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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Bussystems,
bei dem ein als Master ausgebildeter Busteilnehmer und mindestens
zwei jeweils als Slave ausgebildete Busteilnehmer über einen
Bus kommunizieren, und bei dem ein Slave durch den Master zum Senden
von Daten aufgefordert wird, indem der Master eine dem Slave zugeordnete
Kennung aussendet.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Bussystem gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 9 sowie einen Busteilnehmer.
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Ein
Beispiel für
ein herkömmliches
Bussystem, bei dem ein Betriebsverfahren der vorstehend erwähnten Art
zum Einsatz kommt, ist ein sogenanntes LIN (Local Interconnect Network)-Netzwerk.
Bei einem LIN-Netzwerk besitzt jeder Slave eine ihm individuell
zugewiesene Kennung, mit der er von einem Master des LIN-Netzwerks
angesprochen werden kann. Dabei sendet der Master, beispielsweise
zum Anfordern von Daten von einem der Slaves, zunächst Synchronisationsinformationen
und anschließend
die dem entsprechenden Slave zugeordnete Kennung in Form einer Nachricht
auf dem Bus aus. Die in dem LIN-Netzwerk vorhandenen Slaves überwachen
permanent die von dem Master ausgesandten Daten, und derjenige Slave,
dessen Kennung mit der vom Master ausgesandten Kennung übereinstimmt,
sendet im Anschluss an die von dem Master ausgesandten Daten seinerseits
Daten.
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Um
von einem weiteren Slave Daten anzufordern, muss der Master erneut
zumindest eine diesem weiteren Slave zugeordnete Kennung bzw. eine entsprechende
Nachricht aussenden, worauf der weitere Slave in der beschriebenen
Art und Weise durch Aussenden seiner Daten reagieren kann. Für weitere
Details betreffend LIN-Netzwerke wird auf die im Internet verfügbare Spezifikation
verwiesen, vergleiche http:://www.LIN-SUBBUS.org/.
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Aus
den vorstehenden Erläuterungen
zu den herkömmlichen
Betriebsverfahren für
Bussysteme ist offensichtlich, dass aufgrund der Notwendigkeit,
zum Abfragen verschiedener Slaves jeweils eine separate Nachricht
bzw. Kennung durch den Master über
den Bus auszusenden, ein beträchtlicher
Protokoll-Overhead besteht. Insbesondere bei einem Bussystem mit
vielen Slaves, die auf herkömmliche
Weise einzeln und nacheinander durch den Master abgefragt werden,
können
Zykluszeiten bei der Abfrage eines bestimmten Slaves, d.h. eine
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abfragen desselben Slaves durch den
Master auftretende Wartezeit, verhältnismäßig groß werden, wodurch ein Gebrauchsnutzen
des jeweiligen Bussystems verringert wird.
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Demgemäß ist es
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten
Art dahingehend zu verbessern, dass auch bei vielen Slaves eine
effiziente Datenübertragung
mit dem Bussystem möglich
ist.
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Diese
Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
der Master eine Mehrfachkennung aussendet, die mehreren Slaves zugeordnet
ist, und dass die mehreren Slaves Daten in Abhängigkeit der Mehrfachkennung
aussenden.
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Vorteile der
Erfindung
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Unter
Verwendung der erfindungsgemäßen Mehrfachkennung
ist es möglich,
dass der Master mit nur einer Nachricht gleichzeitig eine Vielzahl
von verschiedenen Slaves zum Aussenden ihrer jeweiligen Daten veranlaßt. Hierdurch
reduziert sich ein entsprechender Protokoll-Overhead zur Kommunikation auf
dem Bus erheblich. Beispielsweise sind zum Abfragen bzw. Austauschen
der Daten von fünf
verschiedenen Slaves über
das Bussystem erfindungsgemäß insgesamt
nur 6 Nachrichten bzw. Buszugriffe jeweils verschiedener Busteilnehmer
erforderlich, während
herkömmliche
Verfahren mindestens zehn Nachrichten bzw. Buszugriffe jeweils verschiedener Busteilnehmer
benötigen.
