DE102011086908A1 - Method for transferring data over data communication interface of motor vehicle, involves carrying out data conversion from primary data transfer protocol of bus system to secondary data transfer protocol of data transfer channel - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Daten über eine Datenkommunikationsschnittstelle. Die Datenkommunikationsschnittstelle ist ausgestaltet für die Datenkommunikation zwischen einem Bussystem, das eine erste Anzahl an Buskanälen aufweist, und einem Mikrocontroller, wobei die Anzahl an Buskanälen im Betrieb mit einer Transceiver-Einheit verbunden ist, welche über einen Datenübertragungskanal mit einem Mikrocontroller verbunden ist. Die Transceiver-Einheit ist ein im Zeit-Multiplex-Verfahren betreibbarer Mehrkanal-Transceiver, der einen ersten asynchronen Transceiverbaustein umfasst, welcher über den Datenübertragungskanal mit einem zweiten, asynchronen Transceiverbaustein des Mikrocontrollers im Vollduplexverfahren Daten austauschen kann. The invention relates to a method for transmitting data via a data communication interface. The data communication interface is configured for data communication between a bus system having a first number of bus channels and a microcontroller, wherein the number of bus channels in operation is connected to a transceiver unit which is connected to a microcontroller via a data transmission channel. The transceiver unit is a multi-channel transceiver which can be operated in the time-multiplex method and comprises a first asynchronous transceiver module which can exchange data over the data transmission channel with a second asynchronous transceiver module of the microcontroller in the full duplex method.
Eine Datenkommunikationsschnittstelle der oben bezeichneten Art wird in Kraftfahrzeugen verwendet. An eine jeweilige Datenkommunikationsschnittstelle sind beispielsweise Steuergeräte von Personenrückhaltemitteln (wie z.B. Airbags), Steuergeräte des Antriebsstrangs, Sensoren usw., angeschlossen. Mit der Anzahl der erforderlichen Kommunikationskanäle, d.h. der Anzahl von an die Transceiver-Einheit angeschlossenen Buskanälen, werden die Schnittstellen zwischen der Transceiver-Einheit und dem Mikrocontroller typischerweise dupliziert. Eine derartige Vorgehensweise ist hinsichtlich Skalierbarkeit, Flexibilität und Ressourcenverbrauch der Datenkommunikationsschnittstelle nicht optimal.A data communication interface of the type referred to above is used in motor vehicles. To a respective data communication interface, for example, control devices of passenger restraints (such as airbags), powertrain controllers, sensors, etc. are connected. With the number of required communication channels, i. the number of bus channels connected to the transceiver unit, the interfaces between the transceiver unit and the microcontroller are typically duplicated. Such an approach is not optimal in terms of scalability, flexibility and resource consumption of the data communication interface.
Die
Eine solche Datenkommunikationsschnittstelle wird insbesondere in einem Kraftfahrzeug verwendet. Beispielsweise wird die Datenkommunikationsschnittstelle in Steuergeräten von Personenrückhaltemitteln oder einem Steuergerät für den Antriebsstrang oder sonstigen Steuergeräten in einem Kraftfahrzeug verwendet. Such a data communication interface is used in particular in a motor vehicle. For example, the data communication interface is used in control devices of personal restraint or a control unit for the drive train or other control devices in a motor vehicle.
Die Aufgabe der in der bekannten Datenkommunikationsschnittstelle eingesetzten Transceiver-Einheit besteht darin, eine Datenwandlung von einem ersten Datenübertragungsprotokoll des Bussystems in ein zweites Datenübertragungsprotokoll des Datenübertragungskanals durchzuführen. The object of the transceiver unit used in the known data communication interface is to perform a data conversion from a first data transmission protocol of the bus system to a second data transmission protocol of the data transmission channel.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Datenwandlung mit einem möglichst geringen Verbrauch an Bandbreite zu bewerkstelligen ist. It is an object of the present invention to provide a method with which the data conversion is to be accomplished with the lowest possible consumption of bandwidth.
Diese Aufgabe wird gelöst durch mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen. This object is achieved by having the features of
Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Übertragung von Daten über eine Datenkommunikationsschnittstelle der oben beschriebenen Art. Die Datenkommunikationsschnittstelle soll dabei insbesondere wie in der 10 2010 061 734.2 der Anmelderin ausgebildet sein. Der Inhalt dieser Anmeldung wird deshalb durch Bezugnahme in die Offenbarung vorliegender Anmeldung aufgenommen. The invention provides a method for the transmission of data via a data communication interface of the type described above. The data communication interface should in particular be designed as in the applicant's 10 2010 061 734.2. The content of this application is therefore incorporated by reference into the disclosure of this application.
