CN1659066A - 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

本发明涉及一种把串行结网系统(100)、尤其是把串行数据总线系统从子网运行(T)切换到总网运行(G)的方法和相应的系统(100)，其中在子网运行中，至少一个节点(22，28)和/或至少一个系统(100)用户(32，38)处于低耗电状态并且不被系统(100)上的数据通信信号电平(40，42，44)触发和/或激活，在总网运行中，所有节点(20，22，24，26，28)和/或所有系统(100)用户(30，32，34，36，38)都被系统(100)上的数据通信信号电平(46，48)触发和/或激活，根据本发明对以上方法和系统的改进，网络内、也即总线(10)上的节点(22，28)和/或用户可以简单而有效地被唤醒。

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。
如果此时确定出在一个可调的时间-在本发明的范围内被称为静态或关键时间间隔-内在数据总线上不再发生电平变化，也即如果在数据总线上出现预定的较长的静态，则认为子网运行结束。
在该关键时间间隔过后，下一个出现的电平变化、例如另一用户的一个新信息再次被解释为正常的唤醒事件，由此导致网络内所有用户被唤醒(＝所谓的“总唤醒”或总网运行)。
在此，所述的静态或关键时间间隔优选地被如此设置，使得位于子网运行的信息之间的正常时间间隙不足以检测子网运行的结束。
子网运行的节点或用户优选地周期性地发送信息，以便确保“选择性休眠的”节点或用户不被唤醒(这种周期性的信息通常是网管系统的组成部分，例如其被标准化地应用于汽车电子装置当中，因此不会带来特殊的费用)。
根据本发明方法和系统的一种尤其具有创造性的改进方案，若在系统上的数据通信中识别出至少一个预定的、尤其是连续和/或尤其对称的信号电平样式(＝所谓的“数据样式”)，则也可以将从子网运行切换到总网运行。
这种优选地不在其余数据通信中出现的信号电平样式有利地通过至少一个处于低耗电状态的节点和/或通过至少一个处于低耗电状态的用户来识别。
本发明另外还涉及一种收发信单元，尤其用于执行所述的那种方法，和/或尤其被分配给所述的那种系统；所述的收发信单元被连接到至少一个串行数据总线上，尤其被连接到至少一个CAN总线上；以及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通信。
根据本发明的一种有利改进，所述的收发信单元被分配至少一个控制逻辑，和/或在该收发信单元中实施至少一个控制逻辑。
本发明另外还涉及一种电压调节器，其被连接到至少一个电池单元上并与至少一个尤其如上所说的那种收发信单元通信，用于在所述收发信单元识别出在至少一个串行数据总线上、尤其是在至少一个CAN总线上出现的被分配给至少一个应用的消息中存在至少一个预定的、尤其是连续的和/或尤其是对称的信号电平样式时，给至少一个为执行至少一个应用而设的微控制器单元提供电压。
本发明此外还涉及一种芯片单元，尤其是系统芯片单元，用于触发和/或激活至少一个被分配给至少一个串行数据总线、尤其被分配给至少一个CAN总线的、为执行至少一个应用而设的微控制器单元，该芯片单元具有：
-至少一个如上所说的那种收发信单元；和
-至少一个如上所说的那种电压调节器。
本发明还涉及一种微控制器单元，其被分配给至少一个串行数据总线、尤其被分配给至少一个CAN总线，并且是为执行至少一个应用而设的，只有在至少一个尤其如上所述的那种收发信单元识别出在数据总线上出现的被分配给至少一个应用的至少一个消息中存在至少一个预定的、尤其是连续的和/或尤其是对称的信号电平样式时，该微控制器单元才需被提供电压。
根据本发明的一种优选改进方案，所述的微控制器单元可通过所述的收发信单元激活。
本发明还涉及如上所说的方法、和/或如上所述的至少一个系统、和/或如上所说的至少一个芯片单元、和/或如上所说的至少一个微控制器单元在自动车电子装置、尤其在汽车电子装置中的应用。
如上所述，有不同的可能性优选地来扩展和改进本发明的理论。为此一方面可以参考权利要求1、4、9和13之后的权利要求，另一方面接下来借助于图1-4给出的本发明实施例的示例实现来详细讲述本发明的其它改进、特征和优点。
