DE19514696A1 - Anordnung zur Beseitigung von Störungen bzw. zur Ermöglichung einer Hochgeschwindigkeitsübertragung in einer seriellen Bus-Schaltung sowie mit letzterer verbundene Sende- und Empfangsgeräte - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Beseitigung einer Störung oder von Störungen in einer Serienschaltung, mit der Sende- und Empfangsgeräte verbunden sind. Als Ergänzung oder Alternative kann die Erfindung eine Hochgeschwindigkeitsübertragung zwischen den Geräten oder deren Gruppen ermöglichen. Die Schaltung arbeitet in diesem Falle vermittels Digitalübertragung. Die Schaltung kann einen von zwei Signalzuständen einnehmen, von denen der erste Signalzustand, der durch eine Null dargestellt werden kann, über den zweiten Signalzustand dominiert, der in diesem Falle durch eine Eins dargestellt werden kann. Jedes Sende- und Empfangsgerät ist so aufgebaut, daß es Mithör- und Sendestellung einneh­ men kann, und jedes Gerät ist zusätzlich so ausgelegt, daß es beim Zugriff zur Schaltung mit einer gewissen Form von Anschlußfunktion arbeiten kann. In diesem Zusammenhang können die auf Zeitsteuerung beruhenden Protokolle oder ein sogenanntes Verkettungsprotokoll (bzw. Protokoll einer seriellen Prioritätsschaltung) oder eine Entscheidungsfunktion erwähnt werden. In letzterem Falle sendet das betreffende Gerät ein Signal in Übereinstimmung mit dem zweiten Zustand aus oder hört mit. Wenn das Gerät in dieser Mithörstellung kein dominierendes Signal während eines vorher festgelegten Zeitraumes empfängt, in dessen Verlauf der zweite Zu­ stand/Impuls andauert, ist der Zugang erreicht. Wenn dagegen das Gerät das obenerwähnte dominierende Signal oder den Impuls empfängt, der die Anzeige der Tatsache darstellt, daß ein anderes Sende- und Empfangsgerät Zugang erhalten hat bzw. gerade an dem Punkt ist, wo es Zugang zur Schaltung erlangt, kehrt das zuerst erwähnte Gerät in seine Mithörstellung zurück. Sobald der Zugang erreicht ist, hat das entsprechende Sende- und Empfangsgerät die Möglich­ keit, über die Schaltung Informationen an die betreffenden anderen Sende- und Empfangsgerä­ te, an das Hauptgerät (steuerndes Gerät) oder an ein anderes Gerät zusammen mit Steuerdaten zu übermitteln. Das Sende- und Empfangsgerät, um das es hier geht, erhält über die Schaltung ein dominierendes Bestätigungssignal (Quittungszeichen), d. h. eine Null, von dem entspre­ chenden Gerät oder von einem Gerät, das die Information empfängt.

Hochgeschwindigkeitsübertragung über große Entfernungen unter Verwendung von Systemen, die in Übereinstimmung mit der Datenübertragungsvorschrift arbeiten, ist schon bekannt und kann auf Schaltungszugriff entsprechend der in der Einleitung erwähnten Zugriffsfunktion - bitweise Entscheidung - beruhen. Ein Verfahren zur Lösung des Problems der Kollisionen auf den Datenübertragungsmedien oder eine Datenübertragungsschaltung für die Seriendatenüber­ tragung, z. B. eine elektrische Zweidraht Bus, ist die obenerwähnte Entscheidungsfunktion. Ein wohlbekanntes Beispiel dafür ist das System, das entsprechend dem CAN-Datenübertra­ gungsprotokoll arbeitet, das von der deutschen Firma "ROBERT BOSCH GmbH" entwickelt worden ist.

In der Industrie ist es oft der Fall, daß die Sende- und Empfangsgeräte räumlich (physisch) gruppiert werden, und daß diese Gruppen sich über große Entfernungen voneinander befinden. In diesem Zusammenhang werden einige Meter als kurze Entfernungen und einige hundert Meter bis zu einem Kilometer und mehr als große Entfernungen verstanden.

Ein anderes wohlbekanntes Verfahren für die Regelung des Zugangs zum Datenübertragungs­ medium in Datenübermittlungsleitungen ist das Token-Passing. Das Gerät, das in diesem Falle das Token hat, hat auch den Zugang zum Medium oder zur Schaltung. Nach der Übertragung ist das Token frei und andere Geräte können Zugang zum erwähnten Token erlangen. Es gibt auch andere Verfahren für das Zuweisen des Zugangs zu einem Übertragungsmedium. In die­ ser Hinsicht können die Schlitz-Bus, die Zeitteilung usw. erwähnt werden, die durchschnittli­ chen Fachleuten wohlbekannt sind.

Eine andere wohlbekannte Struktur zur Lösung von Problemen im Zusammenhang mit der Datenübertragung zwischen Gruppen über große Entfernungen voneinander ist die sogenannte Busbrückenfunktion. Sie ist gekennzeichnet von der Tatsache, daß es in jeder Gruppe ein Ge­ rät gibt, das sowohl mit der örtlichen Basisgruppe als auch mit einem entsprechenden Gerät in der anderen Gruppe verbunden ist. Das Brückengerät sammelt Informationen aus dem örtli­ chen Bus, die an den anderen Bus gehen sollen, und übermittelt sie an das Brückengerät in der anderen Gruppe, das die Informationen auf den örtlichen Bus verteilt.

Es besteht Bedarf an der Fähigkeit, das obenerwähnte CAN-Systemprotokoll weiterzuentwic­ keln. Das bekannte System bedeutet, daß die Datenübertragungsgeschwindigkeit von der Ent­ fernung zwischen den Sende- und Empfangsgeräten abhängt, die am weitesten voneinander entfernt sind. Das ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß alle miteinander in Verbindung stehenden Sende- und Empfangsgeräte die Bestimmung des Wertes des aufgeprägten Signals zusammen mit den Zugangs- und Quittungsfunktionen aufschieben müssen, damit das in Frage kommende Signal Zeit hat, sich bis zum am weitesten entfernten Sende- und Empfangsgerät auszubreiten und wieder zurückzukehren, was zu Auswirkungen führt, die die Datenübertra­ gungsgeschwindigkeit einschränken. Die Erfindung zielt darauf ab, unter anderem dieses Pro­ blem zu lösen.