Bei dieser Datenkommunikationsschnittstelle sind der Transceiver-Baustein und die Kommunikationsschnittstelle des Mikrocontrollers als UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter)-Baustein ausgebildet und durch den Datenübertragungskanal miteinander verbunden. Ein UART-Baustein ist ein elektronisches Bauelement, das zur Realisierung von digitalen seriellen Schnittstellen dient. Die Daten werden bei UART als serieller digitaler Datenstrom mit einem fixen Rahmen übertragen, der aus einem Start-Bit, einer Anzahl an Datenbits, einem optionalen Parity-Bit zur Erkennung von Übertragungsfehlern und einem Stop-Bit besteht. Bei der asynchronen Betriebsweise wird kein eigenes Taktsignal auf einer Übertragungsleitung verwendet. Stattdessen synchronisiert sich der Empfänger über die Länge des Rahmens, vermittelt durch eine Schaltflanke von Start- und Stop-Bit, sowie eine eingestellte Bitrate. Um eine Synchronisation gewährleisten zu können, ist die Anzahl der übertragbaren Bits eingeschränkt. Bei einem längeren Datenstrom könnte die Synchronisation verloren gehen. Die als Mehrkanal-Transceiver ausgebildete Transceiver-Einheit übernimmt dann die Datenwandlung vom Busprotokoll in das UART-Protokoll. In this data communication interface, the transceiver module and the communication interface of the microcontroller are designed as UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) module and connected to one another via the data transmission channel. A UART device is an electronic device used to implement digital serial interfaces. The data is transferred at UART as a serial digital data stream with a fixed frame consisting of a start bit, a number of data bits, an optional parity bit for detecting transmission errors and a stop bit. In the asynchronous mode of operation, no separate clock signal is used on a transmission line. Instead, the receiver synchronizes over the length of the frame, mediated by a start and stop bit strobe, and a set bit rate. To ensure synchronization, the number of transferable bits is limited. With a longer data stream the synchronization could be lost. The designed as a multi-channel transceiver transceiver unit then takes over the data conversion from the bus protocol in the UART protocol.
Der Datenübertragungskanal umfasst eine Downstream-Leitung, über die Daten von dem asynchronen Transceiver-Baustein an die Datenkommunikationsschnittstelle des µControllers übertragen werden können, sowie eine Upstream-Leitung, über die Daten von dem µController an den ersten asynchronen Transceiver-Baustein übertragen werden können. Weitere Leitungen zwischen dem Mikrocontroller und der Transceiver-Einheit sind bei der Datenkommunikationsschnittstelle, unabhängig von der Anzahl der an die Transceiver-Einheit angeschlossenen Buskanäle nicht erforderlich. The data transmission channel comprises a downstream line, via which data from the asynchronous transceiver module can be transmitted to the data communication interface of the μcontroller, as well as an upstream line, via which data can be transmitted from the μcontroller to the first asynchronous transceiver module. Other lines between the microcontroller and the transceiver unit are not required in the data communications interface, regardless of the number of bus channels connected to the transceiver unit.
Zur Datenwandlung von einem ersten Datenübertragungsprotokoll des Bussystems in ein zweites Datenübertragungsprotokoll des Datenübertragungskanals werden erfindungsgemäß aus einem, von der Transceiver-Einheit über das Bussystem empfangenen, Datenrahmen im ersten Datenübertragungsprotokoll zumindest Nutzdaten variabler Länge extrahiert. Anschließend werden die Nutzdaten in eine variable Anzahl an Datenpaketen des zweiten Datenübertragungsprotokolls überführt, wobei die Anzahl an Datenpaketen abhängig von der Länge der Nutzdaten des Datenrahmens in dem ersten Datenübertragungsprotokoll ist. For data conversion from a first data transmission protocol of the bus system into a second data transmission protocol of the data transmission channel, at least user data of variable length are extracted from a data frame received from the transceiver unit via the bus system in the first data transmission protocol. Subsequently, the user data is converted into a variable number of data packets of the second data transmission protocol, wherein the number of data packets is dependent on the length of the user data of the data frame in the first data transmission protocol.
Durch die erfindungsgemäße Datenwandlung erfolgt eine optimale Nutzung der Bandbreite. Obwohl für die Datenübertragung über den Datenübertragungskanal die Daten in einem fixen Rahmen übertragen werden, werden die von der Transceiver-Einheit empfangenen Datenrahmen derart aufbereitet, dass die darin enthaltenen Nutzdaten mit einer minimalen Anzahl an Datenpaketen an den Mikrocontroller übertragen werden können. The data conversion according to the invention makes optimum use of the bandwidth. Although the data is transmitted in a fixed frame for data transmission via the data transmission channel, the data frames received by the transceiver unit are processed in such a way that the user data contained therein can be transmitted to the microcontroller with a minimum number of data packets.
