DE102004018614A1 - Verfahren und Busanschlusseinheit zur Erkennung der aktuellen Bitrate in einem Datenbussystem - Google Patents
Verfahren und Busanschlusseinheit zur Erkennung der aktuellen Bitrate in einem Datenbussystem Download PDFInfo
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Busanschlusseinheit zur Erkennung der aktuellen Bitrate in einem Datenbussystem, das insbesondere nach der CAN(=Controller Area Network)-Spezifikation arbeitet.
- In der Automatisierungstechnik, aber auch in der Automobiltechnik werden mittlerweile vielfältig Datenbussysteme zur Übertragung von Steuer- und/oder Mess-Daten eingesetzt. Dabei können Datenbussysteme nach verschiedenen Spezifikationen zum Einsatz kommen. Beispiele hierfür sind das serielle Bussystem RS232 oder das CAN-Bussystem. Letzteres ist in der ISO 11898 spezifiziert.
- Neben den eigentlichen Busleitungen umfasst ein Datenbussystem auch mehrere an die Busleitungen angeschlossene Busanschlusseinheiten, die über die Busleitungen miteinander kommunizieren. Je nach Anwendungsfall kann für die Datenübertragung über die Busleitungen eine andere Übertragungsrate, im folgenden als Bitrate bezeichnet, zum Einsatz kommen. Hinsichtlich einer möglichst großen Flexibilität ist es besonders vorteilhaft, wenn eine Busanschlusseinheit in verschiedenen Systemumgebungen insbesondere mit verschiedenen Bitraten betrieben werden kann.
- Es gibt Datenbussysteme, wie beispielsweise auch das CAN-Bussystem, bei denen die Umstellung der Bitrate mittels eines vorab erforderlichen Einspielens einer Software-Fassung oder auch mittels eines ebenfalls vor dem Systemstart erforderlichen Umschaltens von Hardware-Schaltern erfolgt. Dies ist jedoch relativ umständlich und kann zu Fehlern bei der Handhabung führen.
- Für das CAN-Bussystem ist in der ISO 15765-4.3 ein Verfahren für eine automatische Erkennung der Bitrate beschrieben, bei dem von der Busanschlusseinheit eine Testnachricht mit einer bestimmten Testbitrate auf die Busleitungen gesendet wird. Dieser Vorgang wird solange mit jeweils anderer Testbitrate wiederholt, bis keine Fehlermeldung vom Datenbussystem als Rückantwort auf die Testnachricht empfangen wird. Auf den Busleitungen befinden sich dann also Datenpakete mit einer falschen Bitrate, so dass es insbesondere auch zu einer Beeinträchtigung des übrigen Datenverkehrs auf den Busleitungen kommen kann.
- Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren und eine Busanschlusseinheit der eingangs bezeichneten Art anzugeben, mit Hilfe derer eine automatische Bitratenerkennung ohne eine Beeinträchtigung des Datenverkehrs im Datenbussystem möglich ist.
- Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die interne Einstellung auf insbesondere verschiedene Testbitraten und den Empfang einer auf den Busleitungen verfügbaren Testnachricht mit der aktuell gewünschten Bitrate ist zum einen eine automatische Erfassung der aktuell gewünschten Bitrate möglich. Es sind keine gesonderten Vorab-Maßnahmen, die insbesondere noch vor dem eigentlichen Systemstart an der Busanschlusseinheit vorzunehmen wären, erforderlich. Zum anderen erfolgt auch keine Beeinträchtigung des Datenverkehrs im Datenbussystem durch ein Versenden von Testnachrichten mit falschen Bitraten. Die Erkennung der aktuellen Bitrate erfolgt weitgehend innerhalb der Busanschlusseinheit.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen.
- Das Verfahren nach Anspruch 2 zeichnet sich durch einen besonders geringen Hardware-Aufwand aus. Es ist nur ein einziger Datenkanal vorgesehen, der seriell mit verschiedenen Testbitraten betrieben wird.