In dem bekannten Vorgang zur Bestätigung (Quittierung) der übermittelten Nachricht sendet der Sender ein rezessives Signal aus, nachdem die Daten und ein Prüfkode an den entsprechen­ den Empfänger übermittelt worden sind. Wenn der letztere befindet, daß der Empfänger die Nachricht korrekt verarbeitet hat, sendet der in Frage kommende Empfänger ein dominieren­ des Signal auf der Schaltung aus und der Sender weiß, daß die Nachricht korrekt durchgelau­ fen ist. Wenn ein Sende- und Empfangsgerät die Nachricht als inkorrekt interpretiert, sendet das obenerwähnte Gerät ein Fehlersignal, bestehend aus dominierenden Signalen, aus. Die Er­ findung wird in dieser Schaltung verwendet werden können und löst auch dieses Problem.

Die Datenübertragungsgeschwindigkeit sollte sogar über größere Entfernungen aufrechterhal­ ten werden können und sollte nicht auf die Gesamtlänge der Übertragungsverbindung be­ schränkt sein. Die Erfindung löst auch dieses Problem.

Die bekannten Entscheidungsverfahren hinsichtlich des Zugangs zum Übertragungsmedium sowie die Bestätigungsverfahren, die bisher beschrieben worden sind, und die in dem bekann­ ten CAN-System angewendet werden, haben auch viele Vorzüge, die erhalten zu können, wünschenswert und erforderlich ist. Durch die Erfindung ist es möglich, die Grundstruktur des CAN-Systems (Protokoll) zu benutzen und die obenerwähnten Mängel, die darin bestehen, daß die Bandbreite sich bei Übertragungen über eine größer gewordene Entfernung verringert, noch zu überwinden.

Die Erfindung gewährleistet, daß Sende- und Empfangsgeräte, die auf eine falsche Frequenz eingestellt sind, keinen Zugang zu dieser Verbindung erhalten und daran gehindert werden, die Verbindung zwischen den Geräten zu beeinträchtigen, die auf die richtige Frequenz abgestimmt sind.

Außerdem wird es möglich sein, daß Hauptfunktionen in das System eingebaut werden, und daß höhere Protokolle so angelegt werden, daß sie fehlerhaft übermittelte Nachrichten korri­ gieren können.

Die Erfindung wird es auch ermöglichen, daß Einzelteile für die in Frage kommenden Systeme von unterschiedlichen Herstellern produziert werden können. Somit werden die Systemkon­ strukteure in der Lage sein, Systemstruktur und Systemfunktionen auszuarbeiten, unabhängig von den Herstellern der Einzelteile für die obenerwähnten Sende- und Empfangsgeräte, Ver­ zweigungspunkte, Leiterplatten usw.

Die Erfindung schlägt unter anderem vor, daß einer Gruppe, bestehend aus mindestens zwei Sendegeräten und zwei Empfangsgeräten, ein Exklusivzugang zum Übertragungsmedium zu­ gewiesen wird, während alle anderen Sender und Empfänger mithören können. Auf diese Wei­ se ist die erwähnte Bandbreite nur auf die Entfernung im Bereich der in Frage kommenden Gruppe beschränkt, die als eine Hauptgruppe mit Untergruppen aktiver Sende- und Empfangs­ geräte angesehen werden kann. Verschiedene Geräte innerhalb der Hauptgruppe können Zu­ gang zum Medium oder zur Schaltung durch Entscheidung (Arbitration) erlangen. Die der Gruppe angehörende Geräte fuhren die Signalgebung über Bestätigung (Quittierung) oder Fehler ausgehend davon durch, ob der Sender und Empfänger die Nachricht als korrekt oder inkorrekt interpretiert hat. Eine derart aktivierte Gruppe wird hier als eine aktive Gruppe be­ zeichnet. Andere Hauptgruppen kommen zur Interpretation der gleichen Nachricht und zur Durchführung der gleichen Prüfung, aber sie senden kein Fehlersignal über das Medium aus, wenn sie die Nachricht als inkorrekt interpretieren. Die zuletzt erwähnten Hauptgruppen wer­ den hier als passive Hauptgruppen klassifiziert. Wenn irgendein Gerät in den passiven Haupt­ gruppen eine Nachricht als inkorrekt interpretiert, so kann in einer Ausführungsform diese In­ formation auf einer höheren Protokollebene behandelt werden, d. h. das Sende- und Empfangs­ gerät sendet kein Fehlersignal über das Übertragungsmedium aus, wenn der Fehler sich auf eine frühere passive Periode bezieht, als es aufgehört hatte, aktiv zu sein. Diese Ausführungs­ form der Erfindungskonzeption bietet die Anwendung einer Vielzahl von Verfahren an, die per se für die Fehlerauswertung auf einer höheren Protokollebene bekannt sind, und die optimale Anwendung dieser Methoden hängt von den Systemanforderungen ab.

In einer Ausführungsform werden die in der Einleitung erwähnten Probleme gelöst, unter ande­ rem durch die Verwendung einer Brückengerätefunktion, in der der in Frage kommende Bus für beide einbezogene Untergruppen gemeinsam zur Verfügung steht. In jeder Hauptgruppe hat ein Gerät einen höheren Rang als die anderen Geräte und kann diese daran hindern, über den Bus zu senden. Solch ein höhergestelltes Gerät ist somit mit einer steuernden Funktion versehen oder als ein Hauptgerät ausgelegt. Aufgrund der Tatsache, daß jedes Hauptgerät wechselweise seiner Gruppe das Übertragen gestattet, kann die Verbindung mit einer Brand­ breite gehalten werden, die von der Entfernung zwischen den am weitesten voneinander ent­ fernten Sende- und Empfangsgeräten innerhalb einer Hauptgruppe bestimmt wird. In einer Ausführungsform befiehlt das Hauptgerät seiner Hauptgruppe durch eine spezielle, über den Bus übertragene Nachricht, eine passive Stellung einzunehmen. Sobald das Hauptgerät in der anderen Hauptgruppe diese Nachricht erhält, befiehlt es seiner Hauptgruppe, eine aktive Stel­ lung einzunehmen. Um in der Lage zu sein, die Nachricht über den Übergang von einer passi­ ven zu einer aktiven Stellung zu übermitteln, ist das Hauptgerät mit zwei Sende- und Emp­ fangsgeräten ausgestattet, wobei das eine Gerät die Aufgabe hat, zu prüfen, ob die Nachricht von dem anderen Gerät korrekt auf dem Medium erscheint. Das andere Gerät quittiert dann die Nachricht in der herkömmlichen Art und Weise.

