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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kommunikationssteuereinrichtung für eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem und ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem, das mit hoher Datenrate sowie großer Fehlerrobustheit arbeitet.
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Stand der Technik
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Bussysteme für die Kommunikation zwischen Sensoren und Steuergeräten, beispielsweise in Fahrzeugen, sollen je nach der Anzahl an Funktionen einer technischen Anlage bzw. eines Fahrzeugs, die Übertragung einer großen Datenmenge ermöglichen. Bei vielen Anwendungen ist es gefordert, dass die Daten mit höchstmöglicher Datenübertragungsrate vom Sender zum Empfänger zu übertragen sind.
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Bei Fahrzeugen ist derzeit ein Bussystem in der Einführungsphase, 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. Hierfür wird die Nachricht auf den Bus in einem Rahmen gesendet, in dem zwischen zwei Kommunikationsphasen umgeschaltet wird. In der ersten Kommunikationsphase (Arbitration) wird ausgehandelt, welche der Teilnehmerstationen des Bussystems in der nachfolgenden zweiten Kommunikationsphase (Datenphase bzw. Senden der Nutzdaten) ihren Rahmen auf den Bus senden darf. CAN FD wird von den meisten Herstellern im ersten Schritt mit 500kbit/s Arbitrationsbitrate und 2Mbit/s Datenbitrate im Fahrzeug eingesetzt. Es ist also bei der Übertragung auf dem Bus zwischen einer langsamen Betriebsart und einer schnellen Betriebsart hin und her zu schalten.
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Um noch größere Datenraten in der zweiten Kommunikationsphase zu ermöglichen, wird derzeit ein Nachfolgebussystem für CAN FD entwickelt, das CAN XL genannt wird und derzeit bei der Organisation CAN in Automation (CiA) standardisiert wird. CAN XL soll neben dem reinen Datentransport über den CAN-Bus auch andere Funktionen unterstützen, wie funktionale Sicherheit (Safety), Datensicherheit (Security) und Dienstgüte (QoS = Quality of Service). Dies sind elementare Eigenschaften, die in einem autonom fahrenden Fahrzeug benötigt werden.
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Bei der Übertragung von Daten in einem Rahmen über einen Kanal (CAN Bus) kann es zu Fehlern kommen. Beispielsweise kann durch äußere Einflüsse, insbesondere Einstrahlung oder Reflexionen an Busenden, ein Bit verfälscht werden oder Flanken zwischen Bits verschoben werden. Zudem kann aufgrund von nicht idealen Taktquellen ein Phasenfehler in einer Teilnehmerstation auftreten, die bei der derzeitigen Kommunikation auf dem Bus kein Sender, sondern nur Empfänger der Nachricht ist (Empfangsknoten).
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Diese Rahmenbedingungen tragen mit zur Senkung der effektiv übertragbaren Menge an Daten pro Zeit, der Nettodatenrate, bei.
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Offenbarung der Erfindung
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kommunikationssteuereinrichtung für eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem und ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem bereitzustellen, welche die zuvor genannten Probleme lösen. Insbesondere sollen eine Kommunikationssteuereinrichtung für eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem und ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem bereitgestellt werden, bei welchen auch bei hoher Datenrate, und gegebenenfalls einer Steigerung der Menge der Nutzdaten pro Rahmen, eine große Fehlerrobustheit der Kommunikation realisierbar ist.
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Die Aufgabe wird durch eine Kommunikationssteuereinrichtung für eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Kommunikationssteuereinrichtung ist ausgestaltet zum Steuern einer Kommunikation der Teilnehmerstation mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation des Bussystems und zur Erzeugung eines Sendesignals zum Senden auf einen Bus des Bussystems und/oder zum Empfangen eines Signals von dem Bus, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, das Sendesignal gemäß einem Rahmen zu erzeugen, in dem Bits mit einer vorbestimmten zeitlichen Länge vorgesehen sind, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, das Sendesignal derart zu erzeugen, dass dessen Bits als dominanter Zustand oder rezessiver Zustand auf den Bus gesendet werden können, so dass der rezessive Zustand von dem dominanten Zustand überschreibbar ist, und wobei die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, in dem Sendesignal mindestens ein Bit, das als dominanter Zustand auf den Bus zu senden ist, um einen vorbestimmten Wert im Vergleich zu einem Bit zu verkürzen, das als rezessiver Zustand auf den Bus zu senden ist.
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Durch die Ausgestaltung der Kommunikationssteuereinrichtung können mehr Daten als bisher pro Zeiteinheit über den Bus übertragen werden, ohne dadurch die Fehlerrobustheit der Kommunikation in dem Bussystem zu senken.
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Mit der Kommunikationssteuereinrichtung kann dadurch in einem seriellen Bussystem, insbesondere bei CAN oder CAN FD oder CAN XL, bei weiter erhöhter Datenrate dennoch eine robuste Kommunikation ermöglicht werden.
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Dabei ist es mit der Kommunikationssteuereinrichtung in dem Bussystem möglich, in einer ersten Kommunikationsphase eine von CAN bekannte Arbitration beizubehalten und dennoch die Übertragungsrate gegenüber CAN oder CAN FD oder CAN XL nochmals beträchtlich zu steigern.
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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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Möglicherweise ist jedes Bit ohne Verkürzung über der Zeit in vier Segmente unterteilt, zwischen dem ersten und zweiten Segment ein erster Abtastpunkt zum Abtasten des Signals nach Übertragung über den Bus vorgesehen ist, und wobei zwischen dem dritten und vierten Segment ein zweiter Abtastpunkt zum Abtasten des Signals nach Übertragung über den Bus vorgesehen ist.
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Zwischen dem ersten Abtastpunkt und dem zweiten Abtastpunkt können ohne Verkürzung des Bits zwei Segmente angeordnet sein.
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Gemäß einer speziellen Ausgestaltung kann die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet sein, in dem Sendesignal die Bits, die als dominanter Zustand auf den Bus zu senden sind, in einer Phase um den vorbestimmten Wert zu verkürzen, in welcher die Teilnehmerstation einen zumindest zeitweise exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus bekommt. Hierbei kann die Kommunikationssteuereinrichtung gemäß einer anderen speziellen Ausgestaltung zudem ausgestaltet sein, in dem Sendesignal die Bits, die als dominanter Zustand auf den Bus zu senden sind, in einer anderen Phase, in welcher die Teilnehmerstation keinen exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus hat, um einen vorbestimmten Wert zu verkürzen, der kleiner als der vorbestimmte Wert ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet, in das Sendesignal mindestens ein vorbestimmtes Bit einzufügen, welches einem Empfangsknoten im Bussystem anzeigt, dass ein derzeit vom Bus empfangenes Signal zumindest abschnittsweise dominante Zustände hat, deren zeitliche Dauer kürzer die zeitliche Dauer von rezessiven Zuständen ist. Hierbei kann die Kommunikationssteuereinrichtung zudem ausgestaltet sein, das mindestens eine vorbestimmte Bit in ein Steuerfeld des Rahmens und/oder in ein Datenfeld des Rahmens einzufügen.
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Denkbar ist, dass die Kommunikationssteuereinrichtung aufweist, einen Auswerteblock zum Auswerten, ob in einem von der Kommunikationssteuereinrichtung erstellten Sendesignal mindestens ein Bit, das als dominanter Zustand auf den Bus zu senden ist, im Vergleich zu einem Bit zu verkürzen ist, das als rezessiver Zustand auf den Bus zu senden ist, und einen Bitlänge-Verkürzungsblock zum Verkürzen des mindestens einen Bits, das als dominanter Zustand auf den Bus zu senden, auf der Grundlage des Auswerteergebnisses des Auswerteblocks.
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Die Kommunikationssteuereinrichtung kann aufweisen, einen Bitlänge-Verlängerungsblock zum Verlängern von mindestens einem Bit in der Bitfolge, das in einem vom Bus empfangenen Signal als verkürztes Bit enthalten ist.
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Denkbar ist, dass die Kommunikationssteuereinrichtung einen Fehlerrahmenzählblock zum Zählen von vom Bus empfangenen Fehlerrahmen aufweist, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, in dem Sendesignal Bits, die als dominanter Zustand auf den Bus zu senden sind, mit demselben Wert wie Bits zu senden, die als rezessiver Zustand auf den Bus zu senden sind, wenn der Zählwert des Fehlerrahmenzählblocks eine vorbestimmte Anzahl überschreitet.
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Die Kommunikationssteuereinrichtung kann ausgestaltet sein, das Sendesignal derart zu erzeugen, dass sich für eine Nachricht, die zwischen Teilnehmerstationen des Bussystems ausgetauscht wird, die Bitzeit eines in einer ersten Kommunikationsphase auf den Bus gesendeten Signals unterscheiden kann von einer Bitzeit eines in der zweiten Kommunikationsphase gesendeten Signals, und wobei 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, und wobei die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, mindestens ein Bit in der ersten und/oder zweiten Kommunikationsphase zu verkürzen, das als dominanter Zustand auf den Bus zu senden ist.
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Der für die Nachricht gebildete Rahmen kann kompatibel zu CAN FD und/oder CAN XL aufgebaut sein.
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Die zuvor beschriebene Kommunikationssteuereinrichtung kann Teil einer Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem sein, die zudem eine Sende-/Empfangseinrichtung zum Senden des Sendesignals auf den Bus des Bussystems aufweist, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung ausgestaltet ist, den gesamten Rahmen in einer Betriebsart zum Senden und Empfangen des Rahmens in der ersten Kommunikationsphase auf den Bus zu senden.
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Die zuvor beschriebene Teilnehmerstation kann Teil 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 ist mindestens eine der mindestens zwei Teilnehmerstationen eine zuvor beschriebene Teilnehmerstation.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem nach Anspruch 15 gelöst. Das Verfahren wird mit einer Kommunikationssteuereinrichtung für eine Teilnehmerstation des Bussystems ausgeführt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, Steuern, mit der Kommunikationssteuereinrichtung, einer Kommunikation der Teilnehmerstation mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation des Bussystems und zum Erzeugen eines Sendesignals zum Senden auf einen Bus des Bussystems und/oder zum Empfangen eines Signals von dem Bus, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung das Sendesignal gemäß einem Rahmen erzeugt, in dem Bits mit einer vorbestimmten zeitlichen Länge vorgesehen sind, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung das Sendesignal derart erzeugt, dass dessen Bits als dominanter Zustand oder rezessiver Zustand auf den Bus gesendet werden können, so dass der rezessive Zustand von dem dominanten Zustand überschreibbar ist, und wobei die Kommunikationssteuereinrichtung in dem Sendesignal mindestens ein Bit, das als dominanter Zustand auf den Bus zu senden ist, um einen vorbestimmten Wert im Vergleich zu einem Bit zu verkürzen, das als rezessiver Zustand auf den Bus zu senden ist.
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Das Verfahren bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Teilnehmerstation 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 einer Nachricht, die von einer Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gesendet werden kann;
- 3 ein vereinfachtes schematisches Blockschaltbild einer Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
- 4 einen zeitlichen Verlauf von Bussignalen CAN-XL_H und CAN-XL_L bei der Teilnehmerstation gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
- 5 einen zeitlichen Verlauf einer Differenzspannung VDIFF der Bussignale CAN-XL_H und CAN-XL_L bei der Teilnehmerstation gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
- 6 einen zeitlichen Verlauf eines Teils eines Signals, das beim Senden eines Rahmens an Anschlüssen der Teilnehmerstation gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auftritt, wenn ein Bitlänge-Anpassmodul nicht aktiv ist; und
- 7 einen zeitlichen Verlauf eines Teils eines Signals, das beim Senden eines Rahmens an Anschlüssen der Teilnehmerstation gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auftritt, wenn das Bitlänge-Anpassmodul aktiv ist;
- 8 ein Schaubild zur Veranschaulichung des Aufbaus einer Nachricht, die von einer Teilnehmerstation des Bussystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gesendet werden kann; und
- 9 ein Schaubild zur Veranschaulichung des Aufbaus einer Nachricht, die von einer Teilnehmerstation des Bussystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel gesendet werden kann.
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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 XL-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.
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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 oder CAN-XL_H und CAN-XL_L genannt werden und dienen zur elektrischen Signalübertragung nach Einkopplung der dominanten Pegel bzw. Erzeugung von rezessiven Pegeln oder anderen 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. Tritt bei der Kommunikation auf dem Bus 40 ein Fehler auf, wie durch den gezackten schwarzen Blockpfeil in 1 dargestellt, kann optional ein Fehlerrahmen 47 (Error Flag) gesendet werden. 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 und ein Bitlänge-Anpassmodul 15. Die Teilnehmerstation 20 hat eine Kommunikationssteuereinrichtung 21, eine Sende-/Empfangseinrichtung 22 und optional ein Bitlänge-Anpassmodul 25. Die Teilnehmerstation 30 hat eine Kommunikationssteuereinrichtung 31, eine Sende-/Empfangseinrichtung 32 und ein Bitlänge-Anpassmodul 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.
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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. Hierbei sind die modifizierten CAN Nachrichten 45 auf der Grundlage eines CAN XL-Formats aufgebaut, das in Bezug auf 2 detaillierter beschrieben ist, und bei welchem das jeweilige Bitlänge-Anpassmodul 15, 35 zum Einsatz kommt. 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-/Empfangseinrichtung 32 bereitzustellen oder von dieser zu empfangen. Auch hierbei kommen die jeweiligen Bitlänge-Anpassmodule 15, 35 zum Einsatz. 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, d.h. wie ein CAN FD toleranter Classical CAN-Controller oder ein CAN FD Controller. Zusätzlich ist optional das Bitlänge-Anpassmodul 25 vorhanden, das dieselbe Funktion hat, wie die Bitlänge-Anpassmodule 15, 35. Die Kommunikationssteuereinrichtung 21 erstellt und liest zweite Nachrichten 46, beispielsweise 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-Nachrichtübertragen werden. Insbesondere ist die Kommunikationssteuereinrichtung 21 wie ein herkömmlicher CAN FD-Controller ausgeführt.
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Die Sende-/Empfangseinrichtung 22 kann wie ein herkömmlicher CAN Transceiver nach ISO 11898-1:2015 oder CAN FD Transceiver ausgeführt sein. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 32 können ausgeführt sein, um je nach Bedarf Nachrichten 45 gemäß dem CAN XL-Format oder Nachrichten 46 gemäß dem derzeitigen CAN FD-Format für die zugehörige Kommunikationssteuereinrichtung 11, 31 bereitzustellen oder von dieser zu empfangen.
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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 Rahmen 450, der insbesondere ein CAN XL Rahmen ist, wie er von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 für die Sende-/Empfangseinrichtung 12 zum Senden auf den Bus 40 bereitgestellt wird. Hierbei erstellt die Kommunikationssteuereinrichtung 11 den Rahmen 450 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als kompatibel mit CAN FD. Dasselbe gilt analog für die Kommunikationssteuereinrichtung 31 und die Sende-/Empfangseinrichtung 32 der Teilnehmerstation 30.
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Gemäß 2 ist der Rahmen 450 für die CAN-Kommunikation auf dem Bus 40 in unterschiedliche Kommunikationsphasen 451, 452 unterteilt, nämlich eine Arbitrationsphase 451 und eine Datenphase 452. Der Rahmen 450 hat, nach einem Startbit SOF, ein Arbitrationsfeld 453, ein Steuerfeld 454, ein Datenfeld 455, ein Prüfsummenfeld 456 und ein Rahmenabschlussfeld 457.
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In der Arbitrationsphase 451 wird mit Hilfe eines Identifizierers (ID) mit beispielsweise Bits ID28 bis ID18 in dem Arbitrationsfeld 453 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 anschließenden Datenphase 452 einen exklusiven Zugriff auf den Bus 40 des Bussystems 1 bekommt. In der Arbitrationsphase 451 wird ein Physical Layer wie bei CAN und CAN-FD verwendet. 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 der Phase 451 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. Im rezessiven Zustand herrschen an der einzelnen Teilnehmerstation 10, 20, 30 hochohmige Verhältnisse, was in Kombination mit den Parasiten der Busbeschaltung längere Zeitkonstanten zur Folge hat. Dies führt zu einer Begrenzung der maximalen Bitrate des heutigen CAN-FD-Physical-Layer auf derzeit etwa 2 Megabit pro Sekunde im realen Fahrzeug-Einsatz.
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In der Datenphase 452 werden neben einem Teil des Steuerfelds 454 die Nutzdaten des CAN-XL-Rahmens bzw. der Nachricht 45 aus dem Datenfeld 455 sowie das Prüfsummenfeld 456 gesendet. In dem Prüfsummenfeld 456 kann eine Prüfsumme über die Daten der Datenphase 452 einschließlich der Stuffbits enthalten sein, die vom Sender der Nachricht 45 nach jeweils einer vorbestimmten Anzahl von gleichen Bits, insbesondere 10 gleichen Bits, als inverses Bit eingefügt werden. Am Ende der Datenphase 452 wird wieder in die Arbitrationsphase 451 zurückgeschaltet.
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In einem Endefeld in der Rahmenabschlussphase 457 kann mindestens ein Acknowledge-Bit enthalten sein. Außerdem kann eine Folge von 11 gleichen Bits vorhanden sein, welche das Ende des CAN XL-Rahmens 450 anzeigen. Mit dem mindestens einen Acknowledge-Bit kann mitgeteilt werden, ob ein Empfänger in dem empfangenen CAN XL-Rahmen 450 bzw. der Nachricht 45 einen Fehler entdeckt hat oder nicht.
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Ein Sender der Nachricht 45 beginnt ein Senden von Bits der Datenphase 452 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.
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In einem Bussystem mit CAN XL werden bewährte Eigenschaften übernommen, die für die Robustheit und Anwenderfreundlichkeit von CAN und CAN FD verantwortlich sind, insbesondere Rahmenstruktur mit Identifier und Arbitrierung nach dem CSMA/CR-Verfahren. Somit verwendet die Teilnehmerstation 10 in der Arbitrationsphase 451 als erster Kommunikationsphase teilweise, insbesondere bis zum FDF-Bit (inklusive), ein von CAN/CAN-FD bekanntes Format gemäß der ISO11898-1:2015. Jedoch ist im Vergleich zu CAN oder CAN FD in der Datenphase 452 als zweiter Kommunikationsphase eine Steigerung der Netto-Datenübertragungsrate, insbesondere auf etwa 10 Megabit pro Sekunde möglich. Außerdem ist ein Anheben der Größe der Nutzdaten pro Rahmen, insbesondere auf etwa 2kbyte oder einen beliebigen anderen Wert möglich.
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3 zeigt den grundlegenden Aufbau der Teilnehmerstation 10 mit der Kommunikationssteuereinrichtung 11, der Sende-/Empfangseinrichtung 12 und dem Bitlänge-Anpassmodul 15, das Teil der Kommunikationssteuereinrichtung 11 ist. Die Teilnehmerstation 20 ist vom Grundaufbau her, bis auf die zuvor genannten Unterschiede, auf dieselbe Weise aufgebaut, wie in 3 gezeigt. Die Teilnehmerstation 30 ist in ähnlicher Weise aufgebaut, wie in 3 gezeigt, jedoch ist das Bitlänge-Anpassmodul 35 gemäß 1 separat von der Kommunikationssteuereinrichtung 31 und der Sende-/Empfangseinrichtung 32 angeordnet. Daher wird die Teilnehmerstation 30 nicht separat beschrieben.
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Gemäß 3 hat die Teilnehmerstation 10 zusätzlich zu der Kommunikationssteuereinrichtung 11 und der Sende-/Empfangseinrichtung 12 einen Mikrocontroller 13, welchem die Kommunikationssteuereinrichtung 11 zugeordnet ist, und eine System-ASIC 16 (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 16 ist zusätzlich zu der Sende-/Empfangseinrichtung 12 eine Energieversorgungseinrichtung 17 eingebaut, welche die Sende-/Empfangseinrichtung 12 mit elektrischer Energie versorgt. Die Energieversorgungseinrichtung 17 liefert üblicherweise eine Spannung CAN_Supply von 5 V. Je nach Bedarf kann die Energieversorgungseinrichtung 17 jedoch eine andere Spannung mit einem anderen Wert liefern. Zusätzlich oder alternativ kann die Energieversorgungseinrichtung 17 als Stromquelle ausgestaltet sein.
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Das Bitlänge-Anpassmodul 15 hat einen Auswerteblock 151, der das Sendesignal TxD auf Bitfolgen mit Bits mit gleichem logischen Wert auswertet und das Empfangssignal RxD auswertet, einen Bitlänge-Verkürzungsblock 152 und optional einen Bitlänge-Verlängerungsblock 153. Optional kann zudem ein Fehlerrahmenzählblock 154 vorhanden sein. Die Blöcke 151, 152, 153, 154 sind nachfolgend noch genauer beschrieben.
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Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 hat zudem ein Sendemodul 121 und ein Empfangsmodul 122. Auch wenn nachfolgend immer von der Sende-/Empfangseinrichtung 12 gesprochen ist, 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.
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Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 ist an den Bus 40 angeschlossen, genauer gesagt dessen erste Busader 41 für CAN_H oder CAN-XL_H und dessen zweite Busader 42 für CAN_L oder CAN-XL_L. Über mindestens einen Anschluss 43 erfolgt die Spannungsversorgung für die Energieversorgungseinrichtung 17 zum Versorgen der ersten und zweiten Busader 41, 42 mit elektrischer Energie, insbesondere mit der Spannung CAN-Supply. Die Verbindung mit Masse bzw. CAN GND ist über einen Anschluss 44 realisiert. Die erste und zweite Busader 41, 42 sind mit einem Abschlusswiderstand 49 terminiert.
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Die erste und zweite Busader 41, 42 sind in der Sende-/Empfangseinrichtung 12 nicht nur mit dem Sendemodul 121, das auch als Transmitter bezeichnet wird, sondern auch mit dem Empfangsmodul 122 verbunden, das auch als Receiver bezeichnet wird, auch wenn die Verbindung in 3 zur Vereinfachung nicht gezeigt ist.
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Im Betrieb des Bussystems 1 setzt das Sendemodul 121 ein Sendesignal TXD oder TxD der Kommunikationssteuereinrichtung 11 in entsprechende Signale CAN-XL_H und CAN-XL_L für die Busadern 41, 42 um und sendet diese Signale CAN-XL_H und CAN-XL_L an den Anschlüssen für CAN_H und CAN_L auf den Bus 40, wie in 4 gezeigt.
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Das Empfangsmodul 122 bildet aus von dem Bus 40 empfangenen Signalen CAN-XL_H und CAN-XL_L gemäß 4 ein Empfangssignal RXD oder RxD und gibt dieses an die Kommunikationssteuereinrichtung 11 weiter, wie in 3 gezeigt. 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 Sende-/Empfangseinrichtung 12 Sender der Nachricht 45 ist oder nicht.
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Gemäß dem Beispiel von 4 haben die Signale CAN-XL_H und CAN-XL_L zumindest in der Arbitrationsphase 451 die dominanten und rezessiven Buspegel 401, 402, wie von CAN bekannt. Auf dem Bus 40 bildet sich ein Differenzsignal VDIFF = CAN-XL_H - CAN-XL_L aus, das in 5 für die Arbitrationsphase 451 gezeigt ist. Die einzelnen Bits des Signals VDIFF mit der Bitzeit t_bt1 können in der Arbitrationsphase 451 mit einer Empfangsschwelle T_a von beispielsweise 0,7 V erkannt werden. In der Datenphase 452 werden die Bits der Signale CAN-XL_H und CAN-XL_L schneller, also mit einer kürzeren Bitzeit t_bt2, gesendet als in der Arbitrationsphase 451. Somit unterscheiden sich die Signale CAN-XL_H und CAN-XL_L in der Datenphase 452 zumindest in deren schnelleren Bitrate von den herkömmlichen Signalen CAN_H und CAN_L.
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Die Abfolge der Zustände 401, 402 für die Signale CAN-XL_H, CAN-XL_L in 4 und der daraus resultierende Verlauf der Spannung VDIFF von 5 dient nur der Veranschaulichung der Funktion der Teilnehmerstation 10. Die Abfolge der Datenzustände für die Buszustände 401, 402 ist je nach Bedarf wählbar.
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Mit anderen Worten erzeugt das Sendemodul 121, wenn es in eine erste Betriebsart B_451 (SLOW) geschaltet ist, gemäß 4 einen ersten Datenzustand als Buszustand 402 mit unterschiedlichen Buspegeln für zwei Busadern 41, 42 der Busleitung und einen zweiten Datenzustand als Buszustand 401 mit demselben Buspegel für die zwei Busadern 41, 42 der Busleitung des Busses 40.
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Außerdem sendet das Sendemodul 121, für die zeitlichen Verläufe der Signale CAN-XL_H, CAN-XL_L in einer zweiten Betriebsart B_452_TX (FAST_TX), welche die Datenphase 452 umfasst, die Bits mit einer höheren Bitrate auf den Bus 40. Die CAN-XL_H und CAN-XL_L Signale können in der Datenphase 452 zudem mit einem anderen Physical Layer als bei CAN FD erzeugt werden. Dadurch kann die Bitrate in der Datenphase 452 noch weiter erhöht werden als bei CAN FD. Eine Teilnehmerstation, die in der Datenphase 452 kein Sender des Rahmens 450 ist, stellt in ihrer Sende-/Empfangseinrichtung eine dritte Betriebsart B_452_RX (FAST_RX) ein.
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Das Bitlänge-Anpassmodul 15 von 3 ist aktiv, wenn die Teilnehmerstation 10 als Sender und/oder Empfänger des Rahmens 450 agiert. Das Bitlänge-Anpassmodul 15, insbesondere dessen Auswerteblock 151, wertet die Bitfolgen in dem Rahmen 450 aus, bevor die Kommunikationssteuereinrichtung 11 ein TxD-Signal als TxD_TC-Signal an dem Anschluss TXD an die Sende-/Empfangseinrichtung 12 zum Senden auf den Bus 40 weitergibt. Zudem kann das Bitlänge-Anpassmodul 15, insbesondere sein Bitlänge-Verkürzungsblock 152, Bits des TxD-Signals für das TxD_TC-Signal verkürzen, wenn in dem TxD-Signal eine Bitfolge von mindestens drei Bits mit demselben logischen Wert auftritt, wie nachfolgend genauer beschrieben.
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Das von dem Bitlänge-Anpassmodul 15 ausgeführte Verfahren bietet sich besonders für die Datenphase 452 an, wo eine der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 exklusiven Zugriff auf den Bus 40 hat, um eine der Nachrichten 45, 46, insbesondere als Rahmen 450, zu senden. Das Bitlänge-Anpassmodul 15 kann das Verfahren jedoch alternativ oder zusätzlich in der Arbitrationsphase 451 verwenden.
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6 zeigt über der Zeit t ein Beispiel für ein Differenzsignal VDIFF, das sich in Folge eines digitalen Sendesignals TxD auf dem Bus 40 ausgebildet hat. Das Sendesignal TxD kann entweder gemäß dem Rahmen 450 erzeugt sein oder gemäß dem Protokoll für CAN FD erzeugt sein.
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Die gezeigte Bitfolge hat zwei Bits, nämlich Bit B1 und B2. Die Bits B1 und B2 haben beispielsweise die Bitlänge t_bt2, sind also Bits der Datenphase 452. Jedoch kann die Bitfolge in einem beliebigen Teil des Rahmens 450 auftreten. Die Bitfolge kann somit in der ersten und/oder zweiten Kommunikationsphase 451, 452 eines Rahmens 450 auftreten. Das Sendesignal TxD wird von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 als Sender des Rahmens 450 erzeugt, in dem Bitlänge-Anpassmodul 152 modifiziert, wie nachfolgend genauer beschrieben, und dann seriell als Sendesignal TxD_TC an die Sende-/Empfangseinrichtung 12 gesendet.
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Jedes Bit der Bits B1, B2 hat denselben Aufbau. Jedes Bit des Signals VDIFF, und somit auch die Bits B1, B2, sind über der Zeit t in vier Segmente SY, P1, PP, P2 unterteilt. Zwischen dem ersten und zweiten Segment SY, PP ist ein Abtastpunkt TP vorgesehen. Zudem ist jedes Bit des Signals VDIFF über der Zeit t in eine Vielzahl von jeweils gleich langen Zeitquanten TQ unterteilt. Die Anzahl der Zeitquanten TQ ist in allen Bits gleich. Die Zeitquanten TQ sind den einzelnen Segmenten SY, PP, P1, P2 zugeordnet, wobei die Segmente SY, PP, P1, P2 über der Zeit t unterschiedlich lang sind, mit anderen Worten unterschiedlich viele Zeitquanten TQ haben. Bei dem Beispiel von 6 sind die Segmente P1, P2 über der Zeit t jeweils gleich lang. Mit anderen Worten, die Segmente P1, P2 haben gleich viele Zeitquanten TQ.
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Am Anfang eines Bits B1, B2 ist ein Synchronisationssegment SY vorgesehen, das die Länge eines Zeitquantums TQ hat. Daran schließt sich ein Ausbreitungssegment PP an, das mehrere Zeitquanten TQ hat. Zwischen dem Segment SY und dem Segment PP ist ein erster Abtastpunkt TP zum Abtasten des Bits angeordnet. Nach dem Segment PP kommt eine erste Phase P1 vor einem zweiten Abtastpunkt TP zum Abtasten des Bits. Nach dem zweiten Abtastpunkt TP folgt eine zweite Phase P2. Kommt ein Übergang zwischen zwei verschiedenen logischen Werten in dem Sendesignal TxD vor, also zwischen 1 und 0 oder zwischen 0 und 1, kann ein Empfangsknoten bzw. Empfänger des Rahmens 450 prüfen, ob der Übergang zu einer erwarteten Zeit vorkommt oder nicht. Falls der Übergang nicht zu der erwarteten Zeit vorkommt, die am Anfang des Bits liegt, kann der Empfänger des Rahmens 450 die Zeitdifferenz berechnen und je nach Ergebnis die zeitliche Länge der Phase P1 oder die zeitliche Länge der Phase P2 anpassen. Dadurch kann sich der Empfänger kontinuierlich auf die zeitliche Taktung des Sendeknotens bzw. Senders des Rahmens 450 synchronisieren. Dies reduziert Fehler, die aufgrund von Einstrahlung auf dem Bus 40 auftreten (Physical Layer Effekte).
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Die Kommunikationssteuereinrichtung 11 ist ausgestaltet, in einem vom Bus 40 empfangenen Signal RxD ein Bit B1, B2 an dem ersten Abtastpunkt TP und an dem zweiten Abtastpunkt TP abzutasten, die jeweils zwischen zwei der Segmente SY, PP, P1, P2 angeordnet sind.
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Bei dem Beispiel von 6 wechselt das Differenzsignal VDIFF seine Spannungspegel U zwischen Werten von etwa + 2V und -2V. Der Wechsel wird durch das in den Bus 40 eingekoppelte digitale Sendesignal TxD bzw. TxD_TC bestimmt, das zwischen den logischen Bitwerten 0 und 1 wechselt. Hierbei treten an den Wechseln zwischen den Bitwerten 0 und 1 oder 1 und 0 jeweils Überschwingungen des Differenzsignals VDIFF auf. Der jeweilige Wert eines Bits B1, B2 des Differenzsignals VDIFF wird in der Sende-/Empfangseinrichtung 12 durch Vergleich mit einer Schwellwertspannung U_TH der Empfangsschwelle T_a ermittelt. Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 bildet dabei das Empfangssignal RxD. Liegt der Spannungspegel U des Differenzsignals VDIFF unterhalb der Schwellwertspannung U_TH, entspricht das Differenzsignal VDIFF dem logischen Wert 0 des digitalen Sendesignals TxD. Liegt der Spannungspegel U des Differenzsignals VDIFF über der Schwellwertspannung U_TH, entspricht das Differenzsignal VDIFF dem logischen Wert 1 des digitalen Sendesignals TxD. Im Idealfall entsprechen die logischen Werte des Empfangssignals RxD den logischen Werten des Sendesignals TxD. Ansonsten liegt ein Fehler vor.
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Erstellt die Teilnehmerstation 10 das Sendesignal TxD von 6, erkennt das Bitlänge-Anpassmodul 15, insbesondere sein Auswerteblock 151, das Bit B1 als dominantes Bit und das Bit B2 als rezessives Bit. Der Bitlänge-Verkürzungsblock 152 kann das dominante Bit B1 verkürzen, wie in 7 veranschaulicht. Dabei geht das Bitlänge-Anpassmodul 15 folgendermaßen vor.
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Der Auswerteblock 151 prüft, bei welchem Bit des Sendesignals TxD am Anfang oder am Ende des Bits ein Wechsel des logischen Werts von 1 nach 0 stattfindet. Hierfür prüft der Auswerteblock 151 beispielsweise, wann eine fallende Flanke zwischen zwei Bits auftritt. Erkennt der Auswerteblock 151 eine solche fallende Flanke, so ist das nachfolgende Bit ein dominantes Bit, wie das Bit B1 in 6. Der Bitlänge-Verkürzungsblock 152 empfängt das jeweilige Auswerteergebnis von dem Auswerteblock 151. In dem Bitlänge-Verkürzungsblock 152 ist eine vorbestimmte Dominantbit-Verkürzungsvorschrift 1521 gespeichert. Der Bitlänge-Verkürzungsblock 152 verkürzt somit das Bit B1 von 6 in das Bit B1 von 7. Mit anderen Worten, der Bitlänge-Verkürzungsblock 152 verkürzt auf der Grundlage des Auswerteergebnisses des Auswerteblocks 151 alle dominanten Bits des Sendesignals TxD.
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Bei dem Fall von 7 hat der Bitlänge-Verkürzungsblock 152 daher das Bit B1 verkürzt. Dabei hat der Bitlänge-Verkürzungsblock 152 bei dem Bit B1 das Segment PP verkürzt. Die Dauer des Segments PP repräsentiert die Dauer des Abklingens von Spannungsschwankungen, die durch den Wechsel des Spannungspegels auf dem Bus 40 bei einem Wechsel zwischen dominanten und rezessiven Zuständen des Bussignals hervorgerufen ist. Beim Wechsel von einem dominanten Zustand zu einem rezessiven Zustand des Bussignals halten die Spannungsschwankungen auf dem Bus 40 länger an als bei einem Wechsel von einem rezessiven Zustand zu einem dominanten Zustand. Dementsprechend verkürzt der Bitlänge-Verkürzungsblock 152 das Segment PP eines Bits, wenn ein dominantes Bit über den Bus 40 übertragen werden soll. Insbesondere lässt der Bitlänge-Verkürzungsblock 152 das Segment PP des Bits B1 weg. Der Bitlänge-Verkürzungsblock 152 geht für alle anderen dominanten Bits des Sendesignals TxD auf dieselbe Weise vor. Selbstverständlich kann das Bit B1 um eine andere zeitliche Länge verkürzt sein, insbesondere um die zeitliche Länge eines Segments P1 oder eine beliebige andere Länge, die zwischen der Länge der Segmente PP, P1 liegt. Das Bit B1 kann alternativ um eine zeitliche Länge verkürzt sein, die kleiner als das Segment P1 ist.
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Hierbei kann der Bitlänge-Verkürzungsblock 152 die dominanten Bits in der Datenphase 452 des Sendesignals TxD gemäß einer anderen Dominantbit-Verkürzungsvorschrift 1521 verkürzen als die dominanten Bits in der Arbitrationsphase 451 des Sendesignals TxD. Dabei kann der Bitlänge-Verkürzungsblock 152 eine Verkürzungsvorschrift 1521 verwenden, gemäß der dominante Bits in der Arbitrationsphase 451 des Sendesignals TxD geringer verkürzt werden als die dominanten Bits mit der Bitdauer t_bt2 in der Datenphase 452 des Sendesignals TxD. Insbesondere kann die Länge bzw. Bitdauer t_bt1 der dominanten Bits in der Arbitrationsphase 451 des Sendesignals TxD bezogen auf die Länge bzw. Bitdauer t_bt1 der rezessiven Bits in der Arbitrationsphase 451 geringer verkürzt werden als die dominanten Bits mit der Bitdauer t_bt2 der Datenphase 452 des Sendesignals TxD bezogen auf die Länge bzw. Bitdauer t_bt1 der rezessiven Bits der Datenphase 452. Mit anderen Worten, die prozentuale Verkürzung der Bitdauer t_bt1 der dominanten Bits B1 in der Arbitrationsphase 451 ist kleiner als die prozentuale Verkürzung der Bitdauer t_bt2 der dominanten Bits B1 in der Datenphase 452 des Sendesignals TxD.
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Die Länge oder Zeitdauer t_bt2 des rezessiven Bits B2 bleibt jedoch unverändert. Der Bitlänge-Verkürzungsblock 152 modifiziert also nicht die Länge der rezessiven Bits B2. Dasselbe gilt für alle anderen rezessiven Bits des Sendesignals TxD.
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Die Verkürzung ist für das dominante Bit B1 bei dem Beispiel von 6 und 7 sehr vorteilhaft, da durch den Zustandswechsel bzw. Flanke zum dominanten Pegel bzw. Zustand auf dem Bus 40 zwischen zwei Bits die Physical Layer Effekte besser kompensiert werden können. Dadurch ist die Zeit verkürzt, in der Fehler aufgrund der Physical Layer Effekte in dem Signal VDIFF auf dem Bus 40 auftreten können. Da das Segment PP das längenmäßig bzw. zeitmäßig dominierende Teil eines Bits B1, B2 ist, kann das Bitlänge-Anpassmodul 15 die Bitrate deutlich erhöhen. Insbesondere kann über die Hälfte der Bitzeit t_bt1, t_bt2 eingespart werden. Dies kann bis zu einer Verdoppelung der Bitrate bedeuten.
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Ist die Teilnehmerstation 10 dagegen eine empfangende Teilnehmerstation des Bussystems 1, die derzeit kein Sender des Rahmens 450 ist, sondern den Rahmen 450 nur empfängt (Empfangsknoten), erkennt die Teilnehmerstation 10 mit ihrem Auswerteblock 151 die verkürzte Bit-Länge der dominanten Bits B1 durch Abtastung an den Abtastpunkten TP des Empfangssignals RxD. Insbesondere tastet die Kommunikationssteuereinrichtung das Empfangssignal RxD nach jedem Zeitquantum TQ ab. Somit kann ein Empfangsknoten die Bits des Signals VDIFF gemäß 7 korrekt abtasten, dass der Empfangsknoten an seinen Anschlüssen CAN_H, CAN_L vom Bus 40 empfängt. Optional kann der Bitlänge-Verlängerungsblock 153 die als verkürzt erkannten Bits B1 des Empfangssignals RxD wieder auf die normale Länge verlängern. Alternativ wertet die Kommunikationssteuereinrichtung 11 das Empfangssignals RxD jedoch mit den unterschiedlich langen Bits aus.
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Durch diese Ausgestaltung der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 des Bussystems 1 können in der gleichen Zeit mehr Bits über den Bus 40 übertragen werden. Somit erhöht sich die Datenrate im Bussystem 1.
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Sollte am Bus 40 eine Teilnehmerstation 10, 20, 30 sein, welche die Bitzeitverkürzung nicht versteht, so wird diese Teilnehmerstation 10, 20, 30 die Kommunikation im Bussystem 1, wenn eines der Bitlänge-Anpassmodule 15, 25, 35 für ein Sendesignal TxD aktiv ist, durch Fehlerrahmen 47 stören. In einem solchen Fall zählt der Fehlerrahmenzählblock 154 die vom Bus 40 empfangenen Fehlerrahmen 47. Ab einer bestimmten Anzahl an Fehlerrahmen 47 wertet der Auswerteblock 151 aus, dass das Verfahren zum Verkürzen der dominanten Bits nicht mehr verwendet wird. Stattdessen verwendet die Kommunikationssteuereinrichtung 11 dann nur noch das klassische Protokoll, bei dem keine Verkürzung von dominanten Bits B1 verwendet wird. Somit wird das zugehörige Bitlänge-Anpassmodule 15, 25, 35 der Teilnehmerstation 10, 20, 30 deaktiviert.
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Dadurch ist ein robuster Notbetrieb der Kommunikation in dem Bussystem 1 möglich. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Bussystem 1 in einem Fahrzeug eingesetzt wird. Der Notbetrieb ist dann beispielsweise während der Fahrt des Fahrzeugs gewährleistet.
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Die Kommunikationssteuereinrichtung 11, insbesondere ihr Auswerteblock 151, kann den Zählwert des Fehlerrahmenzählblocks 154 bei einem erfolgreichen Versenden einer Nachricht 45 reduzieren, welche verkürzte dominante Bits B1 hat. Dadurch führen sporadische Fehler, die nicht durch eine Inkompatibilität der Kommunikationsprotokolle der Teilnehmerstation 10, 20, 30 am Bus 40 verursacht sind, nicht zu einer Reduktion der möglichen übertragbaren Baudrate im Bussystem 1.
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Im Unterschied dazu kann es bei einem Softwareupdate des Fahrzeugs in der Werkstatt gewünscht sein, mit möglichst hoher Datenrate zu arbeiten. Dies kann der Fall sein, wenn die Daten der neuen Software nur für eine einzelne Teilnehmerstation am Bus 40 von Interesse sind. Für einen solchen Fall ist es möglich, dass ein Werkstatttester gezielt so lange das zuvor beschriebene Verfahren zum Verkürzen der dominanten Bits B1 beim Senden von Nachrichten 45, 46 im Bus 40 verwendet, bis die inkompatiblen Teilnehmerstation(en) das Senden von Fehlerrahmen 47 unterbinden und in einen Fehlerausnahmezustand gehen. Ab diesem Zeitpunkt kann die Kommunikationssteuereinrichtung 11 das zuvor beschriebene Verfahren zum Verkürzen der dominanten Bits B1 beim Senden von Nachrichten 45, 46 gemäß 7 ungestört verwenden. Damit kann dann das Softwareupdate in kürzerer Zeit übertragen werden als mit den herkömmlichen Nachrichten 45, 46 mit den normal langen dominanten Bits B1, wie in 6 gezeigt.
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Gemäß einer Modifikation des vorliegenden Ausführungsbeispiels verkürzt der Bitlänge-Verkürzungsblock 152 nur die dominanten Bits B1 in der Datenphase 452 des Sendesignals TxD.
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Gemäß einer anderen Modifikation des vorliegenden Ausführungsbeispiels verkürzt der Bitlänge-Verkürzungsblock 152 nur die dominanten Bits in der Arbitrationsphase 451 des Sendesignals TxD.
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Jede der genannten beiden Modifikationen ergibt jedoch eine geringere Erhöhung der Nettodatenrate im Bussystem 1 als bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel.
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8 zeigt einen Rahmen 450A gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Rahmen 450A kann von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 verwendet werden, um das Sendesignal TxD zu erstellen und/oder um das Empfangssignal RxD auszuwerten, wie zuvor beschrieben.
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In dem Rahmen 450A ist im Steuerfeld 454 mindestens ein Bit B_V enthalten. Je weniger Bits B_V enthalten sind, desto weniger wird die übertragbare Nettodatenrate im Bussystem 1 gesenkt.
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Das mindestens eine Bit B_V gibt an, ob die dominanten Bits B1 in einem Empfangssignal RxD, das derzeit von dem Bus 40 empfangen wird, verkürzt gesendet werden oder nicht.
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Somit kann ein Sendeknoten einem Empfangsknoten am Bus 40 mit dem mindestens einen Bit B_V mitteilen, wie das derzeit empfangene Empfangssignal RxD auszuwerten ist. Der Empfangsknoten kann somit richtigerweise die vorbestimmte Dominantbit-Verkürzungsvorschrift 1521 bei der Auswertung des derzeit empfangenen Empfangssignals RxD berücksichtigen.
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Mit anderen Worten, der Einsatz des zuvor beschriebenen Verfahrens der Verkürzung der dominanten Bits B1 gemäß 7 kann durch ein reserviertes Bit im Kopf (Header) einer Nachricht 45 angekündigt werden.
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Dadurch ist die Abwärtskompatibilität mit bekannten Kommunikationsprotokollen, insbesondere CAN-basierten Protokollen, gewährleistet.
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Alternativ ist das mindestens eine Bit B_V im Datenfeld 455 enthalten.
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9 zeigt einen Rahmen 450B gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Der Rahmen 450B kann von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 verwendet werden, um das Sendesignal TxD zu erstellen und/oder um das Empfangssignal RxD auszuwerten, wie zuvor beschrieben.
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In dem Rahmen 450B ist im Datenfeld 455 mindestens ein Bit B_V enthalten. Das mindestens eine Bit B_V gibt an, dass in einer Nachricht 45, die demnächst über den Bus 40 gesendet wird, die dominanten Bits B1 verkürzt gesendet werden. Somit weiß ein Empfangsknoten, dass in einem folgenden Empfangssignal RxD die dominanten Bits B1 verkürzt sind, wie in 7 gezeigt.
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Ist mehr als ein Bit B_V enthalten, kann mitgeteilt werden, welche Nachricht 45, 46 der folgenden Nachrichten am Bus 40 so modifiziert ist, dass die dominanten Bits B1 verkürzt sind. Beispielsweise kann dann ein spezieller Identifizierer für diese Nachricht 45, 46 in einer Bitfolge von mindestens zwei Bits B_V codiert sein.
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Somit kann ein Sendeknoten einem Empfangsknoten mit dem Bit B_V mitteilen, wie das Empfangssignal RxD der nächsten vom Bus 40 empfangenen Nachricht 45, 46 auszuwerten ist. Der Empfangsknoten kann somit richtigerweise die vorbestimmte Dominantbit-Verkürzungsvorschrift 1521 bei der Auswertung dieses Empfangssignals RxD berücksichtigen.
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Mit anderen Worten, der Einsatz des zuvor beschriebenen Verfahrens der Verkürzung der dominanten Bits B1, wie in 7 gezeigt, für das derzeitige Empfangssignal RxD kann in einer vorhergehenden Nachricht angekündigt worden sein.
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Es ist möglich, dass auch in der Nachricht, die auf der Basis eines Rahmens 450B erstellt wurde, zumindest abschnittsweise verkürzte dominanten Bits B1 verwendet werden.
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Auch dadurch ist die Abwärtskompatibilität mit bekannten Kommunikationsprotokollen, insbesondere CAN-basierten Protokollen, gewährleistet.
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Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen 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.
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Insbesondere kann das Bussystem 1 gemäß den Ausführungsbeispielen ein Kommunikationsnetzwerk 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 Teilnehmerstationen 10 oder nur Teilnehmerstationen 30 vorhanden sind.
