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Technisches
Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Überführen eines
seriell vernetzten Systems, insbesondere eines seriellen Datenbussystems,
von einem Teilnetzbetrieb, in dem mindestens ein Knoten und/oder
mindestens ein Teilnehmer des Systems sich in einem Zustand verringerter
Stromaufnahme befindet und durch die Signalpegel des Datenverkehrs
auf dem System nicht angesprochen und/oder nicht aktivier wird,
in einen Gesamtnetzbetrieb, in dem alle Knoten und/oder alle Teilnehmer des
Systems durch die Signalpegel des Datenverkehrs auf dem System angesprochen
und/oder aktiviert werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
des weiteren ein seriell vernetztes System, das von einem Teilnetzbetrieb,
in dem mindestens ein Knoten und/oder mindestens ein Teilnehmer
des Systems sich in einem Zustand verringerter Stromaufnahme befindet und
durch die Signalpegel des Datenverkehrs auf dem System nicht ansprechbar
und/oder nicht aktivierbar ist, in einen Gesamtnetzbetrieb, in dem
alle Knoten und/oder alle Teilnehmer des Systems durch die Signalpegel
des Datenverkehrs auf dem System ansprechbar und/oder aktivierbar
sind, zu überführen ist.
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Stand der Technik
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Mit zunehmender Komplexität in der
seriellen Vernetzung insbesondere von Automobilen nimmt auch der
Energiebedarf der bei der seriellen Vernetzung eingesetzten Elektronikkomponenten
immer weiter zu. Hinzu kommt der Effekt, dass immer mehr Komfortfunktionen
auch im abgestellten Zustand des Kraftfahrzeugs aktiv sind, die
dann unmittelbar aus der Fahrzeugbatterie betrieben werden müssen.
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Bedingt durch die serielle Vernetzung
vieler Funktionen über
beispielsweise den C[ontroller]A[rea]N[etwork]-Bus wird daher auch
bei Betreiben nur einiger weniger Fahrzeugfunktionen stets das gesamte
Bussystem aktiviert, denn jeder Teilnehmer am Bus wird durch die
Datenübertragung
einiger weniger Teilnehmer "geweckt" bzw. "wachgehalten"; dies führt zu einer
unerwünscht
hohen und – angesichts
des Betriebs nur einiger weniger Fahrzeugfunktionen – auch gar
nicht erforderlichen Stromaufnahme des Systems.
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Gemäß dem Stand der Technik werden
Teilnehmer in einem seriell vernetzten System in einen Zustand mit
geringer Stromaufnahme versetzt, in dem der normale Busverkehr mit
den normalen Buspegeln nicht zu einem Weckereignis führt. Diese
Teilnehmer befinden sich somit in einem sogenannten "selektiven Schlafzustand", während die
restlichen Teilnehmer einen sogenannten Teilnetzbetrieb aufrechterhalten.
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Um nun die schlafenden Knoten bzw.
die schlafenden Teilnehmer wecken zu können, wird im Stand der Technik
ein zweites Pegelschema mit deutlich abweichendem Potential auf
dem Datenbus eingesetzt, mit dem die Teilnehmer "global geweckt" werden können; erst wenn dieses zweite
Pegelschema beim Senden verwendet wird, wachen alle Knoten global
auf. Dieses bekannte Prinzip wird beispielsweise bei einem "Single Wire C[ontroller]A[rea]N[etwork]" eingesetzt.
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Allerdings ist bei diesem bekannten
Prinzip nachteilig, dass das zweite, zum Wecken verwendete Pegelschema
mit einer deutlich erhöhten
Störabstrahlung
des Bussystems verbunden ist; insbesondere zyklische Weckereignisse
führen
aus diesem Grunde zu unerwünschten
Störungen
im Kraftfahrzeug, wobei auch E[lektro]M[agnetische]V[erträglichkeits]-Abstrahlungen
eine Rolle spielen; weiterhin ist eine zweite Treiberstufe erforderlich,
um das andere Pegelschema zu erzeugen.
