DE102011086908B4

DE102011086908B4 - Method for transmitting data via a data communication interface

Info

Publication number: DE102011086908B4
Application number: DE102011086908A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Schneider
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2011-11-23
Filing date: 2011-11-23
Publication date: 2013-07-11
Anticipated expiration: 2031-11-24
Also published as: DE102011086908A1

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Übertragen von Daten über eine Datenkommunikationsschnittstelle. Die Datenkommunikationsschnittstelle ist ausgestaltet für die Datenkommunikation zwischen einem Bussystem (10), das eine erste Anzahl (n) an Buskanälen (Ch 1, ..., Ch n) aufweist, und einem Mikrocontroller (40). Die Anzahl an Buskanälen (Ch 1, ..., Ch n) ist mit einer Transceiver-Einheit (20) verbunden, welche über einen Datenübertragungskanal (30) mit dem Mikrocontroller (40) verbunden ist. Die Transceiver-Einheit (20) ist ein im Zeit-Multiplex-Verfahren betreibbarer Mehrkanal-Transceiver, der einen ersten asynchronen Transceiverbaustein (21) umfasst, welcher über den Datenübertragungskanal (30) mit einem zweiten, asynchronen Transceiverbaustein (41) des Mikrocontrollers (40) im Vollduplexverfahren Daten austauschen kann. Eine Datenwandlung wird von einem ersten Datenübertragungsprotokoll des Bussystems (10) in ein zweites Datenübertragungsprotokoll des Datenübertragungskanals (30) durchgeführt. Dabei werden aus einem, von der Transceiver-Einheit (20) über das Bussystem (10) empfangenen, Datenrahmen (PSI5) im ersten Datenübertragungsprotokoll zumindest Nutzdaten (D0, ..., Dn, CRC) variabler Länge extrahiert. Schließlich werden die Nutzdaten (D0, ..., Dn, CRC) in eine variable Anzahl an Datenpaketen (P1, ..., Pn) des zweiten Datenübertragungsprotokolls überführt, wobei die Anzahl an Datenpaketen abhängig von der Länge der Nutzdaten des Datenrahmens in dem ersten Datenübertragungsprotokoll ist.The invention describes a method for transmitting data via a data communication interface. The data communication interface is configured for data communication between a bus system (10) having a first number (n) of bus channels (Ch 1, ..., Ch n) and a microcontroller (40). The number of bus channels (Ch 1, ..., Ch n) is connected to a transceiver unit (20) which is connected to the microcontroller (40) via a data transmission channel (30). The transceiver unit (20) is a multi-channel transceiver which can be operated in the time-multiplex method and comprises a first asynchronous transceiver module (21) which is connected via the data transmission channel (30) to a second, asynchronous transceiver module (41) of the microcontroller ) can exchange data in full-duplex mode. A data conversion is carried out by a first data transmission protocol of the bus system (10) into a second data transmission protocol of the data transmission channel (30). In this case, at least useful data (D0, ..., Dn, CRC) of variable length are extracted from a data frame (PSI5) received by the transceiver unit (20) via the bus system (10) in the first data transmission protocol. Finally, the payload data (D0, ..., Dn, CRC) are converted into a variable number of data packets (P1, ..., Pn) of the second data transmission protocol, the number of data packets depending on the length of the payload of the data frame in the first data transmission protocol is.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Daten über eine Datenkommunikationsschnittstelle, wobei die Datenkommunikationsschnittstelle ausgestaltet ist für die Datenkommunikation zwischen einem Bussystem, das eine erste Anzahl an Buskanälen aufweist, und einem Mikrocontroller, wobei die Anzahl an Buskanälen mit einer Transceiver-Einheit verbunden ist, welche über einen Datenübertragungskanal mit dem Mikrocontroller verbunden ist, wobei die Transceiver-Einheit ein im Zeit-Multiplex-Verfahren betreibbarer Mehrkanal-Transceiver ist, der einen ersten asynchronen Transceiverbaustein umfasst, welcher über den Datenübertragungskanal mit einem zweiten, asynchronen Transceiverbaustein des Mikrocontrollers im Vollduplexverfahren Daten austauschen kann, bei dem eine Datenwandlung von einem ersten Datenübertragungsprotokoll des Bussystems in ein zweites Datenübertragungsprotokoll des Datenübertragungskanals durchgeführt wird, wobei aus einem, von der Transceiver-Einheit über das Bussystem empfangenen Datenrahmen im ersten Datenübertragungsprotokoll zumindest Nutzdaten variabler Länge extrahiert werden; die Nutzdaten in eine variable Anzahl an Datenpaketen des zweiten Datenübertragungsprotokolls überführt werden, wobei die Anzahl an Datenpaketen abhängig von der Länge der Nutzdaten des Datenrahmens in dem ersten Datenübertragungsprotokoll ist. Ein solches Verfahren ist aus der DE 2005 048 595 A1 bekannt.The invention relates to a method for transmitting data via a data communication interface, wherein the data communication interface is designed for data communication between a bus system having a first number of bus channels and a microcontroller, wherein the number of bus channels is connected to a transceiver unit, which is connected to the microcontroller via a data transmission channel, the transceiver unit being a time-multiplexed multichannel transceiver comprising a first asynchronous transceiver module which data over the data transmission channel with a second, asynchronous transceiver module of the microcontroller in the full duplex method in which a data conversion is performed from a first data transmission protocol of the bus system to a second data transmission protocol of the data transmission channel, wherein one, from the transceiver unit data frames received via the bus system are extracted in the first data transmission protocol at least user data of variable length; the payload 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 payload of the data frame in the first data transmission protocol. Such a method is from the DE 2005 048 595 A1 known.

