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Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 10.
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Busse im Rahmen dieser Erfindung sind ausschließlich Busse, die mit dominanten und rezessiven Pegeln ausgestaltet sind. Ein Beispiel eines solchen Busses ist der CAN-Bus. Der rezessive Pegel ist der Standardzustand des Busses. Jeder Busteilnehmer, der einen dominanten Pegel sendet, überschreibt den rezessiven Pegel. Senden zwei Busteilnehmer auf demselben Bus zur gleichen Zeit, wobei einer einen dominanten Pegel und ein anderer einen rezessiven Pegel sendet, so nimmt der Bus die Spannung des dominanten Pegels an und der rezessive Pegel geht verloren. Jeder sendende Busteilnehmer muss die auf dem Bus anliegende Spannung mit dem eigenen Sendesignal vergleichen, um zu erkennen, ob sein gesendeter rezessiver Pegel von einem dominanten Pegel überschrieben wird. Während der Arbitrierung wird diese Kollisionserkennung genutzt, um anhand einer Nachrichten-Identifikationskennung zu entscheiden, welcher Busteilnehmer als nächstes eine Nachricht senden darf. Diese Methode des Buszugriffsverfahrens nennt sich CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance) Sie wird beispielsweise für CAN-Busse eingesetzt und wird in der Druckschrift „Bussysteme in der Fahrzeugtechnik: Protokolle und Standards; mit 89 Tabellen/Werner Zimmermann; Ralf Schmidgall. – 1. Aufl.. – Wiesbaden: Vieweg, 2006, ISBN 3-8348-0166-6" auf Seite 20 beschrieben.
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Busse der eingangs genannten Art werden vorzugsweise in Automobilen genutzt und werden zum Verbinden von einer Vielzahl von Busteilnehmern insbesondere Steuergeräten, Sensoren und/oder Aktoren zu einem Netzwerk verwendet. Während der Entwicklung und Tests solcher Netzwerke werden auch Simulatoren in diese Netzwerke eingebunden. Die Möglichkeit einer flexiblen Verbindung von aus einem oder mehreren miteinander verbundenen Busteilnehmern bestehenden Teilnetzen zu mehreren unabhängigen Bussen ist insbesondere in der Entwicklung und beim Testen wünschenswert.
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Aus der Druckschrift „Controller area network: CAN; Grundlagen und Praxis/Wolfhard Lawrenz (Hrsg.). – 4., überarb. Aufl.. – Heidelberg: Hüthig, 2000, ISBN 3-7785-2780-0" auf Seite 362f und dem Punkt 7.2.3.2. ist der CAN-Repeater bekannt. Ein CAN-Repeater ist eine Vorrichtung mit einem ersten Zustandsautomaten zum Verbinden von wenigstens drei Busteilnehmern mit einem Bus, welcher mit dominanten und rezessiven Pegeln ausgestaltet ist, wobei der erste Busteilnehmer mittels einer ersten Busleitung mit der Vorrichtung verbunden ist und der zweite Busteilnehmer mittels einer zweiten Busleitung mit der Vorrichtung verbunden ist und der dritte Busteilnehmer mittels einer dritten Busleitung mit der Vorrichtung verbunden ist, und von dem ersten Zustandsautomaten ein erster dominanter Pegel, welcher von dem ersten Busteilnehmer auf der ersten Busleitung gesendet wird, auf wenigstens einer weiteren Busleitung reproduziert wird und nach einer Änderung des ersten Pegels von dominant auf rezessiv für eine vorbestimmte Zeitdauer von dem ersten Zustandsautomaten auf der ersten und der wenigstens einen weiteren Busleitungen nur rezessive Pegel gesendet werden.