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Darstellung der Erfindung:
Aufgabe, Lösung,
Vorteile
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Ausgehend von den vorstehend dargelegten Nachteilen
und Unzulänglichkeiten
sowie unter Würdigung
des umrissenen Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung
die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie
ein System der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die
Knoten und/oder die Teilnehmer im Netzwerk, das heißt am Datenbus
auf einfache und doch effektive Weise geweckt werden können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren
mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch ein System
mit den im Anspruch 4 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und
zweckmiäßige Weiterbildungen
der vorliegenden Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Mithin wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
bei einem System, das sich selektiv schlafend im Teilnetzbetrieb
befindet, anstelle des zweiten Pegelschemas einen anderen Weckmechanismus
einzusetzen, der nicht die beschriebenen Nachteile aus dem Stand
der Technik aufweist. Dieser Weckmechanismus kann sowohl in Systemchips
als auch in anderen Vernetzungsprodukten, wie etwa in einfachen
Transceiver-Bausteinen, implementiert werden.
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In Bezug auf die vorliegende Erfindung
wird zunächst
davon ausgegangen, dass sich einige Knoten bzw. einige Teilnehmer
in einem Zustand mit verringerter Stromaufnahme befinden und somit
vom laufenden Busverkehr nicht geweckt werden.
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Damit das vorliegende System bei
einem derartigen laufenden Teilnetzbetrieb die Möglichkeit hat, sofort und ohne
Ruhephase die "schlafenden" Knoten bzw. die "schlafenden" Teilnehmer zu wecken,
gelangt gemäß der Lehre
der vorliegenden Erfindung ein besonderes Wecktelegramm zum Einsatz.
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Diese "globale Weckbotschaft" bzw. dieses "globale Wecktelegramm" verwendet das gleiche
nominale Pegelschema, zeichnet sich jedoch durch eine besondere
Bitfolge aus, die im normalen Kommunikationsbetrieb zweckmäßigerweise
nicht vorkommt und die im Datenfeld einer beliebigen Botschaft,
einer beliebigen Nachricht oder eines beliebigen Telegramms frei
definiert werden kann.
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In diesem Zusammenhang können die
sich im Zustand mit geringer Stromaufnahme befindlichen Knoten und/oder
die sich im Zustand mit geringer Stromaufnahme befindlichen Teilnehmer
des seriell vernetzten Systems den laufenden Datenverkehr auf dem
CAN-Systembus auf ein insbesondere kontinuierliches und/oder insbesondere
symmetrisches Datenmuster hin untersuchen und das Erkennen dieses Datenmusters
als Weckereignis interpretieren.
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Als besonders geeignete Bitfolge
ist ein symmetrisches Datenmuster vorgesehen, das sich an mindestens
einen beliebigen Identifier (Adresse/Header) anschließt und das
mit einfachen Mitteln von einer einfachen Hardware, und zwar auch
ohne den Aufwand eines Protokollcontrollers, erkannt werden kann.
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Damit besteht ein entscheidender
Vorteil darin, dass das verwendete Protokoll nicht bitgenau verfolgt
werden muss und dass weiterhin kein besonderer Botschaftsidentifier
(Adresse/Header) eingesetzt werden muss, sondern dass vielmehr ein
beliebiger Botschaftsidentifier (Adresse/Header) verwendet werden
kann; es genügt
die Erkennung eines symmetrischen Musters (sogenanntes "pattern"), das im Datenfeld
der Botschaft, der Nachricht oder des Telegramms entsprechend oft
wiederholt werden kann.
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Je mehr Datenbytes verwendet werden,
desto häufiger
kann dieses Muster darin vorhanden sein und desto besser kann darauf
gefiltert werden. Die eingesetzten Datenmuster können beliebig geartet sein
und zeichnen sich lediglich durch die häufige Wiederholung gleicher
Bitphasen aus. Zum Filtern derartiger Datenmuster können sowohl
an sich bekannte analoge Schaltungen als auch an sich bekannte digitale
Schaltungen eingesetzt werden.