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Als
eine weitere Lösung
der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Bussystem gemäß Patentanspruch
9 sowie ein Bussteilnehmer gemäß Patentanspruch
10 angegeben.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene
Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt sind. Dabei können die in den Ansprüchen und
in der Beschreibung erwähnten
Merkmale jeweils einzeln für
sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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Zeichnung
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In
der Zeichnung zeigt:
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1 ein
erfindungsgemäßes Bussystem,
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2a einen
zeitlichen Verlauf einer herkömmlichen
Datenübertragung,
und
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2b einen
zeitlichen Verlauf einer Datenübertragung
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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1 zeigt
ein Bussystem 100, welches einen Master 10 und
mehrere über
einen gemeinsamen Bus 15 mit dem Master 10 verbundene
Slaves 20a, 20b, 20c, 20d aufweist.
Bei dem Bussystem 100 handelt es sich bspw. um ein per
se aus dem Stand der Technik bekanntes LIN-Netzwerk.
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Das
Bussystem 100 wird in einem Kraftfahrzeug zur Vernetzung
von Sensoren eingesetzt, die zusätzlich
zu ihrer Funktion als Sensor die Funktionalität der Slaves 20a, 20b, 20c, 20d bereitstellen,
um über
den Bus 15 miteinander bzw. mit dem Master 10 zu
kommunizieren und dabei Daten, beispielsweise Sensordaten, auszutauschen.
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Zunächst wird
anhand von 2a ein herkömmliches Betriebsverfahren
für das
Bussystem 100 aus 1 erläutert. Hierzu
enthält 2a drei verschiedene
Zeitachsen, die in 2a übereinander dargestellt und
jeweils dem Master 10 bzw. dem Slave 20a, 20b zugeordnet
sind.
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Um
von einem ersten Sensor bzw. Slave 20a Daten abzufragen,
sendet der Master 10 zunächst die dem ersten Slave 20a zugeordnete
Kennung ID_1 über
den Bus 15 (1), woraufhin der Slave 20a unmittelbar
im Anschluss an die Kennung ID_1 seine Daten DATA_1 über den
Bus 15 aussendet.
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Anschließend sendet
der Master 10 in gleicher Weise eine dem weiteren Slave 20b zugewiesene
Kennung ID_2 aus, woraufhin der Slave 20b nun seinerseits
seine Daten DATA 2 über
den Bus 15 aussendet.
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Wie
aus 2a ersichtlich, ist ein zum Betrieb des Bussystems 100 nach
dem herkömmlichen Verfahren
erforderlicher Protokoll-Overhead insbesondere bei einer Vielzahl
verschiedener Slaves 20a, 20b sehr groß, weil
zum Anfordern von Daten DATA_1, DATA_2, .. jedes einzelnen Slaves 20a, 20b eine
entsprechende Kennung ID_1, ID_2 bzw. Nachricht separat von dem
Master 10 ausgesandt werden muss.
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Ferner
sind gewisse Wartezeiten beim Zugriff auf den Bus 15, z.B.
zwischen dem Aussenden zweier aufeinanderfolgender Nachrichten,
einzuhalten, und darüberhinaus
werden zusätzlich,
vorzugsweise periodisch, nicht in 2a abgebildete
Synchronisationsinformationen über
den Bus 15 ausgesendet, die ebenfalls den Bus 15 für eine Übertragung
von Nutzdaten blockieren. Dementsprechend ist eine Nutzdateneffizienz
auf dem Bus 15 bei der Anwendung herkömmlicher Betriebsverfahren
verhältnismäßig gering.
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Diese
Nachteile werden durch Anwendung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens,
das in 2b abgebildet ist, vermieden.
Analog zu 2a sind auch in 2b verschiedene
Zeitachsen dargestellt, die jeweils dem Master 10 bzw.
dem Slave 20a, 20b, 20c, 20d zugeordnet
sind. Mit dem Bezugszeichen 15 ist in 2b eine
Zeitachse bezeichnet, die den gesamten Datenverkehr auf dem Bus 15 wiedergibt.