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 personal restraint means (such as airbags), control units of the powertrain, sensors, etc., are connected. With the number of required communication channels, i. H. 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 deutsche Anmeldung 10 2010 061 734.2 der Anmelderin schlägt zur Lösung dieser Problematik eine Datenkommunikationsschnittstelle für die Datenkommunikation zwischen einem Bussystem und einem Mikrocontroller vor, welche skalierbar, flexibel, minimale Anforderungen an den Ressourcenbedarf und das Implementierungs-Risiko stellt und eine Optimierung der Bandbreiten-Anforderung erlaubt. Die Datenkommunikationsschnittstelle umfasst hierzu einen im Zeit-Multiplex-Verfahren betreibbaren Mehrkanal-Transceiver, der einen ersten asynchronen Transceiver-Baustein umfasst, welcher über den Datenübertragungskanal mit einem zweiten, asynchronen Transceiver-Baustein des Mikrocontrollers im Vollduplex-Verfahren Daten austauschen kann. Durch die Verwendung des Mehrkanal-Transceivers, der im Zeit-Multiplex-Verfahren betrieben werden kann, kann die Datenkommunikationsschnittstelle einfach skaliert werden. Eine Erweiterung der Anzahl an Buskanälen kann beispielsweise durch den Austausch des Mehrkanal-Transceivers mit entsprechenden Eigenschaften, d. h. einer größeren Anzahl an Kommunikationskanälen, erzielt werden. Die eigentliche Datenkommunikationsschnittstelle zwischen dem Transceiver und dem Mikrocontroller bleibt hiervon jedoch unberührt.The German application 10 2010 061 734.2 In order to solve this problem, the Applicant proposes a data communication interface for data communication between a bus system and a microcontroller which makes scalable, flexible, minimal demands on resource requirements and the implementation risk and allows optimization of the bandwidth request. For this purpose, the data communication interface comprises a multichannel transceiver which can be operated in the time-multiplex method and which comprises a first asynchronous transceiver module which can exchange data via the data transmission channel with a second, asynchronous transceiver component of the microcontroller in the full-duplex method. By using the multi-channel transceiver, which can be time-multiplexed, the data communication interface can easily be scaled. An extension of the number of bus channels can be achieved, for example, by exchanging the multichannel transceiver with corresponding properties, ie a larger number of communication channels. However, the actual data communication interface between the transceiver and the microcontroller remains unaffected.

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 mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.This object is achieved with the features of claim 1. Advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.

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 is intended here in particular as described in US Pat 10 2010 061 734.2 the applicant be trained. 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 transmitted at UART as a serial digital data stream with a fixed frame, which consists of a start bit, a number of data bits, an optional data stream Parity bit for detection of 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 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 in conventional data communication interfaces, such. As a SPI (Serial Peripheral Interface), the bandwidth of the sum of the bandwidth for each bus channel, the bandwidth for an upstream data channel and a safety margin results, the entire bandwidth in the data communication interface is made up of the sum of the bandwidths of the bus channels and a security reserve together.

In erfindungsgemäßer Weise 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.In accordance with the invention, 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.

Der interne Datenrahmen umfasst gemäß der Erfindung 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.The internal data frame according to the invention 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 comprises, for example, the number of the physical bus channel (so-called interface) at which the data frame was received in accordance with 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.