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Gemäß einer besonders erfinderischen
Weiterbildung des vorliegenden Verfahrens wie auch des vorliegenden
Systems kann auch ein Übergang
vom Teilnetzbetrieb in den Gesamtnetzbetrieb erfolgen, wenn auf
dem System für
einen Zeitraum, der größer als
ein kritischer Zeitraum von definierbarer oder einstellbarer Länge ist,
ein Signalruhepegel und/oder keine Änderung im Signalpegel festgestellt
wird.
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In bevorzugter Weise wird der kritische
Zeitraum größer als
der zeitliche Abstand zwischen den einzelnen Botschaften, Nachrichten
oder Telegrammen des Datenverkehrs auf dem System gewählt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung werden
von mindestens einem der am Teilnetzbetrieb teilnehmenden Knoten
und/oder von mindestens einem der am Teilnetzbetrieb teilnehmenden Teilnehmer
in zyklischen zeitlichen Abständen,
die kleiner als der kritische Zeitraum sind, Botschaften, Nachrichten
oder Telegramme versendet.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
schließlich die
Verwendung eines Verfahrens gemäß der vorstehend
dargelegten Art und/oder mindestens eines Systems gemäß der vorstehend
dargelegten Art in der Automobilelektronik, insbesondere in der
Elektronik von Kraftfahrzeugen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Wie bereits vorstehend erörtert, gibt
es verschiedene Möglichkeiten,
die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten
und weiterzubilden. Hierzu wird einerseits auf die den Ansprüchen 1 und
4 nachgeordneten Ansprüche
verwiesen, andererseits werden weitere Ausgestaltungen, Merkmale
und Vorteile der vorliegenden Erfindung nachstehend anhand der durch
die 1 bis 3 veranschaulichten exemplarischen
Implementierung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
näher erläutert.
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Es zeigt:
- 1 in schematischer Blockdarstellung
ein Ausführungsbeispiel
für ein
System gemäß der vorliegenden
Erfindung;
- 2 in schematischer
Darstellung ein Ausführungsbeispiel
für ein
definiertes, im restlichen laufenden Datenverkehr nicht auftretendes
Signalpegelmuster beim verfahrensmäßigen Übergang des Systems aus 1 vom Zustand des Teilnetzbetriebs
in den Zustand des Gesamtnetzbetriebs; und
- 3 in schematischer
zeitlicher Abfolge ein Ausführungsbeispiel
für einen Übergang
des Systems vom Zustand des Teilnetzbetriebs in den Zustand des
Gesamtnetzbetriebs.
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Bester Weg zur
Ausführung
der Erfindung
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1 zeigt
eine für
C[ontroller]A[rea]N[etwork]-Anwendungen in der Automobilelektronik, nämlich in
der Elektronik von Kraftfahrzeugen, vorgesehene exemplarische Implementierung
für ein
seriell vernetztes CAN-System 100.
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Dieses seriell vernetzte System 100 weist fünf Teilnehmer 30, 32, 34, 36, 38 auf,
die über
einen jeweiligen zugeordneten Knoten 20, 22, 24, 26, 28 an einen
seriellen CAN-Datenbus 10 angeschlossen sind
und die beispielsweise als Systemchipeinheit (gegebenenfalls einschließlich Transceivereinheit) oder
als Mikrocontrollereinheit, etwa als Applikationscontrollereinheit
oder als Protokollcontrollereinheit, ausgebildet sind.
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Von diesen fünf Teilnehmern 30, 32, 34, 36, 38 befinden
sich nun zwei Teilnehmer 32, 38 in einem Zustand
mit geringer Stromaufnahme, in dem diese beiden Teilnehmer 32, 38 durch
die Signalpegel des Datenverkehrs auf dem System 100 nicht
angesprochen und demzufolge auch nicht aktiviert werden; durch die
restlichen drei aktiven Teilnehmer
30, 34, 36 wird
ein Teilnetzbetrieb T definiert, das heißt die drei Teilnehmer 30, 34, 36 kommunizieren
miteinander (dies ist durch den Doppelpfeil zwischen dem aktiven
Teilnehmer 30 und dem aktiven Teilnehmer 34 sowie
durch den Doppelpfeil zwischen dem aktiven Teilnehmer 34 und
dem aktiven Teilnehmer 36 versinnbildlicht) und werden
durch die Signalpegel des Datenverkehrs auf dem System 100 angesprochen.