Ein weiterer, sich aus der Topologie der Datenkommunikationsschnittstelle ergebender Vorteil besteht in der Minimierung des Ressourcenbedarfs. Insbesondere wird der Ressourcenbedarf einer solchen Datenkommunikationsschnittstelle gegenüber herkömmlichen Lösungen dadurch minimiert, dass lediglich zwei elektrische Verbindungen (sog. Pins) zwischen dem Mikrocontroller und der Transceiver-Einheit erforderlich sind. Hierdurch ist eine Optimierung von Leiterplattenfläche und Pin-Anzahl sowohl am Mikrocontroller als auch an der Transceiver-Einheit möglich. Durch die mögliche Reduzierung von Leiterplattenflächen und Kosten durch gegebenenfalls kleinere Bauteilgehäuse lässt sich eine Kostenreduktion erzielen. Another advantage resulting from the topology of the data communication interface is the minimization of resource requirements. In particular, the resource requirement of such a data communication interface is minimized compared to conventional solutions in that only two electrical connections (so-called pins) between the microcontroller and the transceiver unit are required. This makes it possible to optimize both the PCB area and the number of pins both on the microcontroller and on the transceiver unit. Due to the possible reduction of printed circuit board surfaces and costs due to possibly smaller component housings, a cost reduction can be achieved.
Insbesondere können die Datenübertragungen auf der Downstream-Leitung und der Upstream-Leitung asynchron und parallel zueinander erfolgen. Ein Vorteil dieses Vorgehens besteht darin, dass die gegenüber herkömmlichen Datenkommunikationsschnittstellen benötigte Anforderung an die Bandbreite reduziert ist. Wenn bei herkömmlichen Datenkommunikationsschnittstellen, wie z.B. einer SPI (Serial Peripheral Interface), sich die Bandbreite aus der Summe der Bandbreite für jeden Buskanal, der Bandbreite für einen Upstream-Datenkanal und einer Sicherheitsreserve ergibt, setzt sich die gesamte Bandbreite bei der Datenkommunikationsschnittstelle aus der Summe der Bandbreiten der Buskanäle und einer Sicherheitsreserve zusammen.In particular, the data transfers on the downstream line and the upstream line may be asynchronous and parallel to one another. An advantage of this approach is that the bandwidth requirement required over traditional data communication interfaces is reduced. When used in conventional data communication interfaces, e.g. For example, in a Serial Peripheral Interface (SPI), where bandwidth is the sum of bandwidth for each bus channel, bandwidth for an upstream data channel, and a safety margin, the total bandwidth in the data communications interface is the sum of the bandwidths of the bus channels and a safety margin together.
Zweckmäßigerweise werden die Datenrahmen in dem ersten Datenübertragungsprotokoll gemäß dem Standard PSI5 übertragen. Durch die Transceiver-Einheit wird somit ein im PSI5-Standard spezifiziertes Datenbusprotokoll mit konfigurierbarer Länge der Nutzdaten in ein Datenübertragungsprotokoll mit Datenpaketen fester Datenlänge übersetzt. The data frames in the first data transmission protocol are expediently transmitted in accordance with the standard PSI5. The transceiver unit thus translates a data bus protocol specified in the PSI5 standard with a configurable length of the user data into a data transmission protocol with data packets of fixed data length.