- Demgegenüber zeichnet sich das Verfahren gemäß Anspruch 3 durch eine besonders hohe Geschwindigkeit aus, da in den verschiednen Datenkanälen eine gleichzeitige, also parallele Überprüfung auf eine Übereinstimmung mit der aktuellen Bitrate erfolgt. Die höchste Bearbeitungsgeschwindigkeit erzielt dabei ein Verfahren, bei dem die Anzahl der verschiedenen Datenkanäle gleich der Anzahl der im Datenbussystem grundsätzlich zulässigen oder gebräuchlichen Bitraten ist. Vorstellbar ist jedoch auch eine Mischform mit weniger Datenkanälen als theoretisch möglichen Bitraten. Hierdurch kann ein Kompromiss zwischen technischem Aufwand und erzielter Bearbeitungsgeschwindigkeit erreicht werden.
- Mittels der Maßnahme gemäß Anspruch 4 ergibt sich ein höherer und/oder sicherer Datendurchsatz im sich anschließenden Betrieb der Busanschlusseinheit. Grundsätzlich ist es jedoch auch vorstellbar, nur denjenigen Datenkanal, in dem die Testbitrate der aktuellen Bitrate entspricht, im sich anschließenden Betrieb der Busanschlusseinheit zu verwenden.
- Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 5 verhindert, dass gegebenenfalls von dem Datenkanal oder einer anderen Untereinheit der Busanschlusseinheit im Zuge der Bitraten-Erkennung generierte (Empfangs-)Fehlermeldungen auf die Busleitungen des Datenbussystems gelangen. Bevorzugt bleibt der Datenkanal sendeseitig solange von den Busleitungen getrennt, bis die Bitraten-Erkennung abgeschlossen ist.
- Besonders einfach ist die technische Realisierung gemäß der Variante nach Anspruch 6, da auf den üblicherweise in einer Busanschlusseinheit ohnehin vorhandenen Empfangs-Fehlermeldungs-Zähler zurückgegriffen werden kann. Ausgewertet wird lediglich die Anzahl der Fehlermeldungen. Nicht erforderlich ist dagegen eine weitergehende inhaltliche Analyse der einzelnen Fehlermeldungen.
- Die Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 7 bietet den Vorteil, dass die Erkennung der aktuellen Bitrate zentral, also über die zweite Busanschlusseinheit, angestoßen werden kann. Die zweite Busanschlusseinheit kann die Testnachricht entweder bedarfsorientiert, also insbesondere auch während des laufenden Betriebs, oder aber nur beim erstmaligen Systemstart versenden.
- Die die Busanschlusseinheit betreffende Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Busanschlusseinheit ergeben sich aus den von Anspruch 8 abhängigen Ansprüchen.
- Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nunmehr anhand der Zeichnung erläutert. Zur Verdeutlichung ist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt und gewisse Aspekte sind nur schematisiert dargestellt. Im Einzelnen zeigen:
-
1 ein Datenbussystem mit einer Busanschlusseinheit zur automatischen Erkennung der Bitrate, -
2 eine Ablaufdiagramm der Bitraten-Erkennung eines ersten Ausführungsbeispiels für die Busanschlusseinheit gemäß1 und -
3 ein Ablaufdiagramm für die Bitraten-Erkennung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Busanschlusseinheit gemäß1 . - Einander entsprechende Teile sind in den
1 bis3 mit denselben Bezugszeichen versehen. - In
1 ist ein Datenbussystem1 dargestellt, das insbesondere nach der CAN-Spezifikation arbeitet. Es beinhaltet neben den zur Datenübertragung vorgesehenen beiden Busleitungen2 und3 , die mittels Abschlusswiderständen4 und5 terminiert sind, mehrere Busanschlusseinheiten6 ,7 und8 , die an die Busleitungen2 und3 angeschlossen sind. Grundsätzlich ist auch der Anschluss weiterer Busanschlusseinheiten möglich. Um diese Flexibilität im Ausbaugrad anzudeuten, ist die Busanschlusseinheit8 gestrichelt dargestellt. - Die Busanschlusseinheiten
