1中的可能的能传输的波特率的降低。

与此不同，在维修点中在对车辆进行软件更新时可能期望的是，以尽可能高的数据速率来工作。在新软件的数据仅仅对该总线40上的单个用户站来说是有意义的时候，就能够是这种情况。对于这样的情况来说，可能的是，维修点测试仪有针对性地一直在总线40中发送消息45、46时使用前面所描述的用于缩短显性位B1的方法，直至不兼容的用户站中断错误帧47的发送并且进入错误排除状态中。自这个时刻起，该通信控制装置11能够在根据图7发送消息45、46时不受干扰地使用前面所描述的用于缩短显性位B1的方法。因此，与具有标准长的显性位B1的常规消息45、46相比，于是能够在更短的时间内传输软件更新，如在图6中所示。

根据本实施例的一种修改方案，该位长度缩短框152仅仅缩短在该发送信号TxD的数据阶段452中的显性位B1。

根据本实施例的另一种修改方案，该位长度缩短框152仅仅缩短在该发送信号TxD的仲裁阶段451中的显性位。

然而，两种所提到的修改方案中的每种修改方案产生比在前一种所描述的实施例中总线系统1中的净数据速率的小幅提高。

图8示出了按照第二种实施例的帧450A。如先前所描述的那样，该帧450A能够由通信控制装置11使用，以用于创建该发送信号TxD并且/或者测评该接收信号RxD。

在该帧450A中，在该控制段454中包含了至少一个位B_V。所包含的位B_V越少，该总线系统1中的能传输的净数据速率下降得越少。

至少一个位B_V表明，在目前由该总线40接收的接收信号RxD中的显性位B1是否在缩短的情况下被发送。

因此，发送节点能够向该总线40上的接收节点通知至少一个位B_V，如何应该对当前所接收的接收信号RxD进行测评。因此，该接收节点能够在对当前所接收的接收信号RxD进行测评时适当地考虑到预先确定的显性位-缩短准则1521。

换言之，能够通过消息45的头部（Header）中的所保留的位来预告前面所描述的按照图7的缩短显性位B1的方法的使用。

由此确保了与已知的通信协议、尤其是基于CAN的协议的向下兼容性。

作为替代方案，至少一个位B_V被包含在数据段455中。

图9示出了按照第三种实施例的帧450B。如先前所描述的那样，该帧450B能够由通信控制装置11使用，以用于创建该发送信号TxD并且/或者测评该接收信号RxD。

在该帧450B中，在该数据段455中包含了至少一个位B_V。至少一个位B_V表明，在不久将通过该总线40发送的消息45中将该显性位B1在缩短的情况下发送。因此，接收节点知道在随后的接收信号RxD中该显性位B1被缩短，如在图7中所示。

如果包含一个以上的位B_V，则能够通知在该总线40上的如下消息中的哪些消息45、46如此被修改，使得该显性位B1被缩短。例如，用于这个消息45、46的特定的识别符而后能够在至少两个位B_V的位序列中被编码。

因此，发送节点能够通知具有位B_V的接收节点，如何应该对下一个由总线40接收的消息45、46的接收信号RxD进行测评。因此，该接收节点能够在对这个接收信号RxD进行测评时适当地考虑到预先确定的显性位-缩短准则1521。

换句话说，对于当前的接收信号RxD来说，能够在前一个消息中预告如在图7中所示的之前所描述的缩短显性位B1的方法的使用。

可能的是，在基于帧450B所构建的消息中也使用至少分段地缩短的显性位B 1。

由此也保证了与已知的通信协议、尤其是基于CAN的协议的向下兼容性。

该用户站10、20、30、总线系统1和在其中所执行的方法的所有之前描述的设计方案能够一个个地或者以所有可能的组合来使用。尤其之前所描述的实施例和/或其修改方案的所有特征能够任意地组合。作为补充方案或替代方案，尤其能够考虑以下修改方案。