Zweckmäßigerweise werden die Datenrahmen in dem ersten Datenübertragungsprotokoll gemäß dem Standard PSI5 übertragen, wie er in PSI5 Peripheral Sensor Interface for Automotive Applications, Technical Specification, V2.0, 01.06.2011 beschrieben ist. 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 PSI5 standard, as described in PSI5 Peripheral Sensor Interface for Automotive Applications, Technical Specification, V2.0, 01.06.2011. 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, the data frame received from the transceiver unit is transparent to the microcontroller, i. H. without change, can be received and processed.

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. Dies ist aus der US 2006/0004545 A1 entnehmbar.For this purpose, one or more data frames are expediently generated for this purpose 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. This is from the US 2006/0004545 A1 removable.

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 for generating a predetermined pulse pattern (according to a predetermined specification, eg 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:

1 eine Datenkommunikationsschnittstelle, die auf einem im Zeit-Multiplex-Verfahren betriebenen Mehrkanal-Transceiver basiert, 1 a data communication interface based on a time-multiplexed multichannel transceiver,

2 eine schematische Darstellung der Übersetzung eines im ersten Datenübertragungsprotokoll ausgebildeten Datenrahmens in eine Anzahl an Datenpaketen gemäß einem zweiten Datenübertragungsprotokoll für den Fall der Übertragung von einer Transceiver-Einheit zu einem Mikrocontroller, und 2 a schematic representation of the translation of a data frame formed in the first data transmission protocol into a number of data packets according to a second data transmission protocol in the case of transmission from a transceiver unit to a microcontroller, and

3 eine schematische Darstellung der von dem Mikrocontroller zu der Transceiver-Einheit der Datenkommunikationsschnittstelle übertragenen Datenrahmen gemäß einem dritten Datenübertragungsprotokoll. 3 a schematic representation of the transmitted from the microcontroller to the transceiver unit of the data communication interface data frame according to a third data transmission protocol.

1 zeigt eine Datenkommunikationsschnittstelle für die Datenkommunikation zwischen einem Bussystem 10 und einem Mikrocontroller 40, beispielsweise eines Steuergeräts eines Kraftfahrzeugs. Das Steuergerät umfasst neben dem Mikrocontroller 40 eine Transceiver-Einheit 20 und einen die Transceiver-Einheit 20 mit dem Mikrocontroller 40 verbindenden Datenübertragungskanal 30. 1 shows a data communication interface for data communication between a bus system 10 and a microcontroller 40 , For example, a control device of a motor vehicle. The controller includes besides the microcontroller 40 a transceiver unit 20 and one the transceiver unit 20 with the microcontroller 40 connecting data transmission channel 30 ,

Die Transceiver-Einheit 20 ist als im Zeit-Multiplex-Verfahren betreibbarer Mehrkanal-Transceiver ausgebildet. Dieser umfasst in bekannter Weise einen asynchronen Transceiverbaustein, welcher über den lediglich zwei Datenleitungen 31, 32 aufweisenden Datenübertragungskanal 30 mit einem zweiten Transceiverbaustein des Mikrocontrollers 40 gebildet ist und im Vollduplex-Verfahren Daten austauschen kann.The transceiver unit 20 is designed as a multi-channel transceiver operable in the time-division multiplex method. This includes in a known manner an asynchronous transceiver module, which over the only two data lines 31 . 32 comprising data transmission channel 30 with a second transceiver module of the microcontroller 40 is formed and can exchange data in the full-duplex method.

Der Mehrkanal-Transceiver 20 umfasst weiterhin Schnittstellen (Interfaces), welche mit einem jeweiligen Buskanal Ch 1, ..., Ch n des Bussystems 10 gekoppelt sind. Die Schnittstellen sind ausgangsseitig mit dem Transceiverbaustein der Transceiver-Einheit gekoppelt, wobei Letzterer einen Anschluss Tx für ausgehende Daten und einen Anschluss Rx für eingehende Daten umfasst. Der in dem Mikrocontroller 40 enthaltene zweite Transceiverbaustein ist vorzugsweise als UART-Schnittstelle ausgebildet und umfasst einen Anschluss für eingehende Daten Rx, welcher mit der als Downstream-Leitung bezeichneten Signalleitung 31 gekoppelt ist. Ferner umfasst der zweite Transceiver-Baustein einen Anschluss Tx für ausgehende Daten, welcher mit der als Upstream-Leitung gekennzeichneten Signalleitung 32 des Datenübertragungskanals 30 gekoppelt ist.The multichannel transceiver 20 further comprises interfaces which are connected to a respective bus channel Ch 1,..., Ch n of the bus system 10 are coupled. The interfaces are coupled on the output side to the transceiver module of the transceiver unit, the latter comprising a terminal Tx for outgoing data and a connector Rx for incoming data. The one in the microcontroller 40 contained second transceiver module is preferably designed as a UART interface and includes a connection for incoming data Rx, which with the signal line referred to as the downstream line 31 is coupled. Furthermore, the second transceiver module comprises an outgoing data terminal Tx connected to the signal line designated as an upstream line 32 of the data transmission channel 30 is coupled.

