Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft Teilnehmerstationen für ein Bussystem, ein Bussystem und ein Verfahren zur Datenübertragung in einem Bussystem, bei welchem die Datenübertragungsrate zwischen Sensoren und einem Steuergerät im Vergleich zu herkömmlichen CAN-Bussystemen erhöht ist.The present invention relates to subscriber stations for a bus system, a bus system and a method for data transmission in a bus system, in which the data transmission rate between sensors and a control device is increased in comparison to conventional CAN bus systems.
Stand der TechnikState of the art
CAN-Netzwerke, in welchen Nachrichten mittels des CAN- und/oder CAN FD Protokolls übertragen werden, wie es in der derzeitigen ISO-CD-11898-1 als CAN Protokoll-Spezifikation mit CAN FD beschrieben ist, kommen beispielsweise in Fahrzeugen zum Einsatz.CAN networks in which messages are transmitted by means of the CAN and / or CAN FD protocol, as described in the current ISO-CD-11898-1 as CAN protocol specification with CAN FD, are used for example in vehicles.
Bei CAN kann in vielen Fällen die Datenrate nicht weiter erhöht werden, weil ansonsten die Spannungsflanken so steil gewählt werden müssten, dass mehr elektromagnetische Emissionen erzeugt werden würden als zugelassen. Als Lösung dafür wurde überlegt, beispielsweise mehrere Sensoren auf mehrere CAN-Busse aufzuteilen, so dass nicht nur ein einziger langer CAN-Bus vorhanden ist, der alle Steuergeräte und Sensoren im Fahrzeug miteinander verbindet. Bei den resultierenden kurzen Kabellängen ergibt sich ein besserer Signal-Rausch-Abstand. Dadurch kann die erzielbare Datenrate einer Datenübertragung über den Bus erhöht werden.With CAN, the data rate can not be further increased in many cases, because otherwise the voltage edges would have to be chosen so steeply that more electromagnetic emissions would be generated than permitted. As a solution for this was considered, for example, to divide multiple sensors on multiple CAN buses, so that not only a single long CAN bus is available, which connects all the control units and sensors in the vehicle. The resulting short cable lengths result in a better signal-to-noise ratio. As a result, the achievable data rate of data transmission over the bus can be increased.
An einer derartigen Lösung ist jedoch nachteilig, dass für jeden Bus in einem Steuergerät eine Protokoll-Steuereinrichtung bzw. Protokoll-Controller und eine Sende-/Empfangseinrichtung zum Senden und Empfangen von Signalen auf dem Bus vorzusehen ist. Das erhöht die Kosten des Steuergeräts.A disadvantage of such a solution, however, is that a protocol control device or protocol controller and a transceiver for transmitting and receiving signals on the bus must be provided for each bus in a control unit. This increases the cost of the controller.
Daher besteht weiter die Forderung, möglichst viele Sensoren an einen Bus anschließen zu können. Um dennoch keine Einbußen bei der Übertragungsgeschwindigkeit hinnehmen zu müssen, sollen die Sensoren wiederum die Messdaten mit einer noch höheren Datenrate übertragen können.Therefore, there is a further requirement to be able to connect as many sensors as possible to a bus. In order not to have to accept any losses in the transmission speed, the sensors should in turn be able to transmit the measured data at an even higher data rate.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Teilnehmerstationen für ein Bussystem, ein Bussystem und ein Verfahren zur Datenübertragung in einem Bussystem bereitzustellen, welche die zuvor genannten Probleme lösen. Insbesondere sollen Teilnehmerstationen für ein Bussystem, ein Bussystem und ein Verfahren zur Datenübertragung in einem Bussystem bereitgestellt werden, bei welchen die Datenübertragungsrate auf dem Bus gegenüber bisherigen Lösungen bei fehlerfreier Kommunikation über den Bus kostengünstig noch weiter erhöht werden kann.It is therefore an object of the present invention to provide subscriber stations for a bus system, a bus system and a method for data transmission in a bus system which solve the aforementioned problems. In particular, subscriber stations for a bus system, a bus system and a method for data transmission in a bus system are to be provided, in which the data transmission rate on the bus can be further increased cost-effectively compared to previous solutions with error-free communication via the bus.
Die Aufgabe wird durch eine Slave-Teilnehmerstation für ein Bussystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Master-Teilnehmerstation für ein Bussystem mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.The object is achieved by a slave subscriber station for a bus system with the features of claim 1 and a master subscriber station for a bus system with the features of claim 6.
Die Slave-Teilnehmerstation umfasst eine Sende-/Empfangseinrichtung zum Senden von Daten für eine Nachricht an und/oder Empfangen einer Nachricht von der Master-Teilnehmerstation, die der Slave-Teilnehmerstation steuerungsmäßig übergeordnet ist, über einen Bus des Bussystems, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung ausgestaltet ist, die Daten in eine von der Master-Teilnehmerstation des Bussystems gesendete Nachricht einzufügen, wenn die Master- Teilnehmerstation einen exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus hat, und wobei die Sende-/Empfangseinrichtung ausgestaltet ist, die Daten mit einem niedrigeren maximalen Spannungspegel als dem maximalen Spannungspegel zu erzeugen, mit welchem die Master-Teilnehmerstation die Nachricht sendet.The slave subscriber station comprises a transmitting / receiving device for transmitting data for a message to and / or receiving a message from the master subscriber station, which is superior in control of the slave subscriber station, via a bus of the bus system, wherein the transmission / Receiving device is configured to insert the data into a message sent from the master station of the bus system when the master station has an exclusive, collision-free access to the bus, and wherein the transceiver is configured, the data with a lower maximum Voltage level to generate as the maximum voltage level at which the master subscriber station sends the message.
Die Master-Teilnehmerstation umfasst eine Sende-/Empfangseinrichtung zum Senden von Daten für eine Nachricht an und/oder Empfangen einer Nachricht von einer Master-Teilnehmerstation, die der Slave-Teilnehmerstation steuerungsmäßig übergeordnet ist, über einen Bus des Bussystems, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung ausgestaltet ist, die Daten in eine von der Master-Teilnehmerstation des Bussystems gesendete Nachricht einzufügen, wenn die Master- Teilnehmerstation einen exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus hat, und wobei die Sende-/Empfangseinrichtung ausgestaltet ist, die Daten mit einem niedrigeren maximalen Spannungspegel als dem maximalen Spannungspegel zu erzeugen, mit welchem die Master-Teilnehmerstation die Nachricht sendet.The master subscriber station comprises a transmitting / receiving device for transmitting data for a message to and / or receiving a message from a master subscriber station, which is superior in control of the slave subscriber station, via a bus of the bus system, wherein the transmitter / Receiving device is configured to insert the data into a message sent from the master station of the bus system when the master station has an exclusive, collision-free access to the bus, and wherein the transceiver is configured, the data with a lower maximum Voltage level to generate as the maximum voltage level at which the master subscriber station sends the message.
Mit den beschriebenen Teilnehmerstationen wird ein Protokoll für CAN oder CAN FD derart ausgeführt, dass Sensoren als Slave-Teilnehmerstation ihre Messdaten in einen vom Steuergerät als Master-Teilnehmerstation dafür gesendeten Rahmen einfügen können. Vorteilhaft ist außerdem, dass sich ein Steuergerät bei einem Sensor jederzeit und spontan und nur bei Bedarf die aktuellsten Sensordaten bzw. Messwerte abholen kann. Dadurch kann das Steuergerät immer mit derzeit benötigten aktuellen Messwerten arbeiten und die Buslast auf dem Bus wird nicht durch unnötig versendete Sensordaten eingeschränkt.With the subscriber stations described, a protocol for CAN or CAN FD is carried out such that sensors as slave subscriber station can insert their measurement data into a frame sent by the control unit as a master subscriber station for it. It is also advantageous that a control unit can pick up the most up-to-date sensor data or measured values from a sensor at any time and spontaneously and only when required. As a result, the control unit can always work with currently required current measured values and the bus load on the bus is not restricted by unnecessarily sent sensor data.
Für die Slave-Teilnehmerstation, die insbesondere für einen Sensor verwendet wird, können die Sende-/Empfangseinrichtung kostengünstiger entwickelt und gefertigt werden, da die Slave-Teilnehmerstation ausschließlich mit reduziertem Spannungspegel senden können muss und die Anforderungen der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) bei niedrigen Spannungspegeln einfacher und mit geringeren Kosten erreicht werden können.For the slave subscriber station, which is used in particular for a sensor, the transceiver can be cheaper Because the slave subscriber station must be able to transmit only at a reduced voltage level and the electromagnetic compatibility (EMC) requirements at low voltage levels can be achieved more easily and at a lower cost.