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Das System 100 wird nun
vom laufenden Teilnetzbetrieb T (= "schlafende" Knoten 22, 28 bzw. "schlafende" Teilnehmer 32, 38)
sofort und ohne Ruhephase in einen Gesamtnetzbetrieb G, in dem alle Knoten 20, 22, 24, 26, 28 bzw.
alle Teilnehmer 30, 32, 34, 36, 38 durch
die Signalpegel des Datenverkehrs auf dem System l00 angesprochen
werden, überführt, indem
ein besonderes Wecktelegramm (vgl. 2)
zum Einsatz gelangt.
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Diese "globale Weckbotschaft" bzw. dieses "globale Wecktelegramm" verwendet das gleiche
nominale Pegelschema, zeichnet sich jedoch durch eine besondere
Bitfolge aus, die im normalen Kommunikationsbetrieb nicht vorkommt
und die im Datenfeld einer beliebigen Botschaft, einer beliebigen Nachricht
oder eines beliebigen Telegramms frei definiert werden kann.
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In diesem Zusammenhang können die
sich im Zustand mit geringer Stromaufnahme befindlichen Teilnehmer 32, 38 des
seriell vernetzten Systems 100 den laufenden Datenverkehr
auf dem CAN-Systembus 10 auf ein kontinuierliches symmetrisches
Datenmuster hin untersuchen und das Erkennen dieses symmetrischen
Datenmusters als Weckereignis interpretieren.
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Als besonders geeignete Bitfolge
ist ein symmetrisches Datenmuster 62 oder 64 vorgesehen,
das sich an mindestens einen beliebigen Identifier 60 (Adresse/Header)
anschließt
und das mit einfachen Mitteln von einer einfachen Hardware, und
zwar auch ohne den Aufwand eines Protokollcontrollers, erkannt werden
kann.
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Damit besteht ein entscheidender
Vorteil darin, dass das verwendete Protokoll nicht bitgenau verfolgt
werden muss und dass weiterhin kein besonderer Botschaftsidentifier
(Adresse/Header) eingesetzt werden muss, sondern dass vielmehr ein
beliebiger Botschaftsidentifier 60 (Adresse/Header) verwendet
werden kann; es genügt
die Erkennung eines symmetrischen Musters (sogenanntes "pattern"), das im Datenfeld
der Botschaft, der Nachricht oder des Telegramms entsprechend oft
wiederholt werden kann.
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Je mehr Datenbytes verwendet werden,
desto häufiger
kann dieses Muster darin vorhanden sein und desto besser kann darauf
gefiltert werden. Die eingesetzten Datenmuster können beliebig geartet sein
und zeichnen sich lediglich durch die häufige Wiederholung gleicher
Bitphasen aus. Zum Filtern derartiger Datenmuster können sowohl
an sich bekannte analoge Schaltungen als auch an sich bekannte digitale
Schaltungen eingesetzt werden.
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Alternativ oder in Ergänzung hierzu
kann das System 100 auch vom Teilnetzbetrieb T in den Gesamtnetzbetrieb
G überführt werden,
indem auf dem System 100 für einen Zeitraum Δt ein Signalruhepegel 50,
das heißt
im speziellen keine Änderung
im Signalpegel festgestellt wird (= sogenannte Ruhephase); dieser
Zeitraum der Ruhephase Δt
ist größer als ein
kritischer Zeitraum Δtk von definierbarer und einstellbarer Länge.
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Andererseits wird dieser kritische
Zeitraum Δtk wiederum größer als der zeitliche Abstand Δtd zwischen den einzelnen Botschaften, Nachrichten und
Telegrammen des Datenverkehrs auf dem System 100 eingestellt,
so dass die normalen zeitlichen Lücken Δtd zwischen
den Botschaften, Nachrichten und Telegrammen des Teilnetzbetriebs
T nicht ausreichen, um ein Ende des Teilnetzbetriebs T zu detektieren.