尽管前面以CAN总线系统为例描述了本发明，但是本发明能够在每种通信网络系统和/或通信方法中使用，其中使用两个不同的通信阶段，在通信阶段中为不同的通信阶段所产生的总线状态彼此不同。

按照该实施例的总线系统1尤其能够是通信网络系统，在该通信网络系统中数据能够串行地用两种不同的比特率来传输。有利的、然而并非强制的前提是，在该总线系统1中至少对确定的时间间隔来说保证用户站10、20、30对共同的信道的专用的、无冲突的访问权。

本实施例的总线系统1中的用户站10、20、30的数量和布置是任意的。尤其该用户站20能够在总线系统1中取消。可能的是，在该总线系统1中存在该用户站10或30中的一个或多个用户站。能够考虑的是，在该总线系统1中的所有用户站相同地设计而成，也就是仅仅存在用户站10或仅仅存在用户站30。

Claims (15)

1.通信控制装置（11；21；31），用于串行总线系统（1）用的用户站（10；20；30），

其中所述通信控制装置（11，21，31）被设计用于控制所述用户站（10；20；30）与所述总线系统（1）的至少一个其他的用户站（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）上接收信号（VDIFF），

其中所述通信控制装置（11；21；31）被设计用于根据帧（450；450A；450B）来产生所述发送信号（TxD），在所述发送信号中设置了具有预先确定的时间长度（t _bt1；t_b2）的位（B1、B2），

其中所述通信控制装置（11；21；31）被设计用于如此产生所述发送信号（TxD），使得其位（B1、B2）能够作为显性状态（401）或隐性状态（402）被发送到所述总线（40）上，从而所述隐性状态（402）能够被所述显性状态（401）覆盖写入，并且

其中所述通信控制装置（11；21；31）被设计用于在所述发送信号（TxD）中相较于应该作为隐性状态（402）发送到所述总线（40）上的位将至少一个应该作为显性状态（401）发送到所述总线（40）上的位（B1）缩短预先确定的数值。

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、B2）在时间（t）的范围内不缩短的情况下被划分为四个分段（SY、PP、P1、P2），

其中在所述第一与第二分段（SY、PP）之间设置了第一采样点（TP），以用于在通过所述总线（40）传输之后对信号进行采样，并且

其中在所述第三与第四分段（P1、P2）之间设置了第二采样点（TP），以用于在通过所述总线（40）传输之后对所述信号进行采样。

3.根据权利要求2所述的通信控制装置（11；21；31），其中在不缩短所述位的情况下在所述第一采样点（TP）与所述第二采样点（TP）之间布置了两个分段（PP、P1）。

4.根据前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）被设计用于在所述发送信号（TxD）中将应该作为显性状态（401）发送到所述总线（40）上的位（B1）在所述用户站（10；20；30）获得对所述总线（40）的至少暂时专用的、无冲突的访问权的阶段中缩短预先确定的数值（PP）。

5.根据权利要求4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）被设计在所述发送信号（TxD）中将应该作为显性状态（401）发送到所述总线（40）上的位（B1）在所述用户站（10；20；30）没有对所述总线（40）的专用的、无冲突的访问权的其他阶段中缩短另一个预先确定的数值（P1），其中通过所述另一个预先确定的数值引起的缩短小于通过所述预先确定的数值（PP）引起的缩短，在通过所述预先确定的数值引起的缩短中所述用户站（10；20；30）具有对所述总线（40）的专用的、无冲突的访问权。

6.根据前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）被设计用于将至少一个预先确定的位（B_V）插入到所述发送信号（TxD）中，所述预先确定的位向所述总线系统（1）中的接收节点表明，当前由所述总线（40）接收的信号（VDIFF）至少分段地具有显性状态（401），所述显性状态的持续时间比隐性状态（402）的持续时间短。

7.根据权利要求6所述的用户站（10；20；30），其中所述通信控制装置（11；21；31）被设计用于将所述至少一个预先确定的位（B_V）插入到所述帧（450A；450B）的控制段（454）中并且/或者插入到所述帧（450A；450B）的数据段（455）中。