Noch ein weiterer Vorteil der niedrigen Spannungspegel ist, dass die Slave-Teilnehmerstation mit 3,3 Volt anstatt 5 Volt mit elektrischer Energie versorgt werden kann, da der maximale Pegel von CAN-High nicht 3,5 Volt betragen muss. Dadurch kann die Verlustleistung der Teilnehmerstation reduziert werden. Yet another advantage of the low voltage levels is that the slave subscriber station can be powered by 3.3 volts instead of 5 volts because the maximum level of CAN high need not be 3.5 volts. As a result, the power loss of the subscriber station can be reduced.
Mit den zuvor beschriebenen Teilnehmerstationen kann die Datenübertragungsrate im Vergleich zu konventionellem CAN oder CAN FD um ein Vielfaches erhöht werden.With the subscriber stations described above, the data transmission rate can be increased many times compared to conventional CAN or CAN FD.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die von der Teilnehmerstation durchgeführte LV-Kommunikation, die mit einer niedrigeren Spannung (low voltage) abläuft als mit der sonst bei digitalen Systemen üblichen hohen Spannung (high voltage) von 5V oder 3,3 V eine Standard-CAN oder Standard-CAN FD Kommunikation auf dem Bus nicht stört. Die LVCAN-Teilnehmerstation erzeugt bei der Datenübertragung kleinere Differenzspannungen als üblich. Die Differenzspannungen sind so klein, dass sie von Standard-CAN Teilnehmerstationen nicht wahrgenommen werden können, weil die Differenzspannungen unter der Entscheidungsschwelle von 1 V liegen, nämlich z.B. bei 0,5 V oder sogar negativ sind.A further advantage is that the LV communication performed by the subscriber station, which runs with a lower voltage than with the otherwise usual high voltage of 5V or 3.3 V in digital systems, a standard CAN or standard CAN FD communication on the bus does not bother. The LVCAN subscriber station generates smaller differential voltages during data transmission than usual. The differential voltages are so small that they can not be detected by standard CAN subscriber stations because the differential voltages are below the decision threshold of 1 V, e.g. at 0.5 V or even negative.
Die Teilnehmerstationen sind vorteilhaft so konzipiert, dass Standard-CAN-Teilnehmer den von den beschriebenen Teilnehmerstationen durchgeführten Nachrichtenübertragungen gegenüber tolerant sind und keine Fehlernachrichten verschicken. Dadurch können die beschriebenen Teilnehmerstationen ungestört kommunizieren. Jedoch kann die zuvor beschriebene Teilnehmerstation derart konzipiert sein, dass sie bei Bedarf auf das Standard-Protokoll wechseln kann und dann ebenfalls mit Standard-CAN-Teilnehmerstationen Informationen austauschen kann.The subscriber stations are advantageously designed so that standard CAN subscribers are tolerant of the message transmissions made by the described subscriber stations and do not send error messages. As a result, the subscriber stations described can communicate undisturbed. However, the subscriber station described above can be designed such that it can switch to the standard protocol if required and then also be able to exchange information with standard CAN subscriber stations.
Das von den beschriebenen Teilnehmerstationen ausgeführte Verfahren ist also voll kompatibel zu bisherigen CAN-Bus-Systemen. Standard-CAN- oder Standard-CAN FD-Teilnehmerstationen können daher ebenso im Bus ungestört von der anderen Art der Kommunikation der beschriebenen Teilnehmerstationen kommunizieren.The executed by the subscriber stations described method is therefore fully compatible with previous CAN bus systems. Standard CAN or standard CAN FD subscriber stations can therefore also communicate undisturbed in the bus of the other type of communication of the subscriber stations described.
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Teilnehmerstationen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous further embodiments of the subscriber stations are specified in the dependent claims.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Sende-/Empfangseinrichtung der Slave-Teilnehmerstation ausgestaltet, die Daten mit einer höheren Datenrate auf den Bus zu senden als der Datenrate der von der Master-Teilnehmerstation des Bussystems gesendeten Nachricht.According to one embodiment, the transceiver of the slave subscriber station is configured to send the data at a higher data rate to the bus than the data rate of the message sent by the master subscriber station of the bus system.
Die Sende-/Empfangseinrichtung der Slave-Teilnehmerstation kann zudem ausgestaltet sein, eine Identifikationsnummer in der von der Master-Teilnehmerstation gesendeten Nachricht auszuwerten, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung ausgestaltet ist, die Daten, welche in die von der Master-Teilnehmerstation des Bussystems gesendete Nachricht einzufügen sind, auf der Grundlage des Ergebnisses der Auswertung der Identifikationsnummer auszuwählen. In diesem Fall ist die Sende-/Empfangseinrichtung der Master-Teilnehmerstation ausgestaltet, eine Identifikationsnummer in der von der Master-Teilnehmerstation gesendeten Nachricht abhängig davon auszuwählen, welche Daten von der Slave-Teilnehmerstation anzufordern sind.The transmitting / receiving device of the slave subscriber station can also be configured to evaluate an identification number in the message sent by the master subscriber station, wherein the transmitting / receiving device is configured, the data which in the transmitted from the master subscriber station of the bus system Message are to be selected on the basis of the result of the evaluation of the identification number. In this case, the transmitting / receiving device of the master subscriber station is configured to select an identification number in the message sent by the master subscriber station depending on which data is to be requested from the slave subscriber station.
In einer Ausgestaltung ist die Sende-/Empfangseinrichtung der Slave-Teilnehmerstation ausgestaltet, den Daten mindestens ein Startbit voranzustellen und im Anschluss an die Daten ein Bussignal mit dem niedrigeren der beiden von der Sende-/Empfangseinrichtung gesendeten Spannungspegel zu senden.In one refinement, the transmitting / receiving device of the slave subscriber station is configured to precede the data with at least one start bit and, following the data, to send a bus signal having the lower of the two voltage levels transmitted by the transmitting / receiving device.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Sende-/Empfangseinrichtung der Slave-Teilnehmerstation ausgestaltet, die Daten zwischen Stuff-Bits einzufügen, die von der Master-Teilnehmerstation des Bussystems in regelmäßigen Abständen gesendet werden, wenn die Master-Teilnehmerstation den exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus hat. In diesem Fall ist die Sende-/Empfangseinrichtung der Master-Teilnehmerstation ausgestaltet, in regelmäßigen zeitlichen Abständen Stuff-Bits auf den Bus zu senden, wenn die Master-Teilnehmerstation den exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus hat, wobei die regelmäßigen Abstände Zeiten entsprechen, an welchen die Stuff-Bits bei einer Synchronisation der Master-Teilnehmerstation und der Slave-Teilnehmerstation erwartet werden.According to one embodiment, the transceiver of the slave subscriber station is configured to insert the data between stuff bits sent from the master subscriber station of the bus system at regular intervals when the master subscriber station provides exclusive, collision-free access to the bus Has. In this case, the transceiver of the master subscriber station is configured to send stuff bits to the bus at regular intervals when the master subscriber station has exclusive, collision-free access to the bus, the regular intervals corresponding to times, at which the stuff bits are expected in a synchronization of the master subscriber station and the slave subscriber station.
Die Sende-/Empfangseinrichtung der Master-Teilnehmerstation kann außerdem ausgestaltet sein, nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer, während welcher die Master-Teilnehmerstation den exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus hat, ihre Entscheidungsschwelle zum Empfang von Daten auf eine Entscheidungsschwelle anzuheben und ein Acknowledge-Bit auf den Bus zu senden, das den größeren maximalen Spannungspegel hat.The transceiver of the master subscriber station may also be configured to raise its decision threshold for receiving data to a decision threshold upon expiration of a predetermined period of time during which the master subscriber station has exclusive, collision-free access to the bus, and an acknowledge Send bit to the bus that has the larger maximum voltage level.
Die zuvor beschriebenen Teilnehmerstationen können Teil eines Bussystems sein, das zudem einen Bus umfasst, über welchen mindestens zwei Teilnehmerstationen derart miteinander verbunden sind, dass sie miteinander kommunizieren können.The subscriber stations described above can be part of a bus system, which also a bus via which at least two subscriber stations are connected to each other so that they can communicate with each other.
Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Bussystem nach Anspruch 11 gelöst. Das Bussystem hat einen Bus, mindestens eine erste Teilnehmerstation und mindestens eine zweite Teilnehmerstation, die über den Bus verbunden sind, wobei die mindestens eine erste Teilnehmerstation und die mindestens eine zweite Teilnehmerstation, ausgestaltet sind, über den Bus mittels eines Kommunikationsprotokolls zu kommunizieren, bei welchem in einer ersten Kommunikationsphase ausgehandelt wird, welche der Teilnehmerstationen in einer zweiten Kommunikationsphase einen kollisionsfreien Zugriff auf den Bus hat, und wobei die mindestens eine zweite Teilnehmerstation ausgestaltet ist, in einer zweiten Kommunikationsphase, in welcher die mindestens eine erste Teilnehmerstation den kollisionsfreien Zugriff auf den Bus hat und einen für die mindestens eine zweite Teilnehmerstation überschreibbaren Spannungspegel auf den Bus sendet, Daten über den Bus an die mindestens eine erste Teilnehmerstation zu senden.The aforementioned object is also achieved by a bus system according to claim 11. The bus system has a bus, at least one first subscriber station and at least one second subscriber station, which are connected via the bus, wherein the at least one first subscriber station and the at least one second subscriber station are configured to communicate via the bus by means of a communication protocol, in which is negotiated in a first communication phase, which has the subscriber stations in a second communication phase collision-free access to the bus, and wherein the at least one second subscriber station is configured, in a second communication phase in which the at least one first subscriber station the collision-free access to the bus and sends a voltage level that can be overridden for the at least one second subscriber station onto the bus to send data over the bus to the at least one first subscriber station.
Das Bussystem bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Teilnehmerstationen genannt sind.The bus system offers the same advantages as previously mentioned with respect to the subscriber stations.
Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur Datenübertragung in einem Bussystem nach dem Anspruch 12 gelöst. Bei dem Verfahren sind in dem Bussystem mindestens eine erste Teilnehmerstation und mindestens eine zweite Teilnehmerstation über einen Bus verbunden, wobei die mindestens eine erste Teilnehmerstation und die mindestens eine zweite Teilnehmerstation über den Bus mittels eines Kommunikationsprotokolls kommunizieren, bei welchem in einer ersten Kommunikationsphase ausgehandelt wird, welche der Teilnehmerstationen in einer zweiten Kommunikationsphase einen kollisionsfreien Zugriff auf den Bus hat, und wobei die mindestens eine zweite Teilnehmerstation in einer zweiten Kommunikationsphase, in welcher die mindestens eine erste Teilnehmerstation den kollisionsfreien Zugriff auf den Bus hat und einen für die mindestens eine zweite Teilnehmerstation überschreibbaren Spannungspegel auf den Bus sendet, Daten über den Bus an die mindestens eine erste Teilnehmerstation sendet.The aforementioned object is also achieved by a method for data transmission in a bus system according to claim 12. In the method at least one first subscriber station and at least one second subscriber station are connected via a bus in the bus system, wherein the at least one first subscriber station and the at least one second subscriber station communicate via the bus by means of a communication protocol, which is negotiated in a first communication phase, which of the subscriber stations in a second communication phase has collision-free access to the bus, and wherein the at least one second subscriber station in a second communication phase in which the at least one first subscriber station has collision-free access to the bus and overwritable for the at least one second subscriber station Voltage level sends to the bus, sends data over the bus to the at least one first subscriber station.
Das Verfahren bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Teilnehmerstationen genannt sind.The method offers the same advantages as previously mentioned with respect to the subscriber stations.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.Further possible implementations of the invention also include not explicitly mentioned combinations of features or embodiments described above or below with regard to the exemplary embodiments. The skilled person will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the invention.
Figurenlistelist of figures
Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Bussystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 ein Schaubild zur Veranschaulichung eines Aufbaus einer Nachricht, die von mindestens einer Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gesendet wird;
- 3 einen schematischen Verlauf einer Differenzspannung von CAN_H - CAN_L über der Zeit für eine Nutzdatenübertragung zwischen einer ersten und zweiten Teilnehmerstation gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; und
- 4 einen schematischen Verlauf einer Differenzspannung von CAN_H - CAN_L über der Zeit für eine Nutzdatenübertragung zwischen einer ersten und zweiten Teilnehmerstation gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings and to exemplary embodiments. Show it: - 1 a simplified block diagram of a bus system according to a first embodiment;
- 2 a diagram for illustrating a structure of a message that is sent from at least one subscriber station of the bus system according to the first embodiment;
- 3 a schematic course of a differential voltage of CAN_H - CAN_L over time for a Nutzdatenübertragung between a first and second subscriber station according to the first embodiment; and
- 4 a schematic course of a differential voltage of CAN_H - CAN_L over time for a user data transmission between a first and second subscriber station according to the second embodiment.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals, unless stated otherwise.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
1 zeigt ein spezielles Beispiel für ein Bussystem 1, das beispielsweise ein serielles Bussystem, insbesondere ein CAN-Bussystem sein kann, in welchem gemäß dem CAN- und/oder CAN FD Protokoll, usw. kommuniziert wird. Das Bussystem 1 ist in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, einem Flugzeug, usw., oder im Krankenhaus usw. verwendbar. Das Bussystem 1 ist jedoch nicht auf ein CAN-Bussystem beschränkt. 1 shows a specific example of a bus system 1 , which may be, for example, a serial bus system, in particular a CAN bus system, in which according to the CAN and / or CAN FD protocol, etc. is communicated. The bus system 1 is usable in a vehicle, in particular a motor vehicle, an aircraft, etc., or in the hospital, etc. The bus system 1 however, is not limited to a CAN bus system.
In 1 hat das Bussystem 1 als Beispiel eine erste bis dritte Teilnehmerstation 10, 20, 30. Es sind selbstverständlich noch mehr Teilnehmerstationen an den Bus 40 anschließbar. Die Teilnehmerstationen 10, 20, 30 sind jeweils an einen Bus 40 mit einer ersten Busader 41 und einer zweiten Busader 42 angeschlossen. Die Busadern 41, 42 können auch Adern für CAN_H und CAN_L genannt werden und dienen zur Einkopplung der dominanten Pegel für Signale CAN_H und CAN_L im Sendezustand. Über den Bus 40 sind Nachrichten 45, 46 und Daten 452 für die Nachricht 45 in der Form der Signale CAN_H und CAN_L zwischen den einzelnen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 übertragbar. Hierbei bildet sich zwischen den Signalen CAN_H und CAN_L eine Differenzspannung UD als Bussignal aus. Dies ist nachfolgend insbesondere in Bezug auf 3 genauer beschrieben.In 1 has the bus system 1 as an example, a first to third subscriber station 10 . 20 . 30 , There are of course even more stations to the bus 40 connected. The subscriber stations 10 . 20 . 30 are each to a bus 40 with a first busload 41 and a second bus wire 42 connected. The bus routes 41 . 42 can also be called wires for CAN_H and CAN_L and serve to couple the dominant levels for signals CAN_H and CAN_L in the send state. About the bus 40 are news 45 . 46 and dates 452 for the message 45 in the form of the signals CAN_H and CAN_L between the individual subscriber stations 10 . 20 . 30 transferable. In this case, a differential voltage U D is formed as a bus signal between the signals CAN_H and CAN_L. This is hereafter especially with reference to 3 described in more detail.
