CN1659065A - 在子网运行和总网运行之间切换的方法和系统 - Google Patents

在子网运行和总网运行之间切换的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于把一种串行结网系统(100)、尤其是一种串行数据总线系统从一种子网运行(T)转换为一种总网运行(G)的方法，其中在所述的子网运行中所述系统(100)的至少一个节点(22、28)和/或至少一个用户(32、38)处于电流消耗变小的状态，并且不通过所述系统(100)上数据通信的信号电平(40、42、44)被启动和/或被激活，其中在所述的总网运行中所述系统(100)的所有节点(20、22、24、26、28)和/或所有用户(30、32、34、36、38)通过所述系统(100)上数据通信的信号电平(46、48)而被启动和/或被激活，本发明还涉及一种相应的系统(100)。该方法和系统可以如此被扩展，其方式是，所述的节点(22、28)和/或所述的用户(32、38)可以在网络中，也即在所述数据总线(10)上以简单而有效的方式被唤醒，本发明还推荐，当在所述系统(100)的数据通信中识别出至少一个确定的、尤其连续的和/或尤其对称的信号电平(62、64)时，所述的系统(100)从子网运行(T)变换为总网运行(G)。

Description

在子网运行和总网运行之间切换的方法和系统
本发明涉及一种把串行结网系统、尤其是把串行数据总线系统从子网运行切换到总网运行的方法，在子网运行中，至少一个节点和/或至少一个系统用户处于低耗电状态并且不被系统上的数据通信信号电平触发和/或激活，在总网运行中，所有节点和/或所有系统用户都被系统上的数据通信信号电平触发和/或激活。
本发明另外还涉及一种从子网运行切换到总网运行的串行结网系统，在子网运行中，至少一个节点和/或至少一个系统用户处于低耗电状态并且不被系统上的数据通信信号电平触发和/或激活，在总网运行中，所有节点和/或所有系统用户都被系统上的数据通信信号电平触发和/或激活。
随着尤其汽车的串行结网中的复杂性的增加，在串行结网中所采用的电子器件的能耗也进一步增加。另外，越来越多的舒适功能也在汽车停止时被激活，于是必须直接由汽车电池来运行这些功能。
因此，取决于经例如CAN(Controller Area Network，控制器区域网络)总线进行许多功能的串行结网，即便在只运行很少汽车功能的情况下也激活整个总线系统，因为总线上的每个用户会因少量用户的数据传输而被“唤醒”或“守护”；这便导致了不理想高的、从只有少量汽车功能运行的角度来看完全是不必要的系统耗电。
根据现有技术，串行结网的系统中的用户被置为一种具有低耗电的状态，在该状态下利用正常总线电平进行正常总线通信不会导致唤醒事件。因此这些用户处于所谓的“选择性休眠状态”，而其余的用户保持在所谓的子网运行状态。
为了此时能唤醒休眠的节点或用户，现有技术在数据总线上设立了具有明显不同电平的第二电平方案，利用该电平方案能够“全部唤醒”用户；只有当在发送过程中使用该第二电平方案时才全部唤醒所有的节点。这种公知的原理例如在“单线控制区域网络”中使用。
但在这种已知的原理中是有缺点的，即：为唤醒目的所采用的第二电平方案是与总线系统的明显提高的干扰辐射联系在一起的；由于这种原因，尤其是周期性的唤醒事件会导致车辆内的不理想的干扰，其中EMV(电磁兼容)辐射也起到作用；另外需要第二驱动级以便产生另外的电平方案。
基于以上缺点和不足，以及通过评价所述的现有技术，本发明的任务在于改进文章开头所说的那种方法和文章开头所说的那种系统，使得网络内的、也即总线上的节点和/或用户能以简单而有效的方式被唤醒。
该任务通过具有权利要求1所给出的特征的方法和具有权利要求4所给出的特征的系统来解决。优选的扩展方案和有益的改进方案由从属权利要求给出。
据此，本发明建议在选择性休眠地处于子网运行的系统中不采用第二电平方案，而采用另一种没有上述现有技术缺点的唤醒机制。该唤醒机制既可以在系统芯片中实现，也可以在诸如简单收发信模块等其它结网产品中实现。
就本发明而言，首先是基于一些节点或一些用户数处于低耗电的状态，并由此不被连续的总线通信唤醒。
从而所述的系统在这种连续的子网运行中能够迅速并且没有静态地把所述“休眠”的节点或“休眠”的用户唤醒，以便根据本发明的原理来使用一种特殊的唤醒电报。
这种“总唤醒信息”或“总唤醒信号”采用同样的常规电平图样，但是具有一种特殊的位序列，这种位序列在常规的通信运行中符合目的地不出现，并且可以在任意信息、任意消息或任意电报的数据字段中自由进行定义。