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Eine beispielhafte Konfiguration ist in 6 gezeigt. 6 zeigt einen ersten Busteilnehmer TN1, einen zweiten Busteilnehmer TN2, einen dritten Busteilnehmer TN3 und einen CAN-Repeater mit einer Implementierung eines Zustandsautomaten ZA1. Der erste Busteilnehmer TN1 ist über eine erste Busleitung, mit dem CAN-Repeater CR verbunden, der zweite Busteilnehmer TN2 ist über eine zweite Busleitung mit dem CAN-Repeater CR verbunden und dritte Busteilnehmer TN3 ist über eine dritte Busleitung mit dem CAN-Repeater CR verbunden.
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Der CAN-Repeater CR reproduziert einen auf einer Busleitung empfangenen dominanten Pegel an allen anderen angeschlossenen Busleitungen und achtet auf einen Wechsel des empfangenen dominanten Pegels zu einem rezessiven Pegel. Für die Angleichung der Pegel wird in einem CAN-Repeater CR typischerweise ein Zustandsautomat ZA1 implementiert. In der Figur nicht dargestellte Transceiver setzen die Spannungen auf der Busleitung in Eingangssignale für den CAN-Repeater und Ausgangsignale des CAN-Repeaters in Spannungen auf der Busleitung um und sorgen dafür, dass dominante Pegel rezessive Pegel auf den Busleitungen überschreiben. Durch Nutzung unterschiedlicher Transceiver lassen sich unterschiedliche Varianten von CAN-Bussen, mittels des CAN-Repeaters miteinander verbinden.
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Der Zustandsautomat ZA1 wird typischerweise in einem oder mehreren FPGAs und/oder einem oder mehreren ASICs implementiert.
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Eine Änderung der Verbindung der Busteilnehmer zu einem Netzwerk erfordert immer eine Änderung der Verkabelung. Jede Busleitung, deren Buszugehörigkeit geändert werden soll, muss an einen anderen CAN-Repeater angeschlossen werden, was den Nachteil einer erforderlichen Umverdrahtung mit sich bringt.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik weiterzubilden.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 10. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß dem ersten Gegenstand der Erfindung wird ein Verfahren zum Verbinden von wenigstens drei Busteilnehmern bereitgestellt, aufweisend ein Verbindungselement mit einem ersten Zustandsautomaten und einem Bus, welcher mit dominanten und rezessiven Pegeln, ausgestaltet ist, wobei der erste Busteilnehmer mittels einer ersten Busleitung mit dem Verbindungselement verbunden ist und der zweite Busteilnehmer mittels einer zweiten Busleitung mit dem Verbindungselement verbunden ist und der dritte Busteilnehmer mittels einer dritten Busleitung mit dem Verbindungselement verbunden ist, und von dem ersten Zustandsautomaten ein erster dominanter Pegel, welcher von dem ersten Busteilnehmer auf der ersten Busleitung gesendet wird, auf wenigstens einer weiteren Busleitung reproduziert wird und nach einer Änderung des ersten Pegels von dominant auf rezessiv für eine vorbestimmte Zeitdauer von dem ersten Zustandsautomaten auf der ersten und der wenigstens einen weiteren Busleitungen nur rezessive Pegel gesendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement einen zweiten Zustandsautomaten und einen ersten Multiplexer, welcher mit dem ersten Zustandsautomaten, dem zweiten Zustandsautomaten und dem ersten Busteilnehmer verbunden ist, aufweist, und der zweite Busteilnehmer mit dem ersten Zustandsautomaten verbunden und der dritte Busteilnehmer mit dem zweiten Zustandsautomaten verbunden ist, und der erste Busteilnehmer mittels des ersten Multiplexers mit dem ersten Zustandsautomaten oder dem zweiten Zustandsautomaten verbunden wird, um die Verbindung des ersten Busteilnehmers zum zweiten Busteilnehmer oder zum dritten Busteilnehmer zu erstellen, wobei von dem zweiten Zustandsautomaten ein zweiter dominanter Pegel, welcher von dem ersten Busteilnehmer auf der ersten Busleitung gesendet wird, auf wenigstens einer weiteren Busleitung reproduziert wird und nach einer Änderung des zweiten Pegels von dominant auf rezessiv für eine vorbestimmte Zeitdauer von dem zweiten Zustandsautomaten auf der ersten und der wenigstens einen weiteren Busleitungen nur rezessive Pegel gesendet werden.