Die erste Teilnehmerstation 10 von 1 ist beispielsweise ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs. Die zweite Teilnehmerstation 20 ist beispielsweise ein Sensor des Kraftfahrzeugs. Der Sensor kann ein beliebiger Sensor sein, der geeignet ist für insbesondere eine Radarmessung, in einer Kamera, bei einer Lidarmessung, oder zum Messen vom Ultraschall usw. Insbesondere wird der Sensor im Zusammenhang mit autonomem Fahren verwendet, bei welchem der Sensor einen großen Teil der Bandbreite der Datenübertragung benötigt. Der Sensor kann jedoch alternativ zum Messen der Temperatur, usw. geeignet sein. Bei dem zuvor genannten Beispiel ist die erste Teilnehmerstation 10 der zweiten Teilnehmerstation 20 steuerungsmäßig übergeordnet. Die erste Teilnehmerstation 10 kann daher als Master-Teilnehmerstation bezeichnet werden. Die zweite Teilnehmerstation 20 kann als Slave-Teilnehmerstation bezeichnet werden.The first subscriber station 10 from 1 is for example a control unit of a motor vehicle. The second subscriber station 20 is for example a sensor of the motor vehicle. The sensor may be any sensor that is suitable for, in particular, a radar measurement, in a camera, in a lidar measurement, or for measuring ultrasound etc. In particular, the sensor is used in connection with autonomous driving, in which the sensor is a large part of Bandwidth of the data transmission needed. However, the sensor may alternatively be suitable for measuring the temperature, etc. In the above example, the first subscriber station is 10 the second subscriber station 20 superior in terms of control. The first subscriber station 10 can therefore be referred to as master subscriber station. The second subscriber station 20 can be referred to as slave subscriber station.
Die dritte Teilnehmerstation 30 kann ein beliebiger weiterer Teilnehmer des Bussystems 1 sein, der Nachrichten 46 nach dem herkömmlichen CAN Protokoll und/oder CAN FD Protokoll versendet. Demzufolge ist die dritte Teilnehmerstation 30 insbesondere entweder ein weiteres Steuergerät oder ein weiterer Sensor. Die dritte Teilnehmerstation 30 kann aber stattdessen ein Aktor sein. Daher ist die dritte Teilnehmerstation 30 der ersten Teilnehmerstation 10 entweder steuerungsmäßig übergeordnet oder untergeordnet. Zudem ist es möglich, dass die dritte Teilnehmerstation 30 ein weiteres Gerät des Fahrzeugs ist, das der ersten Teilnehmerstation 10 nebengeordnet ist und/oder steuerungsmäßig mit der ersten Teilnehmerstation 10 keine weitere Beziehung hat.The third subscriber station 30 can be any other participant of the bus system 1 be the news 46 sent according to the conventional CAN protocol and / or CAN FD protocol. Consequently, the third subscriber station 30 in particular either another control device or another sensor. The third subscriber station 30 but can be an actor instead. Therefore, the third subscriber station 30 the first subscriber station 10 either senior in control or subordinate. It is also possible that the third subscriber station 30 another device of the vehicle is that of the first subscriber station 10 is sibling and / or in terms of control with the first subscriber station 10 has no further relationship.
Wie in 1 gezeigt, hat die erste Teilnehmerstation 10 eine Kommunikationssteuereinrichtung 11, eine Sende-/Empfangseinrichtung 12, eine Umschalteinrichtung 15 und eine Reflexionsreduktionseinheit 17. Die Teilnehmerstation 20 hat dagegen eine Kommunikationssteuereinrichtung 11, eine Sende-/Empfangseinrichtung 13, eine Umschalteinrichtung 16 und eine Reflexionsreduktionseinheit 17. Die Teilnehmerstation 30 hat eine Kommunikationssteuereinrichtung 11 und eine Sende-/Empfangseinrichtung 12. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12 der Teilnehmerstationen 10, 30 und die Sende-/Empfangseinrichtung 13 der zweiten Teilnehmerstation 20 sind jeweils direkt an den Bus 40 angeschlossen, auch wenn dies in 1 nicht dargestellt ist.As in 1 shown has the first subscriber station 10 a communication control device 11 , a transmitting / receiving device 12 , a switching device 15 and a reflection reduction unit 17 , The subscriber station 20 on the other hand has a communication control device 11 , a transmitting / receiving device 13 , a switching device 16 and a reflection reduction unit 17 , The subscriber station 30 has a communication control device 11 and a transceiver 12 , The transmitting / receiving devices 12 the subscriber stations 10 . 30 and the transceiver 13 the second subscriber station 20 are each directly to the bus 40 connected, even if this is in 1 not shown.
Die Kommunikationssteuereinrichtung 11 dient zur Steuerung einer Kommunikation der jeweiligen Teilnehmerstation 10, 20, 30 über den Bus 40 mit einer anderen Teilnehmerstation der an den Bus 40 angeschlossenen Teilnehmerstationen 10, 20, 30. Die Kommunikationssteuereinrichtung 11 kann wie ein herkömmlicher CAN-Controller oder CAN FD-Controller ausgeführt sein. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12 dienen jeweils zum Senden bzw. Empfangen von Nachrichten 45, 46. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12 dienen zum Senden oder Empfangen der Nachrichten 45, 46 und können wie ein herkömmlichen CAN Transceiver und/oder CAN FD Transceiver ausgebildet sein. Zusätzlich weist die Sende-/Empfangseinrichtung 12 der ersten Teilnehmerstation 10 die Umschalteinrichtung 15 auf, wie im Folgenden noch ausführlicher beschrieben.The communication control device 11 serves to control a communication of the respective subscriber station 10 . 20 . 30 over the bus 40 with another subscriber station to the bus 40 connected subscriber stations 10 . 20 . 30 , The communication control device 11 can be implemented like a conventional CAN controller or CAN FD controller. The transmitting / receiving devices 12 each serve to send or receive messages 45 . 46 , The transmitting / receiving devices 12 serve to send or receive the messages 45 . 46 and may be designed like a conventional CAN transceiver and / or CAN FD transceiver. In addition, the transmitting / receiving device has 12 the first subscriber station 10 the switching device 15 on, as described in more detail below.
Die Sende-/Empfangseinrichtung 13 dient ebenfalls zum Empfangen der Nachrichten 45, 46 jedoch auch zum Senden von Daten 452, wie im Folgenden noch ausführlicher beschrieben. Die Sende-/Empfangseinrichtung 13 weist hierzu die Umschalteinrichtung 16 auf.The transmitting / receiving device 13 also serves to receive the messages 45 . 46 but also for sending data 452 , as described in more detail below. The transmitting / receiving device 13 has for this purpose the switching device 16 on.
Die Daten 452 sind insbesondere mit niedrigerem Pegel als 5V oder 3,3V ausgestaltet, was der sonst bei digitalen Systemen übliche Spannungspegel ist. Nachrichten oder Signale mit niedrigerem Pegel als 5V oder 3,3V sind nachfolgend auch als LV-Nachrichten, deren Bits auch als LV-Bits, bezeichnet. Bei der Teilnehmerstation 20 hat die Spannung des gesendeten Bussignals gegen Masse einen Wert von ca. 1,2 V oder hat die Differenzspannung UD einen Wert, der in einem Bereich von 0,0 V ≤ UD ≤ 0,5 V liegt. Dagegen senden die Teilnehmerstationen 10, 30 ein Bussignal, dessen Differenzspannungssignalpegel einen Wert hat, der in einem Bereich von 0,0 V ≤ UD ≤ 2 V liegt.The data 452 are designed in particular with a level lower than 5V or 3.3V, which is the usual voltage level in digital systems. Messages or lower level signals than 5V or 3.3V are hereinafter also referred to as LV messages, whose bits are also referred to as LV bits. At the subscriber station 20 has the voltage of the transmitted bus signal to ground a value of about 1.2 V or has the differential voltage U D a value which is in a range of 0.0V ≦ U D ≦ 0.5V. In contrast, the subscriber stations send 10 . 30 a bus signal whose differential voltage signal level has a value which is in a range of 0.0V ≦ U D ≦ 2V.
