DE102019201230A1

DE102019201230A1 - Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem und Verfahren zum Senden einer Nachricht in einem seriellen Bussystem

Info

Publication number: DE102019201230A1
Application number: DE102019201230.2A
Authority: DE
Inventors: Steffen Walker; Arthur Mutter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-08-17
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2020-02-20
Also published as: US10776307B2; CN110838960A; CN110838960B; US20200057745A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Teilnehmerstation (10; 20; 30) für ein serielles Bussystem (1), mit und ein Verfahren zum Senden einer Nachricht (4; 5) in einem seriellen Bussystem (1). Die Teilnehmerstation (10; 20; 30) umfasst eine Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) zum Erstellen einer Nachricht (4; 5), die seriell an mindestens eine andere Teilnehmerstation (20; 30; 10; N) des Bussystems (1) zu senden ist, und/oder Lesen einer Nachricht (4; 5), die von der Teilnehmerstation (10; 20; 30; N) von mindestens einer anderen Teilnehmerstation (20; 30; 10; N) des Bussystems (1) seriell empfangen wurde, und eine Sende-/Empfangseinrichtung (12; 22; 32) zum Senden der erstellten Nachricht (4; 5) in einem Rahmen (45; 45A; 45B) auf eine Busleitung (3) an mindestens eine andere Teilnehmerstation (20; 30; 10; N) des Bussystems (1) und/oder zum Empfangen eines Rahmens (45; 45A; 45B) einer Nachricht (4; 5) von der Busleitung (3), wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ausgestaltet ist zu entscheiden, ob zum Abbruch eines derzeit durchgeführten seriellen Sendens des Rahmens (45; 45A) auf die Busleitung (3) ein Abbruchkriterium (50) vorliegt, gemäß welchem ein serielles Senden eines höherpriorisierten Rahmens (45B) für eine Nachricht (4; 5) wichtiger ist als das derzeit durchgeführte serielle Senden des Rahmens (45; 45A) auf die Busleitung (3), und wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ausgestaltet ist, in dem derzeit seriell gesendeten Rahmen (45; 45A) aufgrund der vorgenommenen Entscheidung eine Signalisierung vorzusehen, ob der derzeit seriell gesendete Rahmen (45; 45A) abzubrechen ist oder nicht.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem und ein Verfahren zum Übertragen einer Nachricht in einem seriellen Bussystem, das mit hoher Datenrate und großer Fehlerrobustheit arbeitet.
Stand der Technik
Für die Kommunikation zwischen Sensoren und Steuergeräten, beispielsweise in Fahrzeugen, wird häufig ein Bussystem eingesetzt, in welchem Daten als Nachrichten im Standard ISO11898-1:2015 als CAN Protokoll-Spezifikation mit CAN FD übertragen werden. Die Nachrichten werden zwischen den Busteilnehmern des Bussystems, wie Sensor, Steuergerät, Geber, usw., übertragen.
DE 10 2012 209 093 A1 zeigt eine Teilnehmerstation eines Bussystems, welche bei einem Fehler bei einer CAN Buskommunikation in der Lage ist, einen Abbruch einer Nachricht an einer beliebigen Abbruchstelle vorzunehmen. Die Nachricht ist dann erneut zu senden, was die Busauslastung erhöht.
Mit steigender Anzahl an Funktionen einer technischen Anlage bzw. eines Fahrzeugs,
nimmt auch der Datenverkehr im Bussystem zu. Noch dazu ist es oft gefordert, dass die Daten schneller vom Sender zum Empfänger zu übertragen sind als bisher. Folge davon ist, dass die geforderte Bandbreite des Bussystems weiter steigen wird.
Um Daten mit höherer Bitrate übertragen zu können als bei CAN, wurde im CAN FD
Nachrichten-Format eine Option zur Umschaltung auf eine höhere Bitrate innerhalb einer Nachricht geschaffen. Bei solchen Techniken wird die maximal mögliche Datenrate
durch Einsatz einer höheren Taktung im Bereich der Datenfelder über einen Wert von 1 MBit/s hinaus gesteigert. Solche Nachrichten werden nachfolgend auch als CAN FD-Rahmen oder CAN FD-Nachrichten bezeichnet. Bei CAN FD ist die Nutzdatenlänge von 8 auf bis zu 64 Bytes erweitert und sind die Datenübertragungsraten deutlich höher als bei CAN.
Auch wenn ein CAN oder CAN FD basiertes Kommunikationsnetzwerk im Hinblick auf beispielsweise seine Robustheit sehr viele Vorteile bietet, hat es doch eine deutlich geringere Schnelligkeit im Vergleich zu einer Datenübertragung bei zum Beispiel 100 Base-T1 Ethernet. Außerdem ist die bisher mit CAN FD erreichte Nutzdatenlänge von bis zu 64 Bytes für einige Anwendungen zu gering.
Offenbarung der Erfindung
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Teilnehmerstationen für ein serielles Bussystem und ein Verfahren zum Übertragen einer Nachricht in einem seriellen Bussystem bereitzustellen, welche die zuvor genannten Probleme lösen. Insbesondere sollen Teilnehmerstationen für ein serielles Bussystem und ein Verfahren zum Übertragen einer Nachricht in einem seriellen Bussystem bereitgestellt werden, bei welchen bei großer Fehlerrobustheit eine hohe Datenrate und eine Steigerung der Menge der Nutzdaten pro Rahmen realisiert werden kann.
Die Aufgabe wird durch eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Teilnehmerstation umfasst eine Kommunikationssteuereinrichtung zum Erstellen einer Nachricht, die seriell an mindestens eine andere Teilnehmerstation des Bussystems zu senden ist, und/oder Lesen einer Nachricht, die von der Teilnehmerstation von mindestens einer anderen Teilnehmerstation des Bussystems seriell empfangen wurde, und eine Sende-/Empfangseinrichtung zum Senden der erstellten Nachricht in einem Rahmen auf eine Busleitung an mindestens eine andere Teilnehmerstation des Bussystems und/oder zum Empfangen eines Rahmens einer Nachricht von der Busleitung, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist zu entscheiden, ob zum Abbruch eines derzeit durchgeführten seriellen Sendens des Rahmens auf die Busleitung ein Abbruchkriterium vorliegt, gemäß welchem ein serielles Senden eines höherpriorisierten Rahmens für eine Nachricht wichtiger ist als das derzeit durchgeführte serielle Senden des Rahmens auf die Busleitung, und wobei die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, in dem derzeit seriell gesendeten Rahmen aufgrund der vorgenommenen Entscheidung eine Signalisierung vorzusehen, ob der derzeit seriell gesendete Rahmen abzubrechen ist oder nicht.
Die beschriebene Teilnehmerstation trägt mit dazu bei, dass die Verfügbarkeit des Busses des Bussystems optimal genutzt wird, ohne dass hochpriorisierte Nachrichten blockiert werden, die beispielsweise für eine technische Anlage kritische Zustände an mindestens eine andere Teilnehmerstation des Bussystems mitteilen sollen. Solange keine hochpriorisierten Nachrichten vorliegen, können so lange wie möglich Daten mit höherer Datenrate als in einer sonstigen Kommunikationsphase gesendet werden. Dennoch kann auf kritische Zustände der technischen Anlage schnell reagiert werden, da Nachrichten mit niedrigerer Priorität mit der gewünschten Schnelligkeit abgebrochen werden können. Dadurch kann die Nettodatenübertragungsrate des Bussystems optimiert werden und können plötzlich auftretende Ereignisse im Betrieb der Teilnehmerstationen innerhalb kürzester Zeit berücksichtigt werden. Dies trägt mit zu einem sicheren Betrieb der technischen Anlage bei, für welche das Bussystem eingesetzt ist.
Das von der Teilnehmerstation durchgeführte Verfahren kann auch zum Einsatz kommen, wenn in dem Bussystem auch mindestens eine Classical CAN bzw. Classic CAN-Teilnehmerstation, die Nachrichten nach dem Classical CAN-Protokoll senden kann, und/oder mindestens eine CAN FD Teilnehmerstation vorhanden ist, die Nachrichten nach dem CAN FD Protokoll senden kann.
Zusätzlich ist durch das verwendete Format zur Übertragung der Nutzdaten bei den sehr langen Rahmen eine deutliche Steigerung der Bitrate und damit der Übertragungsgeschwindigkeit vom Sender zum Empfänger realisierbar. Aufgrund der Ausgestaltung der Teilnehmerstation werden keine Fehlerrahmen (Error-Frames) mehr benötigt, jedoch kann weiter mit Fehlerrahmen (Error-Frames) gearbeitet werden, falls gewünscht. Dies trägt mit dazu bei, eine Nettodatenrate von mindestens 10 Mbps zu realisieren. Noch dazu kann die Größe der Nutzdaten insbesondere bis zu 4096 Byte pro Rahmen betragen.
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Teilnehmerstation sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Vorzugsweise ist die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet, das Senden des derzeit seriell gesendeten Rahmens nach Senden eines Abbruchssignals als die Signalisierung einzustellen, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung ausgestaltet ist, das Empfangen des derzeit seriell gesendeten Rahmens nach Senden des Abbruchssignals als die Signalisierung einzustellen. Dadurch kann das Senden des höherpriorisierten Rahmens beschleunigt werden.
Gemäß den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen ist die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet, in dem derzeit seriell gesendeten Rahmen an mindestens einer vorbestimmten Stelle für die Signalisierung eine vorbestimmte Sollbruchstelle vorzusehen, welche die mindestens eine andere Teilnehmerstation für den Abbruch des derzeit seriell gesendeten Rahmens verwenden kann.
Gemäß den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen ist die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet, die Signalisierung an einer vorbestimmten Sollbruchstelle vorzusehen, die in dem derzeit seriell gesendeten Rahmen an mindestens einer vorbestimmten Stelle vorgesehen ist.
Bei einer Option hat die vorbestimmte Sollbruchstelle mindestens ein Bit.
Gemäß einer speziellen Ausführungsvariante ist die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet, für die Signalisierung einen Buszustand, der in dem derzeit seriell gesendeten Rahmen vorgesehen ist, durch einen vorbestimmten anderen Buszustand zu überschreiben.
Möglicherweise ist der in dem derzeit seriell gesendeten Rahmen vorgesehene Buszustand ein rezessiver Buszustand, wobei der vorbestimmte andere Buszustand ein dominanter Buszustand oder ein negativ dominanter Buszustand ist oder eine größere Differenzspannung aufweist als beim dominanten Buszustand.
Denkbar ist, dass die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, eine Nachricht unter Verwendung einer ersten und einer zweiten Kommunikationsphase zu der Busleitung zu senden, wobei in der ersten Kommunikationsphase ausgehandelt wird, welche der Teilnehmerstationen in der nachfolgenden zweiten Kommunikationsphase zumindest zeitweise den exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf die Busleitung bekommt. Hierbei kann die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet sein, die Nachricht derart zu erstellen, dass Bits in der ersten Kommunikationsphase eine Bitzeit haben, die um mindestens den Faktor 10 größer als eine Bitzeit von Bits ist, die in der zweiten Kommunikationsphase auf die Busleitung getrieben werden.
Außerdem kann die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet sein, an mindestens einer vorbestimmten Stelle in der ersten Kommunikationsphase ein rezessives Bit als eine vorbestimmte Sollbruchstelle für die Signalisierung vorzusehen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet, an mindestens einer vorbestimmten Stelle in der zweiten Kommunikationsphase eine vorbestimmte Anzahl von rezessiven Bits als eine vorbestimmte Sollbruchstelle für die Signalisierung vorzusehen, wobei die vorbestimmte Anzahl von rezessiven Bits unter Berücksichtigung einer Addition von Zeitdauern T5 + T3 + T6 festgelegt ist, wobei die Zeitdauer T5 die maximale Laufzeit eines Signals von der Teilnehmerstation bis zum entferntesten Ende der Busleitung und zurück in dem Bussystem ist, wobei die Zeitdauer T3 die Zeitdauer des Sendens der Signalisierung ist, und wobei die Zeitdauer T6 die Dauer einer optionalen Sicherheitsreserve ist, die eine vorbestimmte Anzahl von Bits umfasst, so dass nachfolgende Daten nicht von der Signalisierung überschrieben werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet, an mindestens einer vorbestimmten Stelle in der zweiten Kommunikationsphase eine Umschaltphase vorzusehen, in welcher vor einer vorbestimmten Sollbruchstelle für die Signalisierung auf eine langsamere Bitrate als die Bitrate der zweiten Kommunikationsphase umgeschaltet wird, und wobei die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, nach der vorbestimmten Sollbruchstelle eine Umschaltphase vorzusehen, in welcher wieder von der langsameren Bitrate auf die schnellere Bitrate der zweiten Kommunikationsphase umgeschaltet wird. Hierbei ist optional die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet, auch in der vorbestimmten Sollbruchstelle und/oder der Umschaltphase weiter die Daten der zweiten Kommunikationsphase zu übertragen.
Zudem kann die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet sein, eine restliche Sendedauer einer derzeit gesendeten Nachricht und/oder die bereits empfangenen Bits des Identifizierers als Information in einem Register für andere Einrichtungen der Teilnehmerstation bereitzustellen.
Mindestens zwei der zuvor beschriebenen Teilnehmerstationen können Teil eines Bussystems sein, das eine Busleitung aufweist, wobei die mindestens zwei Teilnehmerstationen über die Busleitung derart miteinander verbunden sind, dass die mindestens zwei Teilnehmerstationen seriell miteinander kommunizieren können.
Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zum Senden einer Nachricht in einem seriellen Bussystem nach Anspruch 15 gelöst. Das Verfahren hat die Schritte Erstellen, mit einer Kommunikationssteuereinrichtung, einer Nachricht, die seriell an mindestens eine andere Teilnehmerstation des Bussystems zu senden ist, und/oder Lesen einer Nachricht, die von der Teilnehmerstation von mindestens einer anderen Teilnehmerstation des Bussystems seriell empfangen wurde, und Senden, mit einer Sende-/Empfangseinrichtung, der erstellten Nachricht in einem Rahmen auf eine Busleitung an mindestens eine andere Teilnehmerstation des Bussystems, und/oder
Empfangen, mit der Sende-/Empfangseinrichtung, eines Rahmens einer Nachricht von der Busleitung, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung entscheidet, ob zum Abbruch eines derzeit durchgeführten seriellen Sendens des Rahmens auf die Busleitung ein Abbruchkriterium vorliegt, gemäß welchem ein serielles Senden eines höherpriorisierten Rahmens für eine Nachricht wichtiger ist als das derzeit durchgeführte serielle Senden des Rahmens auf die Busleitung, und wobei die Kommunikationssteuereinrichtung, in dem derzeit seriell gesendeten Rahmen aufgrund der vorgenommenen Entscheidung eine Signalisierung vorsieht, ob der derzeit seriell gesendete Rahmen abzubrechen ist oder nicht.
Das Verfahren bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Teilnehmerstation genannt sind.
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.
Figurenliste
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 des Aufbaus von Nachrichten, die von Teilnehmerstationen des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gesendet werden können;
3 ein zusätzliches vereinfachtes Blockschaltbild des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zur Erläuterung eines Beispiels zum Abbruch eines Frames für eine Nachricht in dem Bussystem;
4 einen zeitlichen Verlauf für einen Abbruch eines Sendens eines Rahmens bei dem ersten Ausführungsbeispiel im Vergleich zu einem zeitlichen Verlauf, bei welchem das Senden des Rahmens nicht abgebrochen wird;
5 und 6 jeweils ein Schaubild zur Veranschaulichung eines Beispiels für eine Sollbruchstelle für einen Rahmen bei dem ersten Ausführungsbeispiel;
7 ein Schaubild zur Veranschaulichung eines Beispiels für ein seriell zu sendendes Bitfeld mit M Bits für einen Rahmen bei einem zweiten Ausführungsbeispiel;
8 ein Schaubild zur Veranschaulichung eines Beispiels für Sollbruchstellen-Bits (SB-Bits), die mittels Bitratenumschaltung in eine Datenphase des Rahmens bei einem dritten Ausführungsbeispiel eingebettet wurden;
9 einen zeitlichen Verlauf eines Beispiels für ein Signal, das in einem Bussystem gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel zwischen den Teilnehmerstationen gesendet wird, wobei das Signal ohne Abbruch gesendet wird; und
10 einen zeitlichen Verlauf eines Beispiels für ein in einem Bussystem gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zwischen den Teilnehmerstationen gesendetes Signal, das aufgrund eines in dem Bussystem durchgeführten Verfahren abgebrochen wird.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt als Beispiel ein Bussystem 1, das insbesondere grundlegend für ein CAN-Bussystem, ein CAN FD-Bussystem, ein CAN FE-Bussystem, und/oder Abwandlungen davon, ausgestaltet ist, wie nachfolgend beschrieben. Das Bussystem 1 kann in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, einem Flugzeug, usw., oder im Krankenhaus usw. Verwendung finden.
In 1 hat das Bussystem 1 eine, insbesondere parallele, Busleitung 3, an die eine Vielzahl von Teilnehmerstationen 10, 20, 30 angeschlossen sind. Über die Busleitung 3 sind Nachrichten 4, 5 in der Form von Signalen zwischen den einzelnen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 seriell übertragbar. Die Teilnehmerstationen 10, 20,
30 sind beispielsweise Steuergeräte, Sensoren, Anzeigevorrichtungen, usw. eines Kraftfahrzeugs.
Wie in 1 gezeigt, hat die Teilnehmerstation 10 eine Kommunikationssteuereinrichtung 11 und eine Sende-/Empfangseinrichtung 12. Die Teilnehmerstation 20 hat dagegen eine Kommunikationssteuereinrichtung 21 und eine Sende-/Empfangseinrichtung 22. Die Teilnehmerstation 30 hat eine Kommunikationssteuereinrichtung 31 und eine Sende-/Empfangseinrichtung 32. In jeder der Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 21, 31 ist ein Abbruchkriterium 50 hinterlegt, das festlegt, unter welchen Umständen eine über die Busleitung 3 gesendete Nachricht 4, 5 abgebrochen werden darf. Jede der Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 21, 31 hat optional ein Register 60, das insbesondere als Flipflop, Speicher, usw. ausgestaltet ist, um Informationen zu speichern, die für die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 21, 31 und/oder die zugehörige Teilnehmerstation 10, 20, 30 relevant sein können. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 22, 32 der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 sind jeweils direkt an die Busleitung 3 angeschlossen, auch wenn dies in 1 nicht veranschaulicht ist.
Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 21, 31 dienen jeweils zur Steuerung einer Kommunikation der jeweiligen Teilnehmerstation 10, 20, 30 über die Busleitung 3 mit einer anderen Teilnehmerstation der Teilnehmerstationen 10, 20, 30, die an die Busleitung 3 angeschlossen sind.
Die Kommunikationssteuereinrichtung 11 kann wie ein herkömmlicher CAN-Controller
ausgeführt sein. Die Kommunikationssteuereinrichtung 11 erstellt und liest erste Nachrichten 4, beispielsweise Classic CAN-Nachrichten 4. Die Classic CAN-Nachrichten
4 sind gemäß dem Classic Basisformat aufgebaut, bei welchem in der Nachricht 4 eine Anzahl von bis zu 8 Datenbytes umfasst sein können. Alternativ ist die Classic CAN-Nachricht 4 als CAN FD Nachricht aufgebaut, bei welcher eine Anzahl von bis zu 64 Datenbytes umfasst sein können, die noch dazu mit einer deutlich schnelleren Datenrate als bei der Classic CAN-Nachricht 4 übertragen werden. Im letzteren Fall ist die Kommunikationssteuereinrichtung 11 wie ein herkömmlicher CAN FD-Controller ausgeführt.
Die Kommunikationssteuereinrichtung 21 erstellt und liest zweite Nachrichten 5, die
beispielsweise modifizierte CAN Nachrichten 5 sind. Hierbei sind die modifizierten CAN Nachrichten 5 auf der Grundlage eines CAN FE-Formats aufgebaut, das in Bezug
auf 2 detaillierter beschrieben ist.
Die Kommunikationssteuereinrichtung 31 kann ausgeführt sein, um je nach Bedarf
eine Classic CAN-Nachricht 4 oder eine CAN FE-Nachricht 5 für die Sende-/Empfangseinrichtung 32 bereitzustellen oder von dieser zu empfangen. Die Kommunikationssteuereinrichtung 31 erstellt und liest also eine erste Nachricht 4 oder zweite Nachricht 5, wobei sich die erste und zweite Nachricht 4, 5 durch ihren Datenübertragungsstandard unterscheiden, nämlich in diesem Fall CAN oder CAN FE. Alternativ ist die Classic CAN-Nachricht 4 als CAN FD Nachricht aufgebaut. Im letzteren Fall ist die Kommunikationssteuereinrichtung 11 wie ein herkömmlicher CAN FDController ausgeführt.
Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 kann wie ein herkömmlicher CAN Transceiver oder CAN FD Transceiver ausgeführt sein. Die Sende-/Empfangseinrichtung 22 kann bis auf die nachfolgend noch genauer beschriebenen Unterschiede als CAN FE-Transceiver ausgeführt sein. Die Sende-/Empfangseinrichtung 32 kann ausgeführt sein, um je nach Bedarf Nachrichten 4 gemäß dem derzeitigen CAN-Basisformat oder Nachrichten 5 gemäß dem CAN FE-Format für die Kommunikationssteuereinrichtung 31 bereitzustellen oder von dieser zu empfangen. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 22, 32 sind zusätzlich oder alternativ wie ein herkömmlicher CAN FD Transceiver ausführbar.
Mit den beiden Teilnehmerstationen 20, 30 kann eine Bildung und dann Übertragung
von Nachrichten 5 mit dem CAN FE Format sowie der Empfang solcher Nachrichten
5 realisiert werden.
2 zeigt für die Nachricht 5 einen CAN FE Rahmen 45, wie er von der Sende-/Empfangseinrichtung 22 oder der Sende-/Empfangseinrichtung 32 gesendet wird. Der CAN FE-Rahmen 45 ist für die CAN-Kommunikation auf der Busleitung 3 in unterschiedliche Felder unterteilt, nämlich ein Startfeld 451, ein Arbitrationsfeld 452,
ein Steuerfeld 453, ein Datenfeld 454, ein Prüfsummenfeld 455 und ein Endefeld 456.
Das Startfeld 451 hat beispielsweise ein Bit, das auch SOF-Bit genannt wird und den Beginn des Rahmens bzw. Start of Frame anzeigt. In dem Arbitrationsfeld 452 ist ein Identifizierer 452x mit beispielsweise 32 Bit zur Identifikation des Senders der Nachricht enthalten. Das Arbitrationsfeld 452 kann zusätzlich eine aus einem oder mehreren Bits bestehende Protokollformatinformation enthalten, welche geeignet ist, CAN FE-Rahmen gegenüber CAN-Rahmen oder CAN FD-Rahmen zu unterscheiden.
In dem Steuerfeld 453 ist ein beispielsweise 13 Bit langer Datenlängecode (Data-Length-Code) enthalten, der dann zum Beispiel Werte von 1 bis zu 4096 mit der Schrittweite von 1 annehmen kann, oder auch Werte von 0 bis 4095 annehmen kann. Der Datenlängecode kann auch weniger oder mehr Bit umfassen und der Wertebereich und die Schrittweite kann andere Werte annehmen. Das Steuerfeld 453 kann zusätzlich eine aus einem oder mehreren Bits bestehende Protokollformatinformation enthalten, welche geeignet ist, CAN FE-Rahmen gegenüber CAN-Rahmen oder CAN FD-Rahmen zu unterscheiden.
In dem Datenfeld 454 sind die Nutzdaten des CAN FE-Rahmens bzw. der Nachricht 5 enthalten. Die Nutzdaten können entsprechend des Wertebereiches des Datenlängecodes beispielsweise bis zu 4096 Bytes aufweisen. In dem Prüfsummenfeld 455 ist eine Prüfsumme über die Daten in dem Datenfeld 454 einschließlich der Stuffbits enthalten, die vom Sender der Nachricht 5 nach jeweils 10 gleichen Bits als inverses Bit eingefügt werden. In dem Endefeld 456 ist mindestens ein Acknowledge-Bit enthalten und außerdem eine Folge von 11 gleichen Bits, welche das Ende des CAN FE Rahmens 45 anzeigen. Mit dem mindestens einen Acknowledge-Bit kann mitgeteilt werden, ob ein Empfänger in dem empfangenen CAN FE Rahmen 45 bzw. der Nachricht 5 einen Fehler entdeckt hat oder nicht.
In den Phasen zum Senden des Arbitrationsfelds 452 und des Endefelds 456 wird ein Physical Layer wie bei CAN und CAN-FD verwendet. Ein wichtiger Punkt während
dieser Phasen ist, dass das bekannte CSMA/CR-Verfahren Verwendung findet, welches gleichzeitigen Zugriff der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 auf die Busleitung 3 erlaubt, ohne dass die höher priorisierte Nachricht 4, 5 zerstört wird. Dadurch können dem Bussystem 1 relativ einfach weitere Bus-Teilnehmerstationen
10, 20, 30 hinzugefügt werden, was sehr vorteilhaft ist.
Das CSMA/CR-Verfahren hat zur Folge, dass es sogenannte rezessive Zustände auf der Busleitung 3 geben muss, welche von anderen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 mit dominanten Zuständen auf der Busleitung 3 überschrieben werden können. Im rezessiven Zustand herrschen an der einzelnen Teilnehmerstation 10, 20, 30 hochohmige Verhältnisse, was in Kombination mit den Parasiten der Busbeschaltung längere Zeitkonstanten zur Folge hat. Dies führt zu einer Begrenzung der maximalen Bitrate des heutigen CAN-FD-Physical-Layer auf derzeit etwa 2 Megabit pro Sekunde im realen Fahrzeug-Einsatz.
Das Steuerfeld 453 und das Datenfeld 454 werden von einem Sender der Nachricht 5 erst auf die Busleitung 3 gesendet, wenn die Teilnehmerstation 20 als der Sender die Arbitration gewonnen hat und die Teilnehmerstation 20 als Sender damit zum Senden der Felder 453 bis 456 einen exklusiven Zugriff auf die Busleitung 3 des Bussystems 1 hat. Bei der Arbitration wird mit Hilfe des Identifizierers 452x in dem Arbitrationsfeld 452 bitweise zwischen den Teilnehmerstationen 10, 20, 30 ausgehandelt, welche Teilnehmerstation 10, 20, 30 die Nachricht 4, 5 mit der höchsten Priorität senden möchte und daher für die nächste Zeit zum Senden der Felder 453 bis 455 den exklusiven Zugriff auf die Busleitung 3 des Bussystems 1 bekommt.
Die Arbitration am Anfang eines Rahmens 45 bzw. der Nachricht 4, 5 und das Acknowledgement in dem Endefeld 456 am Ende des Rahmens 45 bzw. der Nachricht 4, 5 ist nur dann möglich, wenn die Bitzeit deutlich mehr als doppelt so lang ist wie die Signal-Laufzeit zwischen zwei beliebigen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 des Bussystems 1. Daher wird die Bitrate in der Arbitrationphase bei Übertragung der Felder 451, 452, 456 langsamer gewählt als in den übrigen Feldern des Rahmens 45.
Die vorgesehene Neuentwicklung „CAN FE“ soll gegenüber CAN oder CAN FD folgende abweichenden Eigenschaften aufweisen:

a) Übernahme und ggf. Anpassung bewährter Eigenschaften, die für die Robustheit und Anwenderfreundlichkeit von CAN und CAN FD verantwortlich sind, insbesondere Rahmenstruktur mit Identifier und Arbitrierung nach dem CSMA/CR-Verfahren,
b) Steigerung der Netto-Datenübertragungsrate auf etwa 10 Megabit pro Sekunde,
c) Anheben der Größe der Nutzdaten pro Rahmen 45 auf etwa 4kbyte,
d) Optional: Vollständiger oder teilweiser Verzicht auf das Versenden von Fehlerrahmen (Error Frames) bei Erkennen von Fehlern.

Die Arbitrierung läuft gegenüber klassischem CAN und CAN FD unverändert gemäß dem CSMA/CR-Verfahren ab. Während der Arbitrierung gibt es also weiterhin nur zwei
Buszustände, „pos. Dominant“ und „Rezessiv“. Dadurch ist der Aufwand für die Einführung und die Umstellung auf das erfindungsgemäße Bussystem reduziert. Durch
geeignete Maßnahmen kann auch eine Koexistenz der CAN FE-Rahmen mit CAN- und/
oder CAN FD-Rahmen ermöglicht werden oder eine Toleranz von CAN- und CANFD-Teilnehmerstationen gegenüber CAN FE-Rahmen.
Wie in Bezug auf beispielsweise 3 bis 6 genauer beschrieben, ist der Kern der vorliegenden Erfindung, dass ein Knoten, wie beispielsweise die Teilnehmerstation 10 oder eine beliebige andere Teilnehmerstation 20, 30, N, ein Abbruchsignal 7 senden kann, um die Übertragung eines Frames zu terminieren. Der Frame kann ein CAN FE-Rahmen 45 oder ein Classic CAN-Rahmen oder ein CAN FD-Rahmen sein. Das Abbruchsignal kann auf vielfältige Weise ausgestaltet sein (physikalisch und zeitlich), wie nachfolgend mit verschiedenen Ausführungsvarianten beschrieben.
Einleitung
3 zeigt beispielhaft in einer im Vergleich zu Fig. 1etwas modifizierten Darstellung ein Bussystem 1 mit N Knoten, wobei ein Knoten ein Bus-Teilnehmer ist, so dass insbesondere die Teilnehmerstationen 10, 20, 30 von 1 jeweils einen Knoten des Bussystems 1 bilden. Die Knoten bzw. Teilnehmerstationen 10, 20, 30 bis N sind auch in 3 an die Busleitung 3 angeschlossen. Der Bus, der durch die Busleitung 3 gebildet wird, verfügt außerdem über eine Bus-Terminierung, die mit dem Bezugszeichen 35 gekennzeichnet ist und insbesondere gemäß der zuvor genannten CAN Protokoll-Spezifikation ein Widerstand mit einem Wert von 120 Ohm ist. Die N Knoten bzw. Teilnehmerstationen 10, 20, 30 bis N arbitrieren um den Buszugriff. Der Frame mit der höchsten Priorität setzt sich auf dem Bus durch und wird übertragen.
4 zeigt beispielhaft über der Zeit t, wie das Abbrechen der Übertragung abläuft. Im Beispiel hat die Teilnehmerstation 20 zu einem Zeitpunkt t0 begonnen, einen Frame 45A mit einem langen Datenfeld 454 zu übertragen, wie im unteren Teil von 4 gezeigt, der beginnend mit einem Zeitpunkt t01 abgebrochen wird wie im oberen Teil von 4 gezeigt. Wie im unteren Teil von 4 gezeigt, wird zur Übertragung des Frame 45A im Normalfall, also ohne Abbruch, auf dem Bus eine Zeitdauer T1 benötigt, die bei dem Zeitpunkt t0 beginnt und bei einem Zeitpunkt t1 endet. Ein solcher langer Frame 45A ist beispielsweise ein CAN FE-Rahmen 45, der länger als ein Classic CAN-Rahmen oder ein CAN FD-Rahmen ist, wie zuvor in Bezug auf 1 und 2 beschrieben. Nachdem Frame 45A bereits übertragen wird, entscheidet eine Software in beispielsweise der empfangenden Teilnehmerstation 30, dass ein hochpriorisierter Frame 45B gesendet werden soll. Der hochpriorisierte Frame 45B beinhaltet z.B. die kritische Information, dass das Fahrzeug in dem das Bussystem 1 bei diesem Beispiel verbaut ist, gebremst werden soll. Die Software ist insbesondere in der elektronischen Steuereinheit (ECU = electronic control unit) der Teilnehmerstation 30 installiert.
Ein solcher hochpriorisierter Frame 45B kann ein CAN FE-Rahmen 45 oder ein Classic CAN-Rahmen oder ein CAN FD-Rahmen sein. Bei dem vorliegenden Beispiel, ist der hochpriorisierte Frame 45B ein Classic CAN-Rahmen oder ein CAN FD-Rahmen, der kürzer als der Frame 45A ist, wie auch im unteren Teil von 4 veranschaulicht und wie zuvor beschrieben. Zur Übertragung des Frame 45B auf dem Bus wird eine Zeitdauer T2 benötigt, die bei einem Zeitpunkt t2 beginnt und bei einem Zeitpunkt t3 endet. Zwischen der Übertragung des langen Frames 45A und des hochpriorisierten Frames 45B wird ein minimaler Abstand zwischen zwei Rahmen (minimaler Inter-Frame-Space) eingehalten, der einer Zeitdauer T4 entspricht.
Weil Frame 45A den Bus noch zu lange blockieren würde, beschließt die Teilnehmerstation 30, den Frame 45A abzubrechen. Um Frame 45A abzubrechen, sendet die Teilnehmerstation 30 zu einem Zeitpunkt t01 das Abbruchsignal 7 aus, das eine Zeitdauer T3 hat und somit bei einem Zeitpunkt t02 beendet ist. Alle anderen Knoten bzw. Teilnehmerstationen 10, 20, 30 bis N detektieren das Abbruchsignal 7, auch der sendende Knoten, also die Teilnehmerstation 20 bei dem vorliegenden Beispiel. Die Teilnehmerstation 20 hört auf zu senden. Nach dem Abbruch bei dem Zeitpunkt t02, aber nicht zwingend unmittelbar danach, nämlich beispielsweise erst nach der vorbestimmten Zeitdauer T4, die dem minimalen Abstand zwischen zwei Rahmen (minimaler Inter-Frame-Space) entspricht, ist der Bus wieder Idle. Wenn der Bus Idle ist, fangen alle Knoten bzw. Teilnehmerstationen des Bussystems 1, die einen Frame senden wollen, an zu senden. Eine Arbitration der Frames ist die Folge. Der hochpriorisierte Frame 45B von Teilnehmerstation 30 wird die Arbitration in diesem Beispiel gewinnen.
Wer darf Abbrechen?
Prinzipiell darf jeder Knoten bzw. jede Teilnehmerstation 10, 20, 30, bis N das Abbruchsignal 7 senden

- Dies kann ein Empfangsknoten sein, wie bei dem vorangehenden Beispiel die Teilnehmerstation 30.
- Dies kann aber auch der Sende-Knoten selbst sein, d.h. im vorangehenden Beispiel hätte die Teilnehmerstation 20 den Abbruch durchführen können.
- Dies kann ein Knoten sein, der gerade noch bei der Arbitration mitmacht, wie bei dem vorangehenden Beispiel möglicherweise die Teilnehmerstation 10 oder eine Teilnehmerstation N.

Die Entscheidung, ob abgebrochen wird oder nicht wird folgendermaßen getroffen. In welchen Situationen ein Abbruch erlaubt ist, könnte fest vorgegeben sein, z.B. mittels des mindestens einen vorbestimmten Abbruchkriteriums 50 von 1, das insbesondere durch eine feste Konfiguration im Steuergerät realisiert ist, insbesondere in der Kommunikationssteuereinrichtung 11, 21, 31 der Knoten bzw. Teilnehmerstationen 10, 20, 30, N. Alternativ könnten sich die Knoten bzw. Teilnehmerstation 10, 20, 30, N beim Start des Netzwerkes, also des Bussystems 1, auch einigen, wann abgebrochen werden darf. In diesem Fall wird das mindestens eine vorbestimmte Abbruchkriteriums 50 nicht vom Hersteller, sondern erst vom Anwender vorgegeben oder konfiguriert.
Das Abbruchkriterium 50 könnte mit Hilfe einer Metrik festgelegt werden. Wenn z.B. die Metrik einen Schwellwert überschreitet, dann darf abgebrochen werden. Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 21, 31 der Knoten bzw. Teilnehmerstationen 10, 20, 30, N führen unter Verwendung des Abbruchkriteriums 50 eine entsprechende Entscheidung hierzu durch. So lässt sich in dem Bussystem 1 als einem Netzwerk steuern, wie aggressiv abgebrochen wird.
In die Metrik könnten unter anderem folgende Werte eingehen:

- Restliche Übertragungsdauer des aktuellen Frames 45, 45A, 45B auf dem Bus und/oder
- Priorität des aktuellen Frames 45, 45A, 45B auf dem Bus und/oder
- Priorität des höherpriorisierten Frames 45, 45A, 45B, welcher versendet werden soll.

11

21

31

452x

60

10

20

30

60

11

21

31

50

11

21

31

Die restliche Übertragungsdauer kann z.B. als absolute Zeit angegeben werden, zu welcher die Übertragung des Rahmens endet. Alternativ kann die restliche Übertragungsdauer beispielsweise als relative Zeit angegeben werden, die ständig aktualisiert wird, wie ein Count-Down, wobei die 0 bedeutet, dass der Rahmen fertig übertragen ist.
Die sendende Teilnehmerstation kann den Identifizierer (ID) 452x immer komplett bereitstellen, weil es diesen ja kennt. Alternativ kann die sendende Teilnehmerstation nur so viele Bits des Identifizierers (ID-Bits) 452x bereitstellen, wie bereits gesendet wurden.
Gemäß einer speziellen Variante ist ein Abbruch via CAN Error-Frame bzw. Fehlerrahmen möglich, wobei hier eine beliebige Abbruchstelle wählbar ist, wie aus der zuvor genannten DE 10 2012 209 093 A1 bekannt.
Abbruch via Sollbruch-Stellen 60 gemäß Fig. 5
Für die Stellen, an der ein Frame 45, 45A, 45B abgebrochen werden können soll, wird eine Sollbruchstelle 60 definiert. Eine Sollbruchstelle 60 besteht aus ein oder mehreren zusammenhängenden Bits 61 im Frame 45, 45A, 45B, die seriell über der Zeit t gesendet werden. In 5 hat die Sollbruchstelle 60 als Beispiel nur ein Bit. Die anderen Bits 61 haben einen beliebigen Wert, der in 5 als „D“ angegeben ist.
Die Bits 61 einer Sollbruchstelle 60 sind auf dem Physical Layer so kodiert, dass die Bits 61 überschrieben werden können. Der Physical Layer entspricht der Bitübertragungsschicht oder Schicht 1 des bekannten OSl-Modells (Open Systems Interconnection Modell). Der Knoten, der den gerade gesendeten Frame abbrechen will, also im vorangehenden Beispiel die Teilnehmerstation 30, muss ein oder mehrere Bits 61 einer Sollbruchstelle 60 überschreiben.
Zum Beispiel kann man bei CAN eine Sollbruchstelle 60 mit einem rezessiven Bit R realisieren (entspricht logisch einer 1), wie in 5 gezeigt. Wie in 6 gezeigt, könnte ein Knoten bzw. Teilnehmerstation dann durch Senden eines dominanten Bits B (logisch eine 0) das rezessive Bit R überschreiben, so dass das dominante Bit das bestimmende Bit ist. Detektiert der Sender, also bei dem vorangehenden Beispiel die Teilnehmerstation 20, statt des rezessiven Bits R von 5 nun das dominante Bit B an der Sollbruchstelle 60, so bricht der Sender das Senden ab. Der Sender interpretiert das dominante Bit B also als Abbruchsignal 7.
Für die Ausgestaltung der Sollbruchstelle 60 gibt es eine Reihe von Möglichkeiten / Alternativen, die nachfolgend beschrieben sind. Diese Möglichkeiten /Alternativen lassen sich beliebig kombinieren. Wichtig ist, dass alle Knoten bzw. Teilnehmerstation 10, 20, 30, N am Bus die Sollbruchstellen 60 kennen.
Bei dem Beispiel von 5 und 6 werden Sollbruch-Bits in der Arbitrationsphase (langsame Bitrate, so langsam, dass in dem gegebenen BusSystem eine CAN Arbitration korrekt ablaufen kann) verwendet, die zuvor in Bezug auf 2 beschrieben ist.
Als Arbitrationsphase soll die Phase eines Frames verstanden werden, in welcher diejenige Bitrate verwendet wird, die auch zur Arbitration verwendet wird. Hier gibt es die nachfolgend genannten verschiedene Möglichkeiten, welche einzeln oder kombiniert zum Einsatz kommen können.
Gemäß einer Möglichkeit folgt nach K bit des Identifiers (ID), der in dem Arbitrationsfeld 452 des Rahmens 45 von 2 angeordnet ist, ein rezessives Sollbruch (SB) Bit R als Sollbruchstelle 60. Hierbei gilt, mit jedem empfangenen Identifier-Bit (ID-Bit) ist die Priorität des ankommenden Frames 45, 45A, 45B genauer bekannt. Somit kann schon früh entschieden werden, dass der derzeit betroffene Frame 45, 45A, 45B abgebrochen werden muss. Beispielsweise könnte K=8 sein. Damit hätte man bei einem Frame 45, 45A, 45B mit beispielsweise 32 ID-Bits genau 4 SB-Bits: nämlich ein Bit R nach 8 ID-Bits, ein Bit R nach 16 ID-Bits, ein Bit R nach 24 ID-Bits und ein Bit R nach 32 ID-Bits. Das letzte SB-Bit ist nach dem letzten ID-Bit und somit ist dem abbrechenden Knoten bzw. Teilnehmerstation die exakte Priorität des aktuellen Frames 45, 45A, 45B auf dem Bus bekannt.
Gemäß einer anderen Möglichkeit folgt direkt nach den Bits des Datenlängecodes, die die Länge des Datenfeldes 454 kodieren, ein rezessives SB-Bit R. In diesem Fall werden die Bits 61, welche die Länge des Datenfeldes 454 kodieren und mindestens auch das SB-Bit R mit der langsamen Bitrate gesendet. Das ist beispielsweise aktuell bei Classical CAN bzw. Classic CAN und bei CAN FD ohne Bitratenumschaltung der Fall.
Gemäß noch einer anderen Möglichkeit kann im Datenfeld 454, welches die Nutzdaten enthält, wie zuvor in Bezug auf 2 beschrieben, an fest definierten Stellen ein rezessives SB-Bit R eingefügt werden. Beispielsweise wird ein rezessives SB-Bit jeweils nach dem 25, 75., 175., 300. Bit 61 im Datenfeld 454 eingefügt. Dies könnte auch bei Classic CAN Rahmen angewendet werden, bei welchen das Datenfeld 454 mit derjenigen Bitrate gesendet wird, die auch zur Arbitration verwendet wird.
Gemäß noch einer anderen Möglichkeit kann im Datenfeld 454, welches die Nutzdaten enthält, wie zuvor in Bezug auf 2 beschrieben, nach N Bit im Datenfeld 454 ein rezessives SB-Bit R eingefügt werden. Beispielsweise wird immer nach N=100 Bit ein SB-Bit eingefügt. N kann von der eingestellten Bitrate abhängen. Beispielsweise gilt, je höher die Bitrate ist, desto höher sollte auch N sein, um einen quasi konstanten zeitlichen Abstand zwischen zwei SB-Bits R der Sollbruchstellen 60 zu erreichen. Dies könnte auch bei Classic CAN Rahmen angewendet werden, bei welchen das Datenfeld 454 mit derjenigen Bitrate gesendet wird, die auch zur Arbitration verwendet wird.
7 zeigt ein Beispiel für ein SB-Bitfeld aus M Bits der hohen Bitraten für Sollbruch-Bits in der Datenphase (hohe Bitrate), die in einem Bussystem 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel als Sollbruchstelle 60 verwendet werden. Als Datenphase soll die Phase verstanden werden, in der eine hohe Bitrate verwendet wird. Dies ist möglich, weil nur noch ein Sender existiert - nämlich der, der die Arbitration gewonnen hat. Um in dieser Phase des Frames 45, 45A, 45B eine Sollbruchstelle 60 einzufügen, gibt es die folgenden zwei prinzipiellen Möglichkeiten.
Gemäß einer Möglichkeit wird als Sollbruchstelle 60 ein Bitfeld mit M rezessiven Bits R mit der Bitzeit T eingefügt. Die gemeinsame zeitliche Dauer T3 + T5 + T6 der M Bits der Sollbruchstelle 60 muss mindestens so lang sein, wie die größtmögliche Roundtrip-Zeit T5 (RTT, also maximale Laufzeit eines Signals bis zum entferntesten Busende und zurück, was die maximale Laufzeit eines Signals von der Teilnehmerstation 10, 20, 30, N bis zum entferntesten Ende der Busleitung 3 und zurück ist) in dem Bussystem 1 plus die Dauer T3, für die der abbrechende Knoten das dominante Abbruchsignal 7 sendet, plus die Dauer T6 einer optionalen Sicherheitsreserve 65 von X Bit. Diese Bitfeld-Länge ist notwendig, damit die nachfolgenden Bits D mit der hohen Bitrate nicht aufgrund der Signallaufzeiten vom dominanten Abbruchsignal 7 überschrieben werden. 7 zeigt ein Beispiel eines Bitfeldes als Sollbruchstelle 60. Der Knoten, der ein Abbruchsignal 7 sendet, sendet dieses nur für maximal 4 Bitzeiten T der kurzen (schnellen) Bits. Das stellt sicher, dass die Daten Bits D die auf das Bitfeld der Sollbruchstelle 60 folgen, trotz Signallaufzeit nicht überschrieben werden.
Gemäß einer anderen Möglichkeit, die in 8 als drittes Ausführungsbeispiel veranschaulicht ist, wird in der Datenphase 458 mit Umschaltphasen 459 an einer Sollbruchstelle 60 auf die langsame Bitrate zurückgeschaltet. Dafür sind die Teilnehmerstationen 10, 20, 30, N des Bussystems 1 ausgestaltet, ein langsames rezessives Bit R als Sollbruchstelle 60 zu senden, und anschließend auf die hohe Bitrate der Datenphase 458 zurückzuschalten, wie in 8 in einem Beispiel für die SB-Bits gezeigt, die mittels Bitratenumschaltung in die Datenphase 458 eingebettet wurden gezeigt. Mit anderen Worten, 8 zeigt in einem Beispiel SB-Bits, die mittels Bitratenumschaltung in die Datenphase 458 eingebettet wurden.
Alternativ kann, anstatt auf die Arbitrationsbitrate zurückzuschalten, auf eine Bitrate zurückgeschaltet werden, die mit dem Physical Layer von CAN FD noch realisierbar ist. Jetzt können mit dieser Bitrate die Bits des Datenfeldes 454 weiter übertragen werden. Die bei CAN vorhandene Stuff-Bit-Regel garantiert auch das Vorkommen von rezessiven Bits im Datenstrom. Diese rezessiven Bits können dann überschrieben werden. Die Mindestlänge der Sollbruchstelle 60 bestimmt sich wie in 7, wobei die Zeitdauer T3 in diesem Fall so gewählt sein muss, dass während der Zeitdauer T3 mindestens ein rezessives Stuff-Bit vorkommt, das dann überschrieben werden kann. Dies entspricht dem schlimmsten Fall, wenn das Datenfeld 454 nur aus logischen 0 besteht, die als dominant gesendet werden. Der Vorteil dieser Variante ist, dass die Nutzdatenrate hoch ist, da ständig Daten übertragen werden.
Diese zwei Arten von Sollbruchstellen 60 in der Datenphase 458 können beide in einem Frame 45, 45A, 45B auftreten. Wie auch in der Arbitrationsphase können diese Sollbruchstellen 60 an beliebiger Stelle in der Datenphase 458 eingefügt werden, insbesondere macht es jedoch Sinn, die Sollbruchstellen 60 einzufügen beispielsweise nach den Bits, die die Länge des Frames kodieren und/oder beispielsweise an fest definierten Bit-Positionen im Datenfeld 454, welcher die Nutzdaten enthält und/oder beispielsweise nach jeweils N Bit, wobei N mit der Bitrate der Datenphase 458 skalieren kann, um einen konstanten zeitlichen Abstand zwischen zwei Sollbruchstellen 60 zu erreichen, z.B. Abstand ist 10us.
Abbruch via physikalischem Abbruchsignal 7
9 und 10 zeigen über der Zeit t einen Verlauf der aus den Signalen CAN-H, CAN-L auf dem Bus bzw. der Busleitung 3 resultierenden Differenzspannung VDIFF, um ein Beispiel für einen Abbruch via physikalischem Abbruchsignal 7 zu erläutern, das gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel zum Abbruch eines Frames 45, 45A, 45B verwendet wird. 9 zeigt ein Beispiel ohne Frameabbruch. 10 zeigt ein Beispiel mit Frameabbruch.
Um die Übertragung eines Frames 45, 45A, 45B abzubrechen, könnte ein physikalisches Abbruchsignal 7 verwendet werden. Damit ist gemeint, dass ein Buszustand 303 auf dem Physical Layer kodiert wird, der für die gewöhnliche Übertragung der Daten nicht verwendet wird. Ein explizites Beispiel für CAN wäre gemäß 9 und 10, dass rezessive und dominante Buszustände 302, 301 für die Übertragung des Frames 45, 45A, 45B verwendet werden. Zudem wird ein inverses dominant als dritter Buszustand 303 verwendet, d.h. es gilt VCAN_L > VCAN_H (bei dominant ist normalerweise: VCAN_L < VCAN_H). Der dritte Buszustand 303 wird für die Signalisierung eines Abbruchs verwendet, wie in 10 für dieses Beispiel mit einem beispielhaften Signalverlauf gezeigt. Alternativ kann der dritte Buszustand 303 auch als besonders dominant kodiert werden, d.h. mit größerer Differenzspannung als beim dominanten Buszustand 301. In jedem dieser Fälle überschreibt der dritte Buszustand 303 entweder den rezessiven oder den dominanten Buszustand 302, 301. Werden als Buszustände 301, 302 beliebige andere Buszustände verwendet, also keine rezessiven und dominanten Buszustände 302, 301, kann der dritte Buszustand 303 solche beliebigen anderen Buszustände überschreiben.
Bei dem gezeigten Beispiel von 9 und 10 entscheidet der Knoten bzw. die Teilnehmerstation 20 den aktuellen Frame 45 oder 45A abzubrechen. Sein CAN Protokoll Controller, also die Kommunikationssteuereinrichtung 21, sendet ein Abbruchsignal an den Transceiver, also die Sende- / Empfangseinrichtung 22. Der Transceiver codiert das Abbruchsignal 7 als negatives dominantes Bit bzw. den dritten Buszustand 303.
Bei allen empfangenden Teilnehmerstationen 10, 20, 30, N wird die Abbruch-Information des Abbruchsignals 7 vom Transceiver, also den jeweiligen Sende- / Empfangseinrichtungen 12, 22, 32 usw., detektiert und an den CAN Protokoll-Controller weitergereicht. Das Weiterreichen kann beispielsweise unter Verwendung eines Extra Pins bzw. Anschlusses des Transceivers oder mittels RX Pin erfolgen, welcher der Anschluss zum Weiterleiten eines Empfangssignals RX von dem Transceiver an die Kommunikationssteuereinrichtung 11, 21, 31, usw. ist. Der CAN Protokoll Controller eines Knotens, der gerade einen Frame 45 oder 45A sendet, also beispielsweise die Kommunikationssteuereinrichtung 31 der Teilnehmerstation 30, reagiert auf das Abbruchsignal 7 durch Stoppen des Sendevorgangs. Der CAN Protokoll Controller eines Knotens, der gerade nicht sendet, sondern den übertragenen Frame empfängt, also beispielsweise die Kommunikationssteuereinrichtung 11 der Teilnehmerstation 10, reagiert auf das Abbruchsignal 7 durch Stoppen des Empfangsvorgangs. Ein rezessiver Buszustand 301 stellt sich ein, wie in 10 veranschaulicht. Nach einer festzulegenden Wartezeit (Interframe-Space T4) wird der Bus wieder als frei (Idle) erkannt und die sendebereiten Knoten können erneut an der Arbitration teilnehmen.
Vorteile:

- Abbruch an beliebiger Stelle im Frame 45, 45A, 45B möglich
- Keinerlei Anpassung des Frame-Formates nötig
- Abbruchsignal 7 kann von normalen Fehlern gut unterschieden werden, d.h. die Fehlerzähler bei CAN werden von einem Frame-Abbruch nicht beeinflusst.

Nachteil

- Physikalische Codierung des Abbruchsignals nötig
- Somit eventuell erhöhter Preis

Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Teilnehmerstationen 10, 20, 30, N des Bussystems 1 und des darin ausgeführten Verfahrens können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere können alle Merkmale der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele und/oder deren Modifikationen beliebig kombiniert werden. Zusätzlich oder alternativ sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
Insbesondere ist eine Kombination von physikalisch codiertem Abbruchsignal 7 und Sollbruchstelle 60 möglich.
Das zuvor beschriebene Bussystem 1 gemäß den Ausführungsbeispielen ist anhand eines auf dem CAN-Protokoll basierenden Bussystems beschrieben. Das Bussystem 1 gemäß den Ausführungsbeispielen kann jedoch auch eine andere Art von Kommunikationsnetz sein, bei welchem Daten seriell übertragbar sind. 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 einen gemeinsamen Kanal gewährleistet ist.
Die Anzahl und Anordnung der Teilnehmerstationen 10, 20, 30, N des Bussystems 1 der Ausführungsbeispiele ist beliebig. Insbesondere können die Teilnehmerstationen 10, 20 des Bussystems 1 entfallen. Es ist möglich, dass eine oder mehrere der Teilnehmerstationen 10 in dem Bussystem 1 vorhanden sind. Es ist möglich, dass eine oder mehrere der Teilnehmerstationen 20 in dem Bussystem 1 vorhanden sind. Es ist möglich, dass eine oder mehrere der Teilnehmerstationen 30 in dem Bussystem 1 vorhanden sind.
Möglicherweise ist eine Teilnehmerstation 10; 20; 30 für ein serielles Bussystem 1 vorhanden, mit einer Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) zum Erstellen einer Nachricht (4; 5; 50; 500), die seriell an mindestens eine weitere Teilnehmerstation (20; 30; 10) des Bussystems (1) zu senden ist, oder Lesen einer Nachricht (4; 5; 50; 500), die von mindestens einer weiteren Teilnehmerstation (20; 30; 10) des Bussystems (1) seriell empfangen wurde, und einer Sende-/Empfangseinrichtung (12; 22; 32) zum Senden der erstellten Nachricht (4; 5; 50; 500) auf eine Busleitung (3) an mindestens eine weitere Teilnehmerstation (20; 30; 10) des Bussystems (1) oder zum Empfangen einer Nachricht (4; 5; 50; 500) von der Busleitung (3), wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) und/oder die Sende-/Empfangseinrichtung (12; 22; 32) ausgestaltet sind/ist, in der zu sendenden Nachricht (4; 5; 50; 500) ein ACK-Zeitfenster (46) für ein ACK-Signal (461) und/oder ein NACK-Zeitfenster (47) für ein NACK-Signal (471) für eine Signalisierung vorzusehen, ob mindestens eine weitere Teilnehmerstation (20; 30; 10) in der gesendeten Nachricht (4; 5; 50; 500) einen Fehler erkannt hat oder nicht, und
wobei die Sende-/Empfangseinrichtung (12; 22; 32) ausgestaltet ist, in dem mindestens einen vorgesehenen Zeitfenster (46, 47) beim Senden an die mindestens eine weitere Teilnehmerstation (20; 30; 10) keinen Pegel auf der Busleitung (3) zu treiben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012209093 A1 [0003, 0060]

Claims

Teilnehmerstation (10; 20; 30; N) für ein serielles Bussystem (1), mit einer Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) zum Erstellen einer Nachricht (4; 5), die seriell an mindestens eine andere Teilnehmerstation (20; 30; 10; N) des Bussystems (1) zu senden ist, und/oder Lesen einer Nachricht (4; 5), die von der Teilnehmerstation (10; 20; 30; N) von mindestens einer anderen Teilnehmerstation (20; 30; 10; N) des Bussystems (1) seriell empfangen wurde, und einer Sende-/Empfangseinrichtung (12; 22; 32) zum Senden der erstellten Nachricht (4; 5) in einem Rahmen (45; 45A; 45B) auf eine Busleitung (3) an mindestens eine andere Teilnehmerstation (20; 30; 10; N) des Bussystems (1) und/oder zum Empfangen eines Rahmens (45; 45A; 45B) einer Nachricht (4; 5) von der Busleitung (3), wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ausgestaltet ist zu entscheiden, ob zum Abbruch eines derzeit durchgeführten seriellen Sendens des Rahmens (45; 45A) auf die Busleitung (3) ein Abbruchkriterium (50) vorliegt, gemäß welchem ein serielles Senden eines höherpriorisierten Rahmens (45B) für eine Nachricht (4; 5) wichtiger ist als das derzeit durchgeführte serielle Senden des Rahmens (45; 45A) auf die Busleitung (3), und wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ausgestaltet ist, in dem derzeit seriell gesendeten Rahmen (45; 45A) aufgrund der vorgenommenen Entscheidung eine Signalisierung vorzusehen, ob der derzeit seriell gesendete Rahmen (45; 45A) abzubrechen ist oder nicht.
Teilnehmerstation (10; 20; 30; N) nach Anspruch 1, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 12, 32) ausgestaltet ist, das Senden des derzeit seriell gesendeten Rahmens (45; 45A) nach Senden eines Abbruchssignals (7) als die Signalisierung einzustellen, und wobei die Sende-/Empfangseinrichtung (12; 22; 32) ausgestaltet ist, das Empfangen des derzeit seriell gesendeten Rahmens (45; 45A) nach Senden des Abbruchssignals (7) als die Signalisierung einzustellen.
Teilnehmerstation (10; 20; 30; N) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 12, 32) ausgestaltet ist, in dem derzeit seriell gesendeten Rahmen (45; 45A) an mindestens einer vorbestimmten Stelle für die Signalisierung eine vorbestimmte Sollbruchstelle (60) vorzusehen, welche die mindestens eine andere Teilnehmerstation (20; 30; 10; N) für den Abbruch des derzeit seriell gesendeten Rahmens (45; 45A) verwenden kann.
Teilnehmerstation (10; 20; 30; N) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 12, 32) ausgestaltet ist, die Signalisierung an einer vorbestimmten Sollbruchstelle (60) vorzusehen, die in dem derzeit seriell gesendeten Rahmen (45; 45A) an mindestens einer vorbestimmten Stelle vorgesehen ist.
Teilnehmerstation (10; 20; 30; N) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die vorbestimmte Sollbruchstelle (60) mindestens ein Bit (61) aufweist.
Teilnehmerstation (10; 20; 30; N) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 12, 32) ausgestaltet ist, für die Signalisierung einen Buszustand (R; 302), der in dem derzeit seriell gesendeten Rahmen (45; 45A) vorgesehen ist, durch einen vorbestimmten anderen Buszustand (B; 303) zu überschreiben.
Teilnehmerstation (10; 20; 30; N) nach Anspruch 6, wobei der in dem derzeit seriell gesendeten Rahmen (45; 45A) vorgesehene Buszustand ein beliebiger Buszustand (R; 302) ist, und wobei der vorbestimmte andere Buszustand ein dominanter Buszustand (B) oder ein negativ dominanter Buszustand (303) ist oder eine größere Differenzspannung aufweist als bei einem dominanten Buszustand (301).
Teilnehmerstation (10; 20; 30; N) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ausgestaltet ist, eine Nachricht (4; 5) unter Verwendung einer ersten und einer zweiten Kommunikationsphase zu der Busleitung (3) zu senden, wobei in der ersten Kommunikationsphase ausgehandelt wird, welche der Teilnehmerstationen (10; 20; 30; N) in der nachfolgenden zweiten Kommunikationsphase (458) zumindest zeitweise den exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf die Busleitung (3) bekommt.
Teilnehmerstation (20; 30; N) nach Anspruch 8, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ausgestaltet ist, die Nachricht (5) derart zu erstellen, dass Bits in der ersten Kommunikationsphase eine Bitzeit haben, die um mindestens den Faktor 10 größer als eine Bitzeit (T) von Bits ist, die in der zweiten Kommunikationsphase (458) auf die Busleitung (3) getrieben werden.
Teilnehmerstation (20; 30; N) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ausgestaltet ist, an mindestens einer vorbestimmten Stelle in der ersten Kommunikationsphase ein rezessives Bit (R) als eine vorbestimmte Sollbruchstelle (60) für die Signalisierung vorzusehen.
Teilnehmerstation (20; 30; N) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ausgestaltet ist, an mindestens einer vorbestimmten Stelle in der zweiten Kommunikationsphase eine vorbestimmte Anzahl von rezessiven Bits als eine vorbestimmte Sollbruchstelle (60) für die Signalisierung vorzusehen, wobei die vorbestimmte Anzahl von rezessiven Bits unter Berücksichtigung einer Addition von Zeitdauern T5 + T3 + T6 festgelegt ist, wobei die Zeitdauer T5 die maximale Laufzeit eines Signals von der Teilnehmerstation (20; 30; N) bis zum entferntesten Ende der Busleitung (3) und zurück in dem Bussystem (1) ist, wobei die Zeitdauer T3 die Zeitdauer des Sendens der Signalisierung ist, und wobei die Zeitdauer T6 die Dauer einer optionalen Sicherheitsreserve (65) ist, die eine vorbestimmte Anzahl von Bits (61) umfasst, so dass nachfolgende Daten nicht von der Signalisierung überschrieben werden.
Teilnehmerstation (20; 30; N) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ausgestaltet ist, an mindestens einer vorbestimmten Stelle in der zweiten Kommunikationsphase eine Umschaltphase (459) vorzusehen, in welcher vor einer vorbestimmten Sollbruchstelle (60) für die Signalisierung auf eine langsamere Bitrate als die Bitrate der zweiten Kommunikationsphase (459) umgeschaltet wird, und wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ausgestaltet ist, nach der vorbestimmten Sollbruchstelle (60) eine Umschaltphase (459) vorzusehen, in welcher wieder von der langsameren Bitrate auf die schnellere Bitrate der zweiten Kommunikationsphase (458) umgeschaltet wird, und wobei optional die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ausgestaltet ist, auch in der vorbestimmten Sollbruchstelle (60) und/oder der Umschaltphase (459) weiter die Daten der zweiten Kommunikationsphase zu übertragen.
Teilnehmerstation (10; 20; 30; N) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 12, 32) ausgestaltet ist, eine restliche Sendedauer einer derzeit gesendeten Nachricht (4; 5) und/oder die bereits empfangenen Bits des Identifizierers (452x) als Information in einem Register für andere Einrichtungen der Teilnehmerstation (10; 20; 30; N) bereitzustellen.
Bussystem (1), mit einer Busleitung (3), und mindestens zwei Teilnehmerstationen (20; 30; N), die über die Busleitung (3) derart miteinander verbunden sind, dass die mindestens zwei Teilnehmerstationen (20; 30; N) seriell miteinander kommunizieren können.
Verfahren zum Senden einer Nachricht (4; 5) in einem seriellen Bussystem (1), wobei das Verfahren die Schritte aufweist, Erstellen, mit einer Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31), einer Nachricht (4; 5), die seriell an mindestens eine andere Teilnehmerstation (20; 30; 10; N) des Bussystems (1) zu senden ist, und/oder Lesen einer Nachricht (4; 5), die von der Teilnehmerstation (10; 20; 30; N) von mindestens einer anderen Teilnehmerstation (20; 30; 10; N) des Bussystems (1) seriell empfangen wurde, und Senden, mit einer Sende-/Empfangseinrichtung (12; 22; 32), der erstellten Nachricht (4; 5) in einem Rahmen (45; 45A; 45B) auf eine Busleitung (3) an mindestens eine andere Teilnehmerstation (20; 30; 10; N) des Bussystems (1), und/oder Empfangen, mit der Sende-/Empfangseinrichtung (12; 22; 32), eines Rahmens (45; 45A; 45B) einer Nachricht (4; 5) von der Busleitung (3), wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) entscheidet, ob zum Abbruch eines derzeit durchgeführten seriellen Sendens des Rahmens (45; 45A) auf die Busleitung (3) ein Abbruchkriterium (50) vorliegt, gemäß welchem ein serielles Senden eines höherpriorisierten Rahmens (45B) für eine Nachricht (4; 5) wichtiger ist als das derzeit durchgeführte serielle Senden des Rahmens (45; 45A) auf die Busleitung (3), und wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31), in dem derzeit seriell gesendeten Rahmen (45; 45A) aufgrund der vorgenommenen Entscheidung eine Signalisierung vorsieht, ob der derzeit seriell gesendete Rahmen (45; 45A) abzubrechen ist oder nicht.