在这种关系中，串行结网系统的、处于电流消耗减小状态中的节点和/或处于电流消耗减小状态中的用户在CAN系统总线上的连续数据通信中搜索一种特殊连续的和/或特殊对称的数据图样，并且把这种数据图样作为唤醒事件来识别。
作为尤其合适的位序列而规定了一种对称的数据图样，其中该数据图样紧接于至少一个任意的标识符(地址/报头)之后，并且可以用简单硬件的简单装置、甚至也不用耗费协议控制器而被识别。
从而关键的优点在于，不用必须数位精确地遵从所采用的协议，并且不用必须采用特殊的信息标识符(地址/报头)，其优点尤其在于，相反可以采用一种任意的信息标识符(地址/报头)；它足够用于识别一种对称的图样(所谓“pattern”)，其中该图样可以在信号、消息或电报的数据字段中相对频繁地重复。
所采用的数据字节越多，这种图样就越常出现，并且可以越好地对其进行过滤。这些所采用的数据图样可以任意地形成，并且仅仅通过相同位长度的频繁重复而显现出来。为了对这种数据图样进行过滤，不但可以采用已知的模拟电路，也可以采用已知的数字电路。
根据尤其符合本发明的所述方法以及所述系统的扩展，也可以在以下时候从子网运行转换到总网运行：在该系统上确定出信号静态电平和/或信号电平没有变化地保持一个时间段，其中该时间段比一个可确定或可调节长度的临界时间段大。
所述的临界时间段优选地大于系统上数据通信的单个信号、消息或电报之间的时间间隔。
根据有利的扩展方案，至少一个参与子网运行的节点和/或至少一个参与子网运行的用户以循环的时间间隔来发送信号、消息或电报，其中该时间间隔小于所述的临界时间段。
本方面还涉及一种收发信单元，该单元尤其被配置用于实施前述种类的方法和/或尤其是用于至少一个前述种类的系统；该收发信单元连接到至少一个串行数据总线、尤其是连接到至少一个CAN总线上，并且连接到至少一个微控制单元上，其中该微控制单元被配置用于执行至少一个应用。
根据本发明的优选的扩展，所述的收发信单元分配有至少一个控制逻辑，和/或在该收发信单元中至少实施了一种控制逻辑。
本发明还涉及一种电压控制器，其中该电压控制器与至少一个电池单元连接，并且连接有至少一个尤其前述种类的收发信单元，该电压控制器用于在以下情况下提供电压给至少一个用于执行至少一个应用而设置的微控制器单元，该情况是，在至少一个顺序到达至少一个串行数据总线、尤其是到达至少一个CAN总线的被分配给至少一个应用的信息中，通过所述收发信单元识别出至少一个确定的、尤其连续的和/或尤其对称的信号电平图样。
本发明还涉及一种芯片单元，尤其是系统芯片单元，来用于启动和/或激活至少一个微控制器单元，该微控制器单元分配有至少一个串行数据总线、尤其是至少一个CAN总线，并被设置用于执行至少一个应用；该芯片单元具有：
-至少一个前述种类的收发信单元，
-至少一个前述种类的电压控制器。
本发明还涉及一种至少分配有一种串行数据总线、尤其是至少一个CAN总线的、被设置用于执行至少一个应用的微控制器单元，其中该微控制器单元仅仅在一种情况下被提供电压，该情况是，在至少一个顺序到达数据总线的、被分配给至少一个应用的信息中，通过至少一个尤其是前述种类的收发信单元识别出至少一个确定的、尤其连续的和/或尤其对称的信号电平图样。
根据本发明的一个优选的扩展，所述的微控制器单元可以由所述的收发信单元来激活。
最后本发明还涉及以下应用，
-前述种类的方法的应用，和/或
-前述种类的至少一个系统的应用，和/或
-前述种类的至少一个芯片单元的应用，和/或
-前述种类的至少一个微控制器单元在汽车电子设备中、尤其在车辆的电子设备中的应用。
如前面所讨论的，具有不同的方法来对本发明的规则以有利的方式进行扩充或扩展。对此一方面参见权利要求1、4、9和13的从属权利要求，另一方面还借助由附图1至4所描述的一个实施例的示例实施方案来对本发明的其他扩充、特征和优点进行详细解释。
其中：
附图1以框图的形式示出了根据本发明的一种实施例，该实施例是用于基于本发明所述方法的系统，
附图2以框图的形式示出了附图1的系统的详细部分，
附图3以框图的形式示出了一种确定的、在剩余的持续数据通信中不出现的信号电平图样的一个实施例，该信号电平图样是用于在附图1和2所述系统根据本方法从子网运行状态转换到总网运行状态的情况中的，
附图4示出了附图1和2所述系统从子网运行状态转换到总网运行状态的实施例的时间序列。
附图1示出了一种串行结网的CAN系统100的示例实施方案，该方案用于汽车电子，也即在运输车辆电子的CAN应用中。