In einer Ausführungsform können alle Geräte so ausgelegt werden, daß sie nur innerhalb einer Hauptgruppe miteinander in Verbindung treten. In diesem Falle müssen die Geräte über die Fähigkeit verfügen, zu der obenbeschriebenen passiven Stellung zu wechseln. In gewissen Fäl­ len kann es auch ein Vorteil sein, wenn das obenerwähnte Gerät, sobald es in die aktive Stel­ lung wechselt, genau angibt, ob es während des vorhergehenden passiven Zustandes irgendei­ ne Nachricht als inkorrekt interpretiert hat. Nur die Hauptgeräte benötigen ein Fehlerauswer­ tungsprotokoll auf höherer Ebene, um Fälle zu regeln, wo eine Gruppe eine Nachricht als kor­ rekt interpretiert, während die andere Gruppe sie als inkorrekt interpretiert. Wenn jede Gruppe über ein Fehlerauswertungsprotokoll und Medienzugangsprotokoll (z. B. vom Typ Token- Passing) verfügt, sind keine Hauptgeräte (steuernden Geräte) erforderlich.

In einer weiteren Ausführungsform wird die obenerwähnte Brückengerätefunktion verwendet. In heutigen Anwendungen, z. B. beim CAN-Systemprotokoll, ist die Übertragungsgeschwin­ digkeit durch die Entfernung beschränkt, ungeachtet der Tatsache, daß es eine einfache Sache ist zu gewährleisten, daß eine Nachrichtenkollision nicht vorkommen kann, da vorausgesetzt wird, daß die Quittierungsprozedur (der Bestätigungsvorgang) innerhalb eines bestimmten Zeitraumes stattfindet. Die Erfindung bietet die Lösung an, die Brückengeräte mit zwei Sende- und Empfangsgeräten auszustatten. Diese Geräte befinden sich dicht beieinander (einige weni­ ge Zentimeter), und die Verzögerung zwischen diesen Geräten wird nicht mehr durch die räumliche Entfernung sondern durch interne Verzögerungen dominiert, die im wesentlichen rechentechnischer Natur sind. Mit guter Kabelqualität und Standardbauteilen, die vorgesehen sind für diesen Zweck, z. B. Philips 82C200 CAN CONTROLLER, ist es möglich, die Nach­ richt in Übereinstimmung mit dem CAN-Protokoll zu übertragen, wobei eine Bitübertragungs­ geschwindigkeit von 1,6 Mhz über Entfernungen, die weit über einem Kilometer gehen, mög­ lich ist. Diese Tatsache erhöht die Übertragungsbandbreite wesentlich. Ausgehend von gegen­ wärtigen Verfahrenstechniken liegt sie bei ca. 50 kHz auf einer Entfernung von 1 km. Somit erhöht sich die Bandbreite um einen Faktor 32.

In Übereinstimmung mit dem obengesagten besteht das Leistungsmerkmal, das prinzipiell als Charakteristikum der neuen Anordnung angesehen werden kann, unter anderem darin, daß in dem besagten System nur die festgelegten oder ausgewählten Sender und Empfänger, die auf einer Strecke liegen, die vor allem wesentlich kürzer ist als die Gesamtlänge der Schaltung, aktiviert werden, um in der Lage zu sein, in Übereinstimmung mit einer der folgenden Alterna­ tiven oder mit beiden zu übertragen:

• - entweder werden die dominierenden Signale bzw. Impulse sowohl von den Zugriffs- als auch von den Bestätigungsfunktionen beeinflußt,
• - bzw. das dominierende Signal oder die Signale werden nur von der Bestätigungsfunk­ tion oder den Bestätigungsfunktionen beeinflußt.

Andere in das System einbezogene Sende- und Empfangsgeräte werden daran gehindert, das besagte dominierende Signal oder die Signale zu übertragen, sind aber so angeordnet, daß sie auf der Busschaltung eine Mithörstellung einnehmen können.

Eine gegenwärtig angebotene Ausführungsform einer Anordnung, die die Leistungsmerkmale hat, die charakteristisch für die Erfindung sind, werden weiter unten beschrieben unter Hinweis auf die beigefugten Zeichnungen, die folgendes darstellen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Busschaltung sowie Sende- und Empfangsgeräte, die in Gruppen mit dieser Busschaltung verbunden sind,

Fig. 2 gleichfalls in Form eines Schaltbildes und in einem vergrößerten Maßstab Teile des Sy­ stems gemäß Fig. 1,

Fig. 3 in Form eines Schaltbildes die Übertragung vermittels einer einzigen optischen Übertra­ gungsstrecke,

Fig. 4 die Anwendung der Erfindung auf eine Brückenschaltung, und

Fig. 5-10 in Form von Blockschaltbildern und Impulsschemata das Prinzip der Bitstruktur des Entscheidungssystems usw.

Da es Ziel der vorliegenden Erfindung ist, das per se bekannte CAN-Fernmeldesystem erheb­ lich zu verbessern, werden die grundlegenden Funktionen, mit denen dieses System betrieben wird, hier erörtert werden.

