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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kommunikationssteuereinrichtung und eine Sende-/Empfangseinrichtung für eine Teilnehmerstation eines seriellen Bussystems und ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem, das mit hoher Datenrate und großer Fehlerrobustheit arbeitet.
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Stand der Technik
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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.
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Um Daten mit höherer Bitrate übertragen zu können als bei CAN, besteht im CAN FD Nachrichten-Format eine Option zur Umschaltung auf eine höhere Bitrate innerhalb einer Nachricht. Hierbei 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 die Datenübertragungsraten sind deutlich höher als bei CAN.
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Um Daten schneller vom sendenden Busteilnehmer zum empfangenden Busteilnehmer zu übertragen als bei CAN FD, ist derzeit ein CAN FD-Nachfolge-Bussystem in Entwicklung, welches CAN XL genannt wird. Hierbei soll neben einer höheren Datenrate in der Datenphase als bei CAN FD auch die bisher mit CAN FD erreichte Nutzdatenlänge von bis zu 64 Bytes erhöht werden. Jedoch sollen auch bei dem CAN FD-Nachfolge-Bussystem die Vorteile der Robustheit eines CAN oder CAN FD basierten Kommunikationsnetzwerks erhalten bleiben.
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Denkbar ist, die höhere Datenrate in der Datenphase dadurch noch zu erhöhen, dass zusätzlich der Physical Layer umgeschaltet wird. In diesem Fall ist jedoch die Betriebsart der Sende-/Empfangseinrichtung umzuschalten, welche die Signale auf den Bus treibt und von dem Bus empfängt. Für eine robuste Datenübertragung muss die Umschaltung der Betriebsart der Sende-/Empfangseinrichtung zwischen den einzelnen Sende- und Empfangsbetriebsarten möglichst reibungslos funktionieren.
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Je schneller die Daten auf dem Bus übertragen werden, desto höhere Anforderungen sind an die Qualität des Signals zu stellen, das der Protocol-Controller der Teilnehmerstation vom Bus empfängt. Ist beispielsweise die Flankensteilheit der Bits des empfangenen Signals zu gering, so kann das zu stark asymmetrischen Bits führen, und somit kann das empfangene Signal eventuell nicht korrekt decodiert werden.
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Wird die Flankensteilheit der Bits des empfangenen Signals erhöht, ergibt sich eine zu hohe Abstrahlung. Dies führt zu Kosten an anderer Stelle, beispielsweise auf der Leiterplatine und im Mikrocontroller für die Teilnehmerstation.
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Offenbarung der Erfindung
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kommunikationssteuereinrichtung und eine Sende-/Empfangseinrichtung 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 Kommunikationssteuereinrichtung und eine Sende-/Empfangseinrichtung für eine Teilnehmerstation eines seriellen Bussystems und ein Verfahren zur Kommunikation 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.
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Die Aufgabe wird durch eine Kommunikationssteuereinrichtung für eine Teilnehmerstation eines seriellen Bussystems mit den Merkmalen von Anspruch 1 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 STB-Anschluss zum Senden eines Betriebsart-Signalisierungssignals an eine Sende-/Empfangseinrichtung, die zum Senden des Sendesignals auf einen Bus des Bussystems ausgestaltet ist, und einen Betriebsart-Codierblock zum Erzeugen des Betriebsart-Signalisierungssignals aus einem Signal, welches der Sende-/Empfangseinrichtung signalisiert, dass die Sende-/Empfangseinrichtung in die Bereitschaftsbetriebsart zu schalten ist, wobei das Betriebsart-Signalisierungssignal der Sende-/Empfangseinrichtung signalisiert, in welche Betriebsart die Sende-/Empfangseinrichtung abhängig von der Kommunikation auf dem Bus zu schalten ist oder ob die Sende-/Empfangseinrichtung in die Bereitschaftsbetriebsart zu schalten ist.
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Mit der Kommunikationssteuereinrichtung ist es möglich, ohne zusätzliche teure Anschlüsse zwischen der Kommunikationssteuereinrichtung und der Sende-/Empfangseinrichtung die benötigte schnelle Datenübertragung mit sehr hoher Bit-Symmetrie für das CAN FD Nachfolgebussystem bereitzustellen.
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Dabei ist die Kommunikationssteuereinrichtung vorteilhaft derart ausgestaltet, dass die Symmetrie der Bits in einem Empfangssignal RxD erhalten bleibt, das die Sende-/Empfangseinrichtung aus einem vom Bus empfangenen Signal erzeugt hat und an die Kommunikationssteuereinrichtung sendet. Dies gilt sowohl beim Senden als auch beim Empfangen von CAN Rahmen, also auch beim Sendesignal TxD.
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Außerdem kann auch bei der differentiellen Übertragung des Empfangssignal RxD zwischen der Sende-/Empfangseinrichtung (Transceiver) und der Kommunikationssteuereinrichtung (Mikrocontroller) eine NRZ-Codierung (NRZ = Non-Return-To-Zero) erhalten bleiben. Als Folge davon können zur Datenübertragung zwischen der Sende-/Empfangseinrichtung (Transceiver) und der Kommunikationssteuereinrichtung (Mikrocontroller) nun Anschlüsse (Pins) mit langsamen Flanken verwendet werden. Die resultierende geringere Flankensteilheit der Bits des empfangenen und gesendeten Signals reduziert die Abstrahlung des Systems wesentlich.
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Somit kann eine derartige Flankensteilheit der Bits des empfangenen und gesendeten Signals gewählt werden, dass die Anforderungen an die Abstrahlung problemlos erfüllt werden können. Außerdem muss die Kommunikationssteuereinrichtung zur Erhaltung der Symmetrie des Signals keine komplexen Line Coding Verfahren verwenden, wie beispielsweise PWM Codierung, Manchester Codierung. Damit reduziert sich die Komplexität der Datenübertragung und der Decodierung des Sendesignals TxD und Empfangssignals RxD.
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Darüber hinaus kann mit der Kommunikationssteuereinrichtung 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 wird. Daher kann die Sende-/Empfangseinrichtung sicher von einer ersten Kommunikationsphase in die zweite Kommunikationsphase umschalten.
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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. Dies trägt mit dazu bei, eine Nettodatenrate von mindestens 10 Mbps zu realisieren. Noch dazu kann die Größe der Nutzdaten größer als 64 Byte sein, insbesondere bis zu 2048 Byte pro Rahmen betragen, oder je nach Bedarf eine beliebige Länge haben.
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Das von der Kommunikationssteuereinrichtung 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.
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Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Kommunikationssteuereinrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der Betriebsart-Codierblock kann ausgestaltet sein, die Betriebsarten als Zustand in dem Betriebsart-Signalisierungssignal zu codieren. Hierbei ist der Betriebsart-Codierblock optional ausgestaltet, mindestens eine der Betriebsarten in dem Betriebsart-Signalisierungssignal mit Pulsweitenmodulation zu modulieren. Gemäß einer anderen Option ist der Betriebsart-Codierblock ausgestaltet, mindestens eine der Betriebsarten in dem Betriebsart-Signalisierungssignal als Bitmuster zu codieren, in dem der 0-Anteil im Verhältnis zu dem 1-Anteil die Betriebsart angibt.
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Die zuvor beschriebene Kommunikationssteuereinrichtung kann zudem einen ersten Anschluss aufweisen zum Senden, in einer Betriebsart der ersten Kommunikationsphase, des Sendesignals an die Sende-/Empfangseinrichtung, einen zweiten Anschluss aufweisen zum Empfangen, in der Betriebsart der ersten Kommunikationsphase, eines digitalen Empfangssignals von der Sende-/Empfangseinrichtung, und ein Betriebsartschaltmodul aufweisen zum Schalten der Übertragungsrichtung des ersten und zweiten Anschlusses in der zweiten Kommunikationsphase in die gleiche Richtung für eine differentielle Signalübertragung über den ersten und zweiten Anschluss.