Zweckmäßigerweise werden die Datenpakete in dem zweiten Datenübertragungsprotokoll als serieller Datenstrom mit einem fixen Rahmen übertragen, wobei der Rahmen aus einem Start-Bit, einer vorgegebenen Anzahl an Datenbits, insbesondere acht Datenbits, und einem Stop-Bit besteht. Optional kann zwischen den Datenbits und dem Stop-Bit ein Parity-Bit vorgesehen sein, um Übertragungsfehler zu erkennen. Expediently, the data packets in the second data transmission protocol are transmitted as a serial data stream with a fixed frame, wherein the frame consists of a start bit, a predetermined number of data bits, in particular eight data bits, and a stop bit. Optionally, a parity bit may be provided between the data bits and the stop bit to detect transmission errors.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Nutzdaten transparent auf jeweilige Nutzdatenfelder der Anzahl an Datenpaketen des zweiten Datenübertragungsprotokolls eingefügt. Dies hat zur Folge, dass für den Mikrocontroller der von der Transceiver-Einheit empfangene Datenrahmen transparent, d.h. ohne Veränderung, empfangen und verarbeitet werden kann. In a further embodiment of the method according to the invention, the payload data is transparently added to respective payload data fields of the number of data packets of the second data transmission protocol. As a result, for the microcontroller, the data frame received by the transceiver unit becomes transparent, i. without change, can be received and processed.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung wird aus dem Datenrahmen des ersten Datenübertragungsprotokolls durch die Transceiver-Einheit ein interner Datenrahmen erzeugt, aus dem anschließend die Anzahl an Datenpaketen gemäß dem zweiten Datenübertragungsprotokoll erzeugt wird, welche dann an den Mikrocontroller übertragen werden. Durch diesen „Zwischenschritt“ der Erzeugung des internen Datenrahmens wird es der Transceiver-Einheit ermöglicht, die Nutzdaten des Datenrahmens in eine minimale Anzahl an Datenpaketen zu wandeln, welche dann unter minimalen Bandbreitenanforderungen an den Mikrocontroller übertragen werden können. According to a further expedient embodiment, an internal data frame is generated from the data frame of the first data transmission protocol by the transceiver unit, from which subsequently the number of data packets according to the second data transmission protocol is generated, which are then transmitted to the microcontroller. This "intermediate step" of generating the internal data frame enables the transceiver unit to convert the payload of the data frame into a minimum number of data packets, which can then be transmitted to the microcontroller with minimal bandwidth requirements.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst der interne Datenrahmen folgende Felder:
einen Header vorgegebener erster Bitanzahl, insbesondere von acht Bits Länge, welcher nicht zu den Nutzdaten des Datenrahmens des ersten Datenübertragungsprotokolls gehörige Datenfelder, insbesondere eine Startbedingung, ersetzt. Der Header umfasst beispielsweise die Nummer des physikalischen Buskanals (sog. Interface), an dem der Datenrahmen gemäß dem ersten Datenübertragungsprotokoll empfangen wurde. Diese Information kann beispielsweise mittels einer sog. Channel-ID übertragen werden. Weiterhin umfasst der Header die Nummer des Datenrahmens, d.h. die von der Transceiver-Einheit gerade empfangene Nachricht. Schließlich kann der Header ein Fehlerfeld umfassen. Eine Startbedingung des gemäß dem Protokoll PSI5 ausgebildeten Datenrahmens umfasst die Felder S1, S2, wobei diese von den Nutzdaten abgeschnitten werden und durch den Header ersetzt werden. Zu den Nutzdaten wird in der vorliegenden Beschreibung auch eine CRC-Summe des Datenrahmens gezählt. According to a further expedient embodiment, the internal data frame comprises the following fields:
a header of predetermined first number of bits, in particular of eight bits length, which does not replace the payload data of the data frame of the first data transmission protocol associated data fields, in particular a start condition. The header includes, for example, the number of the physical Bus channel (so-called interface) at which the data frame was received according to the first data transmission protocol. This information can be transmitted, for example, by means of a so-called channel ID. Furthermore, the header comprises the number of the data frame, ie the message currently being received by the transceiver unit. Finally, the header may include an error field. A start condition of the data frame formed according to the protocol PSI5 comprises the fields S1, S2, these being cut off from the payload and being replaced by the header. For the payload data, a CRC sum of the data frame is also counted in the present description.
Weiter umfasst der interne Datenrahmen die Nutzdaten des Datenrahmens, dessen zweite Bitanzahl durch den Inhalt der Nutzdaten bestimmt ist. Im Rahmen der Erzeugung des internen Datenrahmens werden die Nutzdaten hierbei in keiner Weise verändert. Furthermore, the internal data frame comprises the payload data of the data frame whose second number of bits is determined by the content of the payload. As part of the generation of the internal data frame, the payload data are in no way changed.
Schließlich umfasst der interne Datenrahmen eine erweiterte Prüfsummeninformation vorgegebener dritter Bitanzahl, insbesondere von 6 Bit Länge. Zur Ermittlung der erweiterten Prüfsummeninformation kann beispielsweise das PSI5 V2.0 spezifizierte Polynom sechster Ordnung verwendet werden. Die Prüfsummeninformation berücksichtigt dabei nicht nur die Nutzdaten des internen Datenrahmens, sondern ebenso die in dem Header enthaltenen Informationen. Finally, the internal data frame comprises an extended checksum information of a predetermined third number of bits, in particular of 6 bits in length. To determine the extended checksum information, for example, the sixth-order PSI5 V2.0 specified polynomial can be used. The checksum information takes into account not only the payload of the internal data frame, but also the information contained in the header.