Das System basiert auf einem seriellen elektrischen Zweidraht-Nachrichtenbus (C-Bus). Eine übermittelte Null dominiert über einer übermittelten Eins. NRZ-Verfahren (Ohne-Rückkehr­ zu-Null-Aufzeichnung), d. h. wenn verschiedene identische Zeichen übertragen werden, wird der Pegel auf dem Bus nicht verändert. Unter normalen Bedingungen wird ein Maximum von fünf identischen Zeichen in einer Reihe übertragen. Wenn die übertragene Nachricht mehr als fünf identische Zeichen in einer Reihe beinhaltet, so fügt das Sende- und Empfangsgerät ein entgegengesetztes Extrazeichen ein. Wenn keine Übertragung stattfindet, stellt der Bus eine fortlaufende Übertragung von Einsen dar. Sobald ein Gerät übertragen möchte, zählt es zuerst eine Reihe von Einsen, d. h. der Bus ist frei, und überträgt dann eine Null, den sogenannten Rahmenstart. Alle Geräte, die gerade beabsichtigt haben, eine Übertragung zu beginnen, lügen diese Null hinzu und bringen sich auf diese Weise auf Gleichlauf zu diesem Zeichenmuster. Alle Geräte lesen den Bus, d. h. auch diejenigen, die gerade übertragen. Wenn ein Sender eine Eins überträgt, aber eine Null liest, zieht er die Schlußfolgerung, daß ein Teilnehmer mit einer höhe­ ren Priorität zur gleichen Zeit eine Übertragung durchführt. Auf diese Weise bleibt schließlich nur ein Sender übrig. Sobald das Entscheidungsfeld oder -stadium vorüber ist, zeigt der Sender an, wieviele Bytes er übertragen wird. Nachdem sie übertragen worden sind, tritt ein Prüfsum­ men auf. Alle Empfänger berechnen parallel das entsprechende Summen. Nachdem der Emp­ fänger das Prüfsummen übertragen hat, überträgt er eine Eins. Alle Empfänger, die das gleiche Summen erreicht hat, übertragen eine Null. Der Sender versteht dann, daß zumindest ein Teil­ nehmer mitgehört und verstanden hat, und daß niemand denkt, daß es inkorrekt war. In solch einem Falle hätte es einen Fehlerrahmen gesendet, bestehend aus sechs Nullen, d. h. entgegen der Regel in bezug auf fünf identische Zeichen in einer Reihe. Aus dem obengesagten geht her­ vor, daß ein ausgehendes Zeichen so lange bleiben muß, wie ein Sende- und Empfangsgerät braucht, das Zeichen über den Bus auszusenden, damit das Zeichen auf dem Bus bis zum am weitesten entfernten Sende- und Empfangsgerät im System, multipliziert mal zwei, übertragen wird. Um zu gewährleisten, daß der Bus frei ist, d. h. um eine Entscheidung unnötig zu machen, wird z. B. einfach ein auf einem Zeitplan beruhendes Protokoll oder ein Verkettungsprotokoll (bzw. Protokoll einer seriellen Prioritätsschaltung) verwendet. Nach dem obengesagten ist das Problem das Bestätigungsverfahren, und zwar, daß die Bestätigungsnull den Sender vom am weitesten entfernten Gerät erreichen wird, während der Sender immer noch eine Eins über­ trägt. Die Erfindung löst dieses Problem, indem die Sende- und Empfangsgeräte in Gruppen davon abgehalten werden, Nullen auszusenden. Die Tatsache, daß die Bestätigungsnull zwi­ schen Gruppen nicht übertragen wird, und daß die Entscheidung zwischen Gruppen nicht stattfindet, bedeutet, daß die Verbindung zwischen Gruppen auf einer einzigen optischen Übertragungsstrecke oder per Funk übertragen werden kann. Ein Vorzug des Verfahrens in Übereinstimmung mit dem zuletzt erwähnten Prinzip besteht darin, daß am Protokoll so wenig geändert wird. Die aktuelle Kodierung des Inhalts der Nachricht muß überhaupt nicht verän­ dert werden, und der größere Teil des CAN-Protokolls wird in normaler Weise ausgeführt, z. B. die unterschiedlichen Steuerfunktionen. Im Text weiter oben ist von der Annahme ausge­ gangen worden, daß alle Geräte mit der gleichen Bitübertragungsgeschwindigkeit übertragen. Es wird leicht aus dem obengesagten zu ersehen sein, daß ein Fehler auftritt, wenn irgendein Gerät mit einer anderen Bitübertragungsgeschwindigkeit überträgt. Zum Beispiel, wenn ir­ gendein Gerät eine Bitübertragungsgeschwindigkeit benutzt, die geringer ist als ein Sechstel der Geschwindigkeit der anderen, so wird eine von diesem Gerät übertragene Null von allen anderen als ein Fehlerrahmen interpretiert werden. Diese Situation wird durch die Erfindung verhindert, und zwar auf Grund der Tatsache, daß keinem Verzweigungspunkt in einer Gruppe erlaubt wird, eine Null zu übertragen, solange er kein klares Signal von seinem Hauptgerät erhalten hat. Wenn ein Gerät auf die falsche Bitübertragungsgeschwindigkeit eingestellt wor­ den ist, wird es niemals vom Hauptgerät Nachrichten empfangen können. Die der Erfindung zugrunde liegende räumliche Anordnung kann zur Lösung des Problems in Übereinstimmung mit der zuletzt erwähnten Konsequenz nur dann verwendet werden, wenn die Entfernungen kein Problem darstellen.