Die Aufgabe des Mehrkanal-Transceivers 20 besteht darin, eine Datenwandlung der gemäß einem Busprotokoll durch die Schnittstellen der Transceiver-Einheit empfangenen Datenpakete in ein gemäß UART verwendetes Protokoll vorzunehmen. Die Protokollübersetzung wird nachfolgend näher in Verbindung mit den 2 und 3 beschrieben.The task of the multichannel transceiver 20 is to perform a data conversion of the data packets received according to a bus protocol through the interfaces of the transceiver unit into a protocol used according to UART. The protocol translation will be described in more detail below in connection with the 2 and 3 described.

Die Datenkommunikationsschnittstelle gemäß 1 basiert darauf, sowohl in der Transceiver-Einheit 20 als auch im Mikrocontroller 40 jeweils einen asynchronen Receiver/Transmitter (d. h. den Transceiverbaustein) vorzusehen. Ein Vorteil einer solchen Datenkommunikationsschnittstelle besteht darin, dass eine Skalierung, d. h. eine Erweiterung der Anzahl an Buskanälen, in dem Transceiver vorgenommen werden kann, währen der Datenübertragungskanal zwischen Transceiver und Mikrocontroller davon unberührt bleibt. Bei einer Änderung auf andere Busprotokolle oder Bustopologien braucht lediglich der Mehrkanal-Transceiver ausgetauscht werden, während der Datenübertragungskanal 30 hiervon unberührt bleibt.The data communication interface according to 1 based on it, both in the transceiver unit 20 as well as in the microcontroller 40 each provide an asynchronous receiver / transmitter (ie the transceiver module). An advantage of such a data communication interface is that a scaling, ie an extension of the number of bus channels, can be made in the transceiver, while the data transmission channel between the transceiver and the microcontroller remains unaffected. When changing to other bus protocols or bus topologies, only the multichannel transceiver needs to be replaced while the data transmission channel 30 remains unaffected.

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 31, 32 zwischen dem Transceiver und dem Mikrocontroller benötigt werden, wobei eine für den Empfang von Daten und eine für das Senden von Daten benötigt wird. Die vom Mikrocontroller 40 zu sendenden Daten werden über den Upstream-Pfad 32 übertragen. Die Übertragung der von der Transceiver-Einheit 20 an den Buskanälen Ch 1, ..., Ch n empfangenen Daten bzw. Antworten auf entsprechende Steuer-/Diagnosekommandos erfolgt auf dem Downstream-Pfad 31 von der Transceiver-Einheit 20 zum Mikrocontroller 40.The asynchronous transceiver modules provided in the transceiver and the microcontroller are operated in full-duplex mode, whereby the downstream path and the upstream path can be operated asynchronously and in parallel with each other. An advantage of this approach is that only two lines 31 . 32 between the transceiver and the microcontroller, one being needed to receive data and one to send data. The from the microcontroller 40 data to be sent is via the upstream path 32 transfer. The transmission of the transceiver unit 20 Data received at the bus channels Ch 1,..., Ch n or responses to corresponding control / diagnostic commands takes place on the downstream path 31 from the transceiver unit 20 to the microcontroller 40 ,

Die benötigte Bandbreite des Datenübertragungskanals ist abhängig von der Anzahl der implementierten Buskanäle Ch 1, ..., Ch n. Die über den Downstream-Pfad (Leitung 31) übertragenen Daten entsprechen den Daten auf den jeweiligen Buskanälen. Zur Unterscheidung der über den Downstream-Pfad 31 übertragenen Datenpakete muss daher mit einem Kanalkennzeichner (sog. Channel ID) versehen werden. Die über den Upstream-Pfad (Leitung 32) übertragenen Daten bzw. Kommandos werden von dem Mikrocontroller 40 zur Unterscheidung durch die Transceiver-Einheit 20 ebenfalls um einen Kanalkennzeichner sowie optional um weiter unten beschriebene Daten erweitert.The required bandwidth of the data transmission channel is dependent on the number of implemented bus channels Ch 1, ..., Ch n. The via the downstream path (line 31 ) transmitted data correspond to the data on the respective bus channels. To distinguish the via the downstream path 31 transmitted data packets must therefore be provided with a channel identifier (so-called Channel ID). The via the upstream path (line 32 ) transmitted data or commands are from the microcontroller 40 for differentiation by the transceiver unit 20 also extended by a channel identifier and optional data described below.