6 ,7 und8 stehen gemäß der CAN-Spezifikation zunächst als gleichberechtigte Einheiten nebeneinander. Sie dienen insbesondere auch zur Steuerung des Datenverkehrs auf den Busleitungen2 und3 . Der Datenfluss kann in beide Richtungen, also von den oder zu den Busleitungen2 und3 , erfolgen. Die Busanschlusseinheit6 ,7 und8 können abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall auch an weitere Komponenten angeschlossen sein. Hierbei kann es sich um eine komplexe zu steuernde Einrichtung, wie zum Beispiel einen Verbrennungsmotor, ein Schaltgetriebe oder auch eine Bremsanlage handeln. Ebenso kann aber auch eine einfa chere Komponente beispielsweise ein Sensor zur Erfassung einer beliebigen Messgröße angeschlossen sein. Die weitere Funktionalität der Busanschlusseinheit6 ,7 und8 richtet sich im Wesentlichen auch nach diesen zusätzlichen, in1 nicht näher dargestellten Komponenten. - Im Folgenden wird der Aufbau der Steuereinheit
6 näher beschrieben. Eine Eingangsleitung9 und eine Ausgangsleitung10 sind über einen Treiber11 an die Busleitungen2 und3 angeschlossen. Die Busanschlusseinheit6 umfasst im Beispiel zwei voneinander unabhängige Datenkanäle12 und13 . Grundsätzlich können jedoch auch mehr als die gezeigten zwei Datenkanäle12 und13 vorgesehen sein. Ebenso ist es aber denkbar, dass nur ein einziger Datenkanal vorhanden ist. Die Eingangsleitung9 zweigt sich auf in Kanaleingangsleitungen14 und15 , die an den Datenkanälen12 bzw.13 angeschlossen sind. Entsprechend werden Kanalausgangsleitungen16 und17 der Datenkanäle12 bzw.13 zu der Ausgangsleitung10 zusammengeführt. In den Kanalausgangsleitungen16 und17 sind Schalter18 bzw.19 vorgesehen, die von einer zentralen Steuereinheit20 einzeln oder gemeinsam geöffnet und geschlossen werden können. - Die zentrale Steuereinheit
20 ist über Steuerleitungen21 und22 mit den Datenkanälen12 bzw.13 verbunden. Außerdem beinhaltet die Busanschlusseinheit6 einen Empfangsfehlerzähler23 , an den sowohl die Datenkanäle12 und13 als auch die Steuereinheit20 angeschlossen sind. Wie durch die gestrichelten Kästchen angedeutet, beinhaltet der Empfangsfehlerzähler23 für jeden der angeschlossenen Datenkanäle12 bis13 eine separate Zähluntereinheit. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass die Funktionalität des Empfangsfehlerzählers23 von der Steuereinheit20 mit übernommen wird. Die Steuereinheit20 ist insbesondere als Mikroprozes sor ausgebildet und kann somit die unterschiedlichsten Funktionen übernehmen. - Im Folgenden wird die Funktionsweise der Busanschlusseinheit
6 näher beschrieben. Das Datenbussystem1 arbeitet üblicherweise mit einer Bitrate, die sich während des Betriebs nicht oder zumindest nur sehr selten ändert. Grundsätzlich kann die Bitrate auf verschiedene Werte eingestellt werden. So sind beispielsweise im Rahmen der CAN-Spezifikation Bitraten von 10 kBit/s, 20 kBit/s, 50 kBit/s, 100 kBit/s, 125 kBit/s, 250 kBit/s, 500 kBit/s, 800 kBit/s oder 1000 kBit/s gebräuchlich. Um die Busanschlusseinheit6 möglichst flexibel einsetzen zu können, ist sie für einen Betrieb mit diesen verschiedenen Bitraten ausgelegt. - Es gibt Spezifikationen für Datenbussysteme, wie beispielsweise auch die CAN-Spezifikation, die zwar grundsätzlich verschiedene Bitraten zum Betrieb des Datenbussystems