Optional kann der interne Datenrahmen weiterhin ein Fülldatum mit einer vierten Bitanzahl umfassen, wobei die vierte Bitanzahl von der Gesamtanzahl an Bits der ersten, zweiten und dritten Bitanzahl abhängt. Dabei muss die Summe aus der ersten, zweiten, dritten und vierten Bitanzahl durch die vorgegebene Anzahl an Datenbits der fixen Rahmen (ohne Rest) teilbar sein. Jedes Bit des optional vorhandenen Fülldatums wird dabei mit einer Dummy-Information belegt. Beispielsweise werden sämtliche Bits des Fülldatums mit logisch „0“ oder mit logisch „1“ belegt. Das Fülldatum dient somit dazu, die Unterteilung des internen Datenrahmens in Datenpakete mit fixem Rahmen zu ermöglichen. Lässt sich die Gesamtanzahl an Bits der ersten, zweiten und dritten Bitanzahl durch die vorgegebene Anzahl an Datenbits der fixen Rahmen ohne Rest teilen, so wird kein Fülldatum benötigt. Das Fülldatum weist somit eine variable vierte Bitanzahl auf. Optionally, the internal data frame may further include a padding data having a fourth bit number, the fourth bit number depending on the total number of bits of the first, second, and third bit numbers. In this case, the sum of the first, second, third and fourth number of bits must be divisible by the predetermined number of data bits of the fixed frames (without remainder). Each bit of the optional filling date is filled with dummy information. For example, all bits of the filling date are assigned logic "0" or logic "1". The fill date is thus used to allow the subdivision of the internal data frame into data packets with a fixed frame. If the total number of bits of the first, second, and third bit numbers can be divided by the predetermined number of data bits of the fixed frames with no remainder, no fill date is needed. The filling date thus has a variable fourth number of bits.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung wird eine Datenwandlung von dem zweiten Datenübertragungsprotokoll des Datenübertragungskanals in ein drittes Datenübertragungsprotokoll des Bussystems durchgeführt, wenn von dem Mikrocontroller einer der Buskanäle angesprochen werden soll. Während in den vorangegangenen Ausgestaltungen eine Datenübertragung von der Transceiver-Einheit in Richtung des Mikrocontrollers (also downstream) erfolgte, erfolgt eine Datenwandlung in umgekehrter Richtung (also upstream) unter Nutzung eines dritten Datenübertragungsprotokolls. According to a further expedient embodiment, a data conversion from the second data transmission protocol of the data transmission channel to a third data transmission protocol of the bus system is carried out if one of the bus channels is to be addressed by the microcontroller. While in the previous embodiments, a data transfer from the transceiver unit in the direction of the microcontroller (ie downstream) was carried out, a data conversion takes place in the reverse direction (ie upstream) using a third data transmission protocol.
Zweckmäßigerweise werden hierzu aus einem Datenpaket des zweiten Datenübertragungsprotokolls ein oder mehrere Datenrahmen gemäß einem UART-Format mit einer fixen Bitlänge erzeugt, wobei ein jeweiliger Datenrahmen ein Start-Bit, eine vorgegebene Anzahl an Nutzbits, ein Parity-Bit und ein Stop-Bit umfasst, wobei sich die vorgegebene Anzahl an Nutzbits von der der Anzahl an Nutzbits im zweiten Datenübertragungsprotokoll unterscheiden kann. For this purpose, one or more data frames are expediently generated from a data packet of the second data transmission protocol in accordance with a UART format having a fixed bit length, wherein a respective data frame comprises a start bit, a predefined number of useful bits, a parity bit and a stop bit. wherein the predetermined number of payload bits may differ from that of the number of payload bits in the second data transfer protocol.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist ein Datenrahmen ein Kommandorahmen, in welchem für die Transceiver-Einheit eine Anforderung zur Erzeugung eines vorgegebenen Pulsmusters (gemäß einer vorgegebenen Spezifikation, z.B. gemäß PSI5) zum Ansprechen einer mit dem betreffenden Buskanal verbundenen Einheit, codiert ist. Eine solche Einheit kann beispielsweise ein Sensor oder dergleichen sein. According to a further embodiment, a data frame is a command frame in which the transceiver unit is encoded with a request to generate a predetermined pulse pattern (according to a predetermined specification, for example according to PSI5) for addressing a unit connected to the relevant bus channel. Such a unit may for example be a sensor or the like.