Mit der Reflexionsreduktionseinheit 17 können Reflexionen unterdrückt werden, die durch offene Busaderenden, Steckverbinder oder Abzweigungen im Bus 40 entstehen. Die Reflexionenreduktionseinheit 17 ist vorzugsweise zwischen die zwei Busadern 41, 42 des Busses 40 angeschlossen. Die Reflexionsreduktionseinheit 17 kann beispielsweise als Zenerdiode ausgestaltet sein, die an möglichst vielen Stellen die Differenzspannung UD auf dem Bus 40 auf mindestens 0 V und maximal 2V begrenzen. Um Reflexionen ebenso für LV-Bits unterdrücken zu können, wird die Spannung während der Übertragung von LV-Bits, gegebenenfalls zusätzlich, auf maximal 0,5 V oder sogar 0,2 V begrenzt. Rechtzeitig bevor Bits mit Originalpegel übertragen werden, wird die 0,5 V-Begrenzung aufgehoben, so dass die Begrenzung auf 2 V wirkt. Eine harte Begrenzung auf 0,5 oder 0,2 V würde jedoch dazu führen, dass kein Standard Bit mit 2 V übertragen werden kann. Darum wird so vorgegangen, dass nur, wenn mit einer LV-Übertragung gerechnet werden kann, dann möglichst viele der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 die Spannung auf maximal 0,5 oder 0,2 V begrenzen aber auch nur solange, wie der Kurzschlussstrom, der durch die Begrenzung hervorgerufen wird, nämlich der Strom durch die Zenerdiode, einen bestimmten Wert nicht überschreitet. Wird der Kurzschlussstrom z.B. größer als 0,3 mA, dann wird die Begrenzung von 0,5 oder 0,2 V auf 2 V umgeschaltet und damit zugelassen, dass ein Standard-Bit mit 2 V gesendet werden kann.With the reflection reduction unit 17 Reflections can be suppressed by open bus wire ends, connectors or branches in the bus 40 arise. The reflection reduction unit 17 is preferably between the two bus wires 41 . 42 of the bus 40 connected. The reflection reduction unit 17 For example, it can be designed as a Zener diode, the difference voltage at as many points as possible U D on the bus 40 to at least 0 V and a maximum of 2V limit. In order to be able to suppress reflections likewise for LV bits, the voltage is limited to a maximum of 0.5 V or even 0.2 V during the transmission of LV bits, if appropriate in addition. In time for the transmission of bits at the original level, the 0.5 V limit is canceled so that the limitation acts on 2 V. However, a hard limit of 0.5 or 0.2 V would mean that no standard 2 V bit can be transmitted. Therefore, the procedure is such that only when with a LV Transmission can be expected, then as many of the subscriber stations 10 . 20 . 30 but the voltage to a maximum of 0.5 or 0.2 V limit only as long as the short-circuit current, which is caused by the limitation, namely the current through the Zener diode, does not exceed a certain value. For example, if the short-circuit current is greater than 0.3mA, the limit is switched from 0.5 or 0.2V to 2V, allowing a standard 2V bit to be sent.
Wie in 2 anhand der Nachricht 45 für einen CAN-Rahmen oben in 2 und einen CAN-FD-Rahmen unten in 2 jeweils als Spannung U über der Zeit t gezeigt, kann die CAN-Kommunikation auf dem Bus 40 grundlegend in zwei unterschiedliche Kommunikationsphasen unterteilt werden. Die erste Kommunikationsphase dieser Kommunikationsphasen ist eine der nur schematisch dargestellten Arbitrationsphasen 451, 453. Die zweite Kommunikationsphase ist das Senden von Daten 452 in einem Bereich, der bei CAN-FD auch Datenphase genannt wird. Bei CAN-FD wird im Vergleich zum klassischen CAN am Ende der Arbitrationsphase 451, 453 die Bitrate für die folgende Datenphase auf z. B. 2, 4, 8Mbps erhöht. Damit gilt, dass bei CAN-FD die Bitrate in den Arbitrationsphasen 451, 453 kleiner als die Bitrate im Bereich für die Daten 452 ist. Bei CAN-FD ist der Bereich für die Daten 452 gegenüber dem Bereich für die Daten 452 des CAN-Rahmens deutlich verkürzt, wie aus einem Vergleich des CAN-Rahmens oben in 2 und des CAN-FD-Rahmen unten in 2 hervorgeht. Dasselbe gilt für eine Nachricht 46.As in 2 based on the message 45 for a CAN frame top in 2 and a CAN FD frame below in 2 each shown as voltage U over time t, CAN communication on the bus 40 be fundamentally divided into two different communication phases. The first communication phase of these communication phases is one of the arbitration phases shown only schematically 451 . 453 , The second communication phase is the sending of data 452 in an area which is also called data phase in CAN-FD. With CAN-FD the Arbitration phase is at the end compared to the classic CAN 451 . 453 the bitrate for the following data phase on z. B. 2, 4, 8Mbps increased. Thus, with CAN-FD, the bit rate in the arbitration phases 451 . 453 less than the bit rate in the range for the data 452 is. For CAN-FD is the range for the data 452 opposite the area for the data 452 of the CAN frame is significantly shortened, as from a comparison of the CAN frame at the top of FIG 2 and the CAN FD frame below in 2 evident. The same applies to a message 46 ,
In den Arbitrationsphasen 451, 453 wird zwischen den Teilnehmerstationen 10, 20, 30 mit Hilfe von Identifizierern bzw. Identifikationsnummer 451x, 453x ausgehandelt, welche der derzeit sendenden Teilnehmerstation(en) 10, 20, 30 des Bussystems 1 in der anschließenden zweiten Kommunikationsphase zumindest zeitweise einen exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus 40 des Bussystems 1 bekommt. Nach dieser ersten Kommunikationsphase findet in der zweiten Kommunikationsphase, die dem Bereich für die Daten 452 entspricht, eine Übertragung der Nutzdaten der Nachricht 45 oder der Nachricht 46 statt. Dies erfolgt für die Nachricht 45 durch ein Zusammenspiel der Teilnehmerstationen 10, 20, wie folgt.In the arbitration phases 451 . 453 is between the subscriber stations 10 . 20 . 30 with the help of identifiers or identification number 451x . 453x negotiated which of the currently transmitting subscriber station (s) 10 . 20 . 30 of the bus system 1 in the subsequent second communication phase at least temporarily an exclusive, collision-free access to the bus 40 of the bus system 1 gets. After this first communication phase takes place in the second communication phase, which is the area for the data 452 corresponds to a transmission of the payload of the message 45 or the message 46 instead of. This is done for the message 45 through an interaction of the subscriber stations 10 . 20 , as follows.
3 zeigt für einen Teil der Nachricht 45 die Differenzspannung UD = CAN_H - CAN_L über der Zeit t, die sich bei der Übertragung einer Nachricht 45 auf dem Bus 40 zwischen den Signalen CAN_H und CAN_L zwischen den Busadern 41, 42 ausbildet. 3 zeigt den Abschnitt der Nachricht 45, der zwischen Zeitpunkten t1 bis t3 liegt. Bei dem Zeitpunkt t1 beginnt die erste Teilnehmerstation 10 das Senden des letzten Bits 451N der Arbitrationsphase 451. Bei dem Zeitpunkt t2 startet das Senden der zweiten Teilnehmerstation 20, um eine vorbestimmte Anzahl N von Bits 4521 bis 452N aus dem Bereich für die Daten 452 zu übertragen. Die vorbestimmte Anzahl N von Bits 4521 bis 452N ist je nach Art des Bussystem 1 wählbar. Bei dem Zeitpunkt t3 startet die erste Teilnehmerstation 10 das Senden des Acknowledge-Bits 455, was beim Zeitpunkt t4 beendet ist. 3 shows for part of the message 45 the differential voltage U D = CAN_H - CAN_L over the time t, which occurs during the transmission of a message 45 on the bus 40 between the signals CAN_H and CAN_L between the bus wires 41 . 42 formed. 3 shows the section of the message 45 , between times t1 to t3 lies. At the time t1 begins the first subscriber station 10 sending the last bit 451N the arbitration phase 451 , At the time t2 starts sending the second subscriber station 20 to a predetermined number N of bits 4521 to 452N from the area for the data 452 transferred to. The predetermined number N of bits 4521 to 452N is depending on the type of bus system 1 selectable. At the time t3 starts the first subscriber station 10 sending the acknowledge bit 455 , at the time t4 finished.