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Das Betriebsartschaltmodul kann ausgestaltet sein, in einer ersten Betriebsart der zweiten Kommunikationsphase den ersten und zweiten Anschluss als Ausgang zu schalten und aus dem Sendesignal ein inverses digitales Sendesignal zu erzeugen sowie das Sendesignal an dem ersten Anschluss und das dazu inverse digitale Sendesignal an dem zweiten Anschluss auszugeben. Zusätzlich oder alternativ kann das Betriebsartschaltmodul ausgestaltet sein, in einer zweiten Betriebsart der zweiten Kommunikationsphase den ersten und zweiten Anschluss als Eingang zu schalten und aus dem an dem ersten und zweiten Anschluss empfangenen differentiellen Empfangssignal ein nicht-differentielles Empfangssignal zu erzeugen und an das Kommunikationssteuermodul auszugeben.
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Beispielsweise ist das Kommunikationssteuermodul ausgestaltet, das Sendesignal in der ersten Kommunikationsphase mit Bits mit einer ersten Bitzeit zu erzeugen, die um mindestens den Faktor 10 größer als eine zweite Bitzeit von Bits ist, die das Kommunikationssteuermodul in der zweiten Kommunikationsphase in dem Sendesignal erzeugt.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch eine Sende-/Empfangseinrichtung für eine Teilnehmerstation eines seriellen Bussystems mit den Merkmalen von Anspruch 8 gelöst. Die Sende-/Empfangseinrichtung hat ein Sende-/Empfangsmodul zum Senden eines 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, und zum Erzeugen eines digitalen Empfangssignals aus einem von dem Bus empfangenen Signal, einen STB-Anschluss zum Empfangen eines Betriebsart-Signalisierungssignals von einer Kommunikationssteuereinrichtung, die zum Erzeugen eines Sendesignals zum Senden auf einen Bus des Bussystems ausgestaltet ist, und einem Betriebsart-Decodierblock zum Decodieren des Betriebsart-Signalisierungssignals, wobei das Betriebsart-Signalisierungssignal der Sende-/Empfangseinrichtung signalisiert, in welche Betriebsart die Sende-/Empfangseinrichtung abhängig von der Kommunikation auf dem Bus zu schalten ist oder ob die Sende-/Empfangseinrichtung in die Bereitschaftsbetriebsart zu schalten ist.
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Die Sende-/Empfangseinrichtung bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Kommunikationssteuereinrichtung genannt sind. Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Sende-/Empfangseinrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der Betriebsart-Decodierblock kann ausgestaltet sein, die Betriebsarten aus einer Pulsweitenmodulation des Betriebsart-Signalisierungssignals zu demodulieren. Zusätzlich oder alternativ kann der Betriebsart-Decodierblock ausgestaltet sein, mindestens eine der Betriebsarten aus einem Bitmuster zu decodieren, indem der Betriebsart-Decodierblock den 0-Anteil im Verhältnis zu dem 1-Anteil ausgewertet.
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Die zuvor beschriebene Sende-/Empfangseinrichtung kann zudem einen ersten Anschluss aufweisen zum Empfang, in einer Betriebsart der ersten Kommunikationsphase, eines Sendesignals von einer Kommunikationssteuereinrichtung, einen zweiten Anschluss aufweisen zum Senden, in der Betriebsart der ersten Kommunikationsphase, des digitalen Empfangssignals an die Kommunikationssteuereinrichtung, und ein Betriebsartschaltmodul aufweisen zum Schalten der Übertragungsrichtung des ersten und zweiten Anschlusses in der zweiten Kommunikationsphase in die gleiche Richtung für eine differentielle Signalübertragung über den ersten und zweiten Anschluss.
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Das Betriebsartschaltmodul kann ausgestaltet sein, in einer ersten Betriebsart der zweiten Kommunikationsphase den ersten und zweiten Anschluss als Eingang zu schalten und aus dem an dem ersten und zweiten Anschluss empfangenen differentiellen digitalen Sendesignal ein nicht-differentielles Sendesignal zu erzeugen. Zusätzlich der alternativ kann das Betriebsartschaltmodul ausgestaltet sein, in einer zweiten Betriebsart der zweiten Kommunikationsphase den ersten und zweiten Anschluss als Ausgang zu schalten und aus dem digitalen Empfangssignal ein inverses digitales Empfangssignal zu erzeugen sowie das digitale Empfangssignal an dem zweiten Anschluss und das dazu inverse digitale Empfangssignal an dem ersten Anschluss auszugeben.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Betriebsartschaltmodul ausgestaltet, in der zweiten Betriebsart der zweiten Kommunikationsphase an den beiden Anschlüssen für eine vorbestimmte Zeitdauer die beiden Empfangssignale mit demselben Pegel zu erzeugen und auszugeben, um der Kommunikationssteuereinrichtung Zusatzinformationen zu signalisieren, die zusätzlich zu Informationen der Signale sind, die in dem Bussystem mit den Nachrichten zwischen Teilnehmerstationen des Bussystems ausgetauscht werden.
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Optional ist das Sende-/Empfangsmodul ausgestaltet, das Sendesignal als differentielles Signal auf den Bus zu senden.
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Das Betriebsartschaltmodul kann ausgestaltet sein, die Übertragungsrichtung des ersten und zweiten Anschlusses abhängig von der Betriebsart zu wählen, in welche die Sende-/Empfangseinrichtung geschaltet ist.
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Die zuvor beschriebenen Einrichtungen haben möglicherweise zudem einen Richtungssteuerblock zum Steuern der Übertragungsrichtung des ersten und zweiten Anschlusses in Abhängigkeit von der Betriebsart der Sende-/Empfangseinrichtung, einen Codierblock zum Codieren der differentiellen Signale, einen Decodierblock zum Decodieren des differentiellen Signals an dem ersten und zweiten Anschluss in ein nicht-differentielles Signal, und einen Multiplexer zum Ausgeben des von dem Decodierblock erzeugten nicht-differentiellen Signals, wenn die Sende-/Empfangseinrichtung in eine Betriebsart der zweiten Kommunikationsphase geschaltet ist.
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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.
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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.
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Die zuvor beschriebene Kommunikationssteuereinrichtung und die zuvor beschriebene Sende-/Empfangseinrichtung 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 Kommunikationssteuereinrichtung und eine zuvor beschriebene Sende-/Empfangseinrichtung auf.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem nach Anspruch 18 gelöst. Das Verfahren wird mit 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 eine zuvor beschriebene Kommunikationssteuereinrichtung und eine zuvor beschriebene Sende-/Empfangseinrichtung aufweist, und wobei das Verfahren die Schritte aufweist Erzeugen, mit einem Betriebsart-Codierblock, des Betriebsart-Signalisierungssignals aus einem Signal, welches der Sende-/Empfangseinrichtung signalisiert, dass die Sende-/Empfangseinrichtung in die Bereitschaftsbetriebsart zu schalten ist, und Senden, mit einem STB-Anschluss, des Betriebsart-Signalisierungssignals an die Sende-/Empfangseinrichtung, die zum Senden des Sendesignals auf den Bus des Bussystems ausgestaltet ist, wobei das Betriebsart-Signalisierungssignal der Sende-/Empfangseinrichtung signalisiert, in welche Betriebsart die Sende-/Empfangseinrichtung abhängig von der Kommunikation auf dem Bus zu schalten ist oder ob die Sende-/Empfangseinrichtung in die Bereitschaftsbetriebsart zu schalten ist.
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Das Verfahren bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Kommunikationssteuereinrichtung und/oder die Sende-/Empfangseinrichtung genannt sind.
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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.
