DE19514696B4

DE19514696B4 - System zur Beseitigung von Störungen bzw. zur Ermöglichung einer Hochgeschwindigkeitsübertragung in einer seriellen Bus-Schaltung sowie mit letzterer verbundene Sende- und Empfangsgeräte

Info

Publication number: DE19514696B4
Application number: DE1995114696
Authority: DE
Inventors: Lars-Berno Fredriksson
Original assignee: Kvaser Consultant AB
Current assignee: Callahan Cellular LLC
Priority date: 1994-04-18
Filing date: 1995-04-13
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2015-04-14
Also published as: DE19514696A1

Abstract

System zur Beseitigung einer Störung bzw. von Störungen auf einer seriellen Busschaltung zwischen Sende- und Empfangsgeräten, die an diese Busschaltung angeschlossen und die zusammen mit der Busschaltung das System bilden, bzw. ein System zur Ermöglichung einer Hochgeschwindigkeitsübertragung bei einem digitalen Signalaustausch oder einem Impulsaustausch zwischen verschiedenen Geräten, und zwar ist das System so gestaltet, dass die Busschaltung darauf eingerichtet ist, dass sie einen von zwei Signalzuständen einnehmen kann, von denen ein erster Signalzustand dominierend ist über einen zweiten Signalzustand, der somit rezessiv ist, und zwar ist jeder Sender und Empfänger darauf eingerichtet, eine Mithör- und Sendeschaltstellung einzunehmen, auch ist jeder Sender und Empfänger darauf eingereicht, bei Zugang zur Busschaltung in Übereinstimmung mit einer Zugrifffunktion zu arbeiten, und zwar hat jeder Sender und Empfänger die Möglichkeit, bei Erlangung des Zugangs über die Busschaltung Informationen zusammen mit Steuerdaten an ein betreffendes anderes Sende- und Empfangsgerät, Hauptgerät oder ein anderes Gerät zu...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System 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 eine Mithör- und Sendeschaltstellung einnehmen 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 Fall sendet das betreffende Gerät ein Signal in Übereinstimmung mit dem zweiten Zustand aus oder hört mit. Wenn das Gerät in dieser Mithörschaltstellung kein dominierendes Signal während eines vorher festgelegten Zeitraumes empfängt, in dessen Verlauf der zweite Zustand/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 andres 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 Mithörschaltstellung zurück. Sobald der Zugang erreicht ist, hat das entsprechende Sende- und Empfangsgerät die Möglichkeit, über die Schaltung Informationen an die betreffenden an deren Sende- und Empfangsgeräte, 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 entsprechenden Gerät oder von einem Gerät, das die Information empfängt.

Hochgeschwindigkeitsübertragungen 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 Seriendatenübertragung, z. B. eine elektrische ZweidrahtBus, ist die oben erwähnte Entscheidungsfunktion. Ein wohlbekanntes Beispiel dafür ist das System, das entsprechend dem CAN-Datenübertragungsprotokoll 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 (psychisch) 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 Datenübertragungsmedium 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 dieser Hinsicht können die SchlitzBus, die Zeitteilung usw. erwähnt werden, die durchschnittlichen 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 Gerät gibt, das wohl mit der örtlichen Basisgruppe als auch mit einem entsprechenden Gerät in der anderen Gruppe verbunden ist. Das Brückengerät sammelt Informationen aus dem örtlichen 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.

Die US 4,715,031 beschreibt ein Datenübertragungs-System bei dem ein Datentransfer von Knoten zu Knoten erfolgt. Die DE 39 21 411 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Übermittlung binärer Nachrichten über einen seriellen Nachrichtenbus. Die DE 37 22 415 A1 beschreibt eine Einrichtung zum potentialfreien Übertragen von Informationen. Die DE 35 06 118 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer Datenverarbeitungsanlage für Kraftfahrzeuge.