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Erfindungsgemäß sendet
der Master 10 ab dem Zeitpunkt t_0 nach 2b – im Gegensatz
zu der bei dem Stand der Technik nur einem einzigen Slave 20a, 20b zugewiesenen
Kennung ID_1, ID_2 (vergleiche 2a) – zusätzlich zu
den Synchronisationsinformationen Sync-break, Sync eine Mehrfachkennung
MID aus, die mehreren Slaves 20a, 20b, 20c, 20d zugeordnet
ist.
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Diese
erfindungsgemäße Mehrfachkennung MID
signalisiert den Slaves 20a, 20b, 20c, 20d einerseits,
dass alle vier Slaves 20a bis 20d nach einem Empfang
der Mehrfachkennung MID ihre jeweiligen Daten DATA_1, DATA_2, DATA_3,
DATA_4 auf den Bus 15 (1) aussenden
dürfen.
Andererseits legt die erfindungsgemäße Mehrfachkennung MID fest,
in welcher Weise die Daten DATA_1, DATA_2, DATA_3, DATA_4 von den
einzelnen Slaves 20a bis 20d ausgesendet werden
dürfen
und dient damit gleichzeitig zur Synchronisierung der verschiedenen
Slaves 20a, 20b, 20c, 20d untereinander.
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Bei
der in 2b verwendeten Mehrfachkennung
MID ist beispielsweise festgelegt, dass der erste Slave 20a direkt
im Anschluss an die Mehrfachkennung MID, d.h. ab dem Zeitpunkt t_1,
zwei Nutzdatenbytes DATA_1 aussenden darf. Das Aussenden dieser
Nutzdatenbytes DATA_1 des Slaves 20a erfolgt demgemäß zwischen
den Zeitpunkten t_1 und t_2.
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Ferner
ist durch die Mehrfachkennung MID festgelegt, dass nach dem Zeitpunkt
t_2, d.h. nachdem der Slave 20a seine Nutzdaten DATA_1
ausgesendet hat, der Slave 20b seine Nutzdaten DATA_2 aussenden
darf, was bis zum Zeitpunkt t_3 erfolgt.
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Das
Aussenden der Nutzdaten DATA_3 und DATA_4 der weiteren Slaves 20c, 20d ist
ebenfalls durch die Mehrfachkennung MID geregelt und in 2b dargestellt.
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Zu
denjenigen Zeiten, zu denen ein Slave 20a gemäß der Mehrfachkennung
MID keine Nutzdaten auf dem Bus 15 aussenden darf, d.h.
für den
ersten Slave 20a beispielsweise bei t > t_2, verhält sich der Slave 20a passiv,
was bei einer der LIN-Netzwerkspezifikation entsprechenden Datendarstellung dem
Aussenden von Datenbytes mit dem Wert FF hexadezimal, „FFh", entspricht. Die
weiteren Slaves 20b, 20c, 20d verhalten
sich außerhalb
der ihnen zugewiesenen Sendezeiträume auf dieselbe Weise, so dass
sich die Slaves 20a bis 20d nicht gegenseitig beim
Aussenden von Daten auf den Bus 15 stören.
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Auf
diese Weise können
sämtliche
Daten DATA_1, DATA_2, DATA_3, DATA_4 der jeweiligen Slaves 20a, 20b, 20c, 20d in
einem einzigen Datenrahmen integriert werden, so dass zum Abfragen
der Daten von vier Slaves 20a bis 20d im Gegensatz
zum Stand der Technik nur eine einzige Nachricht des Masters 10 auf
dem Bus 15 erforderlich ist. Diese Nachricht enthält neben
der Mehrfachkennung MID noch Synchronisationsinformationen, vergleiche
den Zeitbereich von t = t_0 bis t = t_1 in 2b. Insgesamt
sind zu der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Datenübertragung
also nur fünf
Buszugriffe von den verschiedenen Busteilnehmern 10, 20a, 20b, 20c, 20d erforderlich,
während
bei einem herkömmlichen
Betriebsverfahren mindestens vier verschiedene Nachrichten bzw.