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Figurenliste
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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 7 jeweils eine zeitliche Darstellung von Signalen bzw. Zuständen an der Teilnehmerstation von 3, wenn die Teilnehmerstation Sender einer über einen Bus des Bussystems gesendeten Nachricht ist;
- 8 bis 11 jeweils eine zeitliche Darstellung von Signalen bzw. Zuständen an der Teilnehmerstation von 3, wenn die Teilnehmerstation Empfänger einer über den Bus des Bussystems gesendeten Nachricht ist; und
- 12 bis 15 jeweils eine zeitliche Darstellung von Signalen an der Teilnehmerstation von 3 während des Sendens eines Rahmens sowie die Steuerung einer Bereitschaftsbetriebsart, wenn die Teilnehmerstation in der Datenphase Sender einer über den Bus des Bussystems gesendeten Nachricht ist;
- 16 bis 19 jeweils eine zeitliche Darstellung von Signalen an der Teilnehmerstation von 3 während des Empfangens eines Rahmens sowie die Steuerung einer Bereitschaftsbetriebsart, wenn die Teilnehmerstation in der Datenphase Empfänger einer über den Bus des Bussystems gesendeten Nachricht ist;
- 20 bis 24 jeweils eine zeitliche Darstellung von Signalen bzw. Zuständen an der Teilnehmerstation von 3 bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, wenn die Teilnehmerstation in der Datenphase Sender einer über den Bus des Bussystems gesendeten Nachricht ist und von der Datenphase in die Arbitrationsphase zurückschaltet.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts Anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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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 CAN FD-Nachfolge-Bussystem wird nachfolgend CAN XL genannt. Das Bussystem 1 kann in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, einem Flugzeug, usw., oder im Krankenhaus usw. Verwendung finden.
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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.
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Wie in 1 gezeigt, hat die Teilnehmerstation 10 eine Kommunikationssteuereinrichtung 11, eine Sende-/Empfangseinrichtung 12, ein erstes Betriebsartschaltmodul 15 und ein zweites Betriebsartschaltmodul 16. Im Unterschied dazu hat die Teilnehmerstation 20 eine Kommunikationssteuereinrichtung 21 und eine Sende-/Empfangseinrichtung 22. Die Teilnehmerstation 30 hat eine Kommunikationssteuereinrichtung 31, eine Sende-/Empfangseinrichtung 32, ein erstes Betriebsartschaltmodul 35 und ein zweites Betriebsartschaltmodul 36. 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.
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In jeder Teilnehmerstation 10, 20, 30 werden die Nachrichten 45, 46 codiert 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.
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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.
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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 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.
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Die Kommunikationssteuereinrichtung 21 kann wie ein herkömmlicher 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.
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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.
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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.
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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, eine Datenphase 453, eine zweite Umschaltphase 454 und eine Rahmenendphase 455.
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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.
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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 haben, das die Bitdauer T_B1 eines Bits der Arbitrationsphase 451 hat und mindestens teilweise mit dem Physical Layer der Arbitrationsphase 451 gesendet wird. Die erste Umschaltphase 452 gehört logisch zur Arbitrationsphase 451. Insbesondere wird in dieser Umschaltphase 452 der Sende-/Empfangseinrichtung 12, 32 signalisiert, dass die Einrichtung 12, 32 in einen anderen Modus bzw. Betriebsart wechseln soll, nämlich in den Physical Layer der Datenphase 453.
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In der Datenphase 453 werden die Bits des Rahmens 450 mit dem Physical Layer der Datenphase 453 und mit einer Bitdauer T_B2 gesendet, die kürzer als die Bitdauer T_B1 eines Bits der Arbitrationsphase 451 ist. In der Datenphase 453 werden unter anderem die Nutzdaten des CAN XL-Rahmens 450 bzw. der Nachricht 45 gesendet. Die Nutzdaten können auch als Datenfeld der Nachricht 45 bezeichnet werden. Hierfür kann in der Datenphase 453, nach einem Datenfeld-Identifizierer, der den Typ des Inhaltes im Datenfeld identifiziert, ein beispielsweise 11 Bit langer Datenlängencode (Data-Length-Code) gesendet werden. Der Code kann zum Beispiel Werte von 1 bis zu 2048 oder einen sonstigen Wert mit der Schrittweite von 1 annehmen. 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. 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 relevanten Bits des Rahmens 450 bis zum Prüfsummenfeld abgesichert werden. Stuff-Bits in der Datenphase 453 werden beispielsweise nicht abgesichert, weil diese Bits den Rahmen 450 selbst absichern und somit zur Fehlerdetektion verwendet werden.
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In der zweiten Umschaltphase 454 wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Umschaltung von der Datenphase 453 in die Rahmenendphase 455 vorbereitet. Dies bedeutet, dass zurück in die Übertragungsbetriebsart gemäß der Arbitrationsphase 451 geschaltet wird. Die Umschaltphase 454 kann ein Bit haben, das die Bitdauer T_B1 eines Bits der Arbitrationsphase 451 hat und mit dem Physical Layer der Arbitrationsphase 451 gesendet wird. Eine Unterscheidung von CAN XL-Rahmen oder CAN-Rahmen oder CAN FD-Rahmen ist hierbei jedoch nicht notwendig. Die zweite Umschaltphase 454 gehört logisch zur Rahmenendphase 455, in welcher dieselbe Übertragungsbetriebsart verwendet wird wie in der Arbitrationsphase 451. Insbesondere wird in dieser zweiten Umschaltphase 454 der Sende-/Empfangseinrichtung 12, 32 signalisiert, dass die Einrichtung 12, 32 in einen anderen Modus bzw. Betriebsart wechseln soll, nämlich in den Physical Layer der Arbitrationsphase 451.
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In der Rahmenendphase 455 kann nach zwei Bits AL2, AH2 in einem Endefeld 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 ein Empfänger mitteilen, ob er den CAN XL-Rahmen 450 bzw. die Nachricht 45korrekt empfangen hat oder nicht.
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Mindestens in der Arbitrationsphase 451 und der Rahmenendphase 455 wird ein Physical Layer wie bei CAN und CAN-FD verwendet. Zusätzlich kann in den Umschaltphasen 452, 454 zumindest teilweise, also bei der ersten Umschaltphase 452 am Anfang und bei der zweiten Umschaltphase 454 am Ende, ein Physical Layer wie bei CAN und CAN-FD verwendet werden. Der Physical Layer entspricht der Bitübertragungsschicht oder Schicht 1 des bekannten OSl-Modells (Open Systems Interconnection Modell).
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Ein wichtiger Punkt während dieser Phasen 451, 455 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.
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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.
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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 Bitdauer oder 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 454 langsamer gewählt als in der Datenphase 453 des Rahmens 450. Insbesondere wird die Bitrate in den Phasen 451, 455 als 500 kbit/s gewählt, woraus eine Bitdauer oder 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.
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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.
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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,
- c) Anheben der Größe der Nutzdaten pro Rahmen auf etwa 2kbyte oder auf einen beliebiger Wert.
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3 zeigt den grundlegenden Aufbau der Teilnehmerstation 10 mit der Kommunikationssteuereinrichtung 11, der Sende-/Empfangseinrichtung 12 und den Betriebsartschaltmodulen 15, 16. Das Betriebsartschaltmodul 15 der Kommunikationssteuereinrichtung 11 ist symmetrisch zu dem Betriebsartschaltmodul 16 der Sende-/Empfangseinrichtung 12 aufgebaut. Das Betriebsartschaltmodul 15 kann auch erstes Betriebsartschaltmodul genannt werden. Das Betriebsartschaltmodul 16 kann auch zweites Betriebsartschaltmodul genannt werden.
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Die Teilnehmerstation 30 ist in ähnlicher Weise aufgebaut, wie in 3 gezeigt, außer dass der Block 35 nicht in die Kommunikationssteuereinrichtung 31 integriert ist, sondern 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 Betriebsartschaltmoduls 15 sind bei dem Betriebsartschaltmodul 35 identisch vorhanden. Die nachfolgend beschriebenen Funktionen des Betriebsartschaltmoduls 16 sind bei dem Betriebsartschaltmodul 36 identisch vorhanden.
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Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Block 16 nicht in die Sende-/Empfangseinrichtung 12 integriert ist, sondern separat von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 und der Sende-/Empfangseinrichtung 12 vorgesehen ist.
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Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 ist an den Bus 40 angeschlossen, genauer gesagt dessen erste Busader 41 für CAN_H und dessen zweite Busader 42 für CAN_L. Im Betrieb des Bussystems 1 setzt die Sende-/Empfangseinrichtung 12 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.
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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 ihrem Empfänger 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. Der Sende-/Empfangseinrichtung 12 bildet aus den von dem Bus 40 empfangenen Signalen CAN_H und CAN_L ein Empfangssignal RxD und gibt dieses an die Kommunikationssteuereinrichtung 11 weiter, wie nachfolgend genauer beschrieben.