其中：
图1用简要框图示出了基于本发明方法的本发明系统的实施例；
图2是图1所示系统的一详细部分的简要框图；
图3用简要时间过程示出了图1和2所示的系统从子网运行状态切换到总网运行状态的方法实施例；以及
图4用简图示出了一个确定的、在其余连续的数据通信中不出现的信号电平样式的实施例。
图1示出了一个针对自动车电子装置、也即车辆电子装置中的CAN应用而规定的、用于串行结网CAN系统100的实施例。
该串行结网系统100具有五个用户30、32、34、36、38，它们通过相应分配的节点20、22、24、26、28被连接到一个串行的CAN数据总线10上，并且例如被构造为系统芯片单元(必要时包括收发信单元)和/或被构造为微控制器单元，例如被构造为应用控制器单元和/或被构造为协议控制器单元。
接下来在图2中借助于第一用户30的详图来讲述为执行应用(所谓的Application)而设定的用户30、32、34、36、38的结构，该第一用户被连接到CAN数据总线10的节点20上，并可通过该CAN数据总线10被触发和/或激活。此时的功能原理如下：
当系统100(见图1)从子网运行状态过渡到总网运行状态(见图3)时，如果在CAN数据总线10上的数据或消息通信中由处于低耗电状态的节点20或由低耗电状态的用户30识别出一个确定的、例如连续的和/或例如对称的信号电平样式(＝所谓的“数据样式”，见图4)，并且在该情形下特别由一个连接到数据总线10上的设有控制逻辑的收发信单元84进行识别或者由一个包含该收发信单元且持续由电池单元70供电的系统芯片单元80进行识别，那么，收发信单元84接通一个通过引线76被连接到电池单元70的、与收发信单元84存在通信连接886的电压调节器86，其中，所述的信号电平样式在其余的数据或消息通信中不出现。
于是，应用通过连接线984被完全启动，方式是，被构造为具有集成CAN控制器单元的微控制器单元90的应用用户由电压调节器86供给电压；从图2可以得出，在电压调节器86和(应用-)微控制器单元90之间另外还有一条复位线986(“reset”)。
相反，如果由样式识别器(＝收发信单元84)没有识别到在CAN数据总线10上出现的信息、通知或消息，则电压调节器86不被接通。
通过位于收发信单元84(或系统芯片单元80)和微控制器单元90之间的模式控制接口982可以配置和控制系统100。
作为补充，就图2所示的本发明实施例而言还需指出的是，是采用集成系统芯片80还是采用离散的部件、例如收发信单元84和电压调节器86对于实施来说并不重要。
此时，如图1所示，在五个用户30、32、34、36、38(图2只示例性地描述了其中的第一用户30)当中，有两个用户32、38处于低耗电状态，其中该两个用户32、38通过系统100上的数据通信信号电平40、42、44(见图3)不被触发，因此也不被激活。
通过其余三个激活的用户30、34、36定义一种子网运行T，也就是说三个用户30、34、36相互通信(这通过位于激活用户30和激活用户34之间的双箭头以及通过位于激活用户34和激活用户36之间的双箭头来表示)，并通过系统100上的数据通信信号电平40、42、44被触发。
此时，系统100通过以下方式从子网运行T过渡到总网运行G(在总网运行时所有节点20、22、24、26、28或所有用户30、32、34、36、38通过系统100上的数据通信信号电平46、48被触发)：在系统100上有一个时间间隔Δt存在一个信号静态电平50，也就是说特别地确定出信号电平没有变化(＝所谓的静态)；该静态时间间隔Δt大于长度可预定和调节的关键时间间隔Δtk。
另一方面，该关键时间间隔Δtk又被调节成大于系统100上的位于数据通信的单个信息、消息和电报之间的时间间隙Δtd，使得位于子网运行T的信息、消息和电报之间的正常时间间隙Δtd不足以检测出子网运行T的结束。
相应地，节点20、24、26或用户30、34、36在子网运行T期间以小于该关键时间间隔Δtk的周期性时间间隔发送信息、消息和电报，以便确保在子网运行T期间不唤醒“选择性休眠的”节点22、28或“选择性休眠的”用户32、38。