1 vorsehen, jedoch keine Verfahren zur Erkennung der aktuell geltenden Bitrate beinhalten. Dies bedeutet, dass die Busanschlusseinheit6 vor ihrem Einbau in das Datenbussystem1 oder zumindest vor dem erstmaligen Systemstart des Datenbussystems1 , von Hand oder durch gezieltes Einspielen einer speziellen Änderungssoftware auf die im Datenbussystem1 vorgesehene Bitrate eingestellt werden muss. Dies ist unpraktisch und kann außerdem auch zu Bedienungsfehlern und infolge zu einem Fehlverhalten des kompletten Datenbussystems1 führen. Deshalb ist in der Busanschlusseinheit6 ein Verfahren zur automatischen Erkennung der aktuell im Datenbussystem1 verwendeten Bitrate vorgesehen. Beim erstmaligen Systemstart des Datenbussystems1 oder auch bedarfsorientiert während des laufenden Betriebs speist die Busanschlusseinheit7 , die diesbezüglich somit gegenüber den anderen Busanschlusseinheiten6 und8 eine gewisse Vorrangstellung einnimmt (=Master), eine Testnachricht mit der aktuellen Bitrate in die Busleitungen2 und3 ein. Getriggert durch den erstmaligen Systemstart oder durch einen gegebenenfalls zuvor von der Busanschlusseinheit7 ebenfalls abgesetzten Synchronisationsbefehl, erkennt die Busanschlusseinheit6 , dass die Testnachricht mit der aktuellen Bitrate nun auf den Busleitungen2 und3 ansteht. - Der weitere Ablauf der automatischen Bitraten-Erkennung wird für zwei verschiedene Ausführungsbeispiele der Busanschlusseinheit
6 anhand der Flussdiagramme der2 und3 näher erläutert. - Im ersten Ausführungsbeispiel enthält die Busanschlusseinheit
6 außer den explizit in1 gezeigten Datenkanälen12 und13 weitere Datenkanäle, so dass deren Gesamtanzahl genau gleich der Anzahl aller gemäß der Bus-Spezifikation des Datenbussystems1 zulässigen oder gebräuchlichen verschiedenen Bitraten ist. - Zu Beginn der durch den erstmaligen Systemstart oder durch eine gezielte Triggerung veranlassten Bitraten-Erkennung erfolgt in einem ersten Schritt
24 ein Zurücksetzen der Busanschlusseinheit6 . In einem zweiten Schritt25 werden alle Kanalausgangsleitungen16 bis17 mittels der Schalter18 bzw.19 von den Busleitungen2 und3 getrennt. Damit wird erreicht, dass Fehlermeldungen, die ansonsten während des laufenden Betriebs im Falle nicht lesbarer Nachrichten generiert und auf die Busleitungen2 und3 zurückgespeist werden, während der Bitraten-Erkennung nicht in das übrige Datenbussystem1 gelangen. Damit wird eine Beeinträchtigung des sonstigen Datenverkehrs auf den Busleitungen2 und3 ausgeschlossen. Die Kanalausgangsleitungen16 bis17 bleiben von den Busleitungen2 und3 getrennt, bis die Bitraten-Erkennung abgeschlossen ist. - In einem dritten Schritt
26 wird jeder der Datenkanäle12 bis13 durch die Steuereinheit20 mit einer der grundsätzlich möglichen Bitraten als Datenkanal-spezifischer Testbitrate initialisiert. Dann wird die Testnachricht mit der aktuellen Bitrate über die Eingangsleitung9 allen Datenkanälen12 bis13 zugeführt. - Aufgrund der jeweils verschiedenen Initialisierung stimmt nur die Testbitrate eines einzigen Datenkanals mit der aktuellen Bitrate überein. Folglich werden in allen anderen Datenkanälen aufgrund der nicht übereinstimmenden Bitraten und der daraus resultierenden Unlesbarkeit der Testnachricht eine Fülle von Empfangsfehlermeldungen generiert. Die Anzahl dieser Empfangsfehlermeldungen wird in dem Empfangsfehlerzähler