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Bereitgestellt wird gemäß dem zweiten Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung mit einem ersten Zustandsautomaten zum Verbinden von wenigstens drei Busteilnehmern mit einem Bus, welcher mit dominanten und rezessiven Pegeln ausgestaltet ist, wobei der erste Busteilnehmer mittels einer ersten Busleitung mit der Vorrichtung verbunden ist und der zweite Busteilnehmer mittels einer zweiten Busleitung mit der Vorrichtung verbunden ist und der dritte Busteilnehmer mittels einer dritten Busleitung mit der Vorrichtung verbunden ist, und von dem ersten Zustandsautomaten ein erster dominanter Pegel, welcher von dem ersten Busteilnehmer auf der ersten Busleitung gesendet wird, auf wenigstens einer weiteren Busleitung reproduziert wird und nach einer Änderung des ersten Pegels von dominant auf rezessiv für eine vorbestimmte Zeitdauer von dem ersten Zustandsautomaten auf der ersten und der wenigstens einen weiteren Busleitungen nur rezessive Pegel gesendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Zustandsautomaten und ein erster Multiplexer, welcher mit dem ersten Zustandsautomaten, dem zweiten Zustandsautomaten und dem ersten Busteilnehmer verbunden ist, vorgesehen sind, wobei der zweite Busteilnehmer mit dem ersten Zustandsautomaten verbunden und der dritte Busteilnehmer mit dem zweiten Zustandsautomaten verbunden ist, und der erste Busteilnehmer mittels des ersten Multiplexers mit dem ersten Zustandsautomaten oder dem zweiten Zustandsautomaten verbunden ist, um die Verbindung des ersten Busteilnehmers zum zweiten Busteilnehmer oder zum dritten Busteilnehmer zu erstellen, wobei von dem zweiten Zustandsautomaten ein zweiter dominanter Pegel, welcher von dem ersten Busteilnehmer auf der ersten Busleitung gesendet wird, auf wenigstens einer weiteren Busleitung reproduziert wird und nach einer Änderung des zweiten Pegels von dominant auf rezessiv für eine vorbestimmte Zeitdauer von dem zweiten Zustandsautomaten auf der ersten und der wenigstens einen weiteren Busleitungen nur rezessive Pegel gesendet werden.
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Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren ist es, dass die Implementierungen von mehreren Zustandsautomaten, wie sie auch in CAN-Repeatern genutzt werden, mit einem Multiplexer in einem Verbindungselement kombiniert werden. Der Multiplexer verbindet einzelne oder mehrere mittels Busleitungen verbundene Busteilnehmer mit den Implementierungen der Zustandsautomaten. Mehrere Busteilnehmer werden mittels einer Implementierung eines Zustandsautomaten zu einem Netzwerk verbunden. Mit dem Multiplexer ist es möglich die Verbindung des ersten Busteilnehmers mit den Zustandsautomaten jederzeit zu ändern, ohne dass eine Änderung an der Hardware durchgeführt werden muss, was Kontenintensiv und Fehleranfällig ist.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass keine Umverdrahtung bei einer Änderung der Bustopologie nötig ist. Der erste Busteilnehmer kann durch eine neue Schaltung der Multiplexer mit einem anderen Zustandsautomaten und damit einem anderen Busteilnehmer verbunden werden.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass Änderungen an der Topologie jederzeit und sehr schnell geschehen können. So kann ein Busteilnehmer im laufenden Betrieb von einem Zustandsautomaten abgekoppelt oder an einen Zustandsautomaten angekoppelt werden.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass sie sich sowohl für Busse, auf denen ein CAN-Protokoll genutzt wird, nutzen lässt, als auch für andere Busprotokolle, welche mit dominanten und rezessiven Pegeln arbeiten.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Verbindungselement einen zweiten Multiplexer auf und der zweite Busteilnehmer wird über den zweiten Multiplexer mit dem ersten Zustandsautomaten oder dem zweiten Zustandsautomaten verbunden.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass der zweite Busteilnehmer durch eine neue Schaltung des zweiten Multiplexers mit einem anderen Zustandsautomaten verbunden werden kann. Eine Umverdrahtung ist dazu nicht notwendig.