Es besteht Bedarf an der Fähigkeit, das obenerwähnte CAN-Systemprotokoll weiterzuentwickeln. Das bekannte System bedeutet, dass die Datenübertragungsgeschwindigkeit von der Entfernung zwischen den Sende- und Empfangsgeräte 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 Datenübertragungsgeschwindigkeit einschränken. Die Erfindung zielt darauf ab, unter anderem dieses Problem zu lösen.

In dem bekannten Vorgang zur Bestätigung (Quittung) der übermittelten Nachricht sendet der Sender ein rezessives Signal aus, nachdem die Daten und ein Prüfkode an den entsprechenden Empfänger übermittelt worden sind. Wenn der letztere befindet, dass der Empfänger die Nachricht korrekt verarbeitet hat, sen det der in Frage kommende Empfänger ein dominierendes Signal auf der Schaltung aus und der Sender weiß, dass die Nachricht korrekt durchgelaufen ist. Wenn ein Sende- und Empfangsgerät die Nachricht als inkorrekt interpretiert, sendet das obenerwähnte Gerät ein Fehlersignal, bestehend aus dominierenden Signalen, aus. Die Erfindung wird in dieser Schaltung verwendet werden können und löst auch dieses Problem.

Die Datenübertragungsgeschwindigkeit sollte sogar über größere Entfernungen aufrechterhalten werden können und sollte nicht auf die Gesamtlänge der Übertragungsverbindung beschränkt 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 bekannten 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 korrigieren können.

Die Erfindung wird es auch ermöglichen, dass Einzelteile für die in Frage kommenden Systeme von unterschiedlichen Herstellern produziert werden können. Somit werden die Systemkonstrukteure in der Lage sein, Systemstruktur und Systemfunktionen auszuarbeiten, unabhängig von den Herstellern der Einzeltei le für die obenerwähnten Sende- und Empfangsgeräte, Verzweigungspunkte, Leiterplatten usw.