23 für jeden der Datenkanäle12 bis13 separat erfasst. In einem Analyse- und Verzweigungsschritt27 werden die jeweiligen Zählerstände solange verfolgt, bis sich ein Zustand eingestellt hat, bei dem lediglich der Zählerstand eines Datenkanals unter einem vorgegebenen Schwellwert liegt bei gleichzeitigem Überschreiten dieses Schwellwerts in allen anderen Datenkanälen. Bei Unterschreiten des vorgegebenen Schwellwerts wird die Testnachricht als zumindest weitgehend fehlerfrei empfangen erkannt. Dieser Schwellwert ist abhängig von verschiedenen Systemparametern, wie zum Beispiel von der aktuellen Bitrate, von der Testbitrate und von der Testnachricht. Er kann beispielsweise bei 10 Fehlermeldungen liegen. Aufgrund der nicht übereinstimmenden Bitraten wird die Anzahl der Fehlermeldungen in den zugehörigen Datenkanälen rasch über diesen Schwellwert anwachsen. Üblicherweise werden in einem derartigen Fall in der Größenordnung von 20 bis 30 Fehlermeldungen abgesetzt. Es empfiehlt sich, den Schwellwert nicht zu niedrig, insbesondere auch nicht auf den Wert 0 zu setzen. Andernfalls besteht die Gefahr, dass irrtümlicherweise auch für den Datenkanal, in dem die Testbitrate eigentlich der aktuellen Bitrate entspricht, auf Nichtübereinstimmung entschieden wird. Stellt sich im Laufe des Analyse- und Verzweigungsschritts27 der gesuchte Zustand mit nur einem Datenkanal, für den der Schwellwert nicht überschritten wird, ein, ist die eigentliche Bitraten-Erkennung bereits abgeschlossen. Die Testbitrate dieses Datenkanals entspricht der aktuell geltenden Bitrate im Datenbussystem1 . - In einem sich anschließenden optionalen Schritt
28 kann nur der Datenkanal mit der korrekten Testbitrate an die Busleitungen2 und3 angeschlossen werden. Alternativ kann in dem Schritt28 aber auch eine Initialisierung aller übrigen Datenkanäle auf die erkannte, aktuell geltende Bitrate erfolgen. Letzteres ist insbesondere deshalb von Vorteil, da dann im sich anschließenden Regelbetrieb29 alle Datenkanäle12 bis13 zum bestimmungsgemäßen Betrieb der Busanschlusseinheit6 herangezogen werden können. Dadurch lässt sich insbesondere ein höherer oder/und sicherer Datendurchsatz erreichen. - Das zweite Ausführungsbeispiel der Busanschlusseinheit
6 unterscheidet sich insofern, als nicht für alle gemäß Bus-Spezifikation zulässigen oder gebräuchlichen Bitraten ein gesonderter Datenkanal zur Verfügung steht. Die Anzahl der Datenkanäle12 bis13 ist niedriger als die Anzahl der verschiedenen zulässigen oder gebräuchlichen Bitraten. Dies geht bis zum Extremfall, bei dem nur ein einziger Datenkanal12 oder13 verfügbar ist. Dementsprechend unterscheidet sich der in3 gezeigte Ablauf der Bitraten-Erkennung von dem des ersten Ausführungsbeispiels. In einem Schritt30 , erfolgt dementsprechend mittels der Steuereinheit20 zunächst nur eine Initialisierung der Datenkanäle12 bis13 mit einem ersten Satz verschiedener Testbitraten. Ergibt dann die Auswertung im Analyse- und Verzweigungsschritt31 keine Übereinstimmung mit der aktuellen Bitrate, werden in einem weiteren Initialisierungsschritt30 die Datenkanäle12 bis13 mit einem zweiten Satz an Testbitraten initialisiert, wobei zuvor im Empfangsfehlerzähler23 auch die Zählerstände aller Datenkanäle12 bis13 zurückgesetzt werden. Dies wird solange wiederholt, bis im Analyse- und Verzweigungsschritt31 festgestellt wird, dass für einen Datenkanal der Zählerstand im Empfangsfehlerzähler23 unter der vorgegebenen Fehlerschwelle geblieben ist. - Abgesehen von den beschriebenen Unterschieden funktioniert das zweite Ausführungsbeispiel der Busanschlusseinheit
6 analog zu dem Ersten.