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Durch die Erweiterung des Verbindungselementes mit weiteren Zustandsautomaten und/oder Multiplexern lässt sich die Flexibilität weiter erhöhen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf dem Bus ein CAN-Busprotokoll verwendet.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Verbindungselement eine Konfigurationslogik auf und die Konfiguration des Multiplexers wird durch die Konfigurationslogik gesteuert.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass dem Verbindungselement lediglich die Information über die Schaltung der Multiplexer zugeführt wird und keine Schaltsignale für die Multiplexer. Diese Information kann beispielsweise von einer übergeordneten Steuerungseinheit, beispielsweise einem PC, oder einem Busteilnehmer stammen und dem Verbindungselement mittels des Busses oder eines Standardinterfaces wie dem Serial Peripheral Interface oder dem Universal Serial Bus mitgeteilt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Bus mit mindestens zwei Busteilnehmern über eine gemeinsame Busleitung mit einem Verbindungselement verbunden.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass nicht jeder Busteilnehmer eine eigene Busleitung zur Verbindung zum Verbindungselement benötigt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die mittels des Verbindungselementes übertragenen Signale durch eine Überwachungseinheit überwacht.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass durch die Überwachungseinheit eine Kontrolle der übertragenen Signale erfolgt. Die Überwachungseinheit kann sowohl ein Busteilnehmer sein, als auch als Funktionalität in das Verbindungselement integriert sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Busleitungen, auf denen Signale gesendet werden, welche außerhalb der Spezifikation des Busprotokolls liegen, von der Überwachungseinheit erkannt und vom Bus getrennt.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass eine weitere Störung durch fehlerhaft sendende Busteilnehmer unterbunden wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden von der Überwachungseinheit Pegel auf den angeschlossenen Busleitungen geändert, um Nachrichten zu erzeugen oder Fehler zu simulieren.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass auf einfache Art Nachrichten erzeugt und Fehler simuliert werden können.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine mittels des Verbindungselementes übertragene erste Nachricht, die von dem ersten Busteilnehmer auf der ersten Busleitung gesendet und mindestens einem vorgegebenen Kriterium entspricht, von der Überwachungseinheit erkannt und verändert auf der wenigstens einen weiteren Busleitung reproduziert wird.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass vom ersten Busteilnehmer übertragene Nachrichten erkannt und verändert werden können und der erste Busteilnehmer keine Kenntnis von dieser Veränderung erlangt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die erste Nachricht durch die Überwachungseinheit mittels einer Nachrichten-Identifikationskennung erkannt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die erste Nachricht durch die Überwachungseinheit mittels Auswertung des Übertragungszeitpunktes erkannt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Multiplexer auf einem oder mehreren programmierbaren Hardwareelementen, wie beispielsweise einem FPGA oder ASIC, implementiert.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass sich Bauteile einsparen lassen, was Geld und Ressourcen schonend ist.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Multiplexer gemeinsam mit den Zustandsautomaten auf einem FPGA oder ASIC implementiert.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass sich durch die Kombination von Zustandsautomat und Multiplexer Hardware sparen und die Größe des Aufbaus reduzieren lässt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Konfigurationslogik für die Multiplexer mit auf dem oder den FPGAs oder ASICs implementiert.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass lediglich die Information für die logische Schaltung der Multiplexer zu übertragen sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Vorrichtung eine galvanische Trennung in der Verbindung zum ersten Busteilnehmer auf.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass die anderen Busanschlüsse insbesondere vor Spannungsspitzen geschützt sind.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Wechsel der Pegeländerungen auf den Busleitungen verzögert und hierdurch eine längere Busleitung simuliert.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass die korrekte Funktionsweise des Busses bei großen Leitungslängen getestet wird und keine langen Leitungen benötigt werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand mehrerer vorteilhafter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen schematisiert dargestellt. Dabei zeigt, die