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Der nachfolgend beschriebene Aufbau der Teilnehmerstation 10 stellt eine robuste und einfache Möglichkeit bereit, eine Signalisierung für eine Umschaltung der Betriebsart der Sende-/Empfangseinrichtung 12 von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 an die Sende-/Empfangseinrichtung 12 vorzunehmen. Zudem ist optional eine robuste und einfache Möglichkeit bereitgestellt, Bits mittels Signalen zwischen der Kommunikationssteuereinrichtung 11 und der Sende-/Empfangseinrichtung 12 symmetrisch zu übertragen, das heißt ohne dass sich die Bits in ihrer Dauer ändern. Dies ist insbesondere während der Übertragung von Daten während der Datenphase 453 eines Rahmens 450 von großem Vorteil.
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Gemäß 3 hat die Kommunikationssteuereinrichtung 11 zusätzlich zu dem Betriebsartschaltmodul 15 einen STB-Anschluss 110, einen ersten bidirektionalen Anschluss 111 für ein digitales Sendesignal TxD, einen zweiten bidirektionalen Anschluss 112 für ein digitales Empfangssignal RxD und ein Kommunikationssteuermodul 113. Die Sende-Empfangseinrichtung 12 hat zusätzlich zu dem Betriebsartschaltmodul 16 einen STB-Anschluss 120, einen ersten bidirektionalen Anschluss 121 für das digitale Sendesignal TxD, einen zweiten bidirektionalen Anschluss 122 für das digitale Empfangssignal RxD, und ein Sende-/Empfangsmodul 123.
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Der STB-Anschluss 110 ist ein Ausgangsanschluss der Kommunikationssteuereinrichtung 11. Der STB-Anschluss 120 ist ein Eingangsanschluss der Sende-/Empfangseinrichtung 12. Die Kommunikationssteuereinrichtung 11 signalisiert über den STB-Anschluss 110 an die Sende-/Empfangseinrichtung 12 die Umschaltung in eine Bereitschaftsbetriebsart 457_B, die auch als StandbyMode bezeichnet werden kann. Zusätzlich signalisiert die Kommunikationssteuereinrichtung 11 über den STB-Anschluss 110 an die Sende-/Empfangseinrichtung 12 die Umschaltung in die anderen Betriebsarten der Sende-/Empfangseinrichtung 12, wie z.B. die Umschaltung zwischen einer Betriebsart 451_B der Arbitrationsphase 451, die auch als ArbitrationPhaseMode bezeichnet werden kann, und einer Betriebsart 453_RX bzw. einer Betriebsart 453_TX. Die Betriebsart 453_RX kann auch RX-DataPhaseMode genannt werden. Die Betriebsart 453_TX kann auch TX-DataPhaseMode genannt werden. Dies ist nachfolgend genauer beschrieben.
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Die Anschlüsse 111, 112, 121, 122 sind mit Hilfe der Module 15, 16 und entsprechender Signale bidirektional betreibbar, nämlich entweder als Ausgang oder Eingang schaltbar, wie nachfolgend beschrieben.
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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 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.
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Das Kommunikationssteuermodul 113 ist ein Protokoll-Controller, der das CAN Protokoll implementiert, insbesondere das Protokoll für CAN XL oder CAN FD. Das Kommunikationssteuermodul 113 ist für die Ausgabe folgender Ausgangssignale oder den Empfang folgender Eingangssignale ausgestaltet.
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Das Signal TxD_PRT ist ein Ausgangssignal, das dem Sendesignal TxD entspricht. Das Signal RxD_PRT ist ein Eingangssignal, das dem Empfangssignal RxD entspricht.
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Zusätzlich zu diesen Signalen ist das Kommunikationssteuermodul 113 ausgestaltet, die folgenden Steuersignale TX_DM, RX_DM zu erzeugen und auszugeben.
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Das Steuersignal TX_DM ist ein Ausgangssignal und gibt an, ob die Sende-/Empfangseinrichtung 12 in der Betriebsart 453_TX bzw. TX-DataPhaseMode arbeiten soll oder nicht. Die Betriebsart 453_TX wird auch FAST_TX Mode oder erste Betriebsart genannt. In der Betriebsart 453_TX bzw. TX-DataPhaseMode hat die Teilnehmerstation 10 die Arbitration in der Arbitrationsphase 451 gewonnen und ist in der darauffolgenden Datenphase 453 Sender des Rahmens 450. Die Teilnehmerstation 10 kann in diesem Fall auch als Sendeknoten bezeichnet werden. In der Betriebsart TX-DataPhaseMode soll die Sende-/Empfangseinrichtung 12 den Physical Layer für die Datenphase 453 verwenden und dabei die Busadern CAN_H und CAN_L treiben.
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Das Steuersignal RX_DM ist ein Ausgangssignal und gibt an, ob die Sende-/Empfangseinrichtung 12 in der Betriebsart 453_RX bzw. RX-DataPhaseMode arbeiten soll oder nicht. Die Betriebsart wird auch FAST RX Mode oder zweite Betriebsart genannt. In der Betriebsart 453_RX bzw. RX-DataPhaseMode hat die Teilnehmerstation 10 die Arbitration in der Arbitrationsphase 451 verloren und ist in der darauffolgenden Datenphase 453 nur Empfänger, also kein Sender, des Rahmens 450. Die Teilnehmerstation 10 kann in diesem Fall auch als Empfangsknoten bezeichnet werden. In der Betriebsart RX-DataPhaseMode soll die Sende-/Empfangseinrichtung 12 den Physical Layer für die Datenphase 453 verwenden, jedoch die Busadern CAN_H und CAN_L nicht treiben.
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Wenn die Sende-/Empfangseinrichtung weder im TX-DataPhaseMode noch in dem RX-DataPhaseMode ist, so befindet sie sich sogenannten ArbitrationPhaseMode, also dem Modus bzw. der Betriebsart, der bzw. die in der Arbitrationsphase 451 und der Rahmenendphase 455 verwendet wird. In diesem Modus wird der Physical Layer verwendet, mit dem dominante und rezessive Buszustände gesendet werden können.
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Die Schaltung zur Signalisierung der einzuschaltenden Betriebsart an die Sende-/Empfangseinrichtung 12 kann alternativ über den TxD-Anschluss 111 und/oder RxD-Anschluss 112 erfolgen. Die hierzu notwendige Schaltung ist hier nicht dargestellt.
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Das Betriebsartschaltmodul 15 hat einen Betriebsart-Codierblock 150, einen Richtungssteuerblock 151, einen Codierblock 152, einen Decodierblock 153 und einen Multiplexer 154. Das erste Betriebsartschaltmodul 15 empfängt die zuvor genannten Signale, welche das Kommunikationssteuermodul 113 ausgibt.
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Der Betriebsart-Codierblock 150 empfängt ein Signal S_STB und die Steuersignale TX_DM, RX_DM des Kommunikationssteuermoduls 113. Das Signal S_STB für die Betriebsart Standby wird von einer Komponente in der Kommunikationssteuereinrichtung 11, insbesondere einem Mikrocontroller, erzeugt.
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Der Betriebsart-Codierblock 150 erzeugt in Abhängigkeit dieser Signale S_STB, TX_DM, RX_DM ein Betriebsart-Signalisierungssignal TC_MD, um mindestens die genannten Zustandsübergänge zwischen den verschiedenen Betriebsarten 451_B, 453_RX, 453_TX, 457_B signalisieren zu können. Hierfür ist die Kommunikationssteuereinrichtung 12, insbesondere der Betriebsart-Codierblock 150, ausgestaltet, das Signal S_STB zu verwenden und mit den Informationen der Signale TX_DM, RX_DM als Signal TC_MD zu modulieren, um mehrere Zustandsübergänge signalisieren zu können. Beispielsweise signalisieren verschiedene Bitmuster verschiedene Übergänge zwischen den Betriebsarten der Sende-/Empfangseinrichtung 12 (Transceiver-Modi). Der Betriebsart-Codierblock 150 gibt das Betriebsart-Signalisierungssignal TC_MD über den Anschluss 110 an die Sende-/Empfangseinrichtung 12, genauer ihren Anschluss 120, aus. Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 schaltet ihre Betriebsart in Abhängigkeit von der jeweiligen Signalisierung der Betriebsart in dem Signal TC_MD.