Die Erfindung ermöglicht beim CAN-Protokoll eine höhere Übertragungsgeschwindigkeit als die Geschwindigkeit, die von der genauen Beschreibung des Protokolls angezeigt wird, und sie verhindert, daß CAN-Geräte mit einer inkorrekt eingestellten Bitübertragungsgeschwindigkeit die Übertragung bei jenen Geräten stören, wo die Bitübertragungsgeschwindigkeit korrekt eingestellt worden ist. Verzögerungen bei üblicherweise vorkommenden Voreilungen für CAN betragen 5 Nanosekunden pro Meter. Ein typischer Wert für eine Verzögerung bei einer CAN- Steuereinheit beträgt gegenwärtig 10 ns, der einer Zweimeter-Voreilung entspricht. Die Ver­ zögerung in dem Bustreiberschaltkreis beträgt ca. 80 ns, die 16 Meter entsprechen. Bei der Erfindung und einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung wird nur die Verzögerung in der CAN- Steuereinheit bemessen, da die Entfernung zwischen Sende- und Empfangsgerät 1 und 2 nur ca. ein cm beträgt und die Bestätigung vor dem Treiber stattfinden kann. D. h. eine Bitübertra­ gungsgeschwindigkeit von 100 Mhz müßte vom Standpunkt der Verzögerung her möglich sein. Gegenwärtig sind Steuergeräte von "Philips" für 1,6 Mhz ausgelegt, aber es ist technisch möglich, wesentlich schnellere Chips herzustellen.

In Fig. 1 ist eine Bus-Schaltung mit 1 bezeichnet. Mit der Schaltung 1 sind die aus Sende- und Empfangsgeräten bestehenden Hauptgruppen 2 und 3, die in die Untergruppen 4, 5, 6 sowie 7, 8, 9, 10 unterteilt sind, verbunden. Gemäß der Erfindung werden die Hauptgruppen einzeln aktiviert, während die anderen oder übrigen Hauptgruppen passiv bleiben. Die Anzahl der Un­ tergruppen kann variieren und jede Untergruppe kann ein oder mehrere Sende- und Empfangs­ geräte umfassen.

Entsprechend Fig. 2 kann die Bus-Schaltung aus einer Zweidraht-Schaltung mit den Abzwei­ gungen 1a und 1b zusammengesetzt werden. Der Empfänger 4′ dient als Hauptgerät (vergleiche das Gerät 4 in Fig. 1). Das Hauptgerät ist ausgestattet mit zwei Sende- und Emp­ fangsgeräten 4a, 4b sowie einer Datensteuerungseinheit 11, die aus einer Mikrosteuerungsein­ heit besteht. Das Hauptgerät 7′ (das Gerät 7 in Fig. 1) ist genauso konstruiert wie das Haupt­ gerät 4′. Die Geräte, die nicht die Funktion eines Hauptgerätes in der entsprechenden Haupt­ gruppe haben, können eine Konfiguration wie das Gerät 8′ haben, d. h. nur ein Sende- und Empfangsgerät mit angeschlossener Mikrosteuereinheit 12. Die erwähnten Geräte 4-10, 4′, 7′ und 8′ haben eine Struktur, die per se bekannt ist, und in dieser Hinsicht kann auf die Struktur des obenerörterten CAN-Systems verwiesen werden.

Fig. 3 zeigt die Hauptgruppen 13 und 14, wobei nur das Hauptgerät 15 in der Gruppe 13 ge­ zeigt wird. Die Bus-Schaltung ist hier gekennzeichnet mit 16. In der Gruppe 14 sind das Hauptgerät 17 und das Gerät 18 dargestellt worden, vergleiche oben. Die Bus-Schaltung ist in diesem Falle mit 19 bezeichnet worden. Die Bus-Schaltungen sind über eine Lichtwellenleiter­ verbindung 20 zusammengeschaltet, die aus nur einer Glasfaserverbindung in dem abgebildeten Beispiel bestehen kann. Zwischen den Bus-Schaltungen 16, 19 und der erwähnten Glasfaser­ verbindung 20 sind die Anpassungseinheiten und möglichen Puffergeräte mit 21 und 22 be­ zeichnet.

Fig. 4 stellt ein Brückenbussystem mit den angeschlossenen Geräten 23 und 24 dar. Die letzte­ ren Geräte können aus Leiterplatten bestehen, die per se bekannt sind, und die jeweils über die Mikrosteuereinheiten 25 und 26 verfügen. Jedes Gerät ist jeweils mit seiner Hauptgruppe 27 und 28 über normale Bus-Schaltungen (CAN-Bus-Schaltverbindungen) verbunden. Die Brüc­ kenbus-Schaltung ist mit 31 gekennzeichnet. Die Verbindung zu den CAN-Schaltungen erfolgt über ein Sende- und Empfangsgerät 32 und die Verbindung zur Brückenbusschaltung erfolgt über die Sende- und Empfangsgeräte 33 und 34. Eines der zuletzt erwähnten Sende- und Empfangsgeräte hat die Aufgabe, in Übereinstimmung mit dem obengesagten das in Frage kommende Bestätigungssignal zu erkennen.

Fig. 5 stellt das Prinzip der bitweisen Entscheidung dar. In diesem Falle ist das entsprechende Sende- und Empfangsgerät jeweils mit 35 und 36 sowie die Schaltung mit 37 gekennzeichnet. Da das Prinzip per se bekannt ist, wird es hier mit keiner Einzelheit beschrieben werden.

In einer Ausführungsform hat das Hauptgerät nur ein Sende- und Empfangsmodulgerät. Sooft das Hauptgerät seine Nachricht überträgt und damit bewirkt, daß die Geräte die aktive Be­ triebsart einnehmen müssen, erhält das Hauptgerät keine Bestätigung. Es wird dann die Nach­ richt nochmals übertragen, entsprechend dem CAN-Protokoll bis zu ca. zehnmal. Sobald ein Gerät in der Gruppe die aktive Stellung einnimmt, wird es ein Bestätigungssignal abgeben. Wenn irgendein Gerät in diesem Falle in der Lage ist, innerhalb der Weiterübermittlungszeit die aktive Betriebsart einzunehmen, ist es möglich, mit dem nur mit einem Sende- und Empfangs­ gerät versehenen Hauptgerät auszukommen, das somit eine Lösung gemäß der Erfindung bil­ det.