8.根据前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，

测评框（151），所述测评框用于测评，在由所述通信控制装置（11；21；31）所创建的发送信号（TxD）中至少一个应该作为显性状态（401）发送到所述总线（40）上的位（B1）是否相较于应该作为隐性状态（402）发送到所述总线（40）上的位（B2）缩短，和

位长度缩短框（152），所述位长度缩短框用于在所述测评框（151）的测评结果的基础上缩短所述至少一个应该作为显性状态（401）发送到所述总线（40）上的位（B1）。

9.根据前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）具有用于延长至少一个位（B1）的位长度延长框（153），所述至少一个位被包含在从所述总线（40）上接收的作为缩短的位的信号（VDIFF）。

10.根据前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）具有用于对从所述总线（40）上接收的错误帧（47）进行计数的错误帧计数框（154），并且

其中所述通信控制装置（11；21；31）被设计用于：如果所述错误帧计数块（154）的计数值超过预先确定的数量，则在所述发送信号（TxD）中以与应该作为隐性状态（402）发送到所述总线（40）上的位相同的数值来发送应该作为显性状态（401）发送到所述总线（40）上的位（B1）。

11.根据前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所述发送信号（TXD），从而对于在所述总线系统（1）的用户站（10；20；30）之间交换的消息（45）来说在第一通信阶段（451）中被发送到所述总线（40）上的信号的位时间（t_bt1）能够与在所述第二通信阶段（452）中被发送的信号的位时间（t_bt2）不同，并且

其中在所述第一通信阶段（451）中商定，所述总线系统（1）的用户站（10；20；30）中的哪些用户站在随后的第二通信阶段（452）中获得对所述总线（40）的至少暂时专用的、无冲突的访问权，并且

其中所述通信控制装置（11；21；31）被设计用于在所述第一和/或第二通信阶段（451、452）中缩短至少一个应该作为显性状态（401）发送到所述总线（40）上位（B1）。

12.根据前述权利要求中任一项所述的通信控制装置（11；21；31），其中为所述消息（45）形成的帧（450）与CAN FD和/或CAN XL兼容地来构建。

13.串行总线系统（1）用的用户站（10；20；30），具有

根据前述权利要求中任一项所述的通信控制装置（11；21；31），和

发送/接收装置（22），所述发送/接收装置用于将发送信号（TXD）发送到所述总线系统（1）的总线（40）上，

其中所述发送/接收装置（22）被设计用于在所述第一通信阶段（451）中将所述整个帧（450）以用于发送和接收所述帧（450）的运行模式（B_452_TX）发送到所述总线（40）上。

14.总线系统（1），具有

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）如此相互连接，使得它们能够相互串行通信并且其中至少一个用户站（10；20；30）是根据权利要求13所述的用户站（10；20；30）。

15.用于在串行总线系统（1）中进行通信的方法，其中所述方法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）来执行，其中所述方法具有以下步骤，

用所述通信控制装置（11；21；31）来控制所述用户站（10；20；30）与所述总线系统（1）的至少一个其他的用户站（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）上接收信号（VDIFF），

其中所述通信控制装置（11；21；31）根据帧（450；450A；450B）产生所述发送信号（TxD），在所述发送信号中设置了具有预先确定的时间长度（t_bt1；t_b2）的位（B1、B2），

其中所述通信控制装置（11；21；31）如此产生所述发送信号（TxD），使得该发送信号的位（B1、B2）能够作为显性状态（401）或隐性状态（402）被发送到所述总线（40）上，从而所述隐性状态（402）能够被所述显性状态（401）覆盖写入，并且

其中所述通信控制装置（11；21；31）在所述发送信号（TxD）中相较于应该作为隐性状态（402）发送到所述总线（40）上的位将至少一个应该作为显性状态（401）发送到所述总线（40）上的位（B1）缩短预先确定的数值（PP）。

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