Insbesondere werden die nicht für die Codierung der Mehrzahl an Pulsen benötigten Codiervarianten für die Codierung von Kommandos für die Transceiver-Einheit verwendet. Mit einem Kommandorahmen ist es somit nicht nur möglich, die Transceiver-Einheit zur Abgabe eines Pulses und zur Anforderung eines Datums einer bestimmten Einheit zu triggern, sondern Kommandos, beispielsweise zur Konfiguration der Transceiver-Einheit, zu übertragen. In particular, the coding variants not required for the coding of the plurality of pulses are used for the coding of commands for the transceiver unit. With a command frame, it is thus not only possible to trigger the transceiver unit to deliver a pulse and request a date of a particular unit, but to transmit commands, for example, to configure the transceiver unit.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Kommandorahmen einem oder mehreren Datenrahmen voraus über den in dem Kommandorahmen adressierten Buskanal übertragen wird. Beispielsweise können in den Datenrahmen für die Konfiguration notwendige Daten für die Transceiver-Einheit enthalten sein. Mittels des vorangehenden Kommandos wird die Transceiver-Einheit auf eine vorzunehmende Konfiguration hingewiesen, wobei die für die Konfiguration notwendigen Daten dann in dem Datenrahmen enthalten sind. It may further be provided that the command frame is transmitted ahead of one or more data frames via the bus channel addressed in the command frame. For example, data necessary for the transceiver unit may be included in the data frame for the configuration. By means of the preceding command, the transceiver unit is informed of a configuration to be made, with the data necessary for the configuration then being contained in the data frame.
Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment in the drawing. Show it:
Die Transceiver-Einheit
Der Mehrkanal-Transceiver
Die Aufgabe des Mehrkanal-Transceivers
Die Datenkommunikationsschnittstelle gemäß
Die in dem Transceiver und dem Mikrocontroller vorgesehenen asynchronen Transceiver-Bausteine werden im Voll-Duplex-Mode betrieben, wodurch Downstream-Pfad und Upstream-Pfad asynchron und parallel zueinander betrieben werden können. Ein Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass lediglich zwei Leitungen
Die benötigte Bandbreite des Datenübertragungskanals ist abhängig von der Anzahl der implementierten Buskanäle Ch 1, ..., Ch n. Die über den Downstream-Pfad (Leitung
Die von der Transceiver-Einheit
Zunächst wird das Vorgehen der Übersetzung bei der Übertragung von Daten über die Downstream-Leitung
Die Übersetzung und Übertragung des Datenrahmens PSI5 erfolgt durch die Transceiver-Einheit in mehreren Schritten:
- a1) Bei dem an der Transceiver-
Einheit 20 ankommenden Datenrahmen PSI5 wird die Startbedingung101 (die Bits S1, S2) durch einen Header ersetzt. Der Header ist dabei der Header eines internen Datenrahmens TDF, in welchen der Datenrahmen PSI5 zunächst durch die Transceiver-Einheit 20 gewandelt wird. Der Header des internen Datenrahmens TDF umfasst dieFelder 201 ,202 ,203 .Im Feld 201 ist die Nummer des physikalischen Interfaces, an dem der Datenrahmen PSI5 empfangen wurde, codiert. Diese Angabe ist als Channel-ID (ChId) bekannt und umfasst in der Regel 3 Bit.Im Feld 202 ist die Nummer des Datenrahmens PSI5 auf dem entsprechenden physikalischen Interface enthalten. Diese Nummer wird als Frame-ID (Fid) bezeichnet und ist 3 Bit lang. Schließlichumfasst das Feld 203 des Headers Fehlerflags (Err), wobei diese 2 Bit in Anspruch nehmen. Diese zeigen den aktuellen Status des Buskanals bzw. der empfangenen Nachricht an. - a2) An den Header schließt sich in unveränderter, d.h. transparenter, Form der Nutzdatenteil des Datenrahmens PSI5 an. Dieser stellt
ein Feld 204 des internen Datenrahmens TDF dar. Ebenfalls unverändert wird die CRC-Summe des Datenrahmens PSI5 ineinem Feld 205 nach den Nutzdaten angehängt. Dieser 19 bis 39 Bit lange interne Datenrahmen wird weiterhin durch einen 6 Bit langen Cyclic Redundancy Code (XCRC) ergänzt, welcherim Feld 207 enthalten ist. Zur Ermittlung von XCRC wird das im Standard PSI5 V2.0 spezifizierte Polynom sechster Ordnung vorzugsweise verwendet.Vor dem Feld 207 istein optionales Feld 206 gezeigt, in dem eine variable Anzahl an sog. „Stuffing Bits“ eingefügt wird. Stuffing Bits haben einen vorgegebenen Wert, beispielsweise jedes Bit weist den Wert logisch „0“ oder logisch „1“ auf. Die Anzahl derBits im Feld 206 wird derart gewählt, dass sich eine durch eine vorgegebene Anzahl an Bits teilbare Gesamtlänge des internen Datenrahmens ergibt. Die vorgegebene Anzahl an Datenbits hängt davon ab, mit welcher Bitanzahl die tatsächlich übertragenen Datenpakte PKi, i = 1...n überden Datenübertragungskanal 30 an den Mikrocontroller übertragen werden. Vorzugsweise wird die Anzahl an Bitsder Nutzdaten zu 8 gewählt, so dass die Anzahl an Stuffing Bits derart gewählt wird, dass sich eine durch acht teilbare Gesamtlänge des internen Datenrahmens ergibt. - a3) Der interne Datenrahmen TDF wird nun in einer Mehrzahl an Paketen PK1, ..., PKn zu je beispielhaft 8 Bit Nutzdaten von der Transceiver-