Hinsichtlich der Bestätigungsprozedur werden auch die Fig. 6 und 7 erwähnt. Verzweigungs­ punkt 1 (= Gerät 1) sendet eine Nachricht, die gerade beendet ist. Die Stellung, wenn das Ge­ rät eine Eins sendet, während der Verzweigungspunkt (das Gerät) mit einer Null bestätigt, wird gekennzeichnet, ebenso wie die folgende Eins, die von beiden gesendet wird. Die Signal­ pegel auf dem Bus in der Nähe des Verzweigungspunktes oder des Gerätes 2 werden unten angezeigt. In Fig. 7 ist die Entfernung groß, und wir können sehen, daß der Verzweigungs­ punkt oder das Gerät 2 die Signale später erfaßt, als wenn der Verzweigungspunkt 1 die er­ wähnten Signale überträgt. Sobald Verzweigungspunkt 1 erwartet, daß Verzweigungspunkt 2 seine Eins überschreibt, liest Verzweigungspunkt 2 das letzte Zeichen. Wenn Gerät 2 dann seine Null aussendet, kommt sie zum Verzweigungspunkt 1 zu spät. Das Gerät 1 hat die Wahrnehmung, daß die Null niemals gekommen ist, während die erwartete nachfolgende Eins statt dessen Null ist, d. h. ein Fehler.

In den Fig. 8-10 stellen die verschiedenen Komponenten und Funktionen folgendes dar:

* A1 Speicher.

* A2 Informationsverarbeitung (z. B. Nec, CPU (zentrale Verarbeitungseinheit), Nec V25+CPU).

* A3 Kommunikationssteuereinheit (z. B. Philips 82C200).

* A4 Schaltungstreibereinheit (z. B. Philips 82C250).

* A5 Aktiviert-Deaktiviert-Übertragung (= Kontakt).

* A6 Elektrisch entschlüsselte Nachricht (Empfang).

* A7 Elektrisch entschlüsselte Nachricht (Senden).

* A8 Elektrisch verschlüsselte Nachricht (z. B. ISO 11898).

* A9 Eingebauter Adreß-, Daten- und Steuerbus.

* A10 Aktiviert-Deaktiviert-Übertragung.

Fig. 8 stellt die Prinzipstruktur des lokalen Systems dar. Fig. 9 zeigt an, wann die Übertragung aktiviert ist, und Fig. 10 zeigt an, wann die Übertragungen unterbrochen sind. Fig. 9 zeigt die Systemfunktion, nachdem der Verzweigungspunkt (das Gerät) die Nachricht empfangen hat, die die Übertragung von dem Verzweigungspunkt aus aktiviert bzw. hervorruft. Auf Fig. 9 hat der Verzweigungspunkt bzw. das Gerät die Nachricht erhalten, wann die Übertragung vom Verzweigungspunkt bzw. vom Gerät aus unterbrochen wird (oder umgekehrt).

Ein System kann gemäß Fig. 8 aus verschiedenen Verzweigungspunkten bestehen. Diese Ver­ zweigungspunkte werden über eine Nachrichtenverbindung (Bus oder eine andere Lagebezie­ hung) zusammengeschaltet. Beim Ingangsetzen des Systems tastet die zentrale Verarbeitungs­ einheit (CPU) den Speicher ab. Der letztere enthält unter anderem Informationen über die Po­ sition des Übertragungsunterbrechers, siehe Fig. 8, Block A5. (Der Kontakt ist entweder ge­ schlossen oder geöffnet). Ein geschlossener Übertragungsunterbrecher bedeutet, daß das Mo­ dul Nachrichten übertragen kann. Ein geöffneter Übertragungsunterbrecher bedeutet, daß es dem Modul nicht möglich ist, Nachrichten zu übertragen. Ungeachtet der Stellung des Über­ tragungsunterbrechers kann das Modul zu allen Zeiten Nachrichten empfangen. Sobald der Anlaßvorgang abgeschlossen ist, gibt es zumindest einen Verzweigungspunkt mit einem geöff­ neten Übertragungsunterbrecher sowie zumindest einen Verzweigungspunkt mit einem ge­ schlossenen Übertragungsunterbrecher. Wenn einige Verzweigungspunkte mit einem geschlos­ senen Übertragungsunterbrecher vorhanden sind, so ist im Speicher mehr Information vorhan­ den, die bestimmt, wer im System das Hauptgerät ist. Die Aufgaben des Hauptgerätes umfas­ sen unter anderem die Zuweisung der Übertragungsberechtigung und der Übertragungsverwei­ gerung für einzelne Verzweigungspunkte oder Gruppen von Verzweigungspunkten. Sobald ein Verzweigungspunkt eine Nachricht zur Übertragungsberechtigung erhält, schließt die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) ihren Übertragungsunterbrecher, siehe Fig. 9, Block A5 und A10. Das versetzt den Verzweigungspunkt in die Lage, Nachrichten zu übertragen. Auf die gleiche Weise öffnet die CPU des Verzweigungspunktes den Übertragungsunterbrecher, sobald eine Übertragungsverweigerung empfangen worden ist, siehe Fig. 10, Block A5 und A10. Meldun­ gen über eine Übertragungsberechtigung und Übertragungsverweigerung können in ein und der­ selben Meldung kombiniert werden, um z. B. die Berechtigung zu erteilen, eine gewisse Anzahl von Nachrichten oder eine gewisse Anzahl von Nachrichten eines bestimmten Typs zu übertra­ gen, oder die Übertragung zu einer bestimmten Zeit während eines Zeitkanals usw. zu geneh­ migen. Die Übertragungsberechtigung bzw. -verweigerung kann auch eine Kombination der obenerwähnten Varianten sein.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beispielsweise oben angeführte Ausführungsform, sondern kann statt dessen im Rahmen der beigefügten Patentansprüche und der Erfindungs­ konzeption modifiziert werden.