Die Erfindung schlägt unter anderem vor, dass einer Gruppe, bestehend aus mindestens zwei Sendegeräten und zwei Empfangsgeräten, ein Exklusivzugang zum Übertragungsmedium zugewiesen wird, während alle anderen Sender und Empfänger mithören können. Auf diese Weise 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 Empfangsgeräte angesehen werden kann. Verschiedene Geräte innerhalb der Hauptgruppe können Zugang zum Medium oder zur Schaltung durch Entscheidung (Arbitration) erlangen. Die der Gruppe angerhörende Geräte führen 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 bezeichnet. 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 werden hier als passive Hauptgruppen klassifiziert. Wenn irgendein Gerät in den passiven Hauptgruppen eine Nachricht als inkorrekt interpretiert, so kann in einer Ausführungsform diese Information auf einer höheren Protokollebene behandelt werden, d. h. das Sende- und Empfangsgerät 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 Ausführungsform 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 anderem 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. Auf Grund der Tatsache, dass jedes Hauptgerät wechselweise seiner Gruppe das Übertragen gestattet, kann die Verbindung mit einer Brandbreite gehalten werden, die von der Entfernung zwischen den am weitesten voneinander entfernten 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 Schaltstellung einzunehmen. Sobald das Hauptgerät in der anderen Hauptgruppe diese Nachricht erhält, befiehlt es seiner Hauptgruppe, eine aktive Schaltstellung einzunehmen. Um in der Lage zu sein, die Nachricht über den Übergang von einer passiven zu einer aktiven Schaltstellung zu übermitteln, ist das Hauptgerät mit zwei Sende- und Empfangsgeräten 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 Schaltstellung zu wechseln. In gewissen Fällen kann es auch ein Vorteil sein, wenn das obenerwähnte Gerät, sobald es in die aktive Schaltstellung wechselt, genau angibt, ob es während des vorhergehenden passiven Zustandes irgendeine Nachricht als inkorrekt interpretiert hat. Nur die Hauptgeräte benötigen ein Fehlerauswertungsprotokoll auf höhere Ebene, um Fälle zu regeln, wo eine Gruppe eine Nachricht als korrekt interpretiert hat, 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 Übertragungsgeschwindigkeit 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 wenige 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 Nachricht in Übereinstimmung mit dem CAN-Protokoll zu übertragen, wobei eine Bitübertragungsgeschwindigkeit von 1,6 Mhz über Entfernungen, die weit über einem Kilometer gehen, möglich ist. Diese Tatsache erhöht die Übertragungsbandbreite wesentlich. Ausgehend von gegenwärtigen 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 obenbesagten besteht das Leistungsmerkmal, das prinzipiell als Charakteristikum des neuen Systems 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 Alternativen 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 Bestätigungsfunktion 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 Mithörschaltstellung 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 beigefügten Zeichnungen, die folgendes darstellen:
1 ein Schaltbild einer Busschaltung sowie Sende- und Empfangsgeräte, die in Gruppen mit dieser Busschaltung verbunden sind,
2 gleichfalls in Form eines Schaltbildes und in einem vergrößerten Maßstab Teile des Systems gemäß 1,
3 in Form eines Schaltbildes die Übertragung vermittels einer einzigen optischen Übertragungsstrecke,
4 die Anwendung der Erfindung auf eine Brückenschaltung, und
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 erheblich 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 statt findet, 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, fügen 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 höheren 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, wie viele Bytes er übertragen wird. Nachdem sie übertragen worden sind, wird eine Prüfsumme errechnet. Alle Empfänger berechnen parallel die entsprechende Summe. Nachdem der Sender die Prüfsumme übertragen hat, überträgt er eine Eins. Alle Empfänger, die die gleiche Summe erreicht haben, übertragen eine Null. Der Sender versteht dann, dass zumindest ein Teilnehmer mithört und verstanden hat, und dass niemand denkt, dass es inkorrekt war. In solche 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 hervor, 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 überträgt. Die Erfindung löst dieses Problem, indem die Sende- und Empfangsgeräte in Gruppen davon abgehalten werden, Nullen auszusenden. Die Tatsache, dass die Bestätigungsnull zwischen Gruppen nicht übertragen wird, und dass die Entscheidung zwischen Gruppen nicht stattfindet, bedeutet, dass die Verbindung zwischen Gruppen auf einer einzigen optischen Übertra gungsstrecke 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 verändert 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 ausgegangen 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 irgendein 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 worden 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 Verbindungen für CAN betragen 5 Nanosekunden pro Meter. Ein typischer Wert für eine Verzögerung bei einer CAN-Steuereinheit beträgt gegenwärtig 10 ns, der einer Zweimeter-Verbindung entspricht. Die Verzögerung in dem Bustreiberschaltkreis beträgt bei 80 ns, die 16 Meter entsprechen. Bei der Erfindung und einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung wird nur die Verzögerung in der CAN-Steuereinheit bemes sen, 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 Bitübertragungsgeschwindigkeit 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 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 den 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 Untergruppen kann variieren und jede Untergruppe kann ein oder mehrere Sende- und Empfangsgeräte umfassen.
Entsprechend 2 kann die Bus-Schaltung aus einer Zweidraht-Schaltung mit den Abzweigungen 1a und 1b zusammengesetzt werden. Der Empfänger 4' dient als Hauptgerät (vergleiche das Gerät in 1). Das Hauptgerät ist ausgestattet mit zwei Sende- und Empfangsgeräten 4a, 4b sowie einer Datensteuerungseinheit 11, die aus einer Mikrosteuerungseinheit besteht. Das Hauptgerät 7' (das Gerät 7 in 1) ist genauso konstruiert wie das Hauptgerät 4'. Die Geräte, die nicht die Funktion eines Hauptgerätes in der entsprechenden Hauptgruppe 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.
3 zeigt die Hauptgruppen 13 und 14, wobei nur das Hauptgerät 15 in der Gruppe 13 gezeigt 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 Lichtwellenleiterverbindung 20 zu sammengeschaltet, die aus nur einer Glasfaserverbindung in dem abgebildeten Beispiel bestehen kann. Zwischen den Bus-Schaltungen 16, 19 und der erwähnten Glasfaserverbindung 20 sind die Anpassungseinheiten und möglichen Puffergeräte mit 21 und 22 bezeichnet.
4 stellt ein Brückenbussystem mit den angeschlossenen Geräten 23 und 24 dar. Die letzteren 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 Brückenbus-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.
5 stellt das Prinzip der bitweisen Entscheidung dar. In diesem Falle ist das entsprechende Sende- und Empfangsgerät jeweils mit 35 und 26 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 Betriebsart einnehmen müssen, erhält das Hauptgerät keine Bestätigung. Es wird dann die Nachricht nochmals übertragen, entsprechend dem CAN-Protokoll bis zu ca. zehnmal. Sobald ein Gerät in der Gruppe die aktive Schaltstellung 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 Empfangsgerät versehenen Hauptgerät auszukommen, das somit eine Lösung gemäß der Erfindung bildet.
Hinsichtlich der Bestätigungsprozedur werden auch die 6 und 7 erwähnt. Verzweigungspunkt 1 (= Gerät 1) sendet eine Nachricht, die gerade beendet ist. Die Schaltung, wenn das Gerät 1 eine Eins sendet, während der Verzweigungspunkt 2 (das Gerät 2) mit einer Null bestätigt, wird gekennzeichnet, ebenso wie die folgende Eins, die von beiden gesendet wird. Die Signalpegel auf dem Bus in der Nähe des Verzweigungspunktes oder des Gerätes 2 werden unten angezeigt. In 7 ist die Entfernung groß, und wir können sehen, dass der Verzweigungspunkt oder das Gerät 2 die Signale später erfasst, als wenn der Verzweigungspunkt 1 die erwähnten 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 angekommen ist, während die erwartete nachfolgende Eins statt dessen Null ist, d. h. ein Fehler.
In den 8–10 stellen die verschiedenen Komponenten und Funktionen folgendes dar:

*A1: Speicher
*A2: Informationverarbeitung (z.B. Nec, CPU (zentrale Verarbeitungs
: einheit), 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.

8 stellt die Prinzipstruktur des lokalen Systems dar. 9 zeigt an, wann die Übertragung aktiviert ist, und 10 zeigt an, wann die Übertragungen unterbrochen sind. 9 zeigt die Systemfunktion, nachdem der Verzweigungs punkt (das Gerät) die Nachricht empfangen hat, die die Übertragung von dem Verzweigungspunkt aus aktiviert bzw. hervorruft. Auf 10 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 8 aus verschiedenen Verzweigungspunkten bestehen. Diese Verzweigungspunkte werden über eine Nachrichtenverbindung (Bus oder eine andere Lagebeziehung) zusammengeschaltet. Beim Ingangsetzen des Systems tastet die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) den Speicher ab. Der letztere enthält unter anderem Informationen über die Position des Übertragungsunterbrechers, siehe 8, Block A5. (Der Kontakt ist entweder geschlossen oder geöffnet.) Ein geschlossener Übertragungsunterbrecher bedeutet, dass das Modul Nachrichten übertragen kann. Ein geöffneter Übertragungsunterbrecher bedeutet, dass es dem Modul nicht möglich ist, Nachrichten zu übertragen. Ungeachtet der Schaltstellung des Übertragungsunterbrechers kann das Modul zu allen Zeichen Nachrichten empfangen. Sobald der Anlassvorgang abgeschlossen ist, gibt es zumindest einen Verzweigungspunkt mit einem geschlossenen Übertragungsunterbrecher. Wenn einige Verzweigungspunkte mit einem geschlossenen Übertragungsunterbrecher vorhanden sind, so ist im Speicher mehr Information vorhanden, die bestimmt, wer im System das Hauptgerät ist. Die Aufgaben des Hauptgerätes umfassen unter anderem die Zuweidung der Übertragungsberechtigung und der Übertragungsverweigerung für einzelne Verzweigungspunkte oder Gruppen von Verzweigungspunkten. Sobald ein Verzweigungspunkt eine Nachricht zur Übertragungsberechtigung erhält, schließt die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) ihren Übertragungsunterbrecher, siehe 9, Block A5 und A10. Meldungen über eine Übertragungsberechtigung und Übertragungsverweigerung können in einundderselben 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 übertragen, oder die Übertragung zu einer bestimmten Zeit während eines Zeitkanals usw. zu genehmigen. Die Übertragungsberechtigung bzw. -verweigerung kann auch eine Kombination der obenerwähnten Variationen sein.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beispielsweise obenangeführte Ausführungsform, sondern kann statt dessen im Rahmen der beigefügten Patentansprüche und der Erfindungskonzeption modifiziert werden.

