-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sende-/Empfangseinrichtung und eine Kommunikationssteuereinrichtung für eine Teilnehmerstation eines seriellen Bussystems und ein Verfahren zur Kommunikation 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., als analoge Signale übertragen.
-
Jeder Busteilnehmer des Bussystems ist mit einer Sende-/Empfangseinrichtung an den Bus angeschlossen. In der Sende-/Empfangseinrichtung ist mindestens ein Empfangskomparator vorgesehen, der die analogen Signale von dem Bus empfängt und in ein digitales Signal umsetzt. Der Inhalt des digitalen Signals kann von einer Kommunikationssteuereinrichtung mit Hilfe ihres Protokollkontrollers interpretiert werden. Zudem kann die Kommunikationssteuereinrichtung ein Signal für die Übertragung auf dem Bus erstellen und mit der Sende-/Empfangseinrichtung auf den Bus senden. Auf diese Weise sind zwischen den Busteilnehmern Informationen austauschbar.
-
Um Daten mit höherer Bitrate über den Bus übertragen zu können als bei CAN, wurde im CAN FD Nachrichten-Format sowie im CAN XL 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 im Vergleich zu CAN gesteigert. Dabei wird bei CAN FD-Rahmen oder CAN FD-Nachrichten die maximal mögliche Datenrate über einen Wert von 1 MBit/s hinaus gesteigert. Zudem ist die Nutzdatenlänge von 8 auf bis zu 64 Bytes erweitert. Ähnliches gilt für CAN XL, bei welchem die Schnelligkeit der Datenübertragung in den Bereich von zum Beispiel 10 Base-T1S Ethernet gesteigert sein soll und die bisher mit CAN FD erreichte Nutzdatenlänge von bis zu 64 Bytes größer sein soll. Dadurch kann die Robustheit des CAN oder CAN FD basierten Kommunikationsnetzwerks vorteilhaft beibehalten werden.
-
Für die Übertragung mit der höheren Bitrate ist die bisherige Betriebsart der Sende-/Empfangseinrichtung von einer Betriebsart für die Übertragung mit der niedrigeren Bitrate (Betriebsart Z_SL) in eine andere Betriebsart umzuschalten. Dabei ist zu berücksichtigen, dass bei der Übertragung mit der höheren Bitrate nur eine der Teilnehmerstationen des Bussystems Sender der Nachricht ist, wohingegen alle anderen Teilnehmerstationen nur Empfänger der Nachricht sind. Daher wird bei der Signalisierung der Betriebsart (Z_F) für die höhere Bitrate unterschieden, ob die Teilnehmerstation nur Empfänger (Betriebsart Z_F_RX) oder auch Sender (Betriebsart Z_F_TX) ist, um die Betriebsart ihrer Sende-/Empfangseinrichtung entsprechend zu schalten.
-
Denkbar ist, dass die Kommunikationssteuereinrichtung der Sende-/Empfangseinrichtung die Information, in welche Betriebsart die Sende-/Empfangseinrichtung zu schalten ist, signalisiert. Dadurch ist der Kommunikationssteuereinrichtung jedoch nicht bekannt, ob die Sende-/Empfangseinrichtung die Signalisierung der Umschaltung der Betriebsart überhaupt mitbekommt und ob die Sende-/Empfangseinrichtung die Signalisierung der Umschaltung der Betriebsart richtig interpretiert bzw. umsetzt.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sende-/Empfangseinrichtung und eine Kommunikationssteuereinrichtung für eine Teilnehmerstation eines seriellen Bussystems und ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem bereitzustellen, welche die zuvor genannten Probleme lösen. Insbesondere sollen eine Sende-/Empfangseinrichtung und eine Kommunikationssteuereinrichtung für eine Teilnehmerstation eines seriellen Bussystems und ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem bereitgestellt werden, bei welchen die Umschaltung der Betriebsart der Sende-/Empfangseinrichtung sowohl mit hoher Robustheit durchführbar als auch die Durchführung unaufwändig in Bezug auf Zeit und Kosten überprüfbar ist.
-
Die Aufgabe wird durch eine Sende-/Empfangseinrichtung für eine Teilnehmerstation eines seriellen Bussystems mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Sende-/Empfangseinrichtung hat einen ersten Anschluss zum Empfang eines Sendesignals von einer Kommunikationssteuereinrichtung, ein Sendemodul zum Senden des Sendesignals auf einen Bus des Bussystems, bei welchem Bussystem zum Austausch von Nachrichten zwischen Teilnehmerstationen des Bussystems mindestens eine erste Kommunikationsphase und eine zweite Kommunikationsphase verwendet werden, ein Empfangsmodul zum Empfang des Signals von dem Bus, wobei das Empfangsmodul ausgestaltet ist, aus dem von dem Bus empfangenen Signal ein digitales Empfangssignal zu erzeugen, einen zweiten Anschluss zum Senden des digitalen Empfangssignals an die Kommunikationssteuereinrichtung und zum Empfang eines Betriebsart-Umschaltsignals von der Kommunikationssteuereinrichtung, und einen Umschaltung-Rückmeldeblock zur Ausgabe einer Rückmeldung über eine erfolgte Umschaltung der Betriebsart aufgrund des Betriebsart-Umschaltsignals , wobei der Umschaltung-Rückmeldeblock ausgestaltet ist, die Rückmeldung über den zweiten Anschluss und in dem digitalen Empfangssignal an die Kommunikationssteuereinrichtung auszugeben.
-
Die Sende-/Empfangseinrichtung kann der Kommunikationssteuereinrichtung über den bereits vorhandenen zweiten Anschluss in dem Empfangssignal eine Rückmeldung geben, ob die Sende-/Empfangseinrichtung die Signalisierung der Umschaltung der Betriebsart mitbekommen hat und wie die Signalisierung interpretiert wurde. Anhand dessen kann die Kommunikationssteuereinrichtung prüfen, ob die Sende-/Empfangseinrichtung für den derzeitigen Betriebszustand bzw. die derzeitige Kommunikationsphase richtig geschaltet ist oder nicht. Dadurch wird die Umschaltung der Betriebsart der Sende-/Empfangseinrichtung überprüfbar, was die Robustheit des Bussystems steigert. Grund dafür ist, dass die Kommunikationssteuereinrichtung im Falle eines Fehlers gezielt reagieren kann, da sie das Problem kennt.
-
Zudem ist kein zusätzlicher Anschluss oder ein Protokollkontroller bei der Sende-/Empfangseinrichtung erforderlich. Alles dies spart deutlich Siliziumfläche und damit Ressourcen, Platz und Kosten.
-
Die Rückmeldung der Umschaltung der Betriebsart an die Kommunikationssteuereinrichtung ermöglicht außerdem, dass die Kommunikationssteuereinrichtung im Fehlerfall entsprechend reagieren kann. Beispielsweise kann die Kommunikationssteuereinrichtung einen Fehlerrahmen senden, um die Übertragung des Rahmens abzubrechen. Dadurch kann die Übertragung mit fehlerhaft eingestellten Buskomponenten schnellstmöglich abgebrochen werden. Dies steigert die im Bussystem übertragbare Nettodatenrate. Dadurch wird die Kommunikation in dem Bussystem robuster.
-
Die Rückmeldung der Umschaltung der Betriebsart an die Kommunikationssteuereinrichtung hilft bei der Fehlersuche, da die Kommunikationssteuereinrichtung weiß, ob die Sende-/Empfangseinrichtung den Zustand wechseln konnte. Die Kommunikationssteuereinrichtung kann zudem via Software darauf hinweisen, dass die angeschlossene Kommunikationssteuereinrichtung bereits K-mal die Umschaltung nicht durchführen konnte, wobei K eine natürliche Zahl einschließlich 0 ist. Der Wert für K kann als Anzeichen gewertet werden, wie bald die Sende-/Empfangseinrichtung ausfallen könnte. Um dem Ausfall vorzubeugen, kann die Sende-/Empfangseinrichtung dann rechtzeitig vor dem Ausfall in einer Werkstatt ausgetauscht werden. Dies erhöht die Sicherheit des Systems, in welchem das Bussystem eingesetzt ist.
-
Außerdem kann mit der Sende-/Empfangseinrichtung in einer der Kommunikationsphasen eine von CAN bekannte Arbitration beibehalten werden und dennoch die Übertragungsrate gegenüber CAN oder CAN FD nochmals beträchtlich gesteigert werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass zwei Kommunikationsphasen mit unterschiedlicher Bitrate verwendet werden und der Beginn der zweiten Kommunikationsphase, in welcher die Nutzdaten mit höherer Bitrate als in der Arbitration übertragen werden, für die Sende-/Empfangseinrichtung sicher kenntlich gemacht und überprüft wird. Als Folge davon ist eine deutliche Steigerung der Bitrate und damit der Übertragungsgeschwindigkeit von Sender zum Empfänger realisierbar. Hierbei ist jedoch gleichzeitig eine große Fehlerrobustheit gewährleistet.
-
Das von der Sende-/Empfangseinrichtung durchgeführte Verfahren kann auch zum Einsatz kommen, wenn in dem Bussystem auch mindestens eine CAN-Teilnehmerstation und/oder mindestens eine CAN FD Teilnehmerstation vorhanden ist, die Nachrichten nach dem CAN-Protokoll und/oder CAN FD Protokoll senden.
-
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Sende-/Empfangseinrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Der Umschaltung-Rückmeldeblock kann aufweisen ein Betriebsart-Erfassungsmodul zur Erfassung aus den Ausgangssignalen des Sendemoduls und des Empfangsmoduls, in welche Betriebsart das Sendemodul und das Empfangsmodul geschaltet sind, und ein Betriebsart-Rückmeldemodul zur Auswertung eines von dem Betriebsart-Erfassungsmodul ausgegebenen Betriebsart-Statussignals mit einem Statussignal eines Betriebsart-Umschaltblocks, der zum Ausführen der Umschaltung der Betriebsart aufgrund des Betriebsart-Umschaltsignals ausgestaltet ist.