Gemäß 3 haben die Bits 451N der Arbitrationsphase 451 und das Acknowledge-Bit 455 jeweils eine Zeitdauer T1. Dem Bit 451N mit einem dominanten Datenzustand schließt sich ein Bit mit einem rezessiven Datenzustand und mit einer Zeitdauer T2 an. Die Zeitdauern T1, T2 sind gleich lang. Dagegen haben die Bits 4521 bis 452N des Bereichs für die Daten 452 jeweils eine Zeitdauer T31. Die Zeitdauer T1 ist deutlich länger als die Zeitdauer T31. Bei dem Beispiel von 3 ist die Zeitdauer T1 viermal so lang wie die Zeitdauer T31. Ein LV-Bit kann insbesondere 1/2, 1/8 oder 1/32 der Zeitdauer T1 dauern, die ein Standard-Arbitrierungs-Bit für die Übertragung benötigt. Somit ist die Datenrate für die Übertragung der Daten 452 deutlich höher als für die Übertragung in den Arbitrationsphasen 451, 453.According to 3 have the bits 451N the arbitration phase 451 and the acknowledge bit 455 one time each T1 , The bit 451N a dominant data state is followed by a bit with a recessive data state and a time duration T2 on. The time periods T1 . T2 are the same length. On the other hand, the bits have 4521 to 452N of the area for the data 452 one time each T31 , The duration T1 is significantly longer than the duration T31 , In the example of 3 is the length of time T1 four times as long as the duration T31 , In particular, an LV bit can be 1/2, 1/8 or 1/32 of the time duration T1 which requires a standard arbitration bit for transmission. Thus, the data rate for the transmission of the data 452 significantly higher than for transmission in the arbitration phases 451 . 453 ,
Wie in 3 gezeigt, bildet sich zwischen den Signalen CAN_H und CAN_L eine Differenzspannung UD aus, die für die beiden verschiedenen Datenzustände 1 oder 0 bzw. high oder low bzw. dominant oder rezessiv unterschiedlich groß ist. Noch dazu ist der maximale Pegel der Differenzspannung UD bei dem speziellen Beispiel von 3 während der Arbitrationsphasen 451, 453 etwa 2V. Dagegen ist der maximale Pegel der Differenzspannung UD während der zweiten Kommunikationsphase zum Senden der Daten 452 etwa 0,4V.As in 3 As shown, a differential voltage is formed between the signals CAN_H and CAN_L U D off, for the two different data states 1 or 0 or high or low or dominant or recessively different in size. In addition, the maximum level of the differential voltage U D in the specific example of 3 during the arbitration phases 451 . 453 about 2V. In contrast, the maximum level of the differential voltage U D during the second communication phase to send the data 452 about 0.4V.
Das Signal für die Differenzspannung UD von 3 auf dem Bus 40 wird erreicht, indem die erste Teilnehmerstation 10 als Gewinner der Arbitration in der Arbitrationsphase 451 ihr auf den Bus 40 gesendetes Signal nach einer Zeit t1 + T1 auf einen rezessiven Pegel absenkt. Das Absenken oder Umschalten des auf den Bus 40 gesendeten Signals kann mit Hilfe der Umschalteinrichtung 15 erfolgen. Alternativ kann jedoch bereits die Kommunikationssteuereinrichtung 11 ein entsprechendes Sendesignal TxD vorgeben, welches von der Sende-/Empfangseinrichtung 12 gegebenenfalls mit Hilfe der Umschalteinrichtung 15 auf den Bus 40 weitergegeben wird.The signal for the differential voltage U D from 3 on the bus 40 is achieved by the first subscriber station 10 as the winner of arbitration in the arbitration phase 451 you on the bus 40 transmitted signal after a time t1 + T1 lowers to a recessive level. Lowering or switching on the bus 40 transmitted signal can with the help of the switching device 15 respectively. Alternatively, however, already the communication control device 11 specify a corresponding transmission signal TxD, which of the transmitting / receiving device 12 optionally with the help of the switching device 15 on the bus 40 is passed on.
Die erste Teilnehmerstation 10 bzw. deren Sende-/Empfangseinrichtung 12 behält den rezessiven Pegel solange bei, bis die Zeitdauer T3 abgelaufen ist. Mit anderen Worten, die erste Teilnehmerstation 10 bzw. deren Sende-/Empfangseinrichtung 12 behält den rezessiven Pegel solange bei, bis die erste Teilnehmerstation 10 bzw. deren Sende-/Empfangseinrichtung 12 das Acknowledge-Bit 455 senden möchte, um den Erfolg oder Misserfolg des Empfangs der Nachricht 45 über den Bus 40 mitzuteilen.The first subscriber station 10 or their transmitting / receiving device 12 maintains the recessive level until the time duration T3 has expired. In other words, the first subscriber station 10 or their transmitting / receiving device 12 keeps the recessive level until the first subscriber station 10 or their transmitting / receiving device 12 the acknowledge bit 455 would like to send the success or failure of receiving the message 45 over the bus 40 tell.
Zudem schaltet die erste Teilnehmerstation 10 mit Hilfe der Umschalteinrichtung 15 bei dem Zeitpunkt t2 ihre Entscheidungsschwelle für den Empfang von Nachrichten 45, 46 vom Bus 40 um. Hierbei schaltet die erste Teilnehmerstation 10 bei dem Zeitpunkt t2 von einer ersten Entscheidungsschwelle 120 auf eine zweite Entscheidungsschwelle 121 um. Zu dem Zeitpunkt t3 schaltet die erste Teilnehmerstation 10 ihre Entscheidungsschwelle von der zweiten Entscheidungsschwelle 121 wieder auf die erste Entscheidungsschwelle 120 zurück. Die zweite Teilnehmerstation 20 führt dieselben Umschaltungen ihrer Entscheidungsschwellen zu den Zeitpunkten t2 und t3 mit Hilfe der Umschalteinrichtung 16 durch.In addition, the first subscriber station switches 10 with the help of the switching device 15 at the time t2 their decision threshold for receiving messages 45 . 46 from the bus 40 around. This switches the first subscriber station 10 at the time t2 from a first decision threshold 120 to a second decision threshold 121 around. At the time t3 switches the first subscriber station 10 their decision threshold from the second decision threshold 121 back to the first decision threshold 120 back. The second subscriber station 20 performs the same switches of their decision thresholds at the times t2 and t3 with the help of the switching device 16 by.
Die erste Entscheidungsschwelle 120 hat bei dem Beispiel von 3 einen Spannungswert von 1 V. Dagegen hat die zweite Entscheidungsschwelle 121 bei dem Beispiel von 3 einen Spannungswert von 0,2 V. Somit erkennt die erste Teilnehmerstation 10 während der Zeitdauer T3 Spannungspegel, die über einem Wert von 0,2 V liegen, als dominanten Datenzustand oder Buszustand. The first decision threshold 120 has in the example of 3 a voltage value of 1 V. On the other hand, the second decision threshold 121 in the example of 3 a voltage value of 0.2 V. Thus, the first subscriber station recognizes 10 during the period T3 Voltage levels above 0.2V as the dominant data state or bus state.
Alle anderen Spannungspegel werden als dominanten Datenzustand oder Buszustand erkannt.All other voltage levels are recognized as the dominant data state or bus state.
Dagegen erkennt die erste Teilnehmerstation 10 während der Zeitdauer t2 - t1 erst Spannungspegel, die über einem Wert von 1,0 V liegen, als dominanten Datenzustand oder Buszustand. Somit werden Spannungspegel, die unter der jeweiligen Entscheidungsschwelle 120, 121 liegen, als rezessiver Datenzustand oder Buszustand bewertet.In contrast, the first subscriber station recognizes 10 during the period t2 - t1 voltage levels above 1.0V are the dominant data state or bus state. Thus, voltage levels that are below the respective decision threshold 120 . 121 , evaluated as a recessive data state or bus state.
In der Zeit T3 kann die zweite Teilnehmerstation 20 ihre Daten 452 senden. Hierfür wertet die zweite Teilnehmerstation 20 die Identifikationsnummern 451x, 453x der Nachricht 45 der ersten Teilnehmerstation 10 aus. Je nachdem welche Identifikationsnummer 451x, 453x die zweite Teilnehmerstation 20 empfängt, ergänzt die zweite Teilnehmerstation 20 die jeweiligen gewünschten Daten 452 in der Nachricht 45. Hierzu schaltet die Umschalteinrichtung 16 die Sende-Empfangseinrichtung 12 für die Zeitdauer T3 auf Senden um, auch wenn eigentlich die erste Teilnehmerstation 10 in der Arbitrationsphase 451 die Arbitration gewonnen hatte und daher gemäß dem CAN-Protokoll oder CAN FD-Protokoll für die zweite Kommunikationsphase der Nachricht 45 den exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus 40 hat.At the time T3 can the second subscriber station 20 your data 452 send. For this evaluates the second subscriber station 20 the identification numbers 451x . 453x the message 45 the first subscriber station 10 out. Depending on which identification number 451x . 453x the second subscriber station 20 receives, complements the second subscriber station 20 the respective desired data 452 in the message 45 , For this purpose, the switching device switches 16 the transceiver 12 for the duration T3 to send to, even if actually the first subscriber station 10 in the arbitration phase 451 had won the arbitration and therefore according to the CAN protocol or CAN FD protocol for the second communication phase of the message 45 the exclusive, collision-free access to the bus 40 Has.