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Der Richtungssteuerblock 151 erzeugt aus den Steuersignalen TX_DM, RX_DM des Kommunikationssteuermoduls 113 die Schaltsignale DIR_TxD und DIR_RxD. Das Schaltsignal DIR_TxD steuert die Richtung DIR, genauer Übertragungsrichtung, des ersten bidirektional schaltbaren Anschlusses 111 der Kommunikationssteuereinrichtung 11. Mit anderen Worten, das Schaltsignal DIR_TxD steuert die Richtung des TxD-Anschlusses 111 der Einrichtung 11. Das Schaltsignal DIR_RxD steuert die Richtung DIR, genauer Übertragungsrichtung, des zweiten bidirektional schaltbaren Anschlusses 112 der Kommunikationssteuereinrichtung 11. Mit anderen Worten, das Schaltsignal DIR_RxD steuert die Richtung des RxD-Anschlusses 112 der Einrichtung 11.
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Hierbei gilt, ist das Signal TX_DM gesetzt, insbesondere ist sein Signalwert gleich 1, so erzeugt der Richtungssteuerblock 151 das Schaltsignal DIR_TxD derart, dass die Richtung des TxD-Anschlusses 111 und die Richtung des RxD-Anschlusses 112 auf Ausgang geschaltet ist. Als Folge davon kann das Kommunikationssteuermodul 113 einen auf den Bus 40 zu sendenden Rahmen 450 als differentielles Signal über die Anschlüsse 111, 112 senden, wie nachfolgend genauer beschrieben. Insbesondere gilt, sendet das Kommunikationssteuermodul 113 einen Rahmen 450 und ist dabei das Signal TX_DM gesetzt, so ist die Richtung des TxD-Anschlusses 111 und die Richtung des RxD-Anschlusses 112 auf Ausgang geschaltet.
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Ist das Signal RX_DM gesetzt, insbesondere ist sein Signalwert gleich 1, so erzeugt der Richtungssteuerblock 151 das Schaltsignal DIR_RxD derart, dass die Richtung des TxD-Anschlusses 111 und die Richtung des RxD-Anschlusses 112 auf Eingang geschaltet ist. Als Folge davon kann das Kommunikationssteuermodul 113 einen über den Bus 40 gesendeten Rahmen 450 als differentielles Signal über die Anschlüsse 111, 112 empfangen, wie nachfolgend genauer beschrieben. Insbesondere gilt, empfängt das Kommunikationssteuermodul 113 einen Rahmen 450 und ist dabei das Signal RX_DM gesetzt, so ist die Richtung des TxD-Anschlusses 111 und die Richtung des RxD-Anschlusses 112 auf Eingang geschaltet.
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Der Codierblock 152 erzeugt aus dem Signal TxD_PRT, also dem Sendesignal TxD, ein Signal TxD2. Das Signal TxD2 ist ein inverses Signal zu dem Signal TxD_PRT. Der Codierblock 152 gibt das Signal TxD2 an den Anschluss 112 aus. Sind die Anschlüsse 111, 112 auf Ausgang geschaltet, wie zuvor beschrieben, kann die Kommunikationssteuereinrichtung 11 über die Anschlüsse 111, 112 die Signale TxD_PRT, TxD2 als ein differentielles Ausgangssignal an die Sende-/Empfangseinrichtung 12 ausgeben. Im einfachsten Fall ist der Codierblock 152 ein Inverter, der das Signal TxD_PRT invertiert.
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Der Decodierblock 153 ist an seinem Eingang mit den Anschlüssen 111, 112 verbunden. Sind die Anschlüsse 111, 112 auf Eingang geschaltet, wie zuvor beschrieben, empfängt der Decodierblock 153 von den Anschlüssen 111, 112 ein differentielles Eingangssignal, das aus einem Signal RxD1 und einem Signal RxD2 besteht. Der Decodierblock 153 decodiert die Signale RxD1, RxD2 zu dem nicht-differentiellen Signal RxD_PRT. Der Decodierblock 153 gibt das Signal RxD_PRT an den Multiplexer 154 aus.
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Das Kommunikationssteuermodul 113 steuert den Multiplexer 154 mit dem Steuersignal RX_DM an. Je nach Signalwert des Steuersignals RX_DM wird ausgewählt, ob dem Kommunikationssteuermodul 113 das von dem Decodierblock 153 decodierte Signal oder das Signal RxD1 von dem Anschluss 112 als Signal RxD_PRT bereitgestellt wird.
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Bei der Sende-/Empfangseinrichtung 12 ist das Sende-/Empfangsmodul 123 zum Senden und/oder Empfangen von Nachrichten 45, 46 gemäß dem CAN Protokoll ausgestaltet, insbesondere von Nachrichten gemäß dem Protokoll für CAN XL oder CAN FD, wie zuvor beschrieben. Das Sende-/Empfangsmodul 123 führt die Anbindung an das physikalische Medium durch, also den Bus 40 mit den Busadern 41, 42. Das Sende-/Empfangsmodul 123 treibt und decodiert die Signale CAN_H und CAN_L für die Busadern 41, 42 bzw. den Bus 40. Das Sende-/Empfangsmodul 123 ist zudem für die Ausgabe folgender Ausgangssignale oder den Empfang folgender Eingangssignale ausgestaltet.
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Das Signal RxD_TC ist ein Ausgangssignal, das einem digitalen Empfangssignal entspricht, welches das Sende-Empfangsmodul 123 aus dem differentiellen Signal CAN_H, CAN_L vom Bus 40 erzeugt. Das Signal TxD_TC ist ein Eingangssignal, das dem Sendesignal TxD entspricht, also dem Signal, welches von dem Kommunikationssteuermodul 113 zum Senden auf den Bus 40 erzeugt wurde.
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Zusätzlich zu diesen Signalen ist das Sende-/Empfangsmodul 123 ausgestaltet, die folgenden Steuersignale TX_DM_TC, RX_DM_TC zu erzeugen und auszugeben.
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Das Steuersignal TX_DM_TC ist ein Eingangssignal und gibt an, ob die Sende-/Empfangseinrichtung 12 in der Betriebsart 453_TX bzw. TX-DataPhaseMode arbeiten bzw. geschaltet werden soll oder nicht, um in der Datenphase 453 als Sender des Rahmens 450 zu agieren, wie zuvor beschrieben. Dies ist eine Betriebsart, in der das Sende-/Empfangsmodul 123 in der Datenphase 453 Bits auf dem Bus 40 sendet, also den Bus 40 treibt.
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Das Steuersignal RX_DM_TC ist ein Eingangssignal und gibt an, ob die Sende-/Empfangseinrichtung 12 in der Betriebsart 453_RX bzw. RX-DataPhaseMode arbeiten bzw. geschaltet werden soll oder nicht, um in der Datenphase 453 nur als Empfänger, also nicht als Sender, des Rahmens 450 zu agieren, wie zuvor beschrieben. Dies ist eine Betriebsart, in der das Sende-/Empfangsmodul 123 in der Datenphase 453 Bits nur von dem Bus 40 empfängt, also den Bus 40 nicht treibt.
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Das zweite Betriebsartschaltmodul 16 hat einen Betriebsart-Decodierblock 160, einen Richtungssteuerblock 161, einen Codierblock 162, einen Decodierblock 163 und einen Multiplexer 164. Das zweite Betriebsartschaltmodul 16 empfängt die zuvor genannten Signale, welche das Sende-/Empfangsmodul 123 ausgibt.