Die von der Transceiver-Einheit 20 über die Buskanäle Ch 1, ..., Ch n empfangenen Datenrahmen liegen gemäß dem Standard PSI5 (Peripheral Sensor Interface 5) vor. PSI5 ist eine digitale Schnittstelle für Sensoren, die auf einer Zweidrahtleitung basiert und insbesondere in der Automobilelektronik zum Anschluss ausgelagerter Sensoren an elektronische Steuergeräte eingesetzt wird. Dabei kann ein im PSI5-Standard spezifiziertes Datenprotokoll mit konfigurierbarer Datenlänge zum Einsatz kommen. Ein solcher über einen der Buskanäle übertragener Datenrahmen PSI5, der von der Transceiver-Einheit 20 empfangen wird, wird in ein Datenübertragungsprotokoll des Datenübertragungskanals 30 übersetzt, wobei hier Datenpakete fester Datenlänge verwendet werden. The from the transceiver unit 20 data frames received via the bus channels Ch 1,..., Ch n are in accordance with the PSI5 standard (Peripheral Sensor Interface 5 ) in front. PSI5 is a digital interface for sensors that is based on a two-wire line and is used in particular in automotive electronics for connecting outsourced sensors to electronic control units. In this case, a data protocol specified in the PSI5 standard with configurable data length can be used. Such a transmitted over one of the bus channels data frame PSI5, that of the transceiver unit 20 is received, in a data transmission protocol of the data transmission channel 30 translated, in which case data packets of fixed data length are used.

Zunächst wird das Vorgehen der Übersetzung bei der Übertragung von Daten über die Downstream-Leitung 31 beschrieben. Die dabei vorgenommenen Übersetzungsschritte sind in 2 schematisch dargestellt. Mit PSI5 ist ein von der Transceiver-Einheit 20 über einen der Buskanäle empfangener Datenrahmen dargestellt. Der Datenrahmen setzt sich zusammen aus einer 2 Bit umfassenden Startbedingung 101 (die Startbedingung ist mit S1, S2 gekennzeichnet), einem Nutzdatenfeld 102 und einer CRC(Cyclic Redundancy Check)-Summe 103. Das Nutzdatenfeld kann 8 bis 28 Bit groß sein. Die entsprechenden Datenfelder sind mit D0, ..., Dn gekennzeichnet. Die CRC-Summe 103 kann 1 bis 3 Bit lang sein und sichert den Datenrahmen hinsichtlich möglicher Bitfehler ab. Die Bitanzahl des Nutzdatenfelds 102 ist abhängig von der von dem Sensor an die Transceiver-Einheit übertragenen Information. Insgesamt kann der Datenrahmen gemäß PSI5 v2.0 eine Länge zwischen 13 und 33 Bit aufweisen.First, the procedure of translation in the transmission of data via the downstream line 31 described. The translation steps are in 2 shown schematically. With PSI5 is one of the transceiver unit 20 represented via one of the bus channels received data frame. The data frame consists of a 2-bit start condition 101 (the start condition is marked S1, S2), a payload field 102 and a CRC (Cyclic Redundancy Check) total 103 , The user data field can be 8 to 28 bits in size. The corresponding data fields are marked D0, ..., Dn. The CRC sum 103 can be 1 to 3 bits long and secures the data frame for possible bit errors. The number of bits of the user data field 102 depends on the information transmitted by the sensor to the transceiver unit. Overall, the data frame according to PSI5 v2.0 may have a length between 13 and 33 bits.

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 Startbedingung 101 (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 die Felder 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. Schließlich umfasst 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 in einem 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, welcher im 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 ist ein 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 der Bits 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 über den Datenübertragungskanal 30 an den Mikrocontroller übertragen werden. Vorzugsweise wird die Anzahl an Bits der 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-Bit Srt im Datenfeld 301 eingeleitet und durch ein Stop-Bit Stp 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.