Damit sendet die erste Teilnehmerstation 10 sozusagen einen Rahmen mit normalem Pegel und die zweite Teilnehmerstation 20 fügt ihre Daten 452 in diesen Rahmen ein.This sends the first subscriber station 10 so to speak, a frame with normal level and the second subscriber station 20 adds her data 452 in this context.
Die zweite Teilnehmerstation 20, genauer gesagt ihre Sende-/Empfangseinrichtung 13 und/oder Umschalteinrichtung 16, reagiert nur auf die mindestens einen Identifikationsnummer 451x, 453x, der ihr zugeordnet ist. Die Sende-/Empfangseinrichtung 13 der zweiten Teilnehmerstation 20 sendet die Daten 452, die insbesondere Messdaten eines Sensors sind, ausschließlich mit reduziertem Pegel. Dagegen wird die Arbitrierung mit normalem Pegel und reduzierter Baudrate von der ersten Teilnehmerstation 10 vorgenommen. Bei dem Beispiel von 3 haben die Daten 452 einen Pegel, der im Vergleich zu dem Pegel der Bits der Arbitrationsphasen 451, 453 und des Ackowledge-Bits 455 reduziert ist.The second subscriber station 20 More specifically, their transceiver 13 and / or switching device 16 , only responds to the at least one identification number 451x . 453x who is assigned to her. The transmitting / receiving device 13 the second subscriber station 20 sends the data 452 , which are in particular measurement data of a sensor, only with a reduced level. In contrast, normal level and reduced baud rate arbitration will be performed by the first subscriber station 10 performed. In the example of 3 have the data 452 a level compared to the level of the bits of the arbitration phases 451 . 453 and the Ackowledge bit 455 is reduced.
Der Übergang des Sendens zwischen der ersten und zweiten Teilnehmerstation 10, 20 erfolgt folgendermaßen. Nach dem letzten gesendeten rezessiven Arbitrierungsbit 451N sendet die erste Teilnehmerstation 10 einen rezessiven Pegel, damit die zweite Teilnehmerstation 20 ihre Daten 452 übertragen kann. Das letzte gesendete Arbitrierungsbit 451N der ersten Teilnehmerstation 10 braucht einige Zeit, bis es sich über den Bus 40 ausgebreitet und die zweite Teilnehmerstation 20 erreicht hat. Auch die zweite Teilnehmerstation 20 braucht einige Zeit, um das letzte gesendete Arbitrierungsbit 451N zu registrieren und mit dem Senden der Daten 452 zu beginnen. Das erste gesendete Bit der Daten 452 braucht ebenso einige Zeit, bis es sich über den Bus 40 bis zu der ersten Teilnehmerstation 10 ausgebreitet hat. Diese Verzögerungen hängen von den Eigenschaften der zweiten Teilnehmerstation 20 und von der Länge des Busses 40 zwischen der zweiten Teilnehmerstation 20 und der ersten Teilnehmerstation 10 ab. Die Verzögerungen können von Teilnehmerstation 20 zu Teilnehmerstation 20 bzw. Sensor zu Sensor unterschiedlich und von den jeweils vorhandenen Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Temperatur, Feuchtigkeit, usw., abhängig sein.The transition of transmission between the first and second subscriber stations 10 . 20 takes place as follows. After the last sent recessive arbitration bit 451N sends the first subscriber station 10 a recessive level to allow the second subscriber station 20 your data 452 can transfer. The last sent arbitration bit 451N the first subscriber station 10 takes some time to get over the bus 40 spread out and the second subscriber station 20 has reached. Also the second subscriber station 20 takes some time to get the last arbitration bit sent 451N to register and send the data 452 to start. The first bit of data sent 452 It also takes some time to get over the bus 40 up to the first subscriber station 10 has spread. These delays depend on the characteristics of the second subscriber station 20 and the length of the bus 40 between the second subscriber station 20 and the first subscriber station 10 from. The delays may be from subscriber station 20 to subscriber station 20 or sensor to sensor different and on the existing environmental conditions, such as temperature, humidity, etc., be dependent.
Damit die erste Teilnehmerstation 10 weiß, wann die zweite Teilnehmerstation 20 das erste Datenbit 4521 sendet, stellt die zweite Teilnehmerstation 20 den Daten 452 ein Startbit 4520 voran. Nach dem vollständigen Übertragen der Daten 452, also nach dem Senden des letzten Datenbits 452N, sendet die zweite Teilnehmerstation 20 für eine Zeitdauer T32 einen rezessiven Pegel.So that the first subscriber station 10 knows when the second subscriber station 20 the first data bit 4521 sends, represents the second subscriber station 20 the data 452 a start bit 4520 Ahead. After completely transferring the data 452 that is after the last data bit has been sent 452N , sends the second subscriber station 20 for a period of time T32 a recessive level.
Für das Übertragen der Daten 452 einschließlich des Startbits 4520 steht der zweiten Teilnehmerstation 20 eine definierte Anzahl an Arbitrierungsbitdauern bzw. die definierte Zeit T3 zur Verfügung. Sobald diese verstrichen ist, beendet die erste Teilnehmerstation 10 und gegebenenfalls ein oder mehrere weitere Teilnehmer im Bus 40, beispielsweise die Teilnehmerstation 30, die Übertragung durch Versenden des Acknowledge Bits 455 mit normalem Pegel und reduzierter Baudrate, wie zuvor erwähnt.For transferring the data 452 including the start bit 4520 is the second subscriber station 20 a defined number of arbitration bit durations or the defined time T3 to disposal. Once this has passed, the first subscriber station will terminate 10 and optionally one or more other participants in the bus 40 For example, the subscriber station 30 , the transmission by sending the acknowledge bit 455 with normal level and reduced baud rate, as previously mentioned.
Zwischen dem Beenden der Messdatenübertragung und dem Senden des Acknowledge Bits 455 ist genügend Reservezeit in Form der Zeitdauer T32 eingeplant, damit die letzten Datenbits der Daten 452 nicht zerstört werden können. Between the termination of the measurement data transmission and the sending of the acknowledge bit 455 is enough reserve time in the form of the duration T32 scheduled so that the last data bits of the data 452 can not be destroyed.
Dadurch kann sowohl die Buslast auf dem Bus verringert werden als auch die Sende-Empfangseinrichtung 13 der zweiten Teilnehmerstation 20 kostengünstiger entwickelt und gefertigt werden, da die Sensoren ausschließlich mit reduziertem Pegel senden können müssen und die Anforderungen der EMV bei niedrigen Pegeln einfacher und mit geringeren Kosten erreicht werden können. Außerdem kann die Datenrate der Übertragung zwischen insbesondere einem Steuergerät und einem Sensor erhöht werden. Werden von der ersten Teilnehmerstation 10 keine Stuffbits 455 gesendet, die gemäß dem bisherigen CAN-Protokoll mit CAN FD in regelmäßigen Abständen zu senden sind, so kann die Datenrate bei gleicher Flankensteilheit und einer Reduzierung des Pegels von 2V auf 0,4V annähernd verfünffacht werden.As a result, both the bus load on the bus and the transceiver can be reduced 13 the second subscriber station 20 less costly to design and manufacture, as the sensors need only transmit at a reduced level and the requirements of low-level EMC can be met more easily and at a lower cost. In addition, the data rate of transmission between in particular a control device and a sensor can be increased. Are from the first subscriber station 10 no stuff bits 455 which are to be transmitted at regular intervals in accordance with the CAN protocol with CAN FD, the data rate can be approximately quintupled with the same edge steepness and a reduction of the level from 2V to 0.4V.