Claims (10)
- Verfahren zur Erkennung der aktuellen Bitrate in einem insbesondere nach der CAN-Spezifikation arbeitenden Datenbussystem (
1 ), bei dem – ein Datenkanal (12 ,13 ) einer ersten Busanschlusseinheit (6 ) mit einer Testbitrate initialisiert wird, – dem Datenkanal (12 ,13 ) eine Testnachricht mit der aktuellen Bitrate zum Empfang zugeführt wird und – die Testbitrate des Datenkanals (12 ,13 ) als die aktuelle Bitrate herangezogen wird, wenn die Testnachricht zumindest weitgehend fehlerfrei empfangen wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenkanal (
12 ,13 ) in serieller Abfolge mit einer jeweils anderen Testbitrate initialisiert wird, bis mittels des weitgehend fehlerfreien Empfangs der Testnachricht die aktuelle Bitrate erkannt wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Busanschlusseinheit (
6 ) mehrere voneinander unabhängige Datenkanäle (12 ,13 ) umfasst, wobei jeder Datenkanal (12 ,13 ) mit einer anderen Testbitrate initialisiert, die Testnachricht insbesondere parallel jedem Datenkanal (12 ,13 ) zum Empfang zugeführt und als aktuelle Bitrate die Testbitrate des Datenkanals (12 ,13 ) mit einem weitgehend fehlerfreien Empfang der Testnachricht herangezogen wird. - Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle Datenkanäle (
12 ,13 ) mit der erkannten aktuellen Bitrate initialisiert werden. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenkanal (
12 ,13 ) sendeseitig vom Datenbussystem (1 ) getrennt wird, insbesondere bevor die Testnachricht in der Busanschlusseinheit (6 ) empfangen wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen weitgehend fehlerfreien Empfang erkannt wird, wenn eine Anzahl von in dem Datenkanal (
12 ,13 ) generierten Empfangsfehlermeldungen unter einem vorgegebenen Schwellwert liegt. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Testnachricht von einer zweiten Busanschlusseinheit (
7 ) gesendet wird. - Busanschlusseinheit zur Erkennung der aktuellen Bitrate in einem insbesondere nach der CAN-Spezifikation arbeitenden Datenbussystem (
1 ) umfassend mindestens – einen Datenkanal (12 ,13 ) mit einstellbarer Bitrate, – Initialisierungsmittel (20 ) zur Initialisierung des Datenkanals (12 ,13 ) mit einer Testbitrate, – Zuführungsmittel (11 ,9 ,14 ,15 ) zur Zuführung einer Testnachricht mit der aktuellen Bitrate zu dem Datenkanal (12 ,13 ), und – Auswertemittel (23 ,20 ) zur Bestimmung einer Übereinstimmung zwischen der Testbitrate und der aktuellen Bitrate anhand des Kriteriums eines weitgehend fehlerfreien Empfangs der Testnachricht. - Busanschlusseinheit nach Anspruch 8 gekennzeichnet durch mehrere voneinander unabhängige Datenkanäle (
12 ,13 ) mit jeweils getrennt voneinander einstellbarer Bitrate. - Busanschlusseinheit nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass Trennmittel (
18 ,19 ) zur sendeseitigen Trennung der Busanschlusseinheit (6 ) vom Datenbussystem (1 ) vorgesehen sind.
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