Einheit 20 zu dem Mikrocontroller 40 verschickt. Der Transfer jedes einzelnen Paktes PK1, ..., PKn wird durch ein Start-BitSrt im Datenfeld 301 eingeleitet und durch ein Stop-BitStp im Datenfeld 303 beendet. Das Start-Bit nimmt beispielsweise den Wert logisch „0“, das Stop-Bit den Wert logisch „1“ an, so dass sich für jedes der Pakete eine Paketlänge von insgesamt 10 Bit ergibt. Dieses Format entspricht dabei einem fixen Rahmen, der mit Standard UART-Transceivern oder entsprechenden, auf Mikrocontrollern implementierten Funktionsblöcken konfiguriert werden kann.
- a1) At the on the
transceiver unit 20 incoming data frame PSI5 becomes the start condition101 (the bits S1, S2) replaced by a header. The header is the header of an internal data frame TDF, in which the data frame PSI5 first by thetransceiver unit 20 is converted. The header of the internal data frame TDF comprises thefields 201 .202 .203 , in TheField 201 is the number of the physical interface on which the data frame PSI5 was received coded. This information is known as the Channel ID (ChId) and usually includes 3 bits. in TheField 202 the number of the data frame PSI5 is contained on the corresponding physical interface. This number is called Frame-ID (Fid) and is 3 bits long. Finally, the field includes203 of the header error flags (Err), which take 2 bits. These indicate the current status of the bus channel or the received message. - a2) The header is followed by the user data part of the data frame PSI5 in an unchanged, ie transparent, form. This represents a
field 204 of the internal data frame TDF. Also unchanged is the CRC sum of the data frame PSI5 in onefield 205 appended to the payload. This 19 to 39-bit internal data frame is further augmented by a 6-bit Cyclic Redundancy Code (XCRC), which works in thefield 207 is included. To determine XCRC, the sixth-order polynomial specified in the PSI5 V2.0 standard is preferably used. In front of thefield 207 is anoptional field 206 shown in which a variable number of so-called "stuffing bits" is inserted. Stuffing bits have a predetermined value, for example, each bit has the value logical "0" or logical "1". The number of bits in thefield 206 is chosen such that a total length of the internal data frame divisible by a predetermined number of bits is obtained. The predetermined number of data bits depends on the number of bits with which the actually transmitted data packets PKi, i = 1... N via thedata transmission channel 30 be transferred to the microcontroller. Preferably, the number of bits of the payload data is chosen to be 8, so that the number of stuffing bits is chosen such that there is a total divisible by eight total length of the internal data frame. - a3) The internal data frame TDF is now in a plurality of packets PK1, ..., PKn each exemplified 8 bit payload from the
transceiver unit 20 to themicrocontroller 40 sent. The transfer of each individual packet PK1,..., PKn is initiated by a start bit Srt in thedata field 301 initiated and by a stop bit Stp in thedata field 303 completed. For example, the start bit assumes the value logic "0", the stop bit the value logical "1", so that for each of the packets results in a total packet length of 10 bits. This format corresponds to a fixed frame that can be configured with standard UART transceivers or corresponding function blocks implemented on microcontrollers.
Im ersten Datenpaket PK1 ist im Nutzdatenfeld
Die zusätzliche Konfiguration eines Parity-Bits pro Paket ist nicht erforderlich, da durch die Verwendung des erweiterten CRC-Datums XCRC über die gesamte Nachricht des internen Datenrahmens eine wesentlich höhere Fehlererkennungsrate ergibt. The additional configuration of one parity bit per packet is not required because using the extended CRC date results in a much higher error detection rate over the entire message of the internal data frame, XCRC.
Die Anzahl n der entstehenden Datenpakete PK1, ..., PKn eines in der Gesamtheit als Downstream-Paketrahmen DPF bezeichneten Datenstroms zwischen der Transceiver-Einheit
- a4) Um einen größtmöglichen Datendurchsatz auf dem Downstream-
Pfad 31 zu erreichen, können die einzelnen Datenpakete PK1, ..., PKn lückenlos aufeinander folgen. In2 ist mit BSD die Bitshift-Richtung gekennzeichnet.