Claims (23)

1. Anordnung zur Beseitigung einer Störung bzw. von Störungen auf einer seriellen Busschal­ tung zwischen Sende- und Empfangsgeräten, die an diese Busschaltung angeschlossen und die zusammen mit der Busschaltung in ein System einbezogen sind, bzw. eine Anordnung zur Ermöglichung einer Hochgeschwindigkeitsübertragung beim digitalen Signalaustausch oder Impulsaustausch zwischen verschiedenen Geräten, und zwar ist das System so gestal­ tet, daß die Busschaltung darauf eingerichtet ist, daß sie einen oder zwei Signalzustände einnehmen kann, von denen der erste Signalzustand dominierend ist über den zweiten Si­ gnalzustand, der somit rezessiv ist, und zwar ist jeder Sender und Empfänger darauf einge­ richtet, eine Mithör- und Sendestellung einzunehmen, auch ist jeder Sender und Empfänger darauf eingerichtet, bei Zugang zur Busschaltung in Übereinstimmung mit einer Zugriffunk­ tion zu arbeiten, und zwar hat jeder Sender und Empfänger die Möglichkeit, bei Erlangung des Zugangs über die Busschaltung Informationen zusammen mit Steuerdaten an das betref­ fende andere Sende- und Empfangsgerät, Hauptgerät oder ein anderes Gerät zu übertragen, wobei jedes Sende- und Empfangsgerät über die Busschaltung ein dominierendes Bestäti­ gungssignal (Null) von dem jeweiligen Gerät oder von einem Gerät erhält, das die Informa­ tion empfängt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem besagten System nur festgelegte oder ausgewählte Sende- und Empfangsgeräte, die in einer Entfernung voneinander liegen, akti­ viert werden können, um übertragen zu können entsprechend einer oder beider der folgen­ den Alternativen:

• a) die dominierenden Signale (Impulse), die sowohl von der Zugangsfunktion als auch von der Bestätigungsfunktion beeinflußt werden,
• b) das dominierende Signal (Impuls) bzw. die dominierenden Signale (Impulse), die nur von der Bestätigungsfunktion oder den Bestätigungsfunktionen beeinflußt werden, und daß andere Sende- und Empfangsgeräte, die Bestandteil des Systems sind, daran gehin­ dert werden, das jeweilig dominierende Signal bzw. die jeweiligen dominierenden Si­ gnale, die in die erwähnte Alternative einbezogen sind, zu senden und statt dessen nur eine Mithörstellung in der Verbindung einzunehmen.

2. Anordnung, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalaustausch bemessen werden kann, um mit einer Rate bzw. Bitübertragungsgeschwindigkeit zu arbeiten, die we­ gen der vorgegebenen Funktion im oder für das System festgelegt ist, und, daß ein mit der Busschaltung verbundenes Gerät (bzw. Geräte) daran gehindert wird (werden), mit einer anderen Geschwindigkeit zu übertragen, z. B. mit einer anderen Geschwindigkeit, die we­ sentlich von der ersten Geschwindigkeit abweicht, indem es z. B. daran gehindert wird, die erwähnten dominierenden Signale zu senden.

3. Anordnung, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geräte in Haupt­ gruppen mit zwei oder mehr Sende- und Empfangsgeräten eingeteilt werden, wobei von diesen Hauptgruppen zu einem Zeitpunkt nur eine Gruppe, hier als die aktivierte Haupt­ gruppe bezeichnet, darauf eingerichtet ist, mit dominierenden Signalen in der Bestätigungs­ funktion oder in den Zugriffs- und Bestätigungsfunktionen zwischen den Untergruppen der Sende- und Empfangsgeräte zu arbeiten, wobei eine andere Hauptgruppe oder andere Hauptgruppen, hier als passive Gruppen bezeichnet, einen passiven Status einnehmen.

4. Anordnung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hauptgruppe bzw. Untergruppe ein Sende- und Empfangsgerät mit steuernder Funktion umfaßt, und daß nach Abschluß der jeweiligen Aktivität in einer aktiven Hauptgruppe, das steuernde Gerät in der letzteren auf der Busschaltung ein dominierendes Signal überträgt oder aussendet, das durch das steuernde Gerät (Geräte) in einer anderen Hauptgruppe empfangen werden kann, die sich in einem passiven Zustand befindet, und zwar aktiviert das steuernde Gerät in der zuletzt erwähnten Hauptgruppe ihre Untergruppen als eine Funktion des zuletzt erwähnten dominierenden Signals/Impulses.

5. Anordnung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das System auch zu dem Typ gehört, in dem der Pegel der Busschaltung nicht verändert wird, wenn verschiedene identische Zeichen von dem betreffenden Sende- und Empfangsgerät ausgesendet werden.

6. Anordnung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das System auch so gestaltet ist, daß nach normaler Übertragung von digitalen Signalen auf der Busschaltung nur eine Anzahl von identischen Zeichen (Impulsen) in einer Reihe erscheinen kann, die bedeutet, daß bei Nachrichten, die mehr als fünf identische Zeichen in einer Reihe aufweisen, das jeweilige Sende- und Empfangsgerät ein entgegengesetztes Extrazeichen einfügt bzw., wenn kein Sende- und Empfangsgerät eine Übertragung vornimmt, die Bus­ schaltung eine fortlaufende Übertragung von Impulsen der rezessiven Art (Einsen) darstellt bzw., sobald ein Sende- und Empfangsgerät übertragen möchte, es eine Anzahl rezessiver Zeichen (Einsen) zählt, und, wenn eine vorher festgelegte Anzahl von rezessiven Zeichen (Einsen) gezählt wird, betrachtet es das als Zeichen dafür, daß die Verbindung frei ist, da­ nach sendet das Gerät ein dominierendes Signal (Impuls) auf der Busschaltung aus (Start des Rahmen).

7. Anordnung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gerät, sobald es Zugang erhalten hat, die Anzahl der Bytes anzeigt, die das Gerät übertra­ gen wird, wonach das Gerät ein Prüfsummen aussendet, das die anderen Geräte parallel be­ rechnen, und jedes der erwähnten anderen Geräte, das das gleiche Summen berechnet und erzielt, überträgt ein dominierendes Signal (Impuls), das für das übertragende Gerät ein Zei­ chen darstellt, daß zumindest ein Gerät mitgehört und verstanden hat, ansonsten würde das zuletzt erwähnte Gerät eine Fehleranzeige aussenden, bestehend aus sechs dominierenden Signalen (Impulsen), die von dem betreffenden Empfangsgerät abgehen.