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Der Betriebsart-Decodierblock 160 empfängt das Betriebsart-Signalisierungssignal TC_MD an seinem Eingang und bildet daraus die Steuersignale TX_DM_TC, RX_DM_TC und S_STB für das Sende-/Empfangsmodul 123. Der Betriebsart-Decodierblock 160 gibt auch das Signal S_STB für die Betriebsart Standby an das Sende-/Empfangsmodul 123 aus. Insbesondere demoduliert der Betriebsart-Decodierblock 160 das Betriebsart-Signalisierungssignal TC_MD, um die Signale TX_DM_TC, RX_DM_TC, S_STB für das Sende-/Empfangsmodul 123 zu erzeugen. Somit kann das Sende-/Empfangsmodul 123 seine Betriebsart 451_B, 453_RX, 453_TX, 457_B entsprechend den Signalen TX_DM_TC, RX_DM_TC, S_STB schalten, wie zuvor beschrieben.
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Der Richtungssteuerblock 161 erzeugt aus den Steuersignalen TX_DM_TC, RX_DM_TC des Sende-/Empfangsmoduls 123 die Schaltsignale DIR_TxD_TC und DIR_RxD_TC. Das Schaltsignal DIR_TxD_TC steuert die Richtung DIR, genauer Übertragungsrichtung, des ersten bidirektional schaltbaren Anschlusses 121 der Sende-/Empfangseinrichtung 12. Mit anderen Worten, das Schaltsignal DIR_TxD_TC steuert die Richtung des TxD-Anschlusses 121 der Einrichtung 12. Das Schaltsignal DIR_RxD_TC steuert die Richtung DIR, genauer Übertragungsrichtung, des zweiten bidirektional schaltbaren Anschlusses 122 der Sende-/Empfangseinrichtung 12. Mit anderen Worten, das Schaltsignal DIR_RxD_TC steuert die Richtung des RxD-Anschlusses 122 der Einrichtung 12.
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Hierbei gilt, ist das Signal RX_DM_TC gesetzt, insbesondere ist sein Signalwert gleich 1, so erzeugt der Richtungssteuerblock 161 das Schaltsignal DIR_ RxD_TC derart, dass die Richtung des TxD-Anschlusses 121 und die Richtung des RxD-Anschlusses 122 auf Ausgang geschaltet ist. Als Folge davon kann das Sende-/Empfangsmodul 123 einen von einer anderen Teilnehmerstation über den Bus 40 gesendeten Rahmen 450 als differentielles Signal über die Anschlüsse 121, 122 an die Kommunikationssteuereinrichtung 11 senden, wie nachfolgend genauer beschrieben. Insbesondere gilt, empfängt das Sende-/Empfangsmodul 123 einen Rahmen 450 und ist dabei das Signal RX_DM_TC gesetzt, so ist die Richtung des TxD-Anschlusses 121 und ist die Richtung des RxD-Anschlusses 122 auf Ausgang geschaltet.
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Ist das Signal TX_DM_TC gesetzt, insbesondere ist sein Signalwert gleich 1, so erzeugt der Richtungssteuerblock 161 das Schaltsignal DIR_RxD_TC derart, dass die Richtung des TxD-Anschlusses 121 und die Richtung des RxD-Anschlusses 122 auf Eingang geschaltet ist. Als Folge davon kann das Sende-/Empfangsmodul 123 einen auf den Bus 40 zu sendenden Rahmen 450 als differentielles Signal über ihre Anschlüsse 121, 122 von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 empfangen. Insbesondere gilt, sendet das Sende-/Empfangsmodul 123 einen Rahmen 450 auf den Bus 40 und ist dabei das Signal TX_DM_TC gesetzt, so ist die Richtung des TxD-Anschlusses 121 und ist die Richtung des RxD-Anschlusses 122 auf Eingang geschaltet.
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Der Codierblock 162 erzeugt aus dem Signal RxD_TC, also dem Empfangssignal RxD, ein Signal RxD2_TC. Das Signal RxD2_TC ist ein inverses Signal zu dem Signal RxD_TC. Der Codierblock 162 gibt das Signal RxD2_TC an den Anschluss 121 aus. Sind die Anschlüsse 121, 122 auf Ausgang geschaltet, wie zuvor beschrieben, kann die Sende-/Empfangseinrichtung 12 über die Anschlüsse 121, 122 die Signale RxD2_TC, RxD_TC als ein differentielles Ausgangssignal an die Kommunikationssteuereinrichtung 11 ausgeben. Im einfachsten Fall ist der Codierblock 162 ein Inverter, der das Signal RxD_TC invertiert.
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Der Decodierblock 163 ist an seinem Eingang mit den Anschlüssen 121, 122 verbunden. Sind die Anschlüsse 121, 122 auf Eingang geschaltet, wie zuvor beschrieben, empfängt der Decodierblock 163 von den Anschlüssen 121, 122 ein differentielles Eingangssignal, das aus einem Signal TxD1_TC und einem Signal TxD2_TC besteht. Der Decodierblock 163 decodiert die Signale TxD1_TC, TxD2_TC zu dem nicht-differentiellen Signal TxD_TC. Der Decodierblock 163 gibt das Signal TxD_TC an den Multiplexer 154 aus.
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Das Sende-/Empfangsmodul 123 steuert den Multiplexer 164 mit dem Steuersignal TX_DM_TC an. Je nach Signalwert des Steuersignals TX_DM_TC wird ausgewählt, ob dem Sende-/Empfangsmodul 123 das von dem Decodierblock 163 decodierte Signal oder das Signal TxD1_TC von dem Anschluss 121 als Signal TxD_TC bereitgestellt wird.
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Demzufolge sendet die Kommunikationssteuereinrichtung 11 in der Betriebsart 453_TX bzw. TX-DataPhaseMode, wie zuvor beschrieben, den Bitstrom des seriellen Sendesignals TxD als differentielles Signal über die TxD- und RxD-Anschlüsse 111, 112. Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 empfängt dieses differentielle Signal an ihren TxD- und RxD-Anschlüssen 121, 122 und decodiert dieses differentielle Signal zu einem nicht-differentiellen Signal TxD_TC.
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4 bis 7 zeigen ein Beispiel für die Signalverläufe der zuvor beschriebenen Signale in der Kommunikationssteuereinrichtung 11, wenn die Teilnehmerstation 10 Sender der Nachricht 45 ist und somit die Sende-/Empfangseinrichtung 12 in der Datenphase 453 in die Betriebsart 453_TX bzw. TX-DataPhaseMode geschaltet ist. Hierbei steht in 6 und 7 die Bezeichnung „P1“ für Eingang und die Bezeichnung „P2“ für Ausgang.
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Gemäß 4 bis 7 verwenden die Kommunikationssteuereinrichtung 11 und die Sende-/Empfangseinrichtung 12 zur Übertragung der Daten während der Arbitrationsphase 451 die Anschlüsse 111, 112, 121, 122 der Teilnehmerstation 10 wie gewohnt. Die Kommunikationssteuereinrichtung 11 sendet mittels des TxD-Anschlusses 111 und empfängt zeitgleich mittels des RxD-Anschlusses 112 die Daten vom Bus 40.
In der schnelleren Betriebsart 453_TX der Sende-/Empfangseinrichtung 12 sendet die Teilnehmerstation 10 als Sendeknoten ausschließlich, also empfängt nicht das Signal vom Bus 40, wie in 4 bis 7 gezeigt.
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Außerdem gilt, dass die Teilnehmerstation 10 als Empfangsknoten in der schnelleren Betriebsart 453_RX der Sende-/Empfangseinrichtung 12 ausschließlich empfängt, wie in 8 bis 11 gezeigt. 8 bis 11 zeigen ein Beispiel für die Signalverläufe der zuvor beschriebenen Signale in der Kommunikationssteuereinrichtung 11, wenn die Teilnehmerstation 10 kein Sender der Nachricht ist und somit die Sende-/Empfangseinrichtung 12 in die Betriebsart 453_RX bzw. RX-DataPhaseMode geschaltet ist. Hierbei steht auch in 10 und 11 die Bezeichnung „P1“ für Eingang und die Bezeichnung „P2“ für Ausgang. Demzufolge sendet die Sende-/Empfangseinrichtung 12 in der Betriebsart 453_RX bzw. RX-DataPhaseMode, wie zuvor beschrieben, den Bitstrom des seriellen Empfangssignals RxD als differentielles Signal über die TxD- und RxD-Anschlüsse 121, 122. Die Kommunikationssteuereinrichtung 11 empfängt dieses differentielle Signal an ihren TxD- und RxD-Anschlüssen 111, 112 und decodiert dieses differentielle Signal zu dem nicht-differentiellen Signal RxD_PRT. Außerdem erfolgt die Übertragung der Daten während der Arbitrationsphase 451 und Rahmenendphase 455 über die Anschlüsse 111, 112, 121, 122, wie zuvor für 4 bis 7 beschrieben.