为了使当前系统100在连续的子网运行T(见图3)中也能够立即和无静态地唤醒“休眠的”节点22、28或“休眠的”用户32、38，可以根据本发明的改进方案采用一种特殊的唤醒电报(见图4)。
该“总唤醒信息”或“总唤醒电报”采用相同的额定电平方案，但特征在于一个特殊的比特序列，该比特序列在正常的通信运行时不出现，并且可以在任一信息、任一消息或任一电报的数据字段中被定义。
在此，串行结网系统100的处于低耗电状态的节点22、28和/或处于低耗电状态的用户32、38可以根据连续的对称数据样式来检查CAN系统总线10上的连续数据通信，并把识别出该数据样式解释为唤醒事件。
可以规定一个对称的数据样式62或64作为特别合适的比特序列，该数据样式紧随于至少一个任意的识别符60(地址/报头)，并利用简单的硬件手段、也即不需要花费协议控制器就能被识别出来。
因此，一个决定性的优点在于，不必逐比特地遵循所采用的协议，也不必采用特殊的信息识别符(地址/报头)，而是具体地可以采用任一信息识别符60(地址/报头)；只要识别一个相应地经常重复于信息、消息或电报的数据字段之中的一个对称样式就足够了。
所采用的数据字节越多，该样式便可以出现得越频繁，而且可以更好地对此进行筛选。所采用的数据样式可以是任意的形式，特征只在于频繁地重复同样的比特状态。为了筛选这种数据样式，可以采用本身已知的模拟电路，也可以采用公知的数字电路。
总之，可以证明，图3所示的方法能够在串行总线系统10内实现子网运行。图1和2所示的结网系统100的部分(＝“选择性休眠的”节点22、28或“选择性休眠的”用户32、38)能保持在低耗电状态，而其它部分(＝“激活”节点20、24、26或“激活”用户30、34、36)在子网运行T中相互通信，且低耗电状态下的部分不被唤醒。
现在为了能够唤醒这些“休眠的”节点22、28或“休眠的”用户32、38，利用数据总线10上的无通信的某个时间间隔Δt＞Δtk并通过正常的信息、消息或电报来唤醒这些“休眠的”节点22、28或“休眠的”用户32、38；于是，用于触发数据总线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，总线系统预先已经存在一个大于可调关键时间间隔Δtk的静态Δt。
作为替代或补充，可以采用任何消息、消息或电报内的相应构造的对称数据样式62、64(见图4)来“唤醒”“休眠的”节点22、28或“休眠的”用户32、38，而无需总线系统的时间静态Δt(＝无通信)。
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  识别符(地址/报头)
62  第一对称数据样式
64  第二对称数据样式
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   时间间隔
td   时间间隙
Δtk 关键时间间隔

Claims (15)

1.把串行结网系统(100)、尤其是把串行数据总线系统从子网运行(T)切换到总网运行(G)的方法，在子网运行中，至少一个节点(22，28)和/或至少一个系统(100)用户(32，38)处于低耗电状态并且不被系统(100)上的数据通信信号电平(40，42，44)触发和/或激活，在总网运行中，所有节点(20，22，24，26，28)和/或所有系统(100)用户(30，32，34，36，38)都被系统(100)上的数据通信信号电平(46，48)触发和/或激活，其特征在于，
若在系统(100)上在一个大于可预定和可调节长度的关键时间间隔(Δtk)的时间间隔(Δt)内确定出存在一个信号静态电平(50)，和/或确定出信号电平没有变化，则将系统(100)从子网运行(T)切换到总网运行(G)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的关键时间间隔(Δtk)被选择得大于系统(100)上的数据通信的单个信息、消息或电报之间的时间间隙(Δtd)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：由至少一个参与子网运行(T)的节点(20，24，26)和/或用户(30，34，36)以小于该关键时间间隔(Δtk)的周期性时间间隔发送信息、消息和电报。