- a4) For the highest possible data throughput on the
downstream path 31 To achieve the individual data packets PK1, ..., PKn can follow each other seamlessly. In2 BSD indicates the bit shift direction.
Eine Synchronisation bzw. Re-Synchronisation aufeinander folgender Downstream-Datenrahmen DPF erfolgt durch das Einfügen einer geeigneten Mindestanzahl von sog. „Idle Bits“ zwischen den einzelnen Downstream-Datenrahmen DPF. Hierdurch wird eine Inaktivität auf der Kommunikationsleitung angezeigt. Es kann sichergestellt werden, dass das erste, nach dieser „Idle-Time“ empfangene Paket, immer das Header-Paket des folgenden Datenrahmens darstellt.A synchronization or re-synchronization of consecutive downstream data frames DPF is effected by the insertion of a suitable minimum number of so-called "idle bits" between the individual downstream data frames DPF. This indicates inactivity on the communication line. It can be ensured that the first packet received after this "idle time" always represents the header packet of the following data frame.
Im Weiteren wird unter Bezugnahme auf
Der Kommandorahmen UCF weist im Nutzdatenfeld
Der Datenrahmen UDF weist in dem Nutzdatenfeld
Mit der Erfindung erfolgt eine Protokolldefinition zur Verwendung einer asynchronen, UART-konformen Schnittstelle zwischen einer Transceiver-Einheit für die Anbindung von PSI5-Buskanälen und einem Mikrocontroller. Das Protokoll kann im Vollduplex-Betrieb verwendet werden zur Erhöhung der Bandbreite und somit Reduktion von Latenzzeiten. Weiterhin kann ein Auslösen von Synchronisationspulsen durch die Transceiver-Einheit mittels Kommando vom Mikrocontroller erfolgen, wodurch zusätzliche Trigger-Leitungen entbehrlich sind. Es besteht eine Definitionsmöglichkeit von Kommandos zur Konfiguration bzw. zum Test bzw. zur Diagnose der Transceiver-Einheit über den Upstream-Pfad. With the invention, a protocol definition for the use of an asynchronous, UART-compliant interface between a transceiver unit for the connection of PSI5 bus channels and a microcontroller. The protocol can be used in full-duplex mode to increase bandwidth and reduce latency. Furthermore, a triggering of synchronization pulses by the transceiver unit by means of a command from the microcontroller, whereby additional trigger lines are dispensable. There is a possibility of definition of commands for configuration or for testing or for diagnosis of the transceiver unit via the upstream path.
Es kann eine UART-konforme asynchrone Zwei-Draht-Schnittstelle zwischen der Transceiver-Einheit und dem Mikroprozessor verwendet werden. UART ist ein Defacto-Standard in der Datenkommunikation. Die Verbindungen zwischen Transceiver und Mikrocontroller reduzieren sich auf zwei Leitungen und somit nur auf zwei Pins. Hierdurch ergibt sich eine Kostenersparnis. Durch die Verwendung des asynchronen Vollduplex-Betriebs des UART basierten Konzepts in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Protokoll kann eine Bandbreitenanforderung an die Schnittstelle zwischen Transceiver-Einheit und Mikrocontroller erfüllt werden. Zusätzlich kann eine CPU-/Interrupt-Last am Mikrocontroller gegenüber dem bekannten SPI-Betrieb erheblich reduziert werden. A UART-compliant asynchronous two-wire interface can be used between the transceiver unit and the microprocessor. UART is a de facto standard in data communication. The connections between transceiver and microcontroller are reduced to two lines and thus only to two pins. This results in a cost savings. By using asynchronous full duplex operation of the UART based concept in conjunction with the proposed protocol, a bandwidth requirement can be met at the transceiver unit to microcontroller interface. In addition, a CPU / interrupt load on the microcontroller compared to the known SPI operation can be significantly reduced.
Ferner besteht die Möglichkeit, Datenströme im Zeitmultiplex auf der UART-basierten Schnittstelle zwischen Transceiver-Einheit und Mikrocontroller durch den Protokoll-Header zu ermöglichen. Die Channel-ID identifiziert dabei den zugehörigen Buskanal. Furthermore, it is possible to provide time-multiplexed data streams on the UART-based interface between the transceiver unit and the microcontroller through the protocol header. The channel ID identifies the associated bus channel.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- 2011-11-23 DE DE102011086908A patent/DE102011086908B4/en active Active
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Also Published As
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