The translation and transmission of the data frame PSI5 is performed by the transceiver unit in several steps:

a1) At the on the transceiver unit 20 incoming data frame PSI5 becomes the start condition 101 (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 the transceiver unit 20 is converted. The header of the internal data frame TDF comprises the fields 201 . 202 . 203 , in The Field 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 The Field 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 includes 203 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 one field 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 the field 207 is included. To determine XCRC, the sixth-order polynomial specified in the PSI5 V2.0 standard is preferably used. In front of the field 207 is an optional 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 the field 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 the data 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 the microcontroller 40 sent. The transfer of each individual packet PK1,..., PKn is initiated by a start bit Srt in the data field 301 initiated and by a stop bit Stp in the data 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 302 der 8 Bit lange Header des internen Datenrahmens TDF enthalten. In den Datenpaketen PK2 bis PKn – 2 sind die Nutzdaten 204 des internen Datenpakets TDF zu jeweils 8 Bit enthalten. Dabei wird die ursprüngliche Reihenfolge der Nutzdaten beibehalten. In dem in 2 dargestellten vorletzten Datenpaket PKn – 1 sind die restlichen, hier 7 Nutzdatenbits, enthalten. Das achte Bit der Nutzdaten 302 wird durch ein Bit des CRC-Datums 205 aufgefüllt. Im letzten Datenpaket PKn sind die restlichen 2 Bits des CRC-Datums 205 enthalten. Die XCRC-Information des Datums 207 des internen Datenrahmens TDF füllt die restlichen 6 Bit des Nutzdatenfelds 302 des Datenpaktes PKn aus. In diesem Fall ist deshalb das Vorsehen von Stuffing Bits (Feld 206 des internen Datenpakets TDF) nicht erforderlich.In the first data packet PK1 is in the user data field 302 contain the 8-bit header of the internal data frame TDF. In the data packets PK2 to PKn - 2 are the user data 204 of the internal data packet TDF of 8 bits each. The original order of the user data is retained. In the in 2 shown penultimate data packet PKn - 1 are the remaining, here 7 Nutzdatenbits included. The eighth bit of user data 302 is by a bit of the CRC date 205 refilled. In the last data packet PKn are the remaining 2 bits of the CRC date 205 contain. The XCRC information of the date 207 of the internal data frame TDF fills the remaining 6 bits of the user data field 302 of the data packet PKn. In this case, therefore, the provision of stuffing bits (field 206 the internal data packet TDF) is not required.

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 20 und dem Mikrocontroller 40 ist abhängig von der Größe der Nutzdaten des ursprünglichen Datenrahmens PSI5. Die minimale Anzahl n an Paketen PK1, ..., PKn ergibt sich zu n = 4 bei minimaler Nutzdatenlänge des Datenrahmens PSI5 von 13 Bit, die maximale Anzahl n = 6 bei der größtmöglichen Nutzdatenlänge des Datenrahmens PSI5 von 33 Bit.

a4) Um einen größtmöglichen Datendurchsatz auf dem Downstream-Pfad 31 zu erreichen, können die einzelnen Datenpakete PK1, ..., PKn lückenlos aufeinander folgen. In 2 ist mit BSD die Bitshift-Richtung gekennzeichnet.

The number n of the resulting data packets PK1,..., PKn of a data stream, referred to collectively as a downstream packet frame DPF, between the transceiver unit 20 and the microcontroller 40 depends on the size of the payload of the original data frame PSI5. The minimum number n of packets PK1,..., PKn is n = 4 with a minimum useful data length of the data frame PSI5 of 13 bits, the maximum number n = 6 with the maximum usable data length of the data frame PSI5 of 33 bits.