4.从子网运行(T)切换到总网运行(G)的串行结网系统(100)，在子网运行中，至少一个节点(22，28)和/或至少一个系统(100)用户(32，38)处于低耗电状态并且不被系统(100)上的数据通信信号电平(40，42，44)触发和/或激活，在总网运行中，所有节点(20，22，24，26，28)和/或所有系统(100)用户(30，32，34，36，38)都可被系统(100)上的数据通信信号电平(46，48)触发和/或激活，其特征在于：
若在系统(100)上在一个大于可预定和可调节长度的关键时间间隔(Δtk)的时间间隔(Δt)内处于信号静态电平(50)的状态和/或不变信号电平的状态，则从子网运行(T)切换到总网运行(G)。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于：所述的关键时间间隔(Δtk)被选择得大于系统(100)上的数据通信的单个信息、消息或电报之间的时间间隙(Δtd)。
6.如权利要求4或5所述的系统，其特征在于：至少一个参与子网运行(T)的节点(20，24，26)和/或用户(30，34，36)以小于该关键时间间隔(Δtk)的周期性时间间隔发送信息、消息和电报。
7.如权利要求4-6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)，尤其具有至少一个CAN总线6。
8.如权利要求4-7之一所述的系统，其特征在于：所述的用户(30，32，34，36，38)：
-被构成为至少一个芯片单元(80)、尤其被构成为至少一个系统芯片单元；和/或
-被构成为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)，尤其用于执行权利要求1-3中至少一项所述的方法，和/或尤其被分配给权利要求4-8中至少一项所述的系统，其特征在于，所述的收发信单元(84)：
-被连接到至少一个串行数据总线(10)上，尤其被连接到至少一个CAN总线上；以及
-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)通信(982)。
10.如权利要求9所述的收发信单元，其特征在于：至少一个被分配给该收发信单元(84)的和/或在该收发信单元(84)中实施的控制逻辑。
11.电压调节器(86)，其被连接到至少一个电池单元(70)上并与至少一个尤其如权利要求9或10所说的收发信单元(84)通信(86)，用于在所述收发信单元(84)识别出在至少一个串行数据总线(10)上、尤其是在至少一个CAN总线上出现的被分配给至少一个应用的消息中存在至少一个预定的、尤其是连续的和/或尤其是对称的信号电平样式时，给至少一个为执行至少一个应用而设的微控制器单元(90)提供电压。
12.芯片单元(80)，尤其是系统芯片单元，用于触发和/或激活至少一个被分配给至少一个串行数据总线(10)、尤其被分配给至少一个CAN总线的、为执行至少一个应用而设的微控制器单元(90)，其特征在于：
-至少一个如权利要求9或10所说的收发信单元(84)；和
-至少一个如权利要求11所说的电压调节器(86)。
13.微控制器单元(90)，其被分配给至少一个串行数据总线(10)、尤其被分配给至少一个CAN总线，并且是为执行至少一个应用而设的，只有在至少一个尤其如权利要求9或10所述的收发信单元(84)识别出在数据总线(10)上出现的被分配给至少一个应用的至少一个消息中存在至少一个预定的、尤其是连续的和/或尤其是对称的信号电平样式时，该微控制器单元(90)才需被提供电压。
14.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)可通过所述的收发信单元(84)激活。
15.如权利要求1-3至少一项所说的方法、和/或如权利要求4-6至少一项所述的至少一个系统(100)、和/或如权利要求12所说的至少一个芯片单元(80)、和/或如权利要求13或14所说的至少一个微控制器单元(90)在自动车电子装置、尤其在汽车电子装置中的应用。
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