Buszugriffe von dem Master 10 und zusätzlich vier Nachrichten bzw.
Buszugriffe der jeweiligen Slaves 20a bis 20d erforderlich gewesen
wären.
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Das
erfindungsgemäße Prinzip
der Mehrfachkennung MID ist bei der Anwendung in einem LIN-Netzwerk
nur durch die maximale Anzahl von acht Datenbytes je Datenrahmen
beschränkt.
Da in vielen Kraftfahrzeuganwendungen eingesetzte, gleichzeitig
als Slave 20a bis 20d ausgebildete Sensoren jedoch üblicherweise
nur Sensordaten mit einer Auflösung
von bspw. 12 Bit zzgl. 4 Statusbits, d.h. insgesamt 2 Bytes liefern,
lassen sich auf diese Weise erfindungsgemäß die Nutzdaten von bis zu
vier Sensoren bzw. Slaves 20a bis 20d in einem
einzigen Datenrahmen integrieren, wodurch der Protokoll-Overhead
im Vergleich zu herkömmlichen
Verfahren gesenkt wird und die Nutzdateneffizienz entsprechend steigt.
Bei Übertragung
von nur 1 Byte-Daten pro Sensor können bis zu acht Sensoren zusammengefasst
werden (z.B. Bedienfeld/Tasten/Schalter).
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Mehrfachkennung MID besteht
darin, dass durch die Zusammenfassung von mehreren Slaves 20a bis 20d unter
einer Mehrfachkennung MID die Anzahl der in dem Bussystem 100 (1)
für eine
vorgegebene Anzahl von Slaves verwendeten Kennungen reduziert werden
kann, wodurch insgesamt mehr Slaves je Bussystem einsetzbar sind.
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Eine
Erkennung von ausgefallenen bzw. nicht vorhandenen Sensoren bzw.
Slaves 20a bis 20d ist durch eine Untersuchung
der dem jeweiligen Slave 20a bis 20d zugewiesenen
Datenbytes DATA_1, .., DATA_4 möglich.
Beispielsweise kann eine Fehlfunktion oder ein Ausfall eines Sensors
bzw. Slaves daran erkannt werden, dass die ihm zugewiesenen Datenbytes
leer sind, d.h. z.B. den Wert FFh aufweisen.
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Ferner
ist eine vereinfachte Integration von neuen Sensoren in das Bussystem 100 möglich. Hierbei überwacht
ein Sensor bzw. Slave 20c (2b) die
Kommunikation auf dem Bus 15 und erkennt die ihm zur Übertragung
seiner Daten DATA_3 zugeordnete Position t_3 < t < t_4
in dem Datenrahmen dadurch, dass in dem entsprechenden Zeitraum kein
weiterer Slave 20a, 20b, 20d Daten auf
dem Bus 15 aussendet.
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Bei
einer anderen vorteilhaften Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
bildet mindestens einer der Slaves 20a bis 20d eine
Checksumme CS über
einen vorgebbaren Teil der Daten eines Datenrahmens und fügt anschließend die
Checksumme CS dem Datenrahmen durch Aussenden auf den Bus 15 zur
Zeit t_5 (2b) hinzu. Es ist ferner möglich, dass
in dem vorstehend beschriebenen Beispiel gemäß 2b alle
vier Slaves 20a bis 20d jeweils eine Checksumme
CS bilden und diese ab dem Zeitpunkt t_5 auf dem Bus 15 aussenden,
um den Datenrahmen zu komplettieren.
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Diese
erfindungsgemäße Checksummenbildung
kann auch dann vorgenommen werden, wenn ein Slave 20a bis 20d selbst
keine Daten auf den Bus 15 aussendet.
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Zur
gegenseitigen Synchronisation können die
Slaves 20a bis 20d bspw. ein zu Anfang eines auf dem
Bus 15 ausgesandten Datenbytes DATA_1, .., DATA_4 vorhandenes
Startbit verwenden.