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1. eine erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Darstellung,
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2. eine bevorzugte Konfiguration eines beispielhaften Netzwerks mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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3. eine weitere bevorzugte Konfiguration eines beispielhaften Netzwerks mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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4. einen Zustandsplan eines Zustandsautomaten, wie er sowohl in bekannten CAN-Repeatern als auch als eine der Komponenten des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird,
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5. einen Ablaufplan eines Zustandsautomaten, wie er in 4 gezeigt ist,
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6. eine Konfiguration nach dem Stand der Technik.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Form. Dargestellt sind acht Ausgangsanschlüsse TxD 1, TxD 2, TxD 8, acht Eingangsanschlüsse RxD 1, RxD 2, RxD 8, acht Ausgangsmultiplexer Mux 1, Mux 2, Mux 8, acht Eingangsmultiplexer Demux 1, Demux 2, Demux 8, vier Zustandsautomaten ZA1, ZA2, ZA4 und eine Konfigurationslogik Konf. Jeder Eingangsanschluss RxD 1, RxD 2, RxD 8 ist fest mit einem Eingangsmultiplexer Demux 1, Demux 2, Demux 8 verbunden. Jeder Ausgangsanschluss TxD 1, TxD 2, TxD 8 ist fest mit einem Ausgangsmultiplexer Mux 1, Mux 2, Mux 8 verbunden Jeder Eingangsmultiplexer und jeder Ausgansmultiplexer stellt eine Verbindung zu maximal einem Zustandsautomaten her, wobei jederzeit die Möglichkeit einer Änderung der Verbindung besteht. Die Konfigurationslogik Konf weist einen externen Anschluss und acht Konfigurationsanschlüsse Cfg1, Cfg2, Cfg8 für die acht Ausgangsmultiplexer Mux 1, Mux 2, Mux 8 und die acht Eingangsmultiplexer Demux 1, Demux 2, Demux 8 auf. in der dargestellten Variante sind jeweils ein Eingangsmultiplexer und ein Ausgangsmultiplexer mit einem gemeinsamen Konfigurationsanschluss der Konfigurationslogik verbunden.
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Die Anzahl der Anschlüsse variiert bei unterschiedlichen Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Transceiver setzen die Spannungen der Busleitung in Signale für die Eingangsanschlüsse RxD 1, RxD 2, RxD 8 und die Signale der Ausgangsanschlüsse TxD 1, TxD 2, TxD 8 in Spannungen auf der Busleitung um und sorgen dafür, dass dominante Pegel rezessive Pegel auf der Busleitung überschreiben. Über die acht Ausgangsanschlüsse TxD 1, TxD 2, TxD 8 sendet die Vorrichtung Pegel und über die acht Eingangsanschlüsse TxD 1, TxD 2, TxD 8 empfängt die Vorrichtung Pegel. Jeweils ein Ausgangsanschluss und ein Eingangsanschluss TxD 1/RxD 1, TxD 2/RxD 2, TxD 8/RxD 8 führen dabei zur selben Busleitung. Jede Busleitung führt zu einem Busteilnehmer oder mehreren über die Busleitung verbundenen Busteilnehmern. Jeder der acht Ausgangsanschlüsse TxD 1, TxD 2, TxD 8 ist mittels eines der acht Ausgangsmultiplexer Mux 1, Mux 2, Mux 8 mit maximal einem der vier Zustandsautomaten ZA1, ZA2, ZA4 verbunden. Jeder der acht Eingangsanschlüsse RxD 1, RxD 2, RxD 8 ist mittels eines der acht Eingangsmultiplexer Demux 1, Demux 2, Demux 8 mit maximal einem der vier Zustandsautomaten ZA1, ZA2, ZA4 verbunden. Das Verhältnis der Anzahl von Zustandsautomaten zu Anschlüssen ist nicht maßgeblich und variiert bei unterschiedlichen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Jeweils einer der acht Eingangsanschlüsse RxD 1, RxD 2, RxD 8 und einer der acht Ausgangsanschlüsse TxD 1, TxD 2, TxD 8 führen zur selben Busleitung und werden mittels der Eingangsmultiplexer und Ausgangsmultiplexer mit demselben Zustandsautomaten verbunden. Alle Busleitungen, die mit demselben Zustandsautomaten verbunden sind, bilden zusammen mit den an ihnen angeschlossenen Busteilnehmern und dem Zustandsautomaten einen Bus. Eingänge der Zustandsautomaten, die mit keiner Busleitung verbunden sind, werden bevorzugt mit einem dauerhaften rezessiven Pegel beaufschlagt. Dies verhindert Fehlfunktionen der Zustandsautomaten ZA1, ZA2, ZA4 durch undefinierte Pegel auf offenen Anschlüssen. Ausgansanschlüsse der Vorrichtung TxD1, TxD2, TxD8 werden bevorzugt mit einem dauerhaften rezessiven Pegel beaufschlagt.