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Dementsprechend versenden die Knoten 20, 24, 26 bzw.
die Teilnehmer 30, 34, 36 während des Teilnetzbetriebs
T in zyklischen zeitlichen Abständen, die
kleiner als der kritische Zeitraum Δtk sind,
Botschaften, Nachrichten und Telegramme, um sicherzustellen, dass
die "selektiv schlafenden" Knoten 22, 28 oder
die "selektiv schlafenden" Teilnehmer 32, 38 während des
Teilnetzbetriebs T nicht geweckt werden.
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Zusammenfassend lässt sich also konstatieren,
dass das anhand 2 veranschaulichte
Verfahren das Implementieren eines Teilnetzbetriebs T innerhalb
eines seriellen Bussystems 10 ermöglicht. Teile (= "selektiv schlafende" Knoten 22, 28 bzw. "selektiv schlafende" Teilnehmer 32, 38)
des in 1 gezeigten vernetzten
Systems 100 können
in einem Zustand mit reduzierter Stromaufnahme bleiben, wohingegen
andere Teile (= "aktive" Knoten 20, 24, 26 bzw. "aktive" Teilnehmer 30, 34, 36)
im Teilnetzbetrieb T miteinander kommunizieren und die Teile im Zustand
der reduzierten Stromaufnahme nicht aufwecken.
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Um nun diese "schlafenden" Knoten 22, 28 bzw. "schlafenden" Teilnehmer 32, 38 aufzuwecken, wird
ein entsprechend gestaltetes symmetrisches Datenmuster 62, 64 (vgl. 2) innerhalb beliebiger Botschaften,
Nachrichten oder Telegramme eingesetzt, um die "schlafenden" Knoten 22, 28 bzw.
die "schlafenden" Teilnehmer 32, 38 ohne
die Notwendigkeit einer zeitlichen Ruhephase Δt des Bussystems (= keine Kommunikation) "aufzuwecken".
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Alternativ oder in Ergänzung hierzu
kann eine bestimmte Zeitspanne Δt > Δtk ohne
Kommunikation auf dem Datenbus 10 dazu genutzt werden, um
ein Aufwecken dieser "schlafenden" Knoten 22, 28 bzw. "schlafenden" Teilnehmer 32, 38 durch
eine normale Botschaft, Nachricht oder Telegramm zu ermöglichen;
Kriterium für
das Ansprechen sämtlicher Knoten 20, 22, 24, 26, 28 bzw.
sämtlicher
Teilnehmer 30, 32, 34, 36, 38 am
Datenbus 10 ist also, dass zuvor eine Ruhephase Δt des Bussystems
vorlag, die größer als
der einstellbare kritische Zeitraum Δtk ist.
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- 100
- seriell
vernetztes System, insbesondere serielles Datenbussystem
- 10
- Datenbus,
insbesondere C[ontroller-]A[rea]N[etwork]-Bus
- 20
- erster
Knoten des Systems 100
- 22
- zweiter
Knoten des Systems 100
- 24
- dritter
Knoten des Systems 100
- 26
- vierter
Knoten des Systems 1002
- 28
- fünfter Knoten
des Systems 100
- 30
- erster
Teilnehmer des Systems 100
- 32
- zweiter
Teilnehmer des Systems 100
- 34
- dritter
Teilnehmer des Systems 100
- 36
- vierter
Teilnehmer des Systems 100
- 38
- fünfter Teilnehmer
des Systems 100
- 40
- erster
Signalpegel auf Datenbus 10
- 42
- zweiter
Signalpegel auf Datenbus 10
- 44
- dritter
Signalpegel auf Datenbus 10
- 46
- vierter
Signalpegel auf Datenbus 10
- 48
- fünfter Signalpegel
auf Datenbus 10
- 50
- Signalruhepegel
auf Datenbus 10
- 60
- Identifier
(Adresse/Header)
- 62
- erstes
symmetrisches Datenmuster
- 64
- zweites
symmetrisches Datenmuster
- G
- Gesamtnetzbetrieb
- T
- Teilnetzbetrieb
- Δt
- Zeitraum
- Δtd
- zeitlicher
Abstand
- Δtk
- kritischer
Zeitraum