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Im Unterschied zu den Phasen 451, 455 eines Rahmens 450 und zu CAN FD, ist somit bei den Teilnehmerstationen 10, 30 in der Datenphase 453 das gleichzeitige Senden und Empfangen auf dem CAN Bus 40 in den Betriebsarten 453_RX, 453_TX bzw. RX-DataPhaseMode, TX-DataPhaseMode der Sende-/Empfangseinrichtung 12 nicht mehr notwendig. Dabei verwenden die Kommunikationssteuereinrichtung 11 und die Sende-/Empfangseinrichtung 12 in der Zeit, in der die Sende-/Empfangseinrichtung 12 in einer Betriebsart der Datenphase 453 ist, die beiden Anschlüsse 111, 112, 121, 122 für die Signale RxD, TxD in der gleichen Richtung, um ein differentielles Sendesignal TxD (erste Betriebsart der Datenphase 453) oder ein differentielles Empfangssignal RxD (zweite Betriebsart der Datenphase 453) zu übertragen.
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12 bis 15 zeigen ein Beispiel für die Signalverläufe der zuvor beschriebenen Signale TC_MD, TX_DM, RX_DM und des Signals S_STB in der Kommunikationssteuereinrichtung 11, wenn die Teilnehmerstation 10 Sender der Nachricht ist und somit die Sende-/Empfangseinrichtung 12 von der Betriebsart 451_B der Arbitrationsphase 451 in die Betriebsart 453_TX bzw. TX-DataPhaseMode geschaltet wird und danach wieder in die Betriebsart 451_B der Arbitrationsphase 451 zurückgeschaltet wird.
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Das Betriebsart-Signalisierungssignal TC_MD von 12 zeigt ein Beispiel für eine Codierung der verschiedenen Betriebsarten für die Sende-/Empfangseinrichtung 12, insbesondere ihr Sende-/Empfangsmodul 123. Der Betriebsart-Codierblock 150 ist somit ausgestaltet, die Betriebsarten 451_B, 453_TX, 453_RX, 457_B nicht mit Ereignissen, sondern als Zustand in dem Betriebsart-Signalisierungssignal TC_MD zu codieren.
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Sind die Steuersignale TX_DM, RX_DM und S_STB alle 0, wie in 13, 14 und 15 oder in 17, 18 und 19 gezeigt, soll die Sende-/Empfangseinrichtung 12, insbesondere ihr Sende-/Empfangsmodul 123, in der Betriebsart 451_B der Arbitrationsphase 451 (ArbitrationsPhaseMode) arbeiten. In diesem Fall gilt TC_MD = 0 für eine Dauer länger als eine vorbestimmte Zeitdauer T1, wie in 12 oder 16 gezeigt.
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Ist das Steuersignal TX_DM = 1 und das Steuersignal RX_DM = 0, wie in 13 und 14 gezeigt, soll die Sende-/Empfangseinrichtung 12, insbesondere ihr Sende-/Empfangsmodul 123, in der Betriebsart 453_TX bzw. TX-DataPhaseMode arbeiten. In diesem Fall gilt TC_MD = PWM (Puls-Weiten-Modulation) Signal oder Bitmuster mit mehr 0-Anteil als 1-Anteil, wie in 12 gezeigt. Die maximale Dauer eines 0-Pulses ist kürzer oder gleich der vorbestimmten Zeitdauer T1.
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Ist das Steuersignal TX_DM = 0 und das Steuersignal RX_DM = 1, wie in 17 und 18 gezeigt, soll die Sende-/Empfangseinrichtung 12, insbesondere ihr Sende-/Empfangsmodul 123, in der Betriebsart 453_RX bzw. RX-DataPhaseMode arbeiten. In diesem Fall gilt TC_MD = PWM-Signal oder Bitmuster mit mehr 1-Anteil als 0-Anteil, wie in 16 gezeigt. Die maximale Dauer eines 1-Pulses ist kürzer oder gleich der vorbestimmten Zeitdauer T1.
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Soll die Sende-/Empfangseinrichtung 12, insbesondere ihr Sende-/Empfangsmodul 123, in die Bereitschaftsbetriebsart 457_B (StandbyModus) gehen, bzw. in dieser Betriebsart 457_B bleiben, gilt TC_MD = 1 für eine Dauer länger als die vorbestimmte Zeitdauer T1.In der Bereitschaftsbetriebsart 457_B (StandbyModus) überträgt die Teilenehmerstation keine Rahmen 450 auf dem Bus 40.
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Die vorbestimmte Zeitdauer T1 kann zum Beispiel 200 ns lang sein. Dies ist ausreichend lang für eine kostengünstige Implementierung und auch ausreichend kurz, um eine Umschaltung innerhalb eines Arbitrationsbits (mindestens 1000ns lang) signalisieren zu können.
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Ganz allgemein kann der 0-Anteil im Verhältnis zu dem 1-Anteil in dem Signal TC_MD die verschiedenen Betriebsarten (451_B; 453_TX; 453_RX; 457_B) angeben, in welche die Sende-/Empfangseinrichtung 12, insbesondere ihr Sende-/Empfangsmodul 123, zu schalten ist. Zudem kann der Block 150 ausgestaltet sein, beliebige Kombinationen der zuvor genannten Optionen zur Codierung der Betriebsarten in dem Signal TC_MD zu verwenden.
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Der Anschluss 110 kann den STB Pin an den derzeit üblichen Einrichtungen 11, 12 ersetzen.
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Gemäß einer ersten Modifikation der zuvor genannten Ausgestaltung der Module 15, 16 ist es möglich, dass mindestens eines der Module 15, 16 nur eine Schaltung in die Betriebsart 453_TX bzw. TX-DataPhaseMode ermöglicht. Eine solche Variante kann beispielsweise bei einer Teilnehmerstation 10, 20 des Bussystems 1 vorteilhaft sein, die selbst nur Signale senden muss, jedoch keine Signale vom Bus 40 empfangen muss, um ihre Funktion auszuführen. Beispiel für die Ausgestaltung einer solchen Teilnehmerstation ist ein reines Steuerglied, dessen Steuerung zwar über den Bus 40 übertragen wird, jedoch das Ereignis für die Steuerung unabhängig von der Kommunikation am Bus empfängt oder erzeugt.
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Gemäß einer zweiten Modifikation der zuvor genannten Ausgestaltung der Module 15, 16 ist es möglich, dass mindestens eines der Module 15, 16 nur eine Schaltung in die Betriebsart 453_RX bzw. RX-DataPhaseMode ermöglicht. Eine solche Variante kann beispielsweise bei einer Teilnehmerstation 10, 20 des Bussystems 1 vorteilhaft sein, die selbst keine Signale senden muss, sondern nur Signale vom Bus 40 empfangen muss, um ihre Funktion auszuführen. Beispiel für die Ausgestaltung einer solchen Teilnehmerstation ist ein Geber, insbesondere Drehgeber, Stellglied usw..
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Selbstverständlich sind die zuvor beschriebenen Funktionen der Einrichtungen 11, 12 auch für eine andere Modifikation von CAN FD und/oder CAN, zumindest für das Senden der Nutzdaten, verwendbar.
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Als Folge der 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 der Sende-/Empfangseinrichtung 12 signalisieren kann, dass die Umschaltung in eine andere Betriebsart der Sende-/Empfangseinrichtung 12 vorzunehmen ist. Zusätzlich oder alternativ ist auch kein zusätzlicher Anschluss an der Kommunikationssteuereinrichtung 11 und der damit verbundenen Sende-/Empfangseinrichtung 12 erforderlich, damit die Symmetrie der Datenübertragung zwischen den Einrichtungen 11, 12 gewährleistet werden kann. Das heißt, es ist vorteilhaft kein zusätzlicher Anschluss erforderlich, der an einem Standardgehäuse der Einrichtungen 11, 12 nicht verfügbar ist. Ein Wechsel auf ein anderes, größeres und kostenintensives, Gehäuse ist somit nicht notwendig, um einen zusätzlichen Anschluss bereitzustellen.