8. Anordnung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das dominierende Signal (Impuls) für die Bestätigungsfunktion und Zugriffsfunktion oder Ent­ scheidung zwischen den Hauptgruppen der Sende- und Empfangsgeräte des Systems ver­ hindert worden ist.

9. Anordnung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung aus einer Lichtwellenleiterverbindung besteht oder sie aufweist, z. B. eine Einze­ lübertragungsstrecke bzw. einen oder mehrere Funkkanäle.

10. Anordnung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Falle, wo die Übertragung auf einer Frequenz, die zumindest wesentlich von der im System eingestellten Frequenz abweicht, verhindert wird, jedem Sende- und Empfangsgerät in jeder Hauptgruppe das Übertragen eines dominierenden Signals/Impulses/Null so lange verboten wird, wie von dem steuernden Gerät in der jeweiligen Hauptgruppe nicht das Ge­ genteil zugelassen wird, und daß das System zusätzlich so gestaltet ist, daß, wenn das Sen­ de- und Empfangsgerät auf eine inkorrekte Bitübertragungsgeschwindigkeit eingestellt ist, es nicht in der Lage sein wird, die Nachricht von dem steuernden Gerät (Hauptgerät) in dem Falle zu empfangen, wo die Systemfrequenz eingestellt ist.

11. Anordnung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sein Ziel ist, eine höhere Nachrichtenübermittlungsgeschwindigkeit (Bitübertragungsge­ schwindigkeit) für ein und dieselbe Entfernung anzubieten bzw. zu verhindern, daß ein Ge­ rät mit einer inkorrekt eingestellten Bitübertragungsgeschwindigkeit die Verbindung der Geräte stört, die korrekt eingestellt sind.

12. Anordnung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die serielle Datenübertragungsschaltung aus einem elektrischen Zweidraht-Bus besteht.

13. Anordnung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung sich über eine Länge von einigen Metern erstreckt, z. B. 3-10 Meter, bis zu eini­ gen Kilometern, z. B. 3-10 Kilometer, und es ist möglich, daß sich in einem Beispiel die Schaltung über eine Strecke von 100 bis 500 Meter erstreckt.

14. Anordnung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung zwischen den Hauptgruppen 1/20 bis 1/3 der Gesamtlänge der Schaltung be­ trägt.

15. Anordnung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung eine Busbrückenschaltung aufweist oder aus ihr besteht, in der die sich auf die jeweilige lokale Busschaltung beziehende Information in einem Brückengerät für die fort­ schreitende Verteilung von einer Hauptgruppe zu einer anderen Hauptgruppe gesammelt werden kann, und daß zumindest eine lokale Busschaltung für die aktiven Sende- und Empfangsgeräte in einer betroffenen Hauptgruppe üblich ist.

16. Anordnung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes steuernde Gerät oder Hauptgerät für jede Untergruppe in jeder aktiven Hauptgruppe darauf eingerichtet ist, die abwechselnde Übertragung dominierender Signale für seine Sende- und Empfangsgeräte zu gestatten.

17. Anordnung, nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptgerät mit zwei Sende- und Empfangsgeräten ausgestattet ist, von denen das eine Sende- und Empfangsgerät die Aufgabe hat zu prüfen, daß die Nachricht des anderen Sen­ de- und Empfangsgerätes korrekt auf der Schaltung (Medium) erscheint, und daß das zu­ letzt erwähnte andere Sende- und Empfangsgerät die Nachricht mit dem genannten domi­ nierenden Bestätigungssignal bestätigt.

18. Anordnung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sende- und Empfangsgerät darauf eingerichtet ist, eine Fehlermeldung hervorzurufen, die bedeutet, daß es eine inkorrekte Nachricht während seines Passivzustandes empfangen hat, dessen Fehlermeldung von dem jeweiligen Hauptgerät auf einer höheren Protokollebene be­ handelt wird, und in diesem Falle kann das zur Debatte stehende Protokoll z. B. eine Infor­ mation über die Tatsache ermöglichen, daß eine erste Hauptgruppe in ihrer Passivposition oder in ihrem Passivzustand eine empfangene Nachricht als inkorrekt interpretiert hat, un­ geachtet der Tatsache, daß eine andere in einer Aktivposition oder in in einem Aktivzustand befindliche Hauptgruppe die Nachricht als korrekt interpretiert hatte.

19. Anordnung, nach einem der vorangehenden Ansprüche 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Sende- und Empfangsgerät mit einem Fehlerauswertungsprotokoll und einem Verbin­ dungszugangsprotokoll vom Typ Token-Passing oder von einem anderen Typ arbeitet, das ein steuerndes Gerät oder Hauptgerät unnötig macht.

20. Anordnung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Falle, wo ein Brückengerät verwendet wird, das letztere zwei Sende- und Empfangsge­ räte aufweist, die in sehr kurzer Entfernung voneinander aufgestellt sind, z. B. ungefähr ein Zentimeter oder einige wenige Zentimeter, was in dem Ergebnis resultiert, daß die Zeitver­ zögerung nicht von der Länge der Verbindung, sondern statt dessen von gegenseitigen inne­ ren Verzögerungen dominiert wird.

21. Anordnung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung zwischen den Geräten in einer Untergruppe weniger als 1/50 der Entfernung zwischen den Gruppen beträgt.

22. Anordnung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine verwendete Hauptgruppe nur mit einem Sende- und Empfangsgerät arbeitet, während die Gruppe von Geräten, die von dem Hauptgerät gesteuert wird, ein oder mehrere Geräte auf­ weist, die darauf eingerichtet sind, eine aktive Position einzunehmen, in der sie ein Bestäti­ gungssignal während des Zeitraumes übertragen können, in dem das Hauptgerät an seine Geräte in der Gruppe Befehle aussendet, und in dieser Hinsicht hat das besagte Hauptgerät, bei Anwendung im CAN-System, die Möglichkeit, die erwähnten Befehle bis zu ca. zehnmal zu übertragen.

23. Anordnung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den festgelegten oder ausgewählten Geräten wechselseitige Entfernungen zugewiesen werden, die wesentlich kürzer sind als die Gesamtlänge der Verbindung.