Claims

System zur Beseitigung einer Störung bzw. von Störungen auf einer seriellen Busschaltung zwischen Sende- und Empfangsgeräten, die an diese Busschaltung angeschlossen und die zusammen mit der Busschaltung das System bilden, bzw. ein System zur Ermöglichung einer Hochgeschwindigkeitsübertragung bei einem digitalen Signalaustausch oder einem Impulsaustausch zwischen verschiedenen Geräten, und zwar ist das System so gestaltet, dass die Busschaltung darauf eingerichtet ist, dass sie einen von zwei Signalzuständen einnehmen kann, von denen ein erster Signalzustand dominierend ist über einen zweiten Signalzustand, der somit rezessiv ist, und zwar ist jeder Sender und Empfänger darauf eingerichtet, eine Mithör- und Sendeschaltstellung einzunehmen, auch ist jeder Sender und Empfänger darauf eingereicht, bei Zugang zur Busschaltung in Übereinstimmung mit einer Zugrifffunktion zu arbeiten, und zwar hat jeder Sender und Empfänger die Möglichkeit, bei Erlangung des Zugangs über die Busschaltung Informationen zusammen mit Steuerdaten an ein betreffendes anderes Sende- und Empfangsgerät, Hauptgerät oder ein anderes Gerät zu übertragen, wobei jedes Sende- und Empfangsgerät über die Busschaltung ein dominierendes Bestätigungssignal (Null) von dem jeweiligen Gerät oder von einem Gerät erhält, das die Information empfängt, dadurch gekennzeichnet, dass in dem besagten System nur festgelegte oder ausgewählte Sende- und Empfangsgeräte, die voneinander beabstandet sind, aktiviert werden können, um übertragen zu können entsprechend einer oder beider der folgenden Alternativen: a) die dominierenden Signale (Impulse) werden sowohl von der Zugangsfunktion als auch von der Bestätigungsfunktion beeinflusst; b) das dominierende Signal (Impuls) bzw. die dominierenden Signale (Impulse) werden nur von der Bestätigungsfunktion oder den Bestätigungsfunktionen beeinflusst, und dass andere Sende- und Empfangsgeräte, die Bestandteile des Systems sind, daran gehindert werden, das jeweilig dominierende Signal bzw. die jeweiligen dominierenden Signale, die in die erwähnte Alternative einbezogen sind, zu senden und statt dessen nur eine Mithörschaltstellung in der Verbindung einzunehmen.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalaustausch bemessen werden kann, um mit einer Rate bzw. Bitübertragungsgeschwindigkeit zu arbeiten, die wegen der vorgegebenen Funktion im oder für das System festgelegt ist, und, dass ein mit der Busschaltung verbundenes Geräte (bzw. Geräte) daran gehindert wird (werden), mit einer anderen Geschwindigkeit zu übertragen, z. B. mit einer anderen Geschwindigkeit, die wesentlich von der ersten Geschwindigkeit abweicht, in dem es z. B. daran gehindert wird, die erwähnten dominierenden Signale zu senden.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geräte in Hauptgruppen mit zwei oder mehr Sende- und Empfangsgeräten eingeteilt werden, wobei von diesen Hauptgruppen zu einem Zeitpunkt nur eine Gruppe, hier als die aktivierte Hauptgruppe bezeichnet, darauf eingerichtet ist, mit dominierenden Signalen in der Bestätigungsfunktion 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.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Hauptgruppe bzw. Untergruppe ein Sende- und Empfangsgerät mit steuernden Funktion umfasst, und dass