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. In 2 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 3 die Datenkommunikation vom Mikrocontroller 40 zur Transceiver-Einheit 20 und gegebenenfalls den über die Buskanäle Ch 1, ..., Ch n angeschlossenen Sensoren über den Upstream-Pfad 32 beschrieben. Von dem Mikrocontroller werden Nachrichten fester Länge, z. B. 43 Bit, an die Transceiver-Einheit 20 übertragen, welche in das Format des ersten Datenübertragungsprotokolls der Buskanäle übersetzt werden soll. Hierbei ist jedes Bit der 43 Bits in einem jeweiligen Kommandorahmen kodiert, d. h. es werden 43 Kommandorahmen an die Transceiver-Einheit 20 übertragen. Die einzelnen Bits dieses Datenpakets werden auf den Buskanälen dargestellt gemäß der PSI Spezifikation V1.3 als Pulse 50 (vgl. 1) definierter Länge („1”) oder fehlende Pulse („0”) oder alternativ gemäß der PSI Spezifikation V2.0 als kurze Pulse definierter Länge („0”) oder lange Pulse definierter Länge („1”). Um die einzelnen Bits des Datenstroms durch die Transceiver-Einheit auf dem Datenbus 10 darzustellen, sind somit durch diesen grundsätzlich drei Pulstypen zu erzeugen: „kein Puls”, „kurzer Puls”, „langer Puls”. Die Anforderung zur Erzeugung dieser Pulse im Transceiver erfolgt durch den Mikrocontroller 40 in einem in 3 dargestellten Upstream-Datenrahmen UF. Der Aufbau der Upstream-Datenrahmen UF entspricht dabei ebenfalls einem Standard-UART-Format mit 11 Bit Datenrahmenlänge. In 3 sind zwei Datenrahmen dargestellt, wovon der obere ein Kommandorahmen UCF, der untere ein herkömmlicher Datenrahmen UDF ist. Jeder der Datenrahmen UCF, UDF weist im Feld 401 ein Start-Bit Srt, im Datenfeld 403 ein Parity-Bit P und im Datenfeld 404 ein Stop-Bit Stp auf. Mit 402 ist jeweils ein 8 Bit langes Nutzdatenfeld gezeigt. Insgesamt weisen der Kommandorahmen und der Datenrahmen jeweils 11 Bit auf. Mit BSD ist wiederum die Bitshift-Richtung dargestellt.In addition, with reference to 3 the data communication from the microcontroller 40 to the transceiver unit 20 and optionally the sensors connected via the bus channels Ch 1, ..., Ch n via the upstream path 32 described. From the microcontroller are messages of fixed length, z. B. 43 bits, to the transceiver unit 20 which is to be translated into the format of the first data transmission protocol of the bus channels. In this case, each bit of the 43 bits is coded in a respective command frame, ie there are 43 command frames to the transceiver unit 20 transfer. The individual bits of this data packet are displayed on the bus channels according to the PSI specification V1.3 as pulses 50 (see. 1 ) of defined length ("1") or missing pulses ("0") or alternatively according to the PSI specification V2.0 as short pulses of defined length ("0") or long pulses of defined length ("1"). To the individual bits of the data stream through the transceiver unit on the data bus 10 Thus, basically three types of pulses are to be generated by it: "no pulse", "short pulse", "long pulse". The request to generate these pulses in the transceiver is made by the microcontroller 40 in an in 3 illustrated upstream data frame UF. The structure of the upstream data frames UF likewise corresponds to a standard UART format with an 11-bit data frame length. In 3 Two data frames are shown, of which the upper one is a command frame UCF, the lower one is a conventional data frame UDF. Each of the data frames UCF, UDF points in the field 401 a start bit Srt, in the data field 403 a parity bit P and in the data field 404 a stop bit Stp on. With 402 an 8-bit user data field is shown in each case. Overall, the command frame and the data frame each have 11 bits. BSD again shows the bit shift direction.

Der Kommandorahmen UCF weist im Nutzdatenfeld 402 ein 3 Bit langes Feld für die Nummer des zu adressierenden physikalischen Interfaces, d. h. eines Buskanals Ch 1, ..., Ch n, auf. Weiterhin ist ein 5 Bit langes Feld Cmd mit einer entsprechenden Anforderung an das zu adressierende physikalische Interface hinsichtlich eines durch die Transceiver-Einheit auf dem adressierten Buskanal zu erzeugenden Pulses enthalten. Da die Anforderung zur Erzeugung der Pulse (langer, kurzer oder kein Puls) nur drei verschiedenartige Kommandos benötigt, können durch die insgesamt fünf Kommando-Bits Cmd insgesamt 32 Kommandos codiert werden. Es stehen somit 29 mögliche Kommandos für die Transceiver-Einheit zur Verfügung. Diese Kommandos werden verwendet für die Konfiguration und zur Diagnose der Transceiver-Einheit.The command frame UCF points in the user data field 402 a 3-bit long field for the number of the physical interface to be addressed, ie a bus channel Ch 1, ..., Ch n, on. Furthermore, a 5-bit field Cmd is included with a corresponding request to the physical interface to be addressed for a pulse to be generated by the transceiver unit on the addressed bus channel. Since the request for generating the pulses (long, short or no pulse) requires only three different types of commands, a total of 32 commands can be coded by the total of five command bits Cmd. There are thus 29 possible commands for the transceiver unit available. These commands are used to configure and diagnose the transceiver unit.