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Durch die beschriebene Ausgestaltung der Einrichtung(en) 11, 12, 32, 35 können in der Datenphase 453 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
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20 bis 24 zeigen Signalverläufe bei der Teilnehmerstation 10 bei einem zweiten Ausführungsbeispiel. Hierbei ist der Übergang zwischen der Datenphase 453 und der Rahmenendphase 455 gezeigt, wenn die Teilnehmerstation 10 Sender des Rahmens 450 ist. In der Rahmenendphase 455 entspricht die Übertragungsbetriebsart der Arbitrationsphase 451. Gemäß 23 sendet die Kommunikationssteuereinrichtung 11 in der Rahmenendphase 455 mittels des TxD-Anschlusses 111, so dass der Anschluss 111 auf Ausgang (Bezeichnung P2) gestellt ist, und empfängt zeitgleich mittels des RxD-Anschlusses 112 die Daten vom Bus 40, so dass der Anschluss 111 auf Eingang (Bezeichnung P1) gestellt ist, wie in 24 gezeigt.
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Während der Betriebsart 453_TX bzw. TX-DataPhaseMode in der Datenphase 453 verwendet die Kommunikationssteuereinrichtung 11 jedoch ihre beiden Anschlüsse 111, 112 als Ausgang (Bezeichnung P2) in 23 und 24) und die Sende-/Empfangseinrichtung 12 verwendet ihre beiden Anschlüsse 121, 122 als Eingang (Bezeichnung P1). Dadurch wird in der Datenphase 453 von den Anschlüssen 111, 112 ein differentielles Signal TxD_PRT, TxD2 zu den Anschlüssen 121, 122 übertragen, die in 21 und 22 als TxD, RxD bezeichnet sind. Das Signal TxD gemäß 21 an dem Anschluss 111 hat Bits mit einer Bitdauer T_B2. Das Signal RxD gemäß 22 an dem Anschluss 112 hat ebenfalls Bits mit der Bitdauer T_B2, da es ja dem inversen TxD Signal entspricht.
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Soll von der Betriebsart 453_TX bzw. TX-DataPhaseMode in der Datenphase 453 in die Betriebsart der Arbitrationsphase 451, dem ArbitrationPhaseMode, umgeschaltet werden, in der die Signale TxD, RxD mit einer Bitdauer T_B1gesendet werden (21), ist das Betriebsartschaltmodul 15 ausgestaltet, zur Signalisierung der Umschaltung ein nicht-differentielles Signal über ihre beiden Anschlüsse 111, 112 zu senden, wie in 21 und 22 gezeigt. Beispielsweise sendet das Betriebsartschaltmodul 15 dafür in der Umschaltphase 454 für eine vorbestimmte zweite Zeitdauer T2 als Signalisierung S die Signale TxD=RxD=1 über ihre beiden Anschlüsse 111, 112, wie in 21 und 22 gezeigt. Die vorbestimmte zweite Zeitdauer T2 ist mindestens beispielsweise T=100 ns. Daran kann die Sende-/Empfangseinrichtung 12 erkennen, dass die Sende-/Empfangseinrichtung 12 ihre Betriebsart nun in die Betriebsart der Arbitrationsphase 451 schalten soll.
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In dem zuvor beschriebenen Beispiel erfolgt die Signalisierung S zur Umschaltung, während der CAN-Bus 40 auf dem Pegel „Data-1“ bzw. „recessive“ ist. Daher entsteht kein Konflikt bzw. Kurzschluss am RxD-Anschluss 112, 122, wenn die Sende-/Empfangseinrichtung 12 beginnt, die RxD-Leitung zwischen der Sende-/Empfangseinrichtung 12 und der Kommunikationssteuereinrichtung 11 zu treiben. Falls die Signalisierung S zur Umschaltung der Betriebsart der Sende-/Empfangseinrichtung 12 bei dem inversen Pegel auf dem CAN-Bus 40 erfolgen soll, ist die Kommunikationssteuereinrichtung 11 ausgestaltet, die Signalisierung S zur Umschaltung durch Senden der Pegel TxD=RxD=0 vorzunehmen.
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Im Unterschied zu der Umschaltung zur Rahmenendphase 455 kann bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Signalisierung der Betriebsartwechsel von der Arbitrationsphase 451 in die Datenphase 453, also in eine der Betriebsarten RX-DataPhaseMode, TX-DataPhaseMode der Sende-/Empfangseinrichtung 12, über den RxD-Anschluss 112 erfolgen. Hierfür treibt die Kommunikationssteuereinrichtung 11 für kurze Zeit den RxD-Anschluss 112 zum Zweck der Signalisierung des Betriebsartwechsels stärker als die Sende-/Empfangseinrichtung 12 ihren RxD-Anschluss 122 treibt. Dadurch ist vermieden, dass der Wert der RxD-Leitung unbestimmt sein könnte, wenn sowohl die Kommunikationssteuereinrichtung 11 ihren RxD-Anschluss 112 als auch die Sende-/Empfangseinrichtung 12 ihren RxD-Anschluss 122 treibt und es zu einer Überlagerung der beiden Signal-Quellen an den Anschlüssen 112, 122 kommt. Bei einer solchen Überlagerung der beiden Signal-Quellen an den Anschlüssen 112, 122 setzt sich somit immer die Kommunikationssteuereinrichtung 11 durch. Dadurch ist der Wert der RxD-Leitung immer bestimmt.
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Auch das zweite Ausführungsbeispiel hat damit den Vorteil, dass kein weiterer Anschluss bzw. Pin bzw. Port für die Einrichtungen 11, 12 notwendig ist und somit die Lösung sehr kostengünstig ist.
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Ansonsten kann die Kommunikation in den Teilnehmerstation 10, 30 und in dem Bussystem 1 erfolgen, wie in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel kann die Sende-Empfangseinrichtung 12 und/oder die Sende-Empfangseinrichtung 32, insbesondere das Betriebsartumschaltmodul 16, ausgestaltet sein, beim Empfang in der Betriebsart 453_RX bzw. RX-DataPhaseMode der Kommunikationssteuereinrichtung 11, insbesondere dem Kommunikationssteuermodul 113, etwas zu signalisieren. Dazu sendet die Sende-Empfangseinrichtung 12, 32 in einer zusätzlichen Betriebsart der Datenphase 453 ein nicht-differentielles Signal über die TxD- und RxD-Anschlüsse 121, 122, wie in Bezug auf das zweite Ausführungsbeispiel für die Anschlüsse 111, 112 beschrieben. Beispielsweise kann die Sende-Empfangseinrichtung 12, 32 an den Anschlüssen 121, 122 als Signalisierung S die folgenden Pegel senden: TxD=RxD=1.
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Die Signalisierung S der Sende-Empfangseinrichtungen 12, 32 kann Zusatzinformationen enthalten oder sein, die zusätzlich zu Informationen der Signale sind, die in dem Bussystem 1 mit den Nachrichten 45, 46 zwischen Teilnehmerstationen 10, 30 des Bussystems 1 ausgetauscht werden. Die Zusatzinformationen ermöglichen eine interne Kommunikation der Einrichtungen 11, 12 oder der Einrichtungen 31, 32.
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Ansonsten kann die Kommunikation in den Teilnehmerstation 10, 30 und in dem Bussystem 1 erfolgen, wie in Bezug auf das erste oder zweite Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Einrichtungen 11, 12, 31, 32, der Module 15, 16, 35, 36, 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.
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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 das zuvor beschriebene Prinzip der Erfindung bei Schnittstellen verwendbar, welche für verschiedene Kommunikationsphasen ein Umschaltsignal von einem Protocol-Controller bzw. Modul 113 benötigen und/oder dabei einen Datenaustausch zwischen Einrichtungen 11, 12 benötigen.
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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.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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