DE102018206522A1

DE102018206522A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Auswerten eines über ein Bussystem empfangbaren Empfangssignals

Info

Publication number: DE102018206522A1
Application number: DE102018206522.5A
Authority: DE
Inventors: Steffen Walker; Arthur Mutter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2018-04-26
Publication date: 2019-10-31
Also published as: CN110412969A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100; 100a; 100b) zum Auswerten eines über ein Bussystem (1; 2) empfangbaren Empfangssignals (BE; RxD; RxD1), wobei die Vorrichtung (100; 100a) dazu ausgebildet ist, eine Zeitdauer (Td1; Td2; Td3; Td4; Td5) wenigstens einer in dem Empfangssignal (BE; RxD; RxD1) enthaltenen Bitsequenz zu ermitteln.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auswerten eines über ein Bussystem empfangbaren Empfangssignals. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Verfahren.
Es ist bekannt, über ein Bussystem empfangbare bzw. empfangene Eingangssignale auszuwerten. Dies wird insbesondere im Hinblick auf eine Dekodierung der empfangenen Signale ausgeführt.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass ein gesteigerter Gebrauchsnutzen gegeben ist.
Bevorzugte Ausführungsformen schlagen bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art vor, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, eine Zeitdauer, insbesondere tatsächliche Zeitdauer, wenigstens einer in dem Empfangssignal enthaltenen Bitsequenz zu ermitteln. Dadurch können vorteilhaft Informationen über einen die Bitsequenz sendenden Busteilnehmer erhalten werden. Es ist erkannt worden, dass es bei Bussystemen wie z.B. dem CAN-Bus relativ große Bit-Asymmetrien im Verhältnis zu einer idealen Bitlänge bzw. Bitdauer gibt, was u.a. auf das Vorhandensein von dominanten (getriebenen) und rezessiven (nicht getriebenen) Buszuständen zurückzuführen ist. Bei jeder Kommunikationsbeziehung zwischen zwei Busteilnehmern ist die Bit-Asymmetrie charakteristisch. Das heißt, dass die tatsächliche Zeitdauer bzw. Länge der Bits bzw. einer entsprechenden Bitsequenz für eine Kommunikationsbeziehung charakteristisch ist. Die Bit-Asymmetrie an einem Empfangs-Konten (Busteilnehmer, welcher empfängt) kann beispielsweise maßgeblich von einem Sende-Transceiver (Sende-/Empfangseinrichtung eines sendenden Busteilnehmers), vom Empfangstransceiver (Sende-/Empfangseinrichtung des empfangenden Busteilnehmers) und der Bus-Topologie bestimmt sein.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgeschlagen, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, die Zeitdauer einem Busteilnehmer des Bussystems zuzuordnen. Dadurch kann der betreffende Busteilnehmer anhand der ermittelten Zeitdauer charakterisiert, ggf. sogar identifiziert bzw. von anderen Busteilnehmern unterschieden werden, bei welchen eine vergleichbare Bitsequenz aufgrund der genannten Abweichungen beispielsweise eine andere tatsächliche Zeitdauer aufweist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgeschlagen, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, für mehrere in dem Empfangssignal enthaltene Bitsequenzen jeweils eine entsprechende Zeitdauer zu ermitteln. Dadurch kann die Genauigkeit des Verfahrens gesteigert werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgeschlagen, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer oder mehrerer einem Busteilnehmer zugeordneter Zeitdauern einen den betreffenden Busteilnehmer charakterisierenden Fingerabdruck („Fingerprint“) zu ermitteln. Der Fingerabdruck ermöglicht vorteilhaft eine eindeutige Charakterisierung des betreffenden Busteilnehmers. Beispielsweise kann ein Fingerabdruck gebildet werden aus einem n-Tupel von Zeitdauern n vieler unterschiedlicher Bitsequenzen, mit n größer gleich 1, die von dem betreffenden Busteilnehmer gesendet und von der Vorrichtung gemäß den Ausführungsformen empfangen bzw. ausgewertet worden sind. Beispielsweise können drei unterschiedliche von dem betreffenden Busteilnehmer gesendete Bitsequenzen gemäß den Ausführungsformen ausgewertet werden, d. h. es wird für jede der drei betrachteten Bitsequenzen eine entsprechende Zeitdauer ermittelt, und das daraus resultierende 3-Tupel der Zeitdauern (oder hieraus abgeleitete Daten) kann als Fingerabdruck für den betreffenden Busteilnehmer genutzt werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgeschlagen, dass das Bussystem ein CAN-Bussystem oder ein CAN-FD Bussystem ist, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, die Zeitdauer bzw. die Zeitdauern in Abhängigkeit eines differentiellen Busempfangssignals, beispielsweise in Abhängigkeit eines CAN_H Signals und eines CAN_L Signals, und/oder in Abhängigkeit eines digitalen, aus dem differentiellen Busempfangssignal abgeleiteten, Empfangssignals zu ermitteln. Bei manchen Ausführungsformen kann ein digitales Empfangssignal („RxD“) beispielsweise am Ausgang eines CAN-Transceivers erhalten werden, der das differentielle Busempfangssignal in das digitale Empfangssignal transformiert.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgeschlagen, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, wenigstens eine dominante Bitsequenz und/oder eine rezessive Bitsequenz für die Ermittlung der Zeitdauer bzw. der Zeitdauern zu betrachten. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen können auch sowohl dominante Bitsequenzen als auch rezessive Bitsequenzen (beispielsweise wenigstens jeweils eine hiervon) betrachtet werden, um entsprechende Zeitdauern zu ermitteln.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgeschlagen, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, mehrere gleichartige Bitsequenzen eines selben Busteilnehmers auszuwerten. Dadurch kann die Genauigkeit weiter gesteigert werden, indem beispielsweise statistische Einflüsse des Bussystems für die Übertragung der mehreren gleichartigen Bitsequenzen herausgemittelt werden.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Empfangseinrichtung für ein Bussystem, wobei die Empfangseinrichtung einen ersten Busanschluss zur Verbindung mit einer ersten Signalleitung des Bussystems, einen zweiten Busanschluss zur Verbindung mit einer zweiten Signalleitung des Bussystems und eine Empfangseinheit zum Empfangen eines Busempfangssignals von dem ersten und zweiten Busanschluss aufweist, wobei die Empfangseinrichtung wenigstens eine Vorrichtung gemäß den Ausführungsformen aufweist. Bei manchen Ausführungsformen kann auch eine kombinierte Sende- und Empfangseinrichtung (Transceiver) für das Bussystem vorgesehen sein, welche wenigstens eine Vorrichtung gemäß den Ausführungsformen aufweist.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Recheneinheit, insbesondere einen Mikrocontroller, mit wenigstens einer Vorrichtung gemäß den Ausführungsformen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Verfahren zum Auswerten eines über ein Bussystem empfangbaren Empfangssignals, wobei eine Zeitdauer wenigstens einer in dem Empfangssignal enthaltenen Bitsequenz ermittelt wird. Bei manchen Ausführungsformen kann das Verfahren beispielsweise in einer Empfangseinrichtung für ein Bussystem oder in einer kombinierten Sende- und Empfangseinrichtung (Transceiver) für ein Bussystem ausgeführt werden. Bei weiteren Ausführungsformen ist vorstellbar, dass das Verfahren in einer Recheneinheit, insbesondere einem Mikrocontroller, ausgeführt wird, welche bzw. welcher von einem Transceiver ein digitales Empfangssignal erhält.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Zeitdauer bzw. ein von der Zeitdauer abgeleiteter Wert als Fingerabdruck bzw. Fingerprint, insbesondere für den sendenden Busteilnehmer, verwendet wird.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Schutzansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
In der Zeichnung zeigt:

1 schematisch ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Bussystems gemäß einer Ausführungsform,
2 schematisch ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Bussystems gemäß einer weiteren Ausführungsform,
3 schematisch ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform,
4 schematisch ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform,
5 schematisch Signale gemäß weiterer Ausführungsformen,
6 schematisch ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform, und
7 schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform.

1 zeigt schematisch ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Bussystems 1 gemäß einer Ausführungsform, das in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, einem Flugzeug, usw., oder in einem Industrieroboter usw. Verwendung finden kann. In 1 hat das Bussystem 1 eine erste Teilnehmerstation 110, eine zweite Teilnehmerstation 120, eine dritte Teilnehmerstation 130, eine vierte Teilnehmerstation 140, eine fünfte Teilnehmerstation 150, eine Busleitung 160 und einen Abschlusswiderstand 170, wobei die Teilnehmerstationen 110 bis 150 in einer sternförmigen Topologie angeordnet sind. Das Bussystem 1 kann beispielsweise ein CAN-Bussystem oder ein CAN-FD-Bussystem usw., sein. Ganz allgemein ist das Bussystem 1 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel für eine Kommunikation ausgestaltet, bei welcher zumindest zeitweise ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer der Teilnehmerstationen 110 bis 150 auf die Busleitung 160 gewährleistet ist. Die erste Teilnehmerstation 110 kann beispielsweise ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs sein. Die zweite, vierte und fünfte Teilnehmerstation 120, 140, 150 kann beispielsweise jeweils ein Sensor des Kraftfahrzeugs sein. Die dritte Teilnehmerstation 130 kann beispielsweise eine Anzeigeeinrichtung eines Kraftfahrzeugs sein.
2 zeigt ein Bussystem 2 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum Bussystem 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist das Bussystem 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel jedoch eine lineare Bustopologie mit zwei Abschlusswiderständen 170a, 170b an jeweiligen Enden der Busleitung 160 auf. Die Teilnehmerstationen 110 bis 150 können bei dem Bussystem 2 gemäß 2 auf die gleiche Weise aufgebaut sein, wie bei 1.
3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Vorrichtung 100 zum Auswerten eines über ein Bussystem 1, 2 (1, 2) empfangbaren Empfangssignals gemäß einer Ausführungsform. Eine vorliegend nicht zu der Vorrichtung 100 gehörige Sende- /Empfangseinrichtung (Transceiver) 10 empfängt von einem nicht in 3 abgebildeten Bussystem 1 (1) ein differentielles Empfangssignal BE, beispielsweise charakterisiert durch einen Potenzialunterschied der beiden Signale CAN_H, CAN_L, und ermittelt in Abhängigkeit hiervon ein digitales Empfangssignal RxD, welches der Vorrichtung 100 zugeführt wird. Die Vorrichtung 100 ist dazu ausgebildet, eine Zeitdauer wenigstens einer in dem vorliegend digitalen Empfangssignal RxD enthaltenen Bitsequenz zu ermitteln. Dadurch können Rückschlüsse auf charakteristische Eigenschaften eines sendenden Busteilnehmers gezogen werden, der die Bitsequenz ausgesendet hat.
Bevorzugt ist die Vorrichtung 100 dazu ausgebildet, die ermittelte Zeitdauer dem sendenden Busteilnehmer 110 des Bussystems zuzuordnen. Dies kann beispielsweise unter Nutzung von Informationen aus einem oder mehreren durch den Transceiver 10 empfangenen Datenrahmen erfolgen. Insbesondere kann aus diesen Datenrahmen eine den sendenden Busteilnehmer identifizierende Größe (CAN-Identifier) ermittelt werden, die in Bezug zu der wie vorstehend beschrieben ermittelten Zeitdauer gesetzt wird. Die ermittelte Zeitdauer entspricht dabei der tatsächlichen Länge der betreffenden Bitsequenz, die charakteristisch ist für einen betreffenden Busteilnehmer. Sofern zukünftige Datenrahmen bzw. Bitsequenzen durch den Transceiver 10 empfangen werden, kann die Vorrichtung 100 erneut ein oder mehrere Zeitdauern für die betreffende(n) Bitsequenz(en) ermitteln, und sofern die erneut ermittelten Zeitdauern um weniger als einen vorgebbaren Schwellwert von der zuvor ermittelten Zeitdauer abweichen, kann darauf geschlossen werden, dass die später empfangenen und ausgewerteten Bitsequenzen wiederum von demselben Busteilnehmer gesendet worden sind. Auf diese Weise können auch Manipulationsversuche erkannt werden, bei denen ein sendender Busteilnehmer modifiziert bzw. durch eine andere Vorrichtung ausgetauscht wird, die gegebenenfalls denselben CAN-Identifier benutzt, typischerweise jedoch nicht dieselben Zeitdauern von durch sie gesendeten Bitsequenzen hervorruft.
Bevorzugt ist die Vorrichtung 100 dazu ausgebildet, für mehrere in dem Empfangssignal RxD (3) enthaltene Bitsequenzen jeweils eine entsprechende Zeitdauer zu ermitteln. Dies kann insbesondere auch für unterschiedliche Bitsequenzen (mit unterschiedlichem Inhalt und/oder unterschiedlicher Länge) erfolgen. Dadurch wird die Genauigkeit gesteigert, weil mehr für einen bestimmten Sender charakteristische Informationen gesammelt werden.
Bevorzugt ist die Vorrichtung 100 dazu ausgebildet, in Abhängigkeit einer oder mehrerer dem Busteilnehmer 110 zugeordneter Zeitdauern einen den betreffenden Busteilnehmer 110 charakterisierenden Fingerabdruck zu ermitteln. Der Fingerabdruck kann beispielsweise in Form eines n-Tupels aus Zeitdauern vorgesehen sein, die jeweils unterschiedlichen Bitsequenzen des betreffenden Busteilnehmers zugeordnet sind, wobei n eine natürliche Zahl größer gleich eins ist.
Wie vorstehend bereits beschrieben, wird bei der Ausführungsform gemäß 3 die Zeitdauer in Abhängigkeit des digitalen Empfangssignals RxD ermittelt, wie es beispielsweise durch den CAN (oder CAN-FD)-Transceiver 10 bereitgestellt wird.
Bei weiteren Ausführungsformen kann die Funktionalität der Vorrichtung 100 auch in eine Empfangseinrichtung 10a bzw. einen Transceiver für ein Bussystem 1, 2 integriert sein. 4 zeigt hierzu schematisch die Empfangseinrichtung 10a, die einen ersten Busanschluss 12a zur Verbindung mit einer ersten Signalleitung CAN_H des Bussystems 1, 2 (1, 2) aufweist, einen zweiten Busanschluss 12b zur Verbindung mit einer zweiten Signalleitung CAN_L des Bussystems 1, 2, und eine Empfangseinheit 14 zum Empfangen eines differentiellen Busempfangssignals BE von dem ersten und zweiten Busanschluss 12a, 12b. Die Empfangseinrichtung 10a weist wenigstens eine Vorrichtung 100a gemäß den Ausführungsformen auf, die z.B. die Funktionalität der vorstehend unter Bezugnahme auf 3 beschriebenen Vorrichtung 100 aufweist.
Bei der Konfiguration nach 4 ist die Vorrichtung 100a dazu ausgebildet, eine Zeitdauer wenigstens einer in dem differentiellen Empfangssignal BE enthaltenen Bitsequenz zu ermitteln. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Auswertung der Spannungspegel auf den Signalleitungen CAN_H, CAN_L erfolgen, und/oder durch Auswertung eines daraus ableitbaren Differenzsignals Vdiff = CAN_H - CAN_L. Optional kann die Empfangseinrichtung 10a auch ein digitales Empfangssignal RxD1 aus dem Busempfangssignal BE ableiten, z.B. zur Ausgabe an einen Mikrocontroller (nicht gezeigt).
Bei weiteren Ausführungsformen kann die Funktionalität der Vorrichtung 100, 100a auch direkt in einer Recheneinheit 1000 wie beispielsweise einem Mikrocontroller integriert sein. Dies ist weiter unten beispielhaft unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
5, die die 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F aufweist, zeigt schematisch und beispielhaft digitale Empfangssignale RxD gemäß weiterer Ausführungsformen, die über einer gemeinsamen Zeitachse t aufgetragen sind. Die digitalen Empfangssignale RxD können beispielsweise mittels einer Empfangseinrichtung 10, 10a gemäß 3, 4 erhalten werden.
5A zeigt beispielhaft eine ideale Bitdauer bzw. Bit-Zeit TBid, wie sie beispielsweise in einer Spezifikation für das Bussystem 1, 2 (1, 2) definiert ist. Die ideale Bitdauer wird durch ein Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt t0 und dem Zeitpunkt t1 beschrieben.
5B zeigt schematisch eine ein Bit umfassende erste Bitsequenz, welche die Übertragung eines dominanten Bits (entsprechend einem niedrigen Signalpegel in der 5B) charakterisiert. Wie aus 5B ersichtlich ist, weicht die tatsächliche Zeitdauer Td1 (von Zeitpunkt t0 bis Zeitpunkt t11) dieser ersten Bitsequenz von der idealen Bitdauer TBid ab, überschreitet diese vorliegend um einen Wert t11-t1.
5C zeigt schematisch eine zwei Bit umfassende zweite Bitsequenz, welche die Übertragung zweier aufeinanderfolgender dominanter Bits charakterisiert. Wie aus 5C ersichtlich ist, weicht auch die tatsächliche Zeitdauer Td2 der zweiten Bitsequenz von der zweifachen idealen Bitdauer TBid (von Zeitpunkt t0 bis Zeitpunkt t2) ab.
Vergleichbare Effekte können gemäß 5D bei einer dritten Bitsequenz (Zeitdauer Td3), welche drei dominante Bits charakterisiert, gemäß 5E bei einer vierten Bitsequenz (Zeitdauer Td4), welche vier dominante Bits charakterisiert, und gemäß 5E bei einer fünften Bitsequenz (Zeitdauer Td5), welche fünf dominante Bits charakterisiert, auftreten. Diese Effekte können auch als Bit-Asymmetrie bezeichnet werden, weil ein dominantes Bit hinsichtlich seiner Bitdauer z.B. länger ist als ein rezessives Bit, vgl. die erste Bitsequenz aus 5B mit der Zeitdauer Td1 für das dominante Bit und die sich daran anschließende Zeitdauer von t11 bis t2 für ein darauffolgendes rezessives Bit. Die Bit-Asymmetrie ist in 5 mit dem Bezugszeichen BAS bezeichnet.
Eine Bit-Asymmetrie tritt insbesondere an dominant-zu-rezessiv Bit-Flanken auf, d.h. bei einem Wechsel von dominant nach rezessiv (also von logisch 0 nach 1). Zusätzlich kann die Bit-Asymmetrie von der Länge der dominanten Bit-Sequenz vor dem Flankenwechsel zu rezessiv abhängen. Aufgrund der Bit-Stuffing Regel bei CAN-Bussystemen ist die Zahl der möglichen verschiedenen Bit-Sequenzen vergleichsweise klein. Die Bit-Stuffing Regel besagt, dass nach fünf gleichartigen Bits ein Stuff-Bit eingefügt werden muss. Somit ist die längste dominante Bit-Sequenz: 5 Bits.
Untersuchungen der Anmelderin zufolge kann die tatsächliche Zeitdauer Td1, .., Td5 bzw. Länge folgender fünf Bit-Sequenzen, die in 5B bis 5F abgebildet sind, charakteristisch sein für jede Kommunikationsbeziehung auf dem CAN-Bussystem 1, 2:

- 1 dominantes Bit (5B), - 2 dominante Bits (5C), - 3 dominante Bits ( 5D), - 4 dominante Bits (5E), - 5 dominante Bits (5F).

Bei weiteren Ausführungsformen kann für eine Kommunikationsbeziehung zwischen zwei Busteilnehmern jeweils die tatsächliche Länge (Tdi, mit i=1..5) der Bit-Sequenzen charakteristisch sein. 5 zeigt wie bereits erwähnt die Bit-Asymmetrie BAS, die dazu führt, dass die tatsächliche Länge bzw. Zeitdauer der betrachteten Bitsequenzen von der idealen Länge (z.B. ganzzahlige Vielfache der idealen Bitdauer TBid) abweicht. Die Bit-Asymmetrie BAS führt dazu, dass die dominante Bitsequenz länger wird. Je nach Betriebspunkt kann es jedoch auch vorkommen, dass die dominante Bitsequenz verkürzt wird. Für einen Betriebspunkt, der z.B. durch die elektrischen Versorgungsspannungen und die Temperatur bestimmt sein kann, ist die Bit-Asymmetrie i.w. konstant.
Die gemäß den Ausführungsformen ermittelte tatsächliche Länge bzw. Zeitdauer Td1, .., Td5 einer einzigen der z.B. dominanten Bitsequenzen reicht theoretisch aus, um einen Fingerabdruck für einen senden Busteilnehmer daraus abzuleiten, der z.B. eine Identifikation des senden Busteilnehmers ermöglicht. Bei manchen Ausführungsformen kann auch direkt die Zeitdauer der einzigen Bitsequenz als Fingerabdruck genutzt werden. Die Zuverlässigkeit steigt weiteren Ausführungsformen zufolge jedoch, je mehr verschiedene dominante Bitsequenzen eines Busteilnehmers berücksichtigt werden.
Bei weiteren Ausführungsformen kann beachtet werden, dass nicht jede theoretisch mögliche Bitsequenz in jedem CAN-Datenrahmen („Frame“) vorhanden ist.
Bei weiteren Ausführungsformen kann die Vorrichtung 100, 100a bzw. ein ihr zugeordneter Busteilnehmer bzw. ein sie enthaltender Busteilnehmer einen Fingerabdruck eines Sende-Knotens (sendender Busteilnehmer) zumindest zeitweise Speichern, insbesondere in Form eines i-Tupels der Zeitdauern Tdi (mit i=1..5), vgl. 5. Alternativ oder ergänzend kann ein Fingerabdruck gemäß weiterer Ausführungsformen auch als i-dimensionaler Vektor (mit i=1..5) aufgefasst werden, dessen i viele Komponenten die jeweiligen, für die betrachteten Bitsequenzen ermittelten Zeitdauern Tdi darstellen.
Bei weiteren Ausführungsformen kann alternativ zu fünf dominanten Bitsequenzen ein Empfangs-Knoten (bzw. die ihm zugeordnete Vorrichtung 100, 100a) die tatsächliche Zeitdauer bzw. Länge einer oder mehrerer rezessiver Bitsequenzen ermitteln (beispielsweise ausmessen) und zumindest zeitweise abspeichern. Aufgrund der Bit-Stuffing Regel existieren bei CAN-Bussystemen fünf rezessive Bitsequenzen, d.h. mit 1 bis 5 aufeinanderfolgenden rezessiven Bits.
Bei weiteren Ausführungsformen kann, da bei der Bit-Asymmetrie die Anzahl der dominanten Bits relevant ist, ein die Vorrichtung 100, 100a enthaltender Empfangs-Knoten bzw. die Vorrichtung 100, 100a zusätzlich zur Zeitdauer bzw. tatsächlichen Länge der rezessiven Bitsequenz auch die Anzahl der dominanten Bits in der vorangegangenen dominanten Bitsequenz abspeichern. Somit kann bei dieser Ausführungsform der Empfangs-Knoten bis zu 5*5=25 verschiedene tatsächliche Längen (Zeitdauern) der rezessiven Bitsequenzen abspeichern. Dies ergibt sich aus den fünf möglichen dominanten Bitsequenzen, die vorangehen, und den fünf möglichen rezessiven Bitsequenzen, die nachfolgen.
Bei weiteren Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung 100, 100a bzw. ein sie enthaltender Empfangs-Knoten die Zeitdauern (tatsächlichen Längen) von rezessiven Bitsequenzen ermittelt und vorzugsweise zumindest zeitweise speichert, insbesondere ohne eine vorangegangene dominante Bitsequenz zu beachten.
Bei weiteren Ausführungsformen kann auch die Zeitdauer bzw. tatsächliche Länge einer beliebigen Auswahl von rezessiven und/oder dominanten Bitsequenzen ermittelt und optional als Fingerabdruck oder für die Bildung eines Fingerabdrucks verwendet werden. Bei den rezessiven Bitsequenzen kann optional eine Zahl der Bits in der vorangegangenen dominanten Bitsequenz betrachtet werden oder auch nicht.
Z.B. kann bei manchen Ausführungsformen für einen Fingerabdruck folgendes verwendet werden: die dominante Bitsequenz mit einem Bit, die rezessiven Bitsequenzen mit 2, 3, 4 und 5 Bits inklusive der Zahl der Bits in der vorangegangenen dominanten Bit-Sequenz.
Grundsätzlich kann bei weiteren Ausführungsformen theoretisch die tatsächliche Länge einer (einzigen) gemessenen Bitsequenz, also die Ermittlung einer Zeitdauer einer (einzigen) Bitsequenz als Fingerabdruck eines senden Busteilnehmers („Sende-Knoten“) verwendet werden. Je mehr Bitsequenzen eines Sende-Knotens jedoch vermessen werden, desto genauer wird der Fingerabdruck für diesen Sende-Knoten.
6 zeigt schematisch ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Vorrichtung 100b gemäß einer weiteren Ausführungsform. Gezeigt ist eine Recheneinheit 1000, vorliegend z.B. ein Mikrocontroller, in den die Vorrichtung 100b beispielhaft integriert ist. Die Funktionalität der Vorrichtung 100b kann beispielsweise der Funktionalität der vorstehend beschriebenen Vorrichtung 100 oder der Vorrichtung 100a entsprechen und zumindest teilweise durch Hardware und/oder Software des Mikrocontrollers 1000 realisiert sein.
Dem Mikrocontroller 1000 ist ein CAN Transceiver 10a' zugeordnet, der in an sich bekannter Weise ein differentielles Busempfangssignal BE1 (vgl. die beiden Signalleitungen CAN_H, CAN_L) von einem Bussystem empfängt und daraus ein digitales Empfangssignal RxD1 ermittelt. Optional kann dem Transceiver 10a' auch ein (digitales) Sendesignal TxD durch den Mikrocontroller 1000 zugeführt werden, das der Transceiver 10a' aussendet.
Vorliegend wird das digitale Empfangssignal RxD1 durch die Vorrichtung 100b ausgewertet, um die Zeitdauer wenigstens einer in dem Empfangssignal RxD1 enthaltenen Bitsequenz zu ermitteln, also die (zeitliche) Länge dieser Bitsequenz zu messen. Besonders bevorzugt ist die Vorrichtung 100b dazu ausgebildet, in Abhängigkeit einer oder mehrerer ermittelter Zeitdauern entsprechender Bitsequenzen eines Busteilnehmers für diesen Busteilnehmer einen Fingerabdruck zu ermitteln. Bei manchen Ausführungsformen kann es sich dabei um einen entfernt angeordneten Busteilnehmer (nicht in 6 gezeigt) handeln, bei anderen Ausführungsformen ist auch denkbar, dass die Vorrichtung 100b einen derartigen Fingerabdruck für durch den Transceiver 10a' gesendete Bitsequenzen bildet. Bei weiteren Ausführungsformen sind auch Kombinationen hieraus denkbar.
Bei manchen bevorzugten Ausführungsformen kann die Vorrichtung 100b dazu ausgebildet sein, Zeitdauern verschiedener in einem Empfangssignal enthaltener Bitsequenzen zu ermitteln (was beispielhaft als Lernphase beschrieben werden kann) und im Anschluss an das Ermitteln Bitsequenzen des Empfangssignals in Abhängigkeit der ermittelten Zeitdauern zu bewerten. Hierzu kann die Vorrichtung 100b wenigstens einen der nachfolgend beschriebenen Blöcke aufweisen.
Bevorzugt kann ein „CAN Protocol Controller“ 102 vorgesehen sein, der dazu ausgebildet ist, das digitale Empfangssignal RxD1 zu interpretieren, z.B. kennt er dadurch den genauen Zustand bei der Übertragung, d.h. welches Bit eines Datenrahmens gerade übertragen wird. Bei weiteren Ausführungsformen entspricht der Block 102 einem „minimalen CAN Protocol Controller“, denn er kann empfangen, muss jedoch nicht senden können. Der Block 102 stellt bevorzugt dem Ermittlungsblock 104 Informationen zur Position im empfangenen CAN-Datenrahmen bereit. Diese sind z.B. 1) die aktuelle Phase des Datenrahmens (Daten/Arbitration), 2) ob gerade ein Datenrahmen empfangen wird, oder der CAN Bus idle (inaktiv) ist und/oder 3) die Bit-Position im Datenrahmen. Der Block 102 stellt bevorzugt dem Speicherblock 106 eine Datenrahmenidentifizierung („Frame ID“) eines gerade empfangenen Datenrahmens bereit. Die Datenrahmenidentifizierung kann vorteilhaft zur Zuordnung ermittelter Zeitdauern bzw. eines daraus gebildeten Fingerabdrucks zu einem sendenden Busteilnehmer genutzt werden.
Stellt der „CAN Protocol Controller“ 102 während des Empfangs eines Frames einen Übertragungsfehler fest, z. B. weil wegen einer Störung ein Bit invers abgetastet wurde oder weil ein anderer Busteilnehmer ein sogenanntes „CAN Error Flag“ gesendet hat, so werden diese Messungen dieses fehlerhaften Frames bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen weder für die Lernphase noch für die Betriebsphase verwendet. Dazu sendet der „CAN Protocol Controller“ 102 z.B. ein Abbruch-Signal an den Speicherblock 106 und an den Vergleichsblock 109.
Bevorzugt ist ein Konfigurationsblock 108 vorgesehen, der dem Ermittlungsblock 104 Konfigurationsparameter bereitstellt, z.B. 1) welche Bit-Sequenzen zu vermessen sind, 2) die ideale Länge (ideale Bitdauer TBid, vgl. 5A) eines Bits in der Arbitration-Phase und in der Datenphase.
Bevorzugt ist ein Ermittlungsblock 104 vorgesehen, der die Zeitdauern empfangener Bitsequenzen ermittelt. Mit anderen Worten misst der Ermittlungsblock 104 die tatsächliche (zeitliche) Länge der empfangenen Bitsequenzen. Bevorzugt erhält der Ermittlungsblock 104 eine Information, welche Bitsequenzen zu vermessen sind, von dem Konfigurationsblock 108. Bevorzugt stellt der Ermittlungsblock 104 dem Speicherblock 106 und dem Vergleicherblock 109 die Information L bereit. Die Information L enthält die gemessene Länge (ermittelte Zeitdauer) einer Bitsequenz und die Information, um welche Bitsequenz es sich handelt.
Der Speicherblock 106 hat bevorzugt zwei Betriebsmodi, eine Lernphase und eine Betriebsphase. Der Mikrocontroller 1000 kann dem Speicherblock 106 den Modus über das Eingangssignal M signalisieren. In der Lernphase kann der Speicherblock 106 zu vorgebbaren Datenrahmenidentifizierungen („Frame ID“) die zughörigen Messdaten L speichern. In der Betriebsphase kann der Speicherblock 106 zu den vorgebbaren Datenrahmenidentifizierungen die vorhandenen Messdaten Ls an den Vergleicherblock 109 ausgeben. Diese Daten Ls können den Fingerabdruck für den Sender des Datenrahmens mit der Datenrahmenidentifizierung repräsentieren.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die Vorrichtung 100b, insbesondere z.B. der Speicherblock 106, für jede Datenrahmenidentifizierung („Frame ID“) einen Fingerabdruck in Form von verschiedener Zeitdauern in einem Empfangssignal enthaltener Bitsequenzen speichern. Dies ist vorteilhaft, wenn die Vorrichtung 100b z.B. ansonsten keinerlei Kenntnis darüber hat, welche Busteilnehmer welche Datenrahmenidentifizierung („Frame ID“) senden. In typischen CAN Netzwerken kann jeder Busteilehmer einen exklusiven Satz an Datenrahmenidentifizierung („Frame ID“) zugewiesen haben, die er senden darf.
Wenn der Speicherblock 106 Kenntnis von den Datenrahmenidentifizierungen („Frame ID“) der einzelnen Busteilnehmer hat, dann kann er bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen für ein oder mehrere Busteilnehmer, vorzugsweise für jeden Busteilnehmer, einen Fingerabdruck in Form von verschiedener Zeitdauern in einem Empfangssignal enthaltener Bitsequenzen speichern.
Bevorzugt ist der Vergleicherblock 109 dazu ausgebildet, die Daten L, LS miteinander zu vergleichen, um zu bewerten, ob die gerade ermittelte Zeitdauer bzw. gemessene Länge der Bitsequenz L mit dem zuvor gespeicherten Fingerabdruck Ls übereinstimmt. Bevorzugt stellt der Vergleicherblock 109 abhängig von dem Vergleichsergebnis das Ausgangssignal R bereit, das beispielsweise durch den Mikrocontroller 1000 weiterverarbeitet werden kann.
Bei bevorzugten Ausführungsformen kann das Ausgangssignal R z.B. die Zustände „Fingerabdruck korrekt“, „Fingerabdruck falsch“ und „Fingerabdruck vielleicht falsch“ enthalten. Dadurch kann z.B. ein Austausch bzw. eine Manipulation des dem bekannten Fingerabdruck zugeordneten sendenden Busteilnehmers erkannt werden.
Bei weiteren Ausführungsformen können für den Vergleich in dem Vergleicherblock 109 verschiedene Varianten vorgesehen sein: a) es wird eine hundertprozentige Übereinstimmung der gemessenen mit den gespeicherten Werten verlangt, b) die einzelnen Bitsequenzen können gewichtet verglichen werden. Die Gewichtung kann z.B. von einer Auftrittshäufigkeit der Bitsequenz im aktuellen Datenrahmen abhängen, oder z.B. von der Relevanz einer Bitsequenz für den Fingerabdruck oder einer Kombination daraus.
Eine Anwendung des Prinzips der Ausführungsformen und insbesondere der Einsatz von Fingerprinting basierend auf Zeitdauern von Bitsequenzen (z.B. bedingt durch Bit-Asymmetrien) ist bei allen Bus-Protokollen möglich, die mit den Buszuständen „dominant“ und „rezessiv“ arbeiten, und insbesondere nicht auf die vorstehend beispielhaft beschriebenen Systeme CAN bzw. CAN-FD beschränkt.
Wie vorstehend bereits beschrieben, kann eine Lernphase zur Ermittlung der Zeitdauern der interessierenden Bitsequenzen vorgesehen sein, und eine beispielsweise darauf folgende Betriebsphase, in der während der Betriebsphase empfangene Signale auf die interessierenden Bitsequenzen bzw. deren Zeitdauer hin untersucht werden.
Bei weiteren Ausführungsformen kann eine Auswahl der Bitsequenzen, deren tatsächliche Länge zur Bildung des Fingerabdrucks vermessen wird (Ermittlung der entsprechenden Zeitdauer der Bitsequenzen), aus den während der Lernphase empfangenen Datenrahmen abgeleitet werden. Z.B. können bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen die am häufigsten in der Lernphase vorkommenden Bitsequenzen vermessen und als Fingerabdruck verwendet werden.
Weitere Aspekte betreffen einen Umgang mit Arbitration. Bei Bussystemen des Typs CAN bzw. CAN FD können Datenrahmen gegeneinander arbitrieren. Beim Arbitrationsvorgang überlagern sich Bits von verschiedenen Sendeknoten auf dem Bus. Dies führt dazu, dass die tatsächliche Länge (Zeitdauer) einzelner Bits sich massiv ändern kann. Dieser Effekt kann eine Ermittlung der Zeitdauern von Bitsequenzen gemäß den Ausführungsformen stören. Bei bevorzugten Ausführungsformen sind folgende Ansätze denkbar: - Ansatz 1: Mittels Plausibilitätscheck: stark abweichende Zeitdauern bzw. Messwerte herausfiltern. - Ansatz 2: Einen „minimalen CAN Controller“ (z.B. i.w. vergleichbar zu Block 102 gemäß 6) verwenden: Der CAN Controller stellt dem Ermittlungsblock 104 Hilfssignale bereit, die z.B. anzeigen, ob die aktuell empfangenen Bits von einer Arbitration betroffen sein könnten. Anhand dieser Hilfssignale kann der Ermittlungsblock 104 entscheiden, ob er jetzt eine Messung vornehmen kann oder nicht.
Weitere Aspekte betreffen einen Umgang mit CAN FD. Wenn bei CAN FD die Bitratenumschaltung verwendet wird, gibt es lange Bits in der Arbitrations-Phase und kurze Bits in der Daten-Phase (aufgrund einer in der Datenphase höheren Bitrate im Vergleich zur Arbitrations-Phase). Die vorstehend beschriebenen Ansätze zur Auswahl von hinsichtlich ihrer Zeitdauer zu vermessenden Bitsequenzen lassen sich auch auf die Arbitrations-Phase und die Daten-Phase anwenden. Für einen Sende-Knoten, der CAN FD Datenrahmen mit Bitratenumschaltung versendet, kann das Vermessen basierend auf der Arbitrations-Phase und/oder der Daten-Phase erfolgen. Z.B. könnte in einem CAN Netzwerk, in dem ausschließlich CAN FD Datenrahmen mit Bitratenumschaltung versendet werden, die Vermessung, also Ermittlung der Zeitdauer(n) für interessierende Bitsequenzen, insbesondere mit dem Ziel der Bildung eines Fingerabdrucks, allein auf den Bits in der Daten-Phase basieren. Das hätte den Vorteil, dass man die durch die Arbitration veränderten Bit-Längen nicht herausfiltern müsste. Dadurch würde die Komplexität der Vorrichtung 100b deutlich reduziert.
Weitere Aspekte betreffen die Ermittlung der Zeitdauer einer Bitsequenz, also das „Vermessen“. Das Vermessen der Bitsequenzen kann basierend auf dem digitalen Empfangssignal RxD, RxD1 erfolgen. Dies kann z.B. im Mikrokontroller 1000 (6) erfolgen, weil das Empfangssignal RxD hier typischerweise vorhanden ist. Das hat den Vorteil, dass für das Fingerprinting, also die Anfertigung von Fingerabdrücken sendender Busteilnehmer, eine rein digitale Schaltung verwendbar ist, also z.B. kein Analog/Digital-Wandler erforderlich ist. Alternativ kann das Vermessen der tatsächlichen Länge der Bitsequenzen auch basierend auf den Bus-Signalen CAN_H, CAN_L (4) und/oder einer hieraus abgeleiteten Differenzspannung Vdiff (nicht gezeigt) erfolgen. Hierzu kann z.B. ein Analog/Digital-Wandler (ADC) und eine digitale Schaltung verwendet werden. Wenn die Vorrichtung 100a z.B. im CAN Transceiver 10a (4) untergebracht ist, dann sind hier die notwendigen Signale CAN_H, CAN_L bzw. Vdiff auch bereits verfügbar.
Grundsätzlich kann bei weiteren Ausführungsformen in der Lernphase, in der die Zeitdauer von Bitsequenzen ermittelt wird, ein Plausibilitätscheck durchgeführt werden. D.h. wenn die tatsächliche Länge einer Bitsequenz stark von anderen Messungen abweicht, dann kann dieser Messwert z.B. verworfen werden. So eine starke Abweichung kann bei manchen Ausführungsformen z.B. vorkommen, wenn von extern eingestrahlte Störungen das Signal auf dem Bus verfälschen.
Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen ermöglicht vorteilhaft die Verwendung einer tatsächlichen Zeitdauer Td1, .., Td5 (5) bzw. tatsächlichen Länge von Bitsequenzen eines Empfangssignals BE, RxD, RxD1 als Fingerabdruck für einen sendenden Busteilnehmer bzw. zur Ermittlung eines Fingerabdrucks, der den sendenden Busteilnehmer charakterisiert.
7 zeigt schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform. In einem optionalen Schritt 200 empfängt die Vorrichtung 100, 100a, 100b ein Empfangssignal über ein Bussystem. In dem darauffolgenden Schritt 210 ermittelt die Vorrichtung eine Zeitdauer wenigstens einer in dem Empfangssignal enthaltenen Bitsequenz. Optional kann in einem nicht in 7 gezeigten weiteren Schritt ein Fingerabdruck für einen sendenden Busteilnehmer in Abhängigkeit der Zeitdauer bzw. mehrerer Zeitdauern verschiedener empfangener Bit Sequenzen gebildet werden. Alternativ kann auch direkt die Zeitdauer als Fingerabdruck für den sendenden Busteilnehmer genutzt werden. Optional kann danach eine Zeitdauer einer später empfangenen Bitsequenz bzw. ein entsprechender Fingerabdruck ermittelt und mit dem zuvor gebildeten Fingerabdruck verglichen werden.

Claims

Vorrichtung (100; 100a; 100b) zum Auswerten eines über ein Bussystem (1; 2) empfangbaren Empfangssignals (BE; RxD; RxD1), wobei die Vorrichtung (100; 100a; 100b) dazu ausgebildet ist, eine Zeitdauer (Td1; Td2; Td3; Td4; Td5) wenigstens einer in dem Empfangssignal (BE; RxD; RxD1) enthaltenen Bitsequenz zu ermitteln.
Vorrichtung (100; 100a; 100b) nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (100; 100a; 100b) dazu ausgebildet ist, die Zeitdauer (Td1; Td2; Td3; Td4; Td5) einem Busteilnehmer (110) des Bussystems (1; 2) zuzuordnen.
Vorrichtung (100; 100a; 100b) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (100; 100a; 100b) dazu ausgebildet ist, für mehrere in dem Empfangssignal (BE; RxD; RxD1) enthaltene Bitsequenzen jeweils eine entsprechende Zeitdauer zu ermitteln.
Vorrichtung (100; 100a; 100b) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (100; 100a; 100b) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer oder mehrerer einem Busteilnehmer (110) zugeordneter Zeitdauern einen den betreffenden Busteilnehmer (110) charakterisierenden Fingerabdruck zu ermitteln.
Vorrichtung (100; 100a; 100b) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bussystem (1; 2) ein CAN-Bussystem oder ein CAN-FD Bussystem ist, und wobei die Vorrichtung (100; 100a; 100b) dazu ausgebildet ist, die Zeitdauer bzw. die Zeitdauern (Td1; Td2; Td3; Td4; Td5) in Abhängigkeit eines differentiellen Busempfangssignals (BE) und/oder in Abhängigkeit eines digitalen, aus dem differentiellen Busempfangssignal (BE) abgeleiteten, Empfangssignals (RxD; RxD1) zu ermitteln.
Vorrichtung (100; 100a; 100b) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (100; 100a; 100b) dazu ausgebildet ist, wenigstens eine dominante Bitsequenz und/oder eine rezessive Bitsequenz für die Ermittlung der Zeitdauer bzw. der Zeitdauern zu betrachten.
Vorrichtung (100; 100a; 100b) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (100; 100a; 100b) dazu ausgebildet ist, mehrere gleichartige Bitsequenzen eines selben Busteilnehmers (110) auszuwerten.
Vorrichtung (100; 100a; 100b) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (100; 100a; 100b) dazu ausgebildet ist, eine Lernphase zur Ermittlung von Zeitdauern interessierender Bitsequenzen auszuführen, und eine Betriebsphase, in der während der Betriebsphase empfangene Signale auf die interessierenden Bitsequenzen bzw. deren Zeitdauer hin untersucht werden.
Vorrichtung (100; 100a; 100b) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (100; 100a; 100b) dazu ausgebildet ist, Bitsequenzen des Empfangssignals in Abhängigkeit der ermittelten Zeitdauern zu bewerten.
Empfangseinrichtung (10a) für ein Bussystem (1; 2), wobei die Empfangseinrichtung (10a) einen ersten Busanschluss (12a) zur Verbindung mit einer ersten Signalleitung (CAN_H) des Bussystems (1; 2), einen zweiten Busanschluss (12b) zur Verbindung mit einer zweiten Signalleitung (CAN_L) des Bussystems (1; 2) und eine Empfangseinheit (14) zum Empfangen eines Busempfangssignals (BE) von dem ersten und zweiten Busanschluss (12a, 12b) aufweist, wobei die Empfangseinrichtung (10) wenigstens eine Vorrichtung (100; 100a; 100b) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche aufweist.
Recheneinheit (1000), insbesondere Mikrocontroller, mit wenigstens einer Vorrichtung (100; 100a; 100b) bzw. Empfangseinrichtung (10a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche.
Verfahren zum Auswerten eines über ein Bussystem (1; 2) empfangbaren Empfangssignals (BE; RxD; RxD1), wobei eine Zeitdauer (Td1; Td2; Td3; Td4; Td5) wenigstens einer in dem Empfangssignal (BE; RxD; RxD1) enthaltenen Bitsequenz ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Zeitdauer (Td1; Td2; Td3; Td4; Td5) als Fingerabdruck verwendet wird.