所述串行结网的系统100具有五个用户30、32、34、36、38，这些用户通过各自所属的节点20、22、24、26、28连接到一个串行CAN数据总线10上，并且比如被构造为系统芯片单元(必要时包括收发信单元)和/或微控制器单元，比如作为应用控制单元和/或协议控制器单元。
下面在附图2中示例地借助第一用户30的详细描述来说明为执行所述应用而设的用户30、32、34、36、38的组成、功能和结构，其中所述用户30连接到CAN数据总线10的节点20上并且可以通过该CAN数据总线10被启动和/或激活。其作用原理如下：
如果在所述系统100(见附图1)根据本方法从子网运行状态变换到总网运行状态(见附图4)过程中，在所述CAN数据总线10上的数据通信或信息通信中识别出一个确定的、比如连续的和/或比如对称的信号电平图样(＝所谓的“Datamuster”或“data pattern”，见附图3)，其中该信号电平图样在剩余的数据通信或者信息通信中不出现，而且这种识别由处于电流消耗减小状态的节点20或由处于电流消耗减小状态的用户30来进行，在此尤其是由连接到总线10上的、配备有一个控制逻辑的收发信单元84或由一个包含所述收发信单元84的并且永久由电池单元84来供电的系统芯片单元80来进行，那么，所述的收发信单元84把电压控制器86接通，其中该电压控制器通过一个供电线76连接到所述电池单元70上并且与所述的收发信单元84之间存在连接886。
然后所述的应用通过一个连接线984而被完全启动，其方式是所述的作为具有集成CAN控制器单元的微控制器单元90来构造的应用用户由所述电压控制器86来提供电压，这在附图2中可以看出来，在所述的电压控制器86与所述的(应用)微控制器单元90之间此外还存在一个复位线986(“reset”)。
相反，如果所述的图样识别器(＝所谓“Pattern Erkenner”或者收发器84)没有识别出所述CAN数据总线10上存在的消息、通知或信息，那么所述的电压控制器86就不被接通。
通过在所述收发器84(或所述的系统芯片单元80)与所述微控制器单元90之间的一个模式控制接口(“mode control interface”)982可以对所述系统100进行配置和控制。
对于借助附图2所说明的本发明的实施例要补充说明的是，对于系统芯片80或者象收发器84和电压控制器86这样的分立元件，是否采用集成对于所述的实现都不是重要的。
在所述的五个用户30、32、34、36、38中，其中已经在附图2中示例地描述了所述的第一用户30，根据附图1，在所述系统100上现在存在两个用户32、38没有被激活，其中该两个用户32、38没有被数据通信的信号电平40、42、44(见附图4)启动，因此也没有被激活。
由剩余的三个激活的用户30、34、36确定了一个子网运行T，也即所述的三个用户30、34、36相互通信(这是通过所述激活的用户30与所述激活的用户34之间的双向箭头以及通过所述激活的用户34与所述激活的用户36之间的双向箭头来表示的)并且通过所述系统100上的数据通信的信号电平而被启动。
所述的系统100现在从当前的子网运行T(＝“休眠”的节点22、28，或“休眠”的用户32、38)通过系统100上的数据通信的信号电平而迅速且没有静态地转换到总网运行G，在该总网运行中所有的节点20、22、24、26、28或所有的用户30、32、34、36、38被启动，所述转换的方式是采用了一种特殊的唤醒电报(见附图3)。
这种“总唤醒信息”或者“总唤醒电报”采用相同的常规电平图样，但是具有一种特殊的位序列，这种位序列在常规的通信运行中不出现，并且可以在任意信息、任意消息或任意电报的数据字段中被确定。
在这种关系中，处于电流消耗减小的状态中的、串行结网的系统100的用户32、38用一种连续的对称的数据图样来检查CAN系统总线10上的当前的数据通信，并且把这种对称的数据图样的识别判读为唤醒事件。
作为尤其合适的位序列而规定了一种对称的数据图样62或64，其中该数据图样紧接于至少一个任意的标识符60(地址/报头)之后，并且可以用简单硬件的简单装置、甚至也不用耗费协议控制器而被识别。
从而关键的优点在于，不用必须数位精确地遵从所采用的协议，并且不用必须采用特殊的信息标识符(地址/报头)，其优点尤其在于，相反可以采用一种任意的信息标识符60(地址/报头)，它足够用于识别一种对称的图样(所谓“pattern”)，其中该图样可以在信号、消息或电报的数据字段中相对频繁地重复。