4 zeigt eine Übertragung mit einer Differenzspannung UD gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Hier überträgt die erste Teilnehmerstation 10 in regelmäßigen Abständen bzw. jeweils nach Ablauf einer Zeitdauer T4 ein Stuff-Bit 455, um eine Synchronisation der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 des Bussystems 1 zu ermöglichen. Damit ist die Kommunikation auf dem Bus 40 vollkompatibel zum bisherigen CAN-Protokoll mit CAN FD. Im einfachsten Fall kann dies so erfolgen, dass die erste Teilnehmerstation 10 eine Nachricht 45 mit dem Inhalt „FFFFFFFFFFFFFFFF“ sendet. Die zweite Teilnehmerstation, genauer gesagt ihre Sende-/Empfangseinrichtung 13, fügt ihre Daten 452 immer zwischen die Stuffbits 455 der ersten Teilnehmerstation 10 ein. Bei gleicher Flankensteilheit und einer Reduzierung des Pegels von 2V auf 0,4V kann die Datenrate in diesem Fall mehr als verdreifacht werden. 4 shows a transmission with a differential voltage U D according to a second embodiment. Here transfers the first subscriber station 10 at regular intervals or after expiration of a period of time T4 a stuff bit 455 to synchronize the subscriber stations 10 . 20 . 30 of the bus system 1 to enable. This is the communication on the bus 40 Fully compatible with the previous CAN protocol with CAN FD. In the simplest case, this can be done so that the first subscriber station 10 a message 45 with the content "FFFFFFFFFFFFFFF". The second subscriber station, more precisely its transceiver 13 , adds her data 452 always between the stuff bits 455 the first subscriber station 10 on. With the same slope and a reduction of the level from 2V to 0.4V, the data rate in this case can be more than tripled.
Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel arbeitet die erste Teilnehmerstation 10 beim Senden mit zwei unterschiedlichen Differenzspannungspegeln. In diesem Fall sendet die Sende-Empfangseinrichtung 12 beispielsweise die Stuff-Bits 455 oder andere Daten 452, die nicht von der zweiten Teilnehmerstation 20 eingefügt werden, mit dem niedrigeren Pegel, wie in 3 oder 4 gezeigt. Auch hier kann nach der Umschaltung vom normalen auf den reduzierten Pegel ein Startbit 4520 eingefügt werden. Dadurch werden die für die Übertragung im Bussystem 1 verwendeten Verfahren bzw. Protokolle kompatibel zueinander. Dadurch wird die Interpretation der Pegel durch den Empfänger vereinfacht und es können weitere Kosten gespart werden.According to a third embodiment, the first subscriber station operates 10 when transmitting with two different differential voltage levels. In this case, the transceiver transmits 12 for example, the stuff bits 455 or other data 452 not from the second subscriber station 20 be inserted, with the lower level, as in 3 or 4 shown. Again, after switching from the normal to the reduced level, a start bit 4520 be inserted. As a result, those for the transmission in the bus system 1 used methods or protocols compatible with each other. This simplifies receiver interpretation of the levels and can save further costs.
Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel sind die erste und dritte Teilnehmerstation 10, 30 jeweils ein Steuergerät und ist die zweite Teilnehmerstation 20 ein Sensor. Somit sind mehrere Steuergeräte am gleichen Bus 40 angeschlossen. Dabei können beide Steuergeräte bzw. die Teilnehmerstationen 10, 30 gleichzeitig Messdaten bzw. Daten 452 des Sensors anfragen und auch gleichzeitig auswerten. Sollte eines der Steuergeräte bzw. eine der Teilnehmerstationen 10, 30 ausfallen, oder die Messdaten bzw. Daten 452 des Sensors bzw. der zweiten Teilnehmerstation 20 nicht rechtzeitig abholen, dann werden die Daten 452 dennoch vom anderen Steuergerät rechtzeitig angefragt. Dadurch ist eine Redundanz mit geringem Aufwand zu bewerkstelligen.According to a fourth embodiment, the first and third subscriber stations 10 . 30 one control unit each and is the second subscriber station 20 a sensor. Thus, several controllers are on the same bus 40 connected. In this case, both controllers or the subscriber stations 10 . 30 simultaneously measurement data or data 452 request the sensor and evaluate it at the same time. Should one of the controllers or one of the subscriber stations 10 . 30 fail, or the measurement data or data 452 the sensor or the second subscriber station 20 not pick up in time, then the data 452 nevertheless inquired in time by the other control unit. This is a redundancy with little effort to accomplish.
Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen des Bussystems 1 der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 und des Verfahrens können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere können alle Merkmale der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele und/oder deren Modifikationen beliebig kombiniert oder weggelassen werden. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.All previously described embodiments of the bus system 1 the subscriber stations 10 . 20 . 30 and the method can be used individually or in all possible combinations. In particular, all the features of the previously described embodiments and / or their modifications can be arbitrarily combined or omitted. In addition, the following modifications are conceivable, in particular.
Das zuvor beschriebene Bussystem 1 gemäß den Ausführungsbeispielen ist anhand eines auf dem CAN-Protokoll oder CAN FD-Protokoll basierenden Bussystems beschrieben. Das Bussystem 1 gemäß den verschiedenen Ausführungsbeispielen kann jedoch auch eine andere Art von Kommunikationsnetz sein. Es ist vorteilhaft, jedoch nicht zwangsläufige Voraussetzung, dass bei dem Bussystem 1 zumindest für bestimmte Zeitspannen ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation 10, 20, 30 auf den Bus 40 gewährleistet ist.The bus system described above 1 according to the embodiments is described with reference to a based on the CAN protocol or CAN FD protocol bus system. The bus system 1 however, according to the various embodiments may also be another type of communication network. It is advantageous, but not necessarily a requirement, that in the bus system 1 at least for certain periods of time an exclusive, collision-free access of a subscriber station 10 . 20 . 30 on the bus 40 is guaranteed.
Alternativ zu den vorangehenden Ausführungsbeispielen kann der LV-Sender das Überdrücken des Subdominanten LV-Bits durch ein dominantes Standard-Bit durch das Überschreiten einer Differenzspannungsschwelle zwischen 0,1 V oder 0,25 V und 1 V schon früher erkennen.As an alternative to the previous embodiments, the LV transmitter can detect overshoot of the subdominant LV bit by a dominant standard bit by exceeding a differential voltage threshold between 0.1 V or 0.25 V and 1 V earlier.
Alternativ zu den vorangehenden Ausführungsbeispielen kann die Begrenzung von 0,2 V oder 0,5 V auf 2 V angehoben werden, wenn durch vorangegangene Kollisionen/Fehler der Versand einer Nachricht mit Standard-Pegel erwartet werden kann.As an alternative to the previous embodiments, the limit may be increased from 0.2V or 0.5V to 2V if previous collisions / errors can be expected to send a standard level message.
Das Bussystem 1 gemäß den Ausführungsbeispielen ist insbesondere ein CAN-Netzwerk oder ein CAN FD-Netzwerk oder ein FlexRay-Netzwerk oder ein SPI-Netzwerk.The bus system 1 According to the embodiments, in particular, a CAN network or a CAN FD network or a FlexRay network or an SPI network.
Es ist jedoch auch denkbar, dass eine der zwei Busadern 41, 42 mit Masse verbunden ist und somit eine Masseader ist und die andere der zwei Busadern 41, 42 eine Signalader ist, auf welcher das Bussignal für die Nachrichten 45, 46 übertragen wird.However, it is also conceivable that one of the two bus routes 41 . 42 connected to ground and thus is a Masseader and the other of the two bus routes 41 . 42 a signal wire is on which the bus signal for the messages 45 . 46 is transmitted.
Die Anzahl und Anordnung der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 in dem Bussystem 1 gemäß den Ausführungsbeispielen ist beliebig. Insbesondere können nur eine Teilnehmerstation 10 und mehr als eine Teilnehmerstation 20 in den Bussystem 1 der Ausführungsbeispiele vorhanden sein.The number and arrangement of subscriber stations 10 . 20 . 30 in the bus system 1 according to the embodiments is arbitrary. In particular, only one subscriber station can 10 and more than one subscriber station 20 in the bus system 1 the embodiments may be present.
Die Funktionalität der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele lässt sich nicht nur bei einer Sende-/Empfangseinrichtung 12 oder 13 umsetzen. Zusätzlich oder alternativ kann die Funktionalität in existierende Produkte integriert werden. Insbesondere ist es möglich, dass die betrachtete Funktionalität entweder in einer Sende-/Empfangseinrichtung 12 oder 13 als separater elektronischer Baustein (Chip) realisiert wird oder in einer integrierten Gesamtlösung eingebettet ist, bei welchem nur ein elektronischer Baustein (Chip) vorhanden ist.The functionality of the embodiments described above can be not only in a transmitting / receiving device 12 or 13 realize. Additionally or alternatively, the functionality can be integrated into existing products. In particular, it is possible that the functionality under consideration either in a transmitting / receiving device 12 or 13 is realized as a separate electronic component (chip) or embedded in an integrated overall solution in which only one electronic component (chip) is present.