Der Datenrahmen UDF weist in dem Nutzdatenfeld 402 8 Bit Nutzdaten „Data” auf. In Abhängigkeit des Kommandos kann es erforderlich sein, auch Daten an die Transceiver-Einheit zu übertragen, beispielsweise zur Initialisierung bestimmter Adressen oder Register in der Transceiver-Einheit mit erforderlichen Konfigurationsdaten. In einem solchen Fall folgen einem Kommandorahmen UCF ein oder mehrere Datenrahmen UDF, wobei die Anzahl der UDFs durch den vorangehenden Kommandorahmen bestimmt ist.The data frame UDF points in the payload field 402 8 bit user data "Data" on. Depending on the command, it may be necessary to also transfer data to the transceiver unit, for example to initialize certain addresses or registers in the transceiver unit with required configuration data. In such a case, a command frame UCF is followed by one or more data frames UDF, the number of UDFs being determined by the preceding command frame.

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.

Claims

Method for transmitting data via a data communication interface, wherein the data communication interface is designed for data communication between a bus system ( 10 ) having a first number (n) of bus channels (Ch 1, ..., Ch n), and a microcontroller ( 40 ), wherein the number of bus channels (Ch 1, ..., Ch n) with a transceiver unit ( 20 ) connected via a data transmission channel ( 30 ) with the microcontroller ( 40 ), the transceiver unit ( 20 ) is a multi-channel transceiver operable in the time-division multiplex mode, comprising a first asynchronous transceiver module ( 21 ), which via the data transmission channel ( 30 ) with a second asynchronous transceiver module ( 41 ) of the microcontroller ( 40 ) can exchange data in the full duplex method, in which a data conversion from a first data transmission protocol of the bus system ( 10 ) into a second data transmission protocol of the data transmission channel ( 30 ), wherein - from one, from the transceiver unit ( 20 ) via the bus system ( 10 ), data frames (PSI5) in the first data transmission protocol at least useful data (D0, ..., Dn, CRC) variable length are extracted; - The user data (D0, ..., Dn, CRC) are converted into a variable number of data packets (P1, ..., Pn) of the second data transmission protocol, wherein the number of data packets depending on the length of the payload of the data frame in the first data transmission protocol, wherein from the data frame (PSI5) of the first data transmission protocol by the transceiver unit ( 20 ) an internal data frame (TDF) is generated, from which subsequently the number of data packets according to the second data transmission protocol is generated, which is sent to the microcontroller ( 40 ), and the internal data frame (TDF) comprises the following fields: a header of predetermined first number of bits, in particular 8 bits, which replaces data fields not belonging to the payload data of the data frame of the first data transmission protocol, in particular a start condition; - the payload of the data frame (PSI5) whose second number of bits is determined by the content of the payload; A checksum information (CRC), an extended checksum information (XCRC) of predetermined third number of bits, in particular 6 bits; and optionally, a fill data having a fourth bit number, wherein the fourth bit number depends on the total number of bits of the first, second, and third bit numbers, such that the sum of the first, second, third, and fourth bit numbers is replaced by the predetermined number of data bits and the first data packet (P1) of the second data transmission protocol contains the header and the last data packet (Pn) of the second data transmission protocol two bits of the checksum information (CRC) and the extended checksum information (XCRC).

A method according to claim 1, characterized in that the data frames are transmitted in the first data transmission protocol according to PSI5.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the data packets are transmitted in the second data transmission protocol as a serial data stream with a fixed frame, wherein the frame of a start bit, a predetermined number of data bits, in particular 8 data bits, an optional parity bit and a stop bit.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the payload data (D0, ..., Dn, CRC) are transparently added to respective payload data fields of the number of data packets (P1, ..., Pn) of the second data transmission protocol.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a data conversion of the second Data transmission protocol of the data transmission channel ( 30 ) into a third data transmission protocol of the bus system ( 10 ), when performed by the microcontroller ( 40 ) one of the bus channels should be addressed.

Method according to Claim 5, characterized in that one or more data frames (UCF, UDF) are generated from a data packet of the second data transmission protocol in accordance with a UART format with a fixed bit length, a respective data frame comprising a start bit, a predefined number of useful bits, includes a parity bit and a stop bit.

Method according to claim 5 or 6, characterized in that a data frame is a command frame (UCF) in which for the transceiver unit ( 20 ) is encoded a request for generating a predetermined pulse pattern for addressing a unit connected to the relevant bus channel (Ch 1, ..., Ch n).

A method according to claim 7, characterized in that the coding variants not required for the coding of the plurality of pulses are used for the coding of commands for the transceiver unit.

Method according to Claim 7 or 8, characterized in that the command frame (UCF) is transmitted in advance to one or more data frames (UDF) via the bus channel (Ch 1, ..., Ch n) addressed in the command frame (UCF).