所采用的数据字节越多，这种图样就越常出现，并且可以越好地进行过滤。这些所采用的数据图样可以任意地形成，并且仅仅通过相同位长度的频繁重复而显现出来。为了对这种数据图样进行过滤，不但可以采用已知的模拟电路，也可以采用已知的数字电路。
对此作为选择或补充的是，所述的系统100也可以从子网运行T转换到总网运行G，其方式是确定出在该系统100上的信号静态电平50保持一个时间段Δt，也即在信号电平上尤其没有变化(＝所谓静态)；所述静态的时间段比可确定且可调节长度的临界时间段Δtk大。
另一方面该临界时间段Δtk还被调节为比系统100上数据通信的单个信号、消息或电报之间的时间间隔Δtd大，如此使得子网运行T的信号、消息或电报之间的正常的时间间隔不足够使得探测到子网运行T的结束。
与此相对应，所述的节点20、24、26或用户30、34、36在子网运行T期间以循环的时间间隔来发送信号、消息或电报，其中该时间间隔小于所述的临界时间段Δtk，以确保“选择性休眠”的节点22、28或者“选择性休眠”的用户32、38在子网运行T期间不被唤醒。
总之可以确定，借助附图3所说明的方法可以实现串行总线系统10中的子网运行T。在附图1和2中所示出的结网系统100的一部分(＝“选择性休眠”的节点22、28或“选择性休眠”的用户32、38)可以保持具有减小电流消耗的状态，相反另一部分(＝“激活”的节点20、24、26或“激活”的用户30、34、36)在子网运行T中相互通信，并且在减少电流消耗的状态下的那部分不被唤醒。
现在为了唤醒所述的“休眠”的节点22、28或“休眠”的用户32、38，一种相应形成的对称数据图样62、64(见附图3)被设到任意信号、消息或电报中，以便“唤醒”所述的“休眠”的节点22、28也即“休眠”的用户32、38，并且总线系统不必需要一个时间静态Δt(＝无通信)。
对此作为选择或补充的是，可以在所述数据总线10上利用一个约定的不通信的时间段Δt＞Δtk，以便能够通过正常的信号、消息或电报来唤醒所述的“休眠”的节点22、28或“休眠”的用户32、38；从而对于启动数据总线10上的所有节点20、22、24、26、28或所有用户30、32、34、36、38的判据是，预先存在总线系统的一个静态Δt，其中该静态大于所述的可调节的临界时间段Δtk。
附图标记列表
100串行结网系统、尤其是串行数据总线系统
10串行数据总线、尤其是CAN总线
20系统100的第一节点
22系统100的第二节点
24系统100的第三节点
26系统100的第四节点
28系统100的第五节点
30系统100的第一用户
32系统100的第二用户
34系统100的第三用户
36系统100的第四用户
38系统100的第五用户
40数据总线10上的第一信号电平
42数据总线10上的第二信号电平
44数据总线10上的第三信号电平
46数据总线10上的第四信号电平
48数据总线10上的第五信号电平
50数据总线10上的信号静态电平
60标识符(地址/报头)
62第一对称数据图样
64第二对称数据图样
70电池单元
76位于电池单元70和电压调节器86之间的连接
80芯片单元，尤其是系统芯片单元
84芯片单元80的收发信单元
86芯片单元80的电压调节器
886位于收发信单元84和电压调节器86之间的连接
90微控制器单元
982位于收发信单元84和微控制器单元90之间的接口
984位于电压调节器86和微控制器单元90之间的连接
986位于电压调节器86和微控制器单元90之间的复位线
G总网运行
T子网运行
Δt时间段
Δtd时间间隔
Δtk临界时间段

Claims (15)

1.用于把一种串行结网系统(100)、尤其是一种串行数据总线系统从一种子网运行(T)转换为一种总网运行(G)的方法，其中在所述的子网运行中所述系统(100)的至少一个节点(22、28)和/或至少一个用户(32、38)处于电流消耗变小的状态，并且不通过所述系统(100)上数据通信的信号电平(40、42、44)被启动和/或被激活，其中在所述的总网运行中所述系统(100)的所有节点(20、22、24、26、28)和/或所有用户(30、32、34、36、38)通过所述系统(100)上数据通信的信号电平(46、48)而被启动和/或被激活，其特征在于，所述的系统(100)从所述的子网运行(T)变换为所述的总网运行(G)的方式是通过在所述系统(100)上的数据通信中至少识别出一个确定的、尤其是连续的和/或尤其是对称的信号电平图样(62、64)。
2.根据如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的信号电平图样(62、64)在其余的数据通信中不出现。