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Die Funktionsweise der Zustandsautomaten ZA1, ZA2, ZA4 ist identisch und wird später erläutert.
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Erfindungsgemäß lässt sich die Konfiguration der Eingangsmultiplexer und der Ausgangsmultiplexer jederzeit ändern. In einer bevorzugten Variante wird die KoOnfiguration der Eingangsmultiplexer und der Ausgangsmultiplexer von einer Konfigurationslogik Konf gesteuert. Die Konfigurationslogik steuert über die Anschlüsse Cfg 1, Cfg 2 bis Cfg 8 die Konfiguration der Eingangsmultiplexer und der Ausgangsmultiplexer. Jeweils ein Eingangsmultiplexer und ein Ausgangsmultiplexer stellen die Verbindung zwischen einer Busleitung und einem Zustandsautomaten her und sind über denselben Konfigurationsanschluss Cfg 1, Cfg 2 bis Cfg 8 mit der Konfigurationslogik verbunden. Die Kriterien, nach denen die Konfigurationslogik die Konfiguration steuert erhält sie beispielsweise über einen externen Anschluss HxD von einer übergeordneten Steuerungseinheit, beispielsweise einem PC, oder einem Busteilnehmer. Als Interface zwischen PC oder Busteilnehmer und Konfigurationslogik ist beispielsweise ein Standardinterface wie das Serial Peripheral Interface oder der Universal Serial Bus verwendbar.
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2 zeigt eine bevorzugte Konfiguration mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung besteht aus einem ersten Zustandsautomaten ZA1, einem zweiten Zustandsautomaten ZA2 und einem ersten Multiplexer Mult1. Ein erster Busteilnehmer TN1 wird über den ersten Multiplexer Mult1 mit dem ersten Zustandsautomaten ZA1 oder dem zweiten Zustandsautomaten ZA2 verbunden. Der erste Multiplexer Mult1 besteht, wie in 1 gezeigt, aus einem Ausgansmultiplexer für den Ausgangsanschluss und einem Eingangsmultiplexer für den Eingangsanschluss. Die Konfigurationslogik für den Multiplexer wurde aus Übersichtsgründen weggelassen. Der zweite Busteilnehmer TN2 ist mit dem ersten Zustandsautomaten verbunden und der dritte Busteilnehmer TN3 ist mit dem zweiten Zustandsautomaten verbunden. An den Busleitungen zu den Busteilnehmern befinden sich Transceiver, welche nicht dargestellt sind.
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Der erste Busteilnehmer TN1 lässt sich mit dem zweiten Busteilnehmer TN2 oder dem dritten Busteilnehmer TN3 verbinden.
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Die in 2 gezeigte Konfiguration lässt sich beliebig um weitere Busteilnehmer, Multiplexer und Zustandsautomaten erweitern.
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3 zeigt eine erweiterte Konfiguration mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Es werden ein erster Busteilnehmer TN1, ein zweiter Busteilnehmer TN2, ein dritter Busteilnehmer TN3, ein vierter Busteilnehmer TN4 und ein fünfter Busteilnehmer TN5 mit der Vorrichtung VE verbunden. Die Vorrichtung besteht aus einem ersten Multiplexer Mux1, einem zweiten Multiplexer Mux2, einem dritten Multiplexer Mux3 einem ersten Zustandsautomaten ZA1 und einem zweiten Zustandsautomaten ZA2. Der erste Busteilnehmer TN1 ist mit dem ersten Multiplexer Mult1 verbunden. Der zweite Busteilnehmer TN2 ist mit dem zweiten Multiplexer Mult2 verbunden. Der dritte Busteilnehmer TN3, der vierte Busteilnehmer TN4 und der fünfte Busteilnehmer TN5 sind über eine gemeinsame Busleitung mit der Vorrichtung VE und in dieser mit dem dritten Multiplexer Multiplexer Mult3 verbunden. Der erste Multiplexer Mult1, der zweite Multiplexer Mult2 und der dritte Multiplexer Mult3 stellen jeweils eine Verbindung zu dem ersten Zustandsautomaten ZA1 oder dem zweiten Zustandsautomaten ZA2 her. Es ist nicht notwendig für jeden Busteilnehmer einen eigenen Multiplexer zur Verbindung mit den Zustandsautomaten bereitzustellen. Allerdings wird hierdurch die Flexibilität eingeschränkt, da der dritte Busteilnehmer TN3, der vierte Busteilnehmer TN4 und der fünfte Busteilnehmer TN5 nur gemeinsam mit dem ersten Zustandsautomaten oder dem zweiten Zustandsautomaten verbunden werden.
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In 4 ist ein Zustandsplan eines Zustandsautomaten, wie er sowohl im oben beschriebenen CAN-Repeater als auch als eine der Komponenten des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird, gezeigt. Im Folgenden wird unter einem Zustandsautomaten auch immer eine reale Implementierung verstanden. Dem Fachmann ist bekannt, mittels welchen Hardware- und gegebenenfalls Softwarekomponenten eine Zustandsautomatenimplementierung bereitgestellt werden kann. Im Folgenden werden die einzelnen Zustände des Zustandsautomaten erläutert.
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Die möglichen Zustände des Automaten sind ein erster Zustand R, ein zweiter Zustand T und eine Zustandsgruppe DX, bestehend aus acht Zuständen D1, D2, D3, D8. Die Anzahl der Zustände in der Zustandsgruppe DX variiert in unterschiedlichen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Nach der Initialisierung befindet sich der Zustandsautomat in dem ersten Zustand R. Im ersten Zustand R sendet der Zustandsautomat auf allen Busleitungen einen rezessiven Pegel. Sobald ein Busteilnehmer auf einer, der an den Zustandsautomaten angeschlossenen Busleitungen einen dominanten Pegel erzeugt und der dominante Pegel von dem Zustandsautomaten registriert wird, wechselt der Zustandsautomat seinen Zustand.
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Die acht Zustände der Zustandsgruppe DX werden im Folgenden als 1-Zustand D1, 2-Zustand D2, 3-Zustand D3 bis 8-Zustand D8 benannt. Im 1-Zustand D1 lauscht der Zustandsautomat auf der ersten Leitung auf Pegeländerungen und sendet auf allen weiteren angeschlossenen Leitungen einen dominanten Pegel. Im 2-Zustand D2 lauscht der Zustandsautomat auf der zweiten Leitung auf Pegeländerungen und sendet auf allen weiteren angeschlossenen Leitungen einen dominanten Pegel. Allgemein gilt: Im n-Zustand lauscht der Zustandsautomat auf der n-ten Leitung auf Pegeländerungen und sendet auf allen weiteren angeschlossenen Leitungen einen dominanten Pegel.
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Im zweiten Zustand T sendet der Zustandsautomat auf allen an ihn angeschlossenen Busleitungen rezessive Pegel. Der zweite Zustand T dient dazu zuvor gesendeten dominanten Pegeln Zeit zum Abklingen zu geben. Die Zeitspanne für die der Zustandsautomat im zweiten Zustand T verbleibt, variiert in unterschiedlichen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ist jedoch so zu bemessen, dass zuvor gesendeten dominanten Pegeln im konkreten Anwendungsfall hinreichend stark abklingen bevor der Zustandsautomat in den ersten Zustand R wechselt.
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5 zeigt einen Ablaufplan der Zustände des Zustandsautomaten, welcher in 4. gezeigt ist. In einem ersten Schritt 302 befindet sich der Zustandsautomat in dem ersten Zustand R. Der Zustandsautomat verbleibt in dem ersten Zustand R bis von dem Zustandsautomaten auf einer Busleitung ein dominanter Pegel registriert wird. Wird auf mehreren mit dem Zustandsautomat verbundenen Leitungen ein dominanter Pegel gesendet, so ist derjenige Pegel entscheidend, der als erster von dem Zustandsautomaten als dominanter Pegel registriert wird.
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Registriert der Zustandsautomat in einem zweiten Schritt 304 einen dominanten Pegel auf der n-ten Leitung, so wechselt der Zustand des Zustandsautomaten vom ersten Zustand R in einem dritten Schritt 306 in den n-Zustand aus der Zustandsgruppe DX. In dem n-Zustand verbleibt der Zustandsautomat solange bis auf der n-ten Leitung vom Zustandsautomaten ein rezessiver Pegel registriert wird.
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Befindet sich der Zustandsautomat im n-Zustand und registriert auf der n-ten Leitung in einem vierten Schritt 308 einen rezessiven Pegel, so wechselt der Zustand des Zustandsautomaten in einem fünften Schritt 310 in den zweiten Zustand T. In dem zweiten Zustand T verbleibt der Zustandsautomat in einem sechsten Schritt 312 für eine fest vorgegebene Zeitspanne. Die genaue Länge der Zeitspanne variiert in unterschiedlichen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Abhängigkeit von den verwendeten Leitungen, der Anzahl der angeschlossenen Busteilnehmer und von weiteren Parametern, insbesondere von den elektrischen Eigenschaften der Schnittstellen der Busteilnehmer. Nach Ablauf der Zeitspanne wechselt der Zustand des Zustandsautomaten in den ersten Zustand R und der Ablaufplan beginnt wieder mit dem ersten Schritt 302.
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Befindet sich der Zustandsautomat im ersten Zustand R, so registriert er folglich auf allen angeschlossenen Busleitungen einen rezessiven Pegel. Befindet sich der Zustandsautomat in einem der Zustände aus der Zustandsgruppe DX, so registriert der Zustandsautomat auf einer Leitung einen dominanten Pegel, den ein anderer Busteilnehmer erzeugt hat und auf allen weiteren angeschlossenen Busleitungen einen dominanten Pegel, den der Zustandsautomat selbst erzeugt und damit insgesamt auf allen angeschlossenen Leitungen einen dominanten Pegel. Befindet sich der Zustandsautomat im zweiten Zustand T, so sendet er auf allen angeschlossenen Leitungen einen rezessiven Pegel, welcher jedoch durch mögliche Reflexionen des zuvor gesendeten dominanten Pegels gestört werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Bussysteme in der Fahrzeugtechnik: Protokolle und Standards; mit 89 Tabellen/Werner Zimmermann; Ralf Schmidgall. – 1. Aufl.. – Wiesbaden: Vieweg, 2006, ISBN 3-8348-0166-6” auf Seite 20 [0002]
- „Controller area network: CAN; Grundlagen und Praxis/Wolfhard Lawrenz (Hrsg.). – 4., überarb. Aufl.. – Heidelberg: Hüthig, 2000, ISBN 3-7785-2780-0” auf Seite 362f und dem Punkt 7.2.3.2. [0004]