-
Hierbei kann das Betriebsart-Rückmeldemodul ausgestaltet sein zu entscheiden, ob das Betriebsart-Rückmeldemodul über das digitale Empfangssignal eine Rückmeldung an die Kommunikationssteuereinrichtung geben muss, und wann die Rückmeldung gesendet werden muss.
-
Gemäß einer speziellen Ausgestaltung kann das Betriebsart-Rückmeldemodul ausgestaltet sein, die Rückmeldung in das digitale Empfangssignal nach der Umschaltung der Betriebsart einzufügen, die mit dem Betriebsart-Umschaltsignal signalisiert wurde.
-
Gemäß einer anderen speziellen Ausgestaltung kann das Betriebsart-Rückmeldemodul ausgestaltet sein, die Rückmeldung in das digitale Empfangssignal nach dem Betriebsart-Umschaltsignal, jedoch vor der Umschaltung der Betriebsart einzufügen, die mit dem Betriebsart-Umschaltsignal signalisiert wurde.
-
Denkbar ist, dass das Betriebsart-Rückmeldemodul ausgestaltet ist, die Rückmeldung in das digitale Empfangssignal als mindestens ein Puls mit einem Wert einzufügen, der invers zu einem Wert des digitalen Empfangssignals ist. Hierbei kann der Puls eine vorbestimmte absolute Zeitdauer haben. Alternativ ist der Puls derart ausgestaltet, dass der Puls in dem digitalen Empfangssignal einen Wert überschreibt, dessen Zeitdauer in dem digitalen Empfangssignal durch den Abstand zwischen zwei beliebigen Flanken in dem digitalen Empfangssignal begrenzt ist.
-
Hierbei kann der mindestens eine Puls bis zu einem folgenden Flankenwechsel, der in dem digitalen Empfangssignal folgt, am Bus dauern.
-
Denkbar ist alternativ, dass das Betriebsart-Rückmeldemodul ausgestaltet ist, die Rückmeldung als Manipulation des digitalen Empfangssignals derart auszugestalten, dass das digitale Empfangssignal bis zu einem vorbestimmten Ereignis einen konstanten Wert hat. Hierbei kann das vorbestimmte Ereignis eine erneute Signalisierung der Umschaltung der Betriebsart mit dem Betriebsart-Umschaltsignal oder ein vorbestimmter Zeitablauf in der Sende-/Empfangseinrichtung sein.
-
Die Sende-/Empfangseinrichtung kann zudem einen Betriebsart-Umschaltblock zur Auswertung des an dem zweiten Anschluss von der Kommunikationssteuereinrichtung empfangenen Betriebsart-Umschaltsignals und des Sendesignals aufweisen, wobei der Betriebsart-Umschaltblock ausgestaltet ist, das Sendemodul und/oder das Empfangsmodul abhängig von einem Ergebnis der Auswertung in eine von mindestens drei verschiedenen Betriebsarten zu schalten.
-
Möglicherweise ist das an dem zweiten Anschluss von der Kommunikationssteuereinrichtung empfangene Betriebsart-Umschaltsignal ein Puls mit einem Wert, der invers zu einem Wert des digitalen Empfangssignals ist, wobei der Betriebsart-Umschaltblock ausgestaltet ist, das Empfangsmodul von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart zu schalten, wenn das Umschaltsignal den Puls aufweist und der Wert des Sendesignals dem Wert des Pulses entspricht, wobei der Betriebsart-Umschaltblock ausgestaltet ist, das Sendemodul und das Empfangsmodul von der ersten Betriebsart in die dritte Betriebsart zu schalten, wenn das Umschaltsignal den Puls aufweist und der Wert des Sendesignals invers zu dem Wert des Pulses ist. Hierbei ist es denkbar, dass die Sende-/Empfangseinrichtung in der zweiten Betriebsart nicht der Sender der Nachricht in der zweiten Kommunikationsphase ist, und dass die Sende-/Empfangseinrichtung in der dritten Betriebsart Sender der Nachricht in der zweiten Kommunikationsphase ist.
-
Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch eine Kommunikationssteuereinrichtung für eine Teilnehmerstation eines seriellen Bussystems mit den Merkmalen von Anspruch 11 gelöst. Die Kommunikationssteuereinrichtung hat ein Kommunikationssteuermodul zum Erzeugen eines Sendesignals zum Steuern einer Kommunikation der Teilnehmerstation mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation des Bussystems, bei welchem Bussystem zum Austausch von Nachrichten zwischen Teilnehmerstationen des Bussystems mindestens eine erste Kommunikationsphase und eine zweite Kommunikationsphase verwendet werden, einen ersten Anschluss zum Senden des Sendesignals an eine Sende-/Empfangseinrichtung, die zum Senden des Sendesignals auf einen Bus des Bussystems ausgestaltet ist, einen zweiten Anschluss zum Empfangen eines digitalen Empfangssignals von der Sende-/Empfangseinrichtung, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung zum Erzeugen eines zusätzlichen Signals ausgestaltet ist, welches der Sende-/Empfangseinrichtung anzeigt, dass von der derzeitigen Betriebsart in eine andere Betriebsart von mindestens zwei verschiedenen Betriebsarten zu schalten ist, und welches eine interne Kommunikation zwischen dem Kommunikationssteuermodul und der Sende-/Empfangseinrichtung realisiert, und wobei das Kommunikationssteuermodul ausgestaltet ist, das zusätzliche Signal über den zweiten Anschluss in dem digitalen Empfangssignal an die Sende-/Empfangseinrichtung zu senden und über den zweiten Anschluss von der Sende-/Empfangseinrichtung in dem digitalen Empfangssignal eine Rückmeldung über eine erfolgte Umschaltung der Betriebsart aufgrund des Betriebsart-Umschaltsignals zu empfangen und die Rückmeldung auszuwerten.
-
Die Kommunikationssteuereinrichtung bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Sende-/Empfangseinrichtung genannt sind.
-
Möglicherweise ist das Sendemodul ausgestaltet, in der ersten Kommunikationsphase Bits der Signale auf den Bus mit einer ersten Bitzeit zu treiben, die um mindestens den Faktor 10 größer als eine zweite Bitzeit von Bits ist, die das Sendemodul in der zweiten Kommunikationsphase auf den Bus treibt. Hierbei kann das Betriebsart-Umschaltsignal über den zweiten Anschluss zur Signalisierung, dass die Umschaltung der Betriebsart vorzunehmen ist, mindestens einen Puls mit einer Zeitdauer haben, die kleiner als die erste Bitzeit ist und länger als die zweite Bitzeit ist, oder mindestens einen Puls mit einer Pulszeitdauer haben, die in etwa gleich der zweiten Bitzeit ist oder kleiner als die zweite Bitzeit ist. Außerdem kann hierbei die Rückmeldung über den zweiten Anschluss zur Signalisierung, dass die Betriebsart umgeschaltet wurde, mindestens einen Puls mit einer Zeitdauer haben, die kleiner als die erste Bitzeit ist, und größer als die zweite Bitzeit ist, oder mindestens einen Puls mit einer Pulszeitdauer haben, die in etwa gleich der zweiten Bitzeit ist oder kleiner als die zweite Bitzeit ist.
-
Gemäß einer Option ist das in der ersten Kommunikationsphase von dem Bus empfangene Signal mit einem anderen Physical Layer erzeugt als das in der zweiten Kommunikationsphase von dem Bus empfangene Signal.
-
Denkbar ist, dass in der ersten Kommunikationsphase ausgehandelt wird, welche der Teilnehmerstationen des Bussystems in der nachfolgenden zweiten Kommunikationsphase einen zumindest zeitweise exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus bekommt.
-
Die zuvor beschriebene Sende-/Empfangseinrichtung und die zuvor beschriebene Kommunikationssteuereinrichtung können Teil einer Teilnehmerstation eines Bussystems sein, das zudem einen Bus und mindestens zwei Teilnehmerstationen umfasst, welche über den Bus derart miteinander verbunden sind, dass sie seriell miteinander kommunizieren können. Hierbei weist mindestens eine der mindestens zwei Teilnehmerstationen eine zuvor beschriebene Sende-/Empfangseinrichtung sowie eine zuvor beschriebene Kommunikationssteuereinrichtung auf.
-
Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem nach Anspruch 16 gelöst. Das Verfahren wird mit einer Sende-/Empfangseinrichtung einer Teilnehmerstation für ein Bussystem ausgeführt, bei welchem zum Austausch von Nachrichten zwischen Teilnehmerstationen des Bussystems mindestens eine erste Kommunikationsphase und eine zweite Kommunikationsphase verwendet werden, wobei die Teilnehmerstation ein Sendemodul, ein Empfangsmodul, einen Umschaltung-Rückmeldeblock, einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist, und wobei das Verfahren die Schritte aufweist, Empfangen, mit dem Empfangsmodul, eines Signals von dem Bus des Bussystems, Erzeugen, mit dem Empfangsmodul, aus dem von dem Bus empfangenen Signal eines digitalen Empfangssignals und Ausgeben des digitalen Empfangssignals an dem zweiten Anschluss, Ausgeben, mit dem Umschaltung-Rückmeldeblock, einer Rückmeldung über eine erfolgte Umschaltung der Betriebsart aufgrund des Betriebsart-Umschaltsignals, wobei der Umschaltung-Rückmeldeblock die Rückmeldung über den zweiten Anschluss und in dem digitalen Empfangssignal an die Kommunikationssteuereinrichtung ausgibt.
-
Das Verfahren bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Sende-/Empfangseinrichtung und/oder die Kommunikationssteuereinrichtung 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 vereinfachtes schematisches Blockschaltbild einer Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
- 4 bis 6 ein Beispiel für Signale bei dem ersten Ausführungsbeispiel in Bezug auf eine Rückmeldung einer Betriebsart-Umschaltung der Sende-/Empfangseinrichtung in einer Teilnehmerstation, die bei einer zweiten Kommunikationsphase (Datenphase) nur als Empfänger agiert;
- 7 bis 9 ein Beispiel für Signale bei dem ersten Ausführungsbeispiel in Bezug auf eine Rückmeldung einer Betriebsart-Umschaltung der Sende-/Empfangseinrichtung in einer Teilnehmerstation, die bei einer zweiten Kommunikationsphase (Datenphase) als Sender agiert; und
- 10 bis 12 ein Beispiel für Signale bei dem ersten Ausführungsbeispiel in Bezug auf eine Rückmeldung einer Betriebsart-Umschaltung der Sende-/Empfangseinrichtung in einer Teilnehmerstation, die nach der zweiten Kommunikationsphase (Datenphase) in die Betriebsart für die erste Kommunikationsphase (Arbitrationsphase) umgeschaltet 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 FD-Nachfolge-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 Vielzahl von Teilnehmerstationen 10, 20, 30, die jeweils an einen Bus 40 mit einer ersten Busader 41 und einer zweiten Busader 42 angeschlossen sind. Die Busadern 41, 42 können auch CAN_H und CAN_L genannt werden und dienen zur elektrischen Signalübertragung nach Einkopplung der dominanten Pegel bzw. Erzeugung von rezessiven Pegeln für ein Signal im Sendezustand. Über den Bus 40 sind Nachrichten 45, 46 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, eine Sende-/Empfangseinrichtung 12 und einen Umschaltung-Rückmeldeblock 15. Die Teilnehmerstation 20 hat dagegen eine Kommunikationssteuereinrichtung 21 und eine Sende-/Empfangseinrichtung 22. Die Teilnehmerstation 30 hat eine Kommunikationssteuereinrichtung 31, eine Sende-/Empfangseinrichtung 32 und einen Umschaltung-Rückmeldeblock 35. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 22, 32 der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 sind jeweils direkt an den Bus 40 angeschlossen, auch wenn dies in 1 nicht veranschaulicht ist.
-
In jeder Teilnehmerstation 10, 20, 30 werden die Nachrichten 45, 46 kodiert in Form von Rahmen über eine TXD-Leitung und eine RXD-Leitung bitweise zwischen der jeweiligen Kommunikationssteuereinrichtung 11, 21, 31 und der zugehörigen Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 22, 32 ausgetauscht. Dies ist nachfolgend genauer beschrieben.
-
Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 21, 31 dienen jeweils zur Steuerung einer Kommunikation der jeweiligen Teilnehmerstation 10, 20, 30 über den Bus 40 mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation der Teilnehmerstationen 10, 20, 30, die an den Bus 40 angeschlossen sind.
-
Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 31 erstellen und lesen erste Nachrichten 45, die beispielsweise modifizierte CAN Nachrichten 45 sind, die nachfolgend auch CAN XL Nachrichten 45 genannt werden. Hierbei sind die modifizierten CAN Nachrichten 45 oder CAN XL Nachrichten 45 auf der Grundlage eines CAN FD-Nachfolgeformats aufgebaut, das in Bezug auf 2 detaillierter beschrieben ist. Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 31 können zudem ausgeführt sein, um je nach Bedarf eine CAN XL-Nachricht 45 oder eine CAN FD-Nachricht 46 für die Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 32 bereitzustellen oder von dieser zu empfangen. Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 31 erstellen und lesen also eine erste Nachricht 45 oder zweite Nachricht 46, wobei sich die erste und zweite Nachricht 45, 46 durch ihren Datenübertragungsstandard unterscheiden, nämlich in diesem Fall CAN XL oder CAN FD.
-
Die Kommunikationssteuereinrichtung 21 kann wie ein herkömmlicher CAN-Protokollkontroller bzw. CAN-Controller nach ISO 11898-1:2015 ausgeführt sein, insbesondere wie ein CAN FD toleranter Classical CAN-Controller oder ein CAN FD-Controller. Die Kommunikationssteuereinrichtung 21 erstellt und liest zweite Nachrichten 46, beispielsweise Classical CAN Nachrichten oder CAN FD-Nachrichten 46. Bei den CAN FD-Nachrichten 46 kann eine Anzahl von 0 bis zu 64 Datenbytes umfasst sein, die noch dazu mit einer deutlich schnelleren Datenrate als bei einer Classical CAN-Nachricht übertragen werden. Im letzteren Fall ist die Kommunikationssteuereinrichtung 21 wie ein herkömmlicher CAN FD-Controller ausgeführt.
-
Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 32 können bis auf die nachfolgend noch genauer beschriebenen Unterschiede als CAN XL-Transceiver ausgeführt sein. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 32 sind zusätzlich oder alternativ wie ein herkömmlicher CAN FD Transceiver ausführbar. Die Sende-/Empfangseinrichtung 22 kann wie ein herkömmlicher CAN Transceiver oder CAN FD Transceiver ausgeführt sein.
-
Mit den beiden Teilnehmerstationen 10, 30 ist eine Bildung und dann Übertragung von Nachrichten 45 mit dem CAN XL Format sowie der Empfang solcher Nachrichten 45 realisierbar.
-
2 zeigt für die Nachricht 45 einen CAN XL Rahmen 450, wie er von der Sende-/Empfangseinrichtung 12 oder der Sende-/Empfangseinrichtung 32 gesendet wird. Der CAN XL-Rahmen 450 ist für die CAN-Kommunikation auf dem Bus 40 in unterschiedliche Kommunikationsphasen 451 bis 455 unterteilt, nämlich eine Arbitrationsphase 451, eine erste Umschaltphase 452, die am Ende der Arbitrationsphase 451 liegt, eine Datenphase 453, eine zweite Umschaltphase 454, die am Ende der Datenphase 453 liegt, und eine Rahmenendphase 455.
-
In der Arbitrationsphase 451 wird beispielsweise am Anfang ein Bit gesendet, das auch SOF-Bit genannt wird und den Beginn des Rahmens bzw. Start of Frame anzeigt. In der Arbitrationsphase 451 wird außerdem ein Identifizierer mit beispielsweise 11 Bit zur Identifikation des Senders der Nachricht 45 gesendet. Bei der Arbitration wird mit Hilfe des Identifizierers bitweise zwischen den Teilnehmerstationen 10, 20, 30 ausgehandelt, welche Teilnehmerstation 10, 20, 30 die Nachricht 45, 46 mit der höchsten Priorität senden möchte und daher für die nächste Zeit zum Senden in der Umschaltphase 452 und der anschließenden Datenphase 453 einen exklusiven Zugriff auf den Bus 40 des Bussystems 1 bekommt.
-
In der ersten Umschaltphase 452 wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Umschaltung von der Arbitrationsphase 451 in die Datenphase 453 vorbereitet. Die Umschaltphase 452 kann ein Bit AL1 haben, das die Bitdauer T_B1 eines Bits der Arbitrationsphase 451 hat und mit dem Physical Layer der Arbitrationsphase 451 gesendet wird. Der Physical Layer entspricht der Bitübertragungsschicht oder Schicht 1 des bekannten OSI-Modells (Open Systems Interconnection Modell).
-
In der Datenphase 453 kann nach einem DH1-Bit und einem DL1-Bit zunächst ein beispielsweise 8 Bit langer Datenfeld-Identifizierer gesendet werden, der den Typ des Inhaltes im Datenfeld identifiziert. Z.B. kann der Datenfeld-Identifizierer den Wert 9 enthalten welches zum Beispiel aussagt, dass sich im Datenfeld ein Datenpaket befindet das gemäß dem Internet Protokoll Version 4 (IPv4) aufgebaut ist. Im Anschluss an den Datenfeld-Identifizierer kann zum Beispiel ein 11 Bit langer Datenlängencode (Data-Length-Code) gesendet werden, der dann zum Beispiel Werte von 1 bis zu 2048 oder einen sonstigen Wert mit der Schrittweite von 1 annehmen kann. Der Datenlängencode kann alternativ weniger oder mehr Bit umfassen, so dass der Wertebereich und die Schrittweite andere Werte annehmen können. Anschließend folgen weitere Felder wie zum Beispiel das Kopf-Prüfsummenfeld. Danach werden die Nutzdaten des CAN XL-Rahmens 450 bzw. der Nachricht 45 gesendet, was auch als Datenfeld der Nachricht 45 bezeichnet werden kann. Die Nutzdaten können entsprechend dem Wertebereich des Datenlängencodes Daten aufweisen, beispielsweise mit einer Anzahl von bis zu 2048 Bytes oder einer größeren Anzahl von Bytes oder eine sonstige beliebige Anzahl von Daten. Am Ende der Datenphase 453 kann beispielsweise in einem Prüfsummenfeld eine Prüfsumme über die Daten der Datenphase 453 sowie der Daten der Arbitrationsphase 451 enthalten sein. Der Sender der Nachricht 45 kann Stuffbits nach jeweils einer vorbestimmten Anzahl von gleichen Bits, insbesondere 10 gleichen Bits, als inverses Bit in den Datenstrom einfügen. Insbesondere ist die Prüfsumme eine Rahmenprüfsumme F_CRC, mit welcher alle Bits des Rahmens 450 bis zum Prüfsummenfeld abgesichert werden. Danach kann ein FCP-Feld mit vorbestimmtem Wert, beispielsweise 1100, folgen.
-
In der zweiten Umschaltphase 454 wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Umschaltung von der Datenphase 453 in die Rahmenendphase 455 vorbereitet. Dabei wird eine in mindestens einem Bit enthaltene Protokollformatinformation gesendet, welche geeignet ist, die Umschaltung zu realisieren. Die Umschaltphase 454 kann ein Bit AH1 haben, das die Bitdauer T_B1 eines Bits der Arbitrationsphase 451 hat, jedoch mit dem Physical Layer der Datenphase 453 gesendet wird.
-
In der Rahmenendphase 455 kann nach zwei Bits AL2, AH2 in einem Endefeld in der Rahmenendphase 455 mindestens ein Acknowledge-Bit ACK enthalten sein. Danach kann eine Folge von 7 gleichen Bits folgen, welche das Ende des CAN XL-Rahmens 450 anzeigen. Mit dem mindestens einen Acknowledge-Bit ACK kann mitgeteilt werden, ob ein Empfänger in dem empfangenen CAN XL-Rahmen 450 bzw. der Nachricht 45 einen Fehler entdeckt hat oder nicht.
-
Mindestens in der Arbitrationsphase 451 und der Rahmenendphase 455 wird ein Physical Layer wie bei CAN und CAN-FD verwendet. Zusätzlich kann in der ersten Umschaltphase 452 zumindest teilweise, also am Anfang, ein Physical Layer wie bei CAN und CAN-FD verwendet werden. Zusätzlich kann in der zweiten Umschaltphase 454 zumindest teilweise, also am Ende, ein Physical Layer wie bei CAN und CAN-FD verwendet werden.
-
Ein wichtiger Punkt während der Phasen 451, 455, am Anfang der Phase 452 und am Ende der Phase 454 ist, dass das bekannte CSMA/CR-Verfahren Verwendung findet, welches gleichzeitigen Zugriff der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 auf den Bus 40 erlaubt, ohne dass die höher priorisierte Nachricht 45, 46 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 dem Bus 40 geben muss, welche von anderen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 mit dominanten Zuständen auf dem Bus 40 überschrieben werden können.
-
Die Arbitration am Anfang eines Rahmens 450 bzw. der Nachricht 45, 46 und das Acknowledgement in der Rahmenendphase 455 des Rahmens 450 bzw. der Nachricht 45, 46 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 Arbitrationsphase 451, der Rahmenendphase 455 und zumindest teilweise in den Umschaltphasen 452, 454 langsamer gewählt als in der Datenphase 453 des Rahmens 450. Insbesondere wird die Bitrate in den Phasen 451, 452, 454, 455 als 500 kbit/s gewählt, woraus eine Bitzeit von ca. 2µs folgt, wohingegen die Bitrate in der Datenphase 453 als 5 bis 10 Mbit/s oder mehr gewählt wird, woraus eine Bitzeit von ca. 0,1µs und kürzer folgt. Somit ist die Bitzeit des Signals in den anderen Kommunikationsphasen 451, 452, 454, 455 um mindestens den Faktor 10 größer als die Bitzeit des Signals in der Datenphase 453.
-
Ein Sender der Nachricht 45, beispielsweise die Teilnehmerstation 10, beginnt ein Senden von Bits der Umschaltphase 452 und der anschließenden Datenphase 453 auf den Bus 40 erst, wenn die Teilnehmerstation 10 als der Sender die Arbitration gewonnen hat und die Teilnehmerstation 10 als Sender damit zum Senden einen exklusiven Zugriff auf den Bus 40 des Bussystems 1 hat. Der Sender kann entweder nach einem Teil der Umschaltphase 452 auf die schnellere Bitrate und/oder den anderen Physical Layer wechseln oder erst mit dem ersten Bit, also mit dem Beginn, der anschließenden Datenphase 453 auf die schnellere Bitrate und/oder den anderen Physical Layer wechseln.
-
Ganz allgemein können in dem Bussystem mit CAN XL im Vergleich zu CAN oder CAN FD insbesondere folgende abweichenden Eigenschaften realisiert werden:
- 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, und
- c) Anheben der Größe der Nutzdaten pro Rahmen auf etwa 2kbyte oder auf einen beliebigen anderen Wert.
-
3 zeigt den grundlegenden Aufbau der Teilnehmerstation 10 mit der Kommunikationssteuereinrichtung 11, der Sende-/Empfangseinrichtung 12 und dem Umschaltung-Rückmeldeblock 15. Die Teilnehmerstation 30 ist in ähnlicher Weise aufgebaut, wie in 3 gezeigt, außer dass der Block 35 separat von der Kommunikationssteuereinrichtung 31 und der Sende-/Empfangseinrichtung 32 vorgesehen ist. Daher werden die Teilnehmerstation 30 und der Block 35 nicht separat beschrieben. Die nachfolgend beschriebenen Funktionen des Umschaltung-Rückmeldeblocks 15 sind bei dem Umschaltung-Rückmeldeblock 35 identisch vorhanden.
-
Gemäß 3 hat die Kommunikationssteuereinrichtung 11 zudem ein Kommunikationssteuermodul 111, einen Sendesignal-Ausgangstreiber 112 und ein RxD-Anschluss-Konfigurationsmodul 113. Die Kommunikationssteuereinrichtung 11 ist als Mikrocontroller ausgestaltet oder weist einen Mikrocontroller auf. Die Kommunikationssteuereinrichtung 11 verarbeitet Signale einer beliebigen Anwendung, beispielsweise eines Steuergeräts für einen Motor, eines Sicherheitssystems für eine Maschine oder ein Fahrzeug, oder sonstige Anwendungen.
-
Nicht gezeigt in 3 ist jedoch eine System-ASIC (ASIC = Anwendungsspezifische Integrierte Schaltung), die alternativ ein System Basis-Chip (SBC) sein kann, auf dem mehrere für eine Elektronik-Baugruppe der Teilnehmerstation 10 notwendige Funktionen zusammengefasst sind. In dem System-ASIC können unter anderem die Sende-/Empfangseinrichtung 12 und eine nicht dargestellte Energieversorgungseinrichtung eingebaut sein, welche die Sende-/Empfangseinrichtung 12 mit elektrischer Energie versorgt. Die Energieversorgungseinrichtung liefert üblicherweise eine Spannung CAN_Supply von 5 V. Je nach Bedarf kann die Energieversorgungseinrichtung jedoch eine andere Spannung mit einem anderen Wert liefern und/oder als Stromquelle ausgestaltet sein.
-
Gemäß 3 hat die Sende-/Empfangseinrichtung 12 zudem ein Sendemodul 121, ein Empfangsmodul 122, einen Treiber 123 für das Sendesignal TxD, einen Empfangssignal-Ausgangstreiber 124, einen Treiber 125, der ein Signal RxD_TC an den Umschaltblock 126 ausgibt, und einen Umschaltblock 126. Der Umschaltblock 126 bildet aus dem Signal RxD_TC, dem Signal TxD und einem Signal S_SW, welches das Ausgangssignal des Empfangsmoduls 122 ist, ein Betriebszustand-Schaltsignal S_OP zum Schalten des Sendemoduls 121.
-
Zusätzlich bildet der Umschaltblock 126 aus dem Signal RxD_TC und den Signalen TxD, S_SW ein Betriebszustand-Schaltsignal S_OPT zum Schalten von Empfangsschwellen des Empfangsmoduls 122. Der Umschaltblock 126 erkennt, dass eine Signalisierung von dem Kommunikationssteuermodul 111 vorliegt, indem der Umschaltblock 126 das Signal RxD_TC und das Signal S_SW vergleicht, denn das Signal RxD_TC enthält mindestens einen Puls gemäß einem Signal RxD_K, der von dem Kommunikationssteuermodul 111 gesendet wird. Dies ist in Bezug auf 4 bis 12 nachfolgend genauer beschrieben.
-
Das Sendemodul 121 von 3 wird auch als Transmitter bezeichnet. Das Empfangsmodul 122 wird auch als Receiver bezeichnet. Die Verwendung des Signals TxD im Umschaltblock 126 ist optional, wie auch in 3 durch die gestrichelte Linie am Signal TxD gezeigt. Das Signal RxD und das Signal RxD_TC sind vom Signalverlauf gleich, wobei die beiden Signale durch einen Treiber 125 getrennt sind.
-
Der Umschaltblock 126 kann als Schaltblock ausgestaltet sein, der insbesondere mindestens ein Flipflop aufweist.
-
Der Umschaltung-Rückmeldeblock 15 hat ein Betriebsart-Erfassungsmodul 151 und ein Betriebsart-Rückmeldemodul 152, deren Funktionen nachfolgend genauer beschrieben sind.
-
Auch wenn nachfolgend immer von der Sende-/Empfangseinrichtung 12 gesprochen wird, ist es alternativ möglich, das Empfangsmodul 122 in einer separaten Einrichtung extern von dem Sendemodul 121 vorzusehen. Das Sendemodul 121 und das Empfangsmodul 122 können wie bei einer herkömmlichen Sende-/Empfangseinrichtung 22 aufgebaut sein. Das Sendemodul 121 kann insbesondere mindestens einen Operationsverstärker und/oder einen Transistor aufweisen. Das Empfangsmodul 122 kann insbesondere mindestens einen Operationsverstärker und/oder einen Transistor aufweisen.
-
Wie in 3 gezeigt, ist die Sende-/Empfangseinrichtung 12 an den Bus 40 angeschlossen, genauer gesagt dessen erste Busader 41 für CAN_H und dessen zweite Busader 42 für CAN_L. Die erste und zweite Busader 41, 42 sind in der Sende-/Empfangseinrichtung 12 mit dem Sendemodul 121 und mit dem Empfangsmodul 122 verbunden. Die Spannungsversorgung für die Energieversorgungseinrichtung zum Versorgen der ersten und zweiten Busader 41, 42 mit elektrischer Energie erfolgt wie üblich. Außerdem ist die Verbindung mit Masse bzw. CAN_GND wie üblich realisiert. Ähnliches gilt für die Terminierung der ersten und zweiten Busader 41, 42 mit einem Abschlusswiderstand.
-
Im Betrieb des Bussystems 1 setzt das Sendemodul 121, wenn die Teilnehmerstation 10 als Sender agiert, ein Sendesignal TxD der Kommunikationssteuereinrichtung 11 in entsprechende Signale CAN_H und CAN_L für die Busadern 41, 42 um und sendet diese Signale CAN_H und CAN_L auf den Bus 40. Auch wenn hier für die Sende-/Empfangseinrichtung 12 die Signale CAN_H und CAN_L genannt sind, so sind diese in Bezug auf die Nachricht 45 als Signale CAN-XL_H und CAN-XL_L zu verstehen, die in der Datenphase 453 von den herkömmlichen Signalen CAN_H und CAN_L in mindestens einem Merkmal abweichen, insbesondere in Bezug auf die Bildung der Buszustände für die verschiedenen Datenzustände des Signals TxD und/oder in Bezug auf die Spannung bzw. den Physical Layer und/oder die Bitrate.
-
In Folge der Signale auf dem Bus 40 bildet sich ein Differenzsignal VDIFF = CAN_H - CAN L aus. Mit Ausnahme eines Leerlauf- oder Bereitschaftszustands (Idle oder Standby), hört die Sende-/Empfangseinrichtung 12 mit dem Empfangsmodul 122 im Normalbetrieb immer auf eine Übertragung von Daten bzw. Nachrichten 45, 46 auf dem Bus 40 und zwar unabhängig davon, ob die Teilnehmerstation 10 Sender der Nachricht 45 ist oder nicht. Das Empfangsmodul 122 bildet dabei ein Signal S_SW und gibt dieses über den Empfangssignal-Ausgangstreiber 124 als digitales Empfangssignal RxD an die Kommunikationssteuereinrichtung 11 weiter, wie in 3 gezeigt.
-
Am Ende der Arbitrationsphase 451 ist klar, welche der Teilnehmerstationen 10, 30 in der nachfolgenden Datenphase 453 als Sender und welche nur als Empfänger agiert. Bei dem vorliegenden Beispiel agiert die Teilnehmerstation 10 als Sender und auch als Empfänger, die Teilnehmerstation 30 nur als Empfänger. Selbstverständlich kann jedoch alternativ die Teilnehmerstation 30 der Sender sein.
-
Der Umschaltblock 126 ist ausgestaltet, in einer empfangenen Nachricht 45 vom Bus 40, den Beginn der jeweiligen Umschaltphasen 452, 454 zu erkennen und dann, je nach Funktion der Teilnehmerstation 10 in der nachfolgenden Kommunikationsphase, die Eigenschaften der Sende-/Empfangseinrichtung 12 umzuschalten. Dabei kann der Umschaltblock 126 zwischen den folgenden Betriebsarten der Sende-/Empfangseinrichtung 12 umschalten:
- a) erste Betriebsart: Z_SL = Sende-/Empfangseigenschaften für die Arbitrationsphase 451,
- • Sendemodul 121 in der Sende-/Empfangseinrichtung 12 erzeugt dominante und rezessive Zustände auf dem Bus 40,
- • Empfangsmodul 122 arbeitet mit einer Empfangsschwelle T_a von üblicherweise etwa 0,7 V. Zusätzlich kann das Empfangsmodul 122, insbesondere für eine Integration der Teilnehmerstation 10 in eine laufende Kommunikation am Bus 40, mit einer negativen Empfangsschwelle arbeiten.
- c) zweite Betriebsart: Sende-/Empfangseigenschaften für die Datenphase 453 als Empfänger (Empfangsknoten),
- • Sendemodul 121 in der Sende-/Empfangseinrichtung 12 erzeugt rezessive Zustände oder wird optional nach der Umschaltphase 452 ausgeschaltet, da die Sende-/Empfangseinrichtung 12 kein Sender ist, sondern nur als Empfänger der Nachricht 45 bzw. eines Rahmens 450 agiert,
- • Empfangsmodul 122 arbeitet mit einer Empfangsschwelle T_d von üblicherweise etwa 0,0 V.
- c) dritte Betriebsart: Sende-/Empfangseigenschaften für die Datenphase 453 als Sender (Sendeknoten),
- • Sendemodul 121 in der Sende-/Empfangseinrichtung 12 treibt einen 0-Zustand oder einen 1-Zustand abhängig von dem TxD-Signal, da die Sende-/Empfangseinrichtung 12 als Sender der Nachricht 45 bzw. eines Rahmens 450 agiert,
- • Empfangsmodul 122 arbeitet mit einer Empfangsschwelle T_d von üblicherweise etwa 0,0 V.
-
Das RxD-Anschluss-Konfigurationsmodul 113 der Kommunikationssteuereinrichtung 11 konfiguriert den Anschluss RxD je nach der erforderlichen Kommunikationsrichtung unter Verwendung von Signalen S1, S2 an dem Eingang des Moduls 113, wie nachfolgend beschrieben. Das Signal S1 kann als RxD_out_ena bezeichnet werden, welches kein Treiben des zusätzlichen Signals RxD_TC über den RxD-Anschluss (erste Anschluss-Betriebsart) oder ein Treiben des zusätzlichen Signals RxD_TC über den RxD-Anschluss (zweite Anschluss-Betriebsart) ermöglicht. Das Signal S2 kann als RxD_out_val bezeichnet werden. Je nach Wert des Signals S2 treibt die Kommunikationssteuereinrichtung 11 den Anschluss RxD an den Umschaltzeitpunkten zwischen den zwei verschiedenen Kommunikationsphasen zur Signalisierung der einzustellenden Betriebsart an die Sende-/Empfangseinrichtung 12, also zum einen in der ersten Umschaltphase 452 zur Umschaltung zwischen Arbitrationsphase 451 und Datenphase 453 und zum anderen in der zweiten Umschaltphase 454 zur Umschaltung zwischen Datenphase 453 und Rahmenendphase 455. Optional kann die Kommunikationssteuereinrichtung 11, je nach Wert des Signals S2, den Anschluss RxD in einer dritten Anschluss-Betriebsart treiben, die auch „Talk-Mode“ genannt werden kann, in welcher eine interne Kommunikation zwischen den Einrichtungen 11, 12 möglich ist. Ansonsten ist der Anschluss RxD, wie insbesondere bei CAN üblich, für die Kommunikationssteuereinrichtung 11 ein Eingang (Input), also kein Ausgang, wie zuvor beschrieben, so dass die Kommunikationssteuereinrichtung 11 den Anschluss RxD nicht treibt. Der Anschluss RxD kann somit mit Hilfe des RxD-Anschluss-Konfigurationsmoduls 113 und der Signale S1, S2 bidirektional betrieben werden. In anderen Worten, der Anschluss RxD ist ein bidirektionaler Anschluss.
-
Hierfür sind die Kommunikationssteuereinrichtung 11 und der Ausgangstreiber 124 derart ausgestaltet, dass die Kommunikationssteuereinrichtung 11 den Anschluss RxD beim Treiben zum Zweck der Signalisierung stärker treibt als der Ausgangstreiber 124. Dadurch ist vermieden, dass der Wert der RxD-Leitung unbestimmt sein könnte, wenn sowohl die Kommunikationssteuereinrichtung 11 als auch der Ausgangstreiber 124 den Anschluss RxD treibt und es zu einer Überlagerung der beiden Signal-Quellen an dem Anschluss RxD kommt. Bei einer solchen Überlagerung der beiden Signal-Quellen an dem Anschluss RxD setzt sich somit immer die Kommunikationssteuereinrichtung 11 durch. Dadurch ist der Wert der RxD-Leitung immer bestimmt.
-
Damit kann der Umschaltblock 126 die Möglichkeit bereitstellen, eine der zuvor genannten mindestens drei Betriebsarten in der Sende-/Empfangseinrichtung 12einzustellen, die über den RxD-Anschluss und TxD-Anschluss signalisiert werden. Ein zusätzlicher Anschluss in Form eines anderen Pins an der Sende-/Empfangseinrichtung 12 und damit auch an der Kommunikationssteuereinrichtung 11 ist dafür nicht erforderlich.
-
Der Umschaltblock 126 ist hierfür gemäß 3 mit mindestens zwei Eingängen versehen, über die in den Umschaltblock 126 ein Signal RxD_TC, das Signal S_SW und optional das Signal TxD eingespeist werden. Das Signal RxD_TC basiert auf einem Signal, das von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 über den Anschluss für das RxD-Signal an die Sende-/Empfangseinrichtung 12 gesendet wird. Mit dem Signal RxD_TC signalisiert die Kommunikationssteuereinrichtung 11 der Sende-/Empfangseinrichtung 12 zumindest, dass die Sende-/Empfangseinrichtung 12 nun die Umschaltung in die entsprechende Betriebsart für die Datenphase 453 vorzunehmen hat. Zudem signalisiert die Kommunikationssteuereinrichtung 11 der Sende-/Empfangseinrichtung 12 mit dem Signal RxD_TC und/oder dem Signal TxD, in welche der Betriebsarten Z_F_RX, Z_F_TX die Umschaltung vorzunehmen ist. Dies ist insbesondere bei der Umschaltung von der Arbitrationsphase 451 zu der Datenphase 453 hilfreich. Am Ende der Datenphase 453 kann die Kommunikationssteuereinrichtung 11 mit dem Signal RxD_TC die Signalisierung für die Umschaltung der Sende-/Empfangseinrichtung 12 von jeder der beiden Betriebsarten der Datenphase 453 in die Betriebsart Z_SL für die Arbitrationsphase 451 vornehmen. Außerdem können mit dem Signal RxD_TC beliebige andere Informationen von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 an die Sende-/Empfangseinrichtung 12 gesendet werden, wie zuvor erwähnt.
-
Gemäß 3 führt die Sende-/Empfangseinrichtung 12 das Signal RxD_TC von dem Anschluss RxD über den Treiber 125 zum Anschluss des Umschaltblocks 126 für das Signal RxD_TC. Das Signal S_SW wird dagegen aus dem vom Bus 40 empfangenen Signal generiert. Das Signal RxD_TC wird zwischen dem Anschluss für das RxD-Signal und dem Ausgang des Empfangssignaltreibers 124 zu dem Umschaltblock 126 geleitet. Das Signal S_SW wird von dem Ausgang des Empfangsmoduls 122 und vor dem Eingang des Empfangssignaltreibers 124 zu dem Umschaltblock 126 geleitet.
-
Erkennt der Umschaltblock 126 die Umschaltphase 452, wird mit den aus dem Umschaltblock 126 ausgegebenen Signalen S_OP, S_OPT der Betriebszustand des Sendemoduls 121 und/oder des Empfangsmoduls 122 und damit die Betriebsart der Sende-/Empfangseinrichtung 12 geschaltet.
-
Bei dem Umschaltung-Rückmeldeblock 15 erfasst das Betriebsart-Erfassungsmodul 151 aus den Ausgangssignalen des Sendemoduls 121 und des Empfangsmoduls 122, in welche Betriebsart Z_SL, Z_F_RX, Z_F_ZX das Sendemodul 121 und das Empfangsmodul 122 geschaltet sind. Insbesondere ist das Betriebsart-Erfassungsmodul 151 als Komparator ausgestaltet. Das Betriebsart-Erfassungsmodul 151 gibt das Erfassungsergebnis als ein Statussignal S_E an das Betriebsart-Rückmeldemodul 152 weiter. Das Betriebsart-Rückmeldemodul 152 empfängt zudem von dem Umschaltblock 126 ein Statussignal S_B. Das Statussignal S_B gibt an, ob eine Signalisierung der Umschaltbedingung erkannt wurde. Optional gibt das Statussignal S_B zusätzlich an, in welche Betriebsart geschaltet werden soll. Mit Hilfe dieser beiden Statussignale S_E, S_B entscheidet das Betriebsart-Rückmeldemodul 152, ob das Betriebsart-Rückmeldemodul 152 via RxD-Signal eine Rückmeldung an die Kommunikationssteuereinrichtung 11 geben muss, und wann die Rückmeldung gesendet werden muss.
-
Falls die Rückmeldung positiv ausfällt, das heißt die Sende-/Empfangseinrichtung 12 hat die Signalisierung erkannt und hat die Betriebsart wie gefordert umgeschaltet, dann verändert oder manipuliert das Betriebsart-Rückmeldemodul 152 das RxD-Signal derart, dass die Kommunikationssteuereinrichtung 11 über das RxD-Signal die Rückmeldung erhält.
-
Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 32 haben mindestens drei verschiedene Möglichkeiten, die Rückmeldung via RxD-Signal durchzuführen. Dies ist in Bezug auf 4 bis 12 nachfolgend genauer beschrieben. Dabei wird angenommen, dass die Teilnehmerstation 10 als Sender (Sendeknoten) für die Datenphase 453 agiert und die Teilnehmerstation 30 nur als Empfänger (Empfangsknoten) für die Datenphase 453 agiert.
-
4 bis 6 zeigen ein Beispiel für Signale vor während und nach der Umschaltphase 452 bei der Teilnehmerstation 30 (Empfangsknoten). Am Übergang von der Arbitrationsphase 451 zu der Datenphase 453 wird in der Umschaltphase 452 von einer Bitdauer T_B1 der Arbitrationsphase 451 zu einer kleineren bzw. kürzeren Bitdauer T_B2 der Datenphase 453 umgeschaltet. Dabei wird die Betriebsart Z_SL der Sende-/Empfangseinrichtung 32 in die Betriebsart Z_F_RX der Sende-/Empfangseinrichtung 32 umgeschaltet.
-
4 zeigt hierfür ein Beispiel für ein RxD_K-Signal, das von der Kommunikationssteuereinrichtung 31 für die Umschaltung der Betriebsart der Sende-/Empfangseinrichtung 32 jeweils für Zustände 0, Z, 1 getrieben wird. Der Zustand Z steht für den hochohmigen Zustand. 5 zeigt einen Teil des Sendesignals TxD_R, das beispielsweise von der Kommunikationssteuereinrichtung 31 für die Sende-/Empfangseinrichtung 32 bereitgestellt wird. 6 zeigt ein Signal RxD_R, das von der Sende-/Empfangseinrichtung 32 zu der Kommunikationssteuereinrichtung 31 getrieben wird. Das Signal RxD_R setzt sich zusammen aus dem digitalen Signal, das aus dem Signal S_SW erzeugt wurde, und dem Signal, welches das Betriebsart-Rückmeldemodul der Sende-/Empfangseinrichtung 32 ausgibt, das dem Modul 152 entspricht. Außerdem umfasst das Signal RxD_R auch die Signalisierung mittels des Signals RxD_K, wobei das Signal RxD_K das Signal RxD_R überschreibt, wie in 6 als Puls RxD_TC,AH_1 angegeben.
-
Wie in 4 bis 6 gezeigt, sendet die Kommunikationssteuereinrichtung 31 vor der Umschaltphase 452 in dem Sendesignal TxD_R jeweils einen Zustand High (erster binärer Signalzustand), so dass das Sendesignal TxD_R die Signalzustände auf dem Bus 40 nicht überschreibt, die gemäß dem Signal RxD_R von 6 nacheinander ein FDF-Bit und ein XLF-Bit jeweils mit dem Zustand High (erster binärer Signalzustand) und dann ein resXL-Bit und ein AL1-Bit jeweils mit dem Zustand Low (zweiter binärer Signalzustand) sind. Alternativ ist der Betriebsart-Umschaltblock 126 ausgestaltet, das Sendemodul 121 in der zweiten Betriebsart Z_F_RX abzuschalten.
-
Danach wird am Ende der Arbitrationsphase 451 aufgrund des Signals RxD_K von 4, von den Bits der Arbitrationsphase 451 mit der Bitzeit T_B1 auf die kürzeren Bits der Datenphase 453 mit der Bitzeit T_B2 umgeschaltet, wie in 4 bis 6 gezeigt. Hierfür hat RxD_K bzw. das resultierende Signal RxD_TC mindestens einen Puls oder ein Pulsmuster AH_1 in dem AL1-Bit. Die Dauer eines Pulses des Pulsmusters AH_1 von 4 ist kleiner oder größer als die Bitzeit T_B2. Die Dauer eines Pulses des Pulsmusters AH_1 von 4 ist kleiner oder kürzer als die Bitzeit T_B1. Nach dem AL1-Bit folgen die Daten der Datenphase 453.
-
Gemäß 4 bis 6 findet die Rückmeldung R_S mit dem Modul 152 statt, nachdem die RXD-Signalisierung mit mindestens einem Puls oder einem Pulsmuster AH_1 des Signals RxD_K bzw. RxD_TC in dem AL1-Bit sowie die tatsächliche Umschaltung der Betriebsart der Sende-/Empfangseinrichtung 32 stattgefunden hat. Die Umschaltung in die zweite Betriebsart Z_F_RX bedeutet, dass die Sende-/Empfangseinrichtung 32 ihre Empfangsschwelle T_a in ihrem Empfangsmodul 122 in die Empfangsschwelle T_d umschaltet. Der Signalverlauf des Signals RxD_R ohne Rückmeldung R_S von der Sende-/Empfangseinrichtung 32 ist in 6 mit durchgezogenen Linien gezeichnet. Der Signalverlauf der Rückmeldung R_S von der Sende-/Empfangseinrichtung 32 ist in 6 mit fett gezeichneten Linien gezeichnet.
-
Die Sende-/Empfangseinrichtung 32 fügt bei dem Beispiel von 6 als Rückmeldung R_S in den Signalverlauf des Signals RxD_R einen inversen Puls ein, der bis zu einem der folgenden Flankenwechsel am Bus 40 dauert. In 6 dauert die Rückmeldung R_S bis zur nächsten steigenden Flanke in dem digitalen Signal, das aus dem Signal S_SW erzeugt wurde. Insbesondere hat der inverse Puls eine absolute Zeitdauer von beispielsweise 400 ns. Selbstverständlich ist eine andere Zeitdauer für den inversen Puls des Signals RxD_R möglich.
-
Tastet die Kommunikationssteuereinrichtung 31, genauer deren Modul 111, das AL1-Bit in dem Empfangssignal RxD_R bei einem Abtastpunkt von beispielsweise typisch 80% ab, und sieht dabei eine logische ,1', dann wurde die Umschaltung in der Sende-/Empfangseinrichtung 32 korrekt durchgeführt. Sieht die Kommunikationssteuereinrichtung 31, genauer deren Modul 111, eine logische ,0', dann wurde die Umschaltung in der Sende-/Empfangseinrichtung 32 nicht korrekt durchgeführt.
-
Hat die Umschaltung nicht funktioniert und ist die Rückmeldung R_S ausgeblieben, so liegt ein Fehlerfall vor. Die Sende-/Empfangseinrichtung 32 ist in der Betriebsart für die erste Kommunikationsphase (längere Bitdauern) verblieben, obwohl sie für die zweite Kommunikationsphase (kürzere Bitdauern) in die Betriebsart Z_F_RX hätte wechseln sollen. Mit hoher Wahrscheinlichkeit wird die Kommunikationssteuereinrichtung 31 jetzt in dem Bitstrom des Signals RxD über den zweiten Anschluss Bitfehler entdecken, weil die Empfangsschwelle in dem Empfangsmodul 122 nicht auf T_d umgeschaltet wurde. Wenn die Kommunikationssteuereinrichtung 31 in dem Bitstrom des Signals RxD über den zweiten Anschluss Bitfehler sieht, muss die Kommunikationssteuereinrichtung 31 bei der anschließenden Fehlerbehandlung die Sende-/Empfangseinrichtung 32 nicht in die Betriebsart Z_SL für die erste Kommunikationsphase (längere Bitdauern) schalten, denn die Sende-/Empfangseinrichtung 32 ist schon in dieser Betriebsart.
-
Hat die Umschaltung der Betriebsart in der Sende-/Empfangseinrichtung 32 funktioniert und wurde dies korrekt mit Hilfe des Signalverlaufs der Rückmeldung R_S signalisiert, so weiß die Kommunikationssteuereinrichtung 31, dass die Sende-/Empfangseinrichtung 32 in der Betriebsart Z_F_RX ist. Wenn die Kommunikationssteuereinrichtung 31 einen Bitfehler in dem Bitstrom des Signals RxD über den zweiten Anschluss entdeckt, muss die Kommunikationssteuereinrichtung 31 bei der anschließenden Fehlerbehandlung die Sende-/Empfangseinrichtung 32 bewusst von einer Betriebsart der zweiten Kommunikationsphase (längere Bitdauer) in eine Betriebsart der ersten Kommunikationsphase (kürzere Bitdauer) umschalten, insbesondere mit einem Puls auf dem TXD-Signal. Dadurch ist es nicht notwendig, die zeitlich langen Zeitablaufdauern (TimeOuts) in der Sende-/Empfangseinrichtung 32 abzuwarten, die die Betriebsart ebenfalls auf die Betriebsart der ersten Kommunikationsphase zurückschalten. Dies hat zur Folge, dass die Sende-/Empfangseinrichtung 32 (Empfangsknoten) trotz Empfangsfehler die Leerlauf-Bedingung („Idle Bedingung“) von 11 rezessiven Bits am Ende eines gesendeten Rahmens 450 erkennen kann und sich somit sehr schnell wieder in die Kommunikation auf dem Bus 40 integrieren kann.
-
Zusätzlich ist es optional möglich, dass die Teilnehmerstation 30 einen Fehlerrahmen sendet, um die Übertragung des Rahmens 450 bzw. der Nachricht 45 abzubrechen. Dadurch kann die Übertragung mit fehlerhaft eingestellten Buskomponenten schnellstmöglich abgebrochen werden. Dies steigert die im Bussystem 1 übertragbare Nettodatenrate. Dadurch wird die Kommunikation in dem Bussystem 1 robuster.
-
7 bis 9 zeigen ein Beispiel für eine Rückmeldung R_S in der Teilnehmerstation 10 (Sendeknoten) bei der Umschaltung in der Sende-/Empfangseinrichtung 12 von der Betriebsart Z_SL zu der dritten Betriebsart Z_F_TX. Bis auf die nachfolgenden Unterschiede gilt dasselbe, wie zuvor in Bezug auf 4 bis 6 beschrieben.
-
7 zeigt ein Beispiel für ein RxD_K-Signal, das von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 für die Umschaltung der Betriebsart der Sende-/Empfangseinrichtung 12 jeweils für Zustände 0, Z, 1 getrieben wird. 8 zeigt einen Teil des Sendesignals TxD_T, das beispielsweise von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 für die Sende-/Empfangseinrichtung 12 bereitgestellt wird. 9 zeigt ein Signal RxD_T, das nach dem Empfang des Sendesignals TxD_T, an dem Anschluss für das Empfangsmodul 122 von der Sende-/Empfangseinrichtung 12 zu der Kommunikationssteuereinrichtung 11 getrieben wird. Das Signal RxD_T setzt sich zusammen aus dem digitalen Signal, das aus dem Signal S_SW erzeugt wurde und dem Signal, welches das Betriebsart-Rückmeldemodul 152 der Sende-/Empfangseinrichtung 12 ausgibt.
-
Außerdem umfasst das Signal RxD_T auch die Signalisierung mittels des Signals RxD_K, wobei das Signal RxD_K das Signal RxD_R überschreibt, wie in 9 als Puls RxD_TC,AH_1 angegeben.
-
Wie in 7 bis 9 gezeigt, sendet die Kommunikationssteuereinrichtung 11 vor der Umschaltphase 452 in dem Sendesignal TxD_T nacheinander das FDF-Bit und ein XLF-Bit jeweils mit dem Zustand High (erster binärer Signalzustand). Danach folgt ein resXL-Bit, das mit dem Zustand Low (zweiter binärer Signalzustand) gesendet wird und von einem AL1-Bit gefolgt wird, das ebenfalls mit dem Zustand Low (zweiter binärer Signalzustand) gesendet wird.
-
Gemäß 7 bis 9 findet die Rückmeldung R_S nach der tatsächlichen Umschaltung der Betriebsart der Sende-/Empfangseinrichtung 12 statt. Genauer gesagt, findet die Rückmeldung R_S beim Wechsel in die dritte Betriebsart Z_F_TX ab dem Ende des AL1-Bits statt. Der Signalverlauf des digitalen Empfangssignals RxD_T ohne Rückmeldung von der Sende-/Empfangseinrichtung 12 ist in 9 mit durchgezogenen Linien gezeichnet. Der Signalverlauf der Rückmeldung R_S von der Sende-/Empfangseinrichtung 12 ist in 9 mit fett gezeichneten Linien gezeichnet.
-
Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 fügt bei dem Beispiel von 9 als Rückmeldung R_S in den Signalverlauf des Signals RxD_T ebenfalls einen inversen Puls ein, der so beschaffen ist, dass ein Puls am S_SW Signal herausgefiltert wird. Die Pulslänge wird von den zwei Flankenwechseln im S_SW Signal bestimmt. In anderen Worten, das Betriebsart-Rückmeldemodul 152 fügt den Puls als Rückmeldung R_S derart ein, dass der Puls in dem digitalen Empfangssignal RxD_T einen Wert beliebiger Länge bzw. Zeitdauer überschreibt, der invers zu dem Wert des Pulses ist. Die Flanken in dem Empfangssignal RxD_T begrenzen die Zeitdauer des Werts des Pulses. Dadurch wird das digitale Empfangssignal RxD_T verändert bzw. das Betriebsart-Rückmeldemodul 152 filtert den nächsten 0-Puls aus dem RxD-Bitstrom am zweiten Anschluss aus. Es könnte alternativ auch der nächste 1-Puls aus dem RxD-Bitstrom am zweiten Anschluss herausgefiltert werden. Alternativ ist mehr als ein Puls herausfilterbar.
-
Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 filtert den ersten 0-Puls, unabhängig von seiner Länge, in dem digitalen Empfangssignal RxD_T nach der Umschaltung aus, also den ersten 0-Puls nach dem Ende des AL1-Bits. Die Kommunikationssteuereinrichtung 11 merkt diese Manipulation bzw. Veränderung des digitalen Empfangssignal RxD_T beim Abtasten der Bits des Signals RxD_T. Diese verzögerte Rückmeldung R_S reicht aus, da die Kommunikationssteuereinrichtung 11, insbesondere ihr Modul 111, das Senden der Nachricht 45 nicht abbricht und auf einen Fehler auch ein paar Bits später reagiert werden kann.
-
Je nachdem, was die Rückmeldung R_S der Umschaltung angibt, kann die Kommunikationssteuereinrichtung 11 vorgehen, wie zuvor in Bezug auf die Kommunikationssteuereinrichtung 31 genannt.
-
10 bis 12 zeigen ein Beispiel für eine Rückmeldung R_S in der Teilnehmerstation 30 (Empfangsknoten) bei der Umschaltung in der Sende-/Empfangseinrichtung 32 von der zweiten Betriebsart Z_F_RX zu der ersten Betriebsart Z_SL. Diese Umschaltung findet also nach der Datenphase 453 statt.
-
10 zeigt ein Beispiel für ein RxD_K-Signal, das von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 für die Umschaltung der Betriebsart der Sende-/Empfangseinrichtung 32 jeweils für Zustände 0, Z, 1 getrieben wird. 11 zeigt einen Teil des Sendesignals TxD_R, das beispielsweise von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 für die Sende-/Empfangseinrichtung 32 bereitgestellt wird, wie bereits zuvor in Bezug auf 5 beschrieben. Jedoch wird nun über den Bus 40 ein AH1-Bit mit dem Zustand High (erster binärer Signalzustand) in der Umschaltphase 454 und dann in der Rahmenendphase 455 ein AL2-Bit mit dem Zustand Low (zweiter binärer Signalzustand) und ein AH2-Bit mit dem mit dem Zustand High (erster binärer Signalzustand) gesendet. Danach folgen die anderen Bits der der Rahmenendphase 455. 12 zeigt ein Signal RxD_R, dass von der Sende-/Empfangseinrichtung 32 zu der Kommunikationssteuereinrichtung 31 getrieben wird, wie bereits zuvor in Bezug auf 6 beschrieben. Dabei umfasst das Signal RxD_R in 12 auch die Signalisierung mittels des Signals RxD_K, wobei das Signal RxD_K das Signal RxD_R überschreibt, wie in 12 als Puls RxD_TC,AH_1 angegeben und wie zuvor in Bezug auf 6 erläutert.
-
In 12 sind zwei Möglichkeiten für die Rückmeldung R_S gezeigt. Somit kann die Rückmeldung R_S vor der tatsächlichen Umschaltung der Betriebsart der Sende-/Empfangseinrichtung 32 stattfinden, wie mit dem Puls mit fett gezeichneter Line im AH1-Bit als Rückmeldung R_S gezeigt. Alternativ kann die Rückmeldung R_S nach der tatsächlichen Umschaltung der Betriebsart der Sende-/Empfangseinrichtung 32 stattfinden, wie mit dem Puls mit fett gezeichneter Line im AL2-Bit als Rückmeldung R_S gezeigt. Die Umschaltung der Betriebsart erfolgt am Ende des AH1-Bits. Der Signalverlauf des digitalen Empfangssignals RxD_R ohne Rückmeldung von der Sende-/Empfangseinrichtung 32 ist in 12 mit durchgezogenen Linien gezeichnet.
-
Die Sende-/Empfangseinrichtung 32 fügt bei dem Beispiel von 12 als Rückmeldung R_S einen inversen Puls von beispielsweise 200 ns in den Signalverlauf des Signals RxD_R ein. Selbstverständlich ist eine andere Zeitdauer für den Puls der Rückmeldung R_S wählbar.
-
Die Rückmeldung R_S in dem AL2-Bit gemäß 12 ist vorteilhafter als die Rückmeldung R_S in dem AH1-Bit gemäß 12, da die Rückmeldung R_S in dem AL2-Bit die Synchronisation der Teilnehmerstationen 10, 30 an der Flanke zwischen dem AH1-Bit und dem AL2-Bit nicht stört.
-
Die gleiche Rückmeldung ist auch in der Teilnehmerstation 10 (Sendeknoten) möglich, wenn die Sende-/Empfangseinrichtung 32 von der Betriebsart Z_F_TX in die Betriebsart Z_SL schaltet.
-
Durch die zuvor beschriebene Ausgestaltung der Teilnehmerstation 10 ist keine galvanische Verbindung durch jeweils einen zusätzlichen Anschluss an der Kommunikationssteuereinrichtung 11 und der damit verbundenen Sende-/Empfangseinrichtung 12 erforderlich, damit die Kommunikationssteuereinrichtung 11 den Zeitpunkt der Betriebsartumschaltung übertragen kann und die Rückmeldung R_S empfangen kann. Das heißt, der Block 15 benötigt vorteilhaft keinen zusätzlichen Anschluss, der an einem Standardgehäuse der Sende-/Empfangseinrichtung 12 nicht verfügbar ist. Somit ist durch den Block 15 kein Wechsel auf ein anderes größeres und kostenintensives Gehäuse notwendig, um einen zusätzlichen Anschluss bereitzustellen.
-
Außerdem ermöglicht der Block 15, dass die Sende-/Empfangseinrichtung 12 keine Protokollkontroller-Funktionalität benötigt. Ein solcher Protokollkontroller könnte unter anderem die Umschaltphase 452 der Nachricht 45 erkennen und abhängig davon die Datenphase 453 einleiten. Da ein solcher zusätzlicher Protokollkontroller jedoch beachtlich Fläche in der Sende-/Empfangseinrichtung 12 oder dem ASIC benötigen würde, bewirkt der Block 15 eine deutliche Senkung des Ressourcenbedarfs.
-
Dadurch bietet die Verschaltung des Betriebsart-Umschaltblocks 126 und des Block 15 mit einer üblichen Sende-/Empfangseinrichtung eine sehr unaufwändige und kostengünstige Lösung, um der Sende-/Empfangseinrichtung 12 kenntlich zu machen, dass eine Umschaltung und welche Umschaltung zwischen ihren verschiedenen Betriebsarten vorzunehmen ist, nämlich insbesondere von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart oder von der ersten Betriebsart in die dritte Betriebsart oder von der zweiten Betriebsart in die erste Betriebsart oder eine sonstige Umschaltung von Betriebsarten. Zusätzlich kann der Block 15 auch sehr unaufwändig und kostengünstig sowie robust der Kommunikationssteuereinrichtung 12 die entsprechende Rückmeldung R_S über die Umschaltung geben.
-
Durch die beschriebene Ausgestaltung der Sende-/Empfangseinrichtung(en) 12, 32 können in der Datenphase 452 weit höhere Datenraten als mit CAN oder CAN-FD erreicht werden. Zudem kann die Datenlänge in dem Datenfeld der Datenphase 453 beliebig gewählt werden, wie zuvor beschrieben. Dadurch können die Vorteile von CAN in Bezug auf die Arbitrierung beibehalten und dennoch eine größere Anzahl von Daten in kürzerer Zeit als bisher sehr sicher und damit effektiv übertragen werden, das heißt, ohne dass eine Wiederholung der Daten aufgrund eines Fehlers notwendig wäre, wie nachfolgend erläutert.
-
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Fehlerrahmen in dem Bussystem 1 bei der Übertragung von Nachrichten 45 nicht benötigt werden, jedoch optional verwendet werden können. Werden keine Fehlerrahmen verwendet, werden Nachrichten 45 nicht mehr zerstört, was eine Ursache für die Notwendigkeit einer Doppelübertragung von Nachrichten beseitigt. Dadurch steigt die Nettodatenrate.
-
Ist das Bussystem kein CAN Bussystem, kann der Betriebsart-Umschaltblock 126 ausgelegt werden oder sein, auf andere Umschaltsignale zu reagieren. Entsprechendes gilt für den Block 15. In diesem Fall kann der Betriebsart-Umschaltblock 126 abhängig von einem Ergebnis seiner Auswertung das Sendemodul 121 und/oder das Empfangsmodul 122 in eine von mindestens zwei verschiedenen Betriebsarten schalten und mindestens eine der Betriebsarten nach Ablauf einer bei dem Betriebsart-Umschaltblock 126 voreingestellten Zeitdauer T0 in eine andere der Betriebsarten umschalten. Dabei kann der Block 15 jeweils der Kommunikationssteuereinrichtung 12 die entsprechende Rückmeldung R_S über die Umschaltung geben.
-
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel sendet der Block 15, genauer sein Modul 152, ein Pulsmuster an dem RXD-Anschluss. Gilt beispielsweise derzeit RXD = 0, dann kann die jeweilige Sende-/Empfangseinrichtung 12, 32 das Pulsmuster 010 an dem Anschluss RXD senden.
-
Alternativ sendet der Block 15, genauer sein Modul 152, ein Pulsmuster zeitverzögert an dem RXD-Anschluss. Beispielsweise kann der Block 15, genauer sein Modul 152, das Pulsmuster erst nach der nächsten Flanke am Bus 40 senden.
-
Ansonsten ist das Bussystem 1 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel auf die gleiche Weise aufgebaut, wie zuvor in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben.
-
Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel sendet der Block 15, genauer sein Modul 152, das Signal an dem Anschluss RXD:=„konstant 0 oder konstant 1“ bis zu einem vorbestimmten Ereignis.
-
Das vorbestimmte Ereignis kann eine erneute Signalisierung der Umschaltung von der Kommunikationssteuereinrichtung 12, 32 zu der zugehörigen Sende-/Empfangseinrichtung 12, 32 sein. Alternativ ist das vorbestimmte Ereignis ein vorbestimmter Zeitablauf (TimeOut) in der Sende-/Empfangseinrichtung 12, 32.
-
Demzufolge gilt, solange die Sende-/Empfangseinrichtung 12, 32 in einem vorbestimmten Zustand ist, gilt für ihren RXD-Anschluss „RXD = konstant“. Verlässt die Sende-/Empfangseinrichtung 12, 32 den vorbestimmten Zustand, entspricht das RxD- Signal der Sende-/Empfangseinrichtung 12, 32 wieder dem Wert auf dem Bus 40.
-
Somit hat jede der Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 32 mindestens 3 verschiedene Möglichkeiten, die Rückmeldung R_S mit dem Empfangssignal RxD, RxD_R, RxD_T durchzuführen. Dazu stellt jede der Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 32 der zugehörigen Kommunikationssteuereinrichtung 11, 31 ein Empfangssignal RxD, RxD_R, RxD_T bereit, dass nicht wie gewohnt den Zustand auf dem Bus 40 wiederspiegelt, sondern zumindest zeitweise manipuliert ist. Anhand der Manipulation erkennt die Kommunikationssteuereinrichtung 11, 31, insbesondere ihr Modul 111, eine positive Rückmeldung R_S von der zugehörigen Sende-/Empfangseinrichtung 12, 32.
-
Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Blöcke 15, 35, der Teilnehmerstationen 10, 20, 30, 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.
-
Auch wenn die Erfindung zuvor am Beispiel des CAN-Bussystems beschrieben ist, kann die Erfindung bei jedem Kommunikationsnetzwerk und/oder Kommunikationsverfahren eingesetzt werden, bei welchem zwei verschiedene Kommunikationsphasen verwendet werden, in denen sich die Buszustände unterscheiden, die für die unterschiedlichen Kommunikationsphasen erzeugt werden. Insbesondere ist die Erfindung bei Entwicklungen von sonstigen seriellen Kommunikationsnetzwerken, wie Ethernet und/oder 10 Base-T1S Ethernet, Feldbussystemen, usw. einsetzbar.
-
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 mit zwei verschiedenen Bitraten 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 in dem Bussystem 1 der Ausführungsbeispiele ist beliebig. Insbesondere kann die Teilnehmerstation 20 in dem Bussystem 1 entfallen. Es ist möglich, dass eine oder mehrere der Teilnehmerstationen 10 oder 30 in dem Bussystem 1 vorhanden sind. Denkbar ist, dass alle Teilnehmerstationen in dem Bussystem 1 gleich ausgestaltet sind, also nur Teilnehmerstation 10 oder nur Teilnehmerstation 30 vorhanden sind.
-
Die Art der Signalisierung der Umschaltung der Betriebsart der einzelnen Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 32 ist beliebig wählbar. Zusätzlich oder alternativ ist die Art der Rückmeldung R_S für jede einzelne Sende-/Empfangseinrichtung 12, 32 beliebig wählbar. Zudem kann sich die Rückmeldung R_S für die Umschaltung von der Arbitrationsphase 451 in die Datenphase 453 unterscheiden von der Rückmeldung R_S für die Umschaltung von der Datenphase 453 in die Arbitrationsphase 451. Hierbei sind beliebige Kombinationen der zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten der Rückmeldung R_S denkbar.