3.根据如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的信号电平图样(62、64)由至少一个处于电流消耗变小状态中的节点(22、28)和/或由至少一个处于电流消耗变小状态中的用户(32、38)来识别。
4.串行结网系统(100)，该系统可以从一种子网运行(T)变换为一种总网运行(G)，其中在所述的子网运行中所述系统(100)的至少一个节点(22、28)和/或至少一个用户(32、38)处于电流消耗变小的状态，并且不可以通过所述系统(100)上数据通信的信号电平(40、42、44)被启动和/或被激活，其中在所述的总网运行中所述系统(100)的所有节点(20、22、24、26、28)和/或所有用户(30、32、34、36、38)通过所述系统(100)上数据通信的信号电平(46、48)而被启动和/或被激活，其特征在于，在所述系统(100)上的数据通信中至少识别出一个确定的、尤其是连续的和/或尤其是对称的信号电平图样(62、64)的情况下，实施从子网运行(T)到总网运行(G)的变换。
5.根据如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述的信号电平图样(62、64)在其余的数据通信中不出现。
6.根据如权利要求4或5所述的系统，其特征在于，所述的信号电平图样(62、64)由至少一个处于电流消耗变小状态中的节点(22、28)和/或用户(32、38)来进行识别。
7.根据如权利要求4至6至少之一所述的系统，其特征在于，所述的系统(100)具有至少一个串行数据总线(10)、尤其是至少一个CAN总线。
8.根据如权利要求4至7至少之一所述的系统，其特征在于，所述的用户(30、32、34、36、38)被构造为
-至少一个芯片单元(80)、尤其是至少一个系统芯片单元，和/或
-至少一个被设置用于执行至少一个应用的微控制器单元(90)。
9.收发信单元(84)，尤其被配置用于实施根据权利要求1至3至少之一所述的方法和/或用于根据权利要求4至8至少之一所述的系统(100)，其特征在于，所述的收发信单元(84)
-连接到至少一个串行数据总线(10)、尤其是至少一个CAN总线，并且
-与至少一个被设置用于执行至少一个应用的微控制器单元(90)有连接(982)。
10.据如权利要求9所述的收发信单元，其特征在于至少一个被配置给所述收发信单元(84)的和/或在所述收发信单元(84)中被实施的控制逻辑。
11.连接到至少一个电池单元(70)的、与尤其根据权利要求9或10所述的至少一个收发信单元(84)保持连接(886)的电压控制器(86)，用于在以下情况下提供电压给至少一个为执行至少一个应用而设置的微控制器单元(90)，该情况是，在至少一个顺序到达至少一个串行数据总线(10)、尤其是到达至少一个CAN总线的被分配给至少一个应用的信息中，通过所述收发信单元(84)识别出至少一个确定的、尤其连续的和/或尤其对称的信号图样。
12.芯片单元(80)，尤其是系统芯片单元，用于启动和/或激活至少一个微控制器单元(90)，其中所述的微控制器单元分配有至少一个串行数据总线(10)，尤其是至少一个CAN总线，并且被设置用于执行至少一个应用，其特征在于
-至少一个根据权利要求9或10所述的收发信单元(84)和
-至少一个根据权利要求11所述的电压控制器(86)。
13.分配有至少一个串行数据总线(10)、尤其是至少一个CAN总线、并且被设置用于执行至少一个应用的微控制器单元(90)，该微控制器单元仅仅可以在以下情况下被提供电压，该情况是，在至少一个顺序到达所述数据总线(10)的、分配给至少一个应用的信息中，通过尤其如权利要求9或10所述的至少一个收发信单元(84)识别出至少一个确定的、尤其连续的和/或尤其对称的信号图样。
14.根据如权利要求13所述的微控制器单元(90)，其特征在于，所述的微控制器单元(90)可以通过所述的收发信单元(84)被激活。
15.-根据权利要求1至3至少之一所述的方法和/或
-根据权利要求4至8至少之一所述的至少一个系统(100)和/或
-根据权利要求12所述的至少一个芯片单元(80)和/或
-根据权利要求14所述的至少一个微控制器单元(90)在汽车电子设备、尤其是在车辆的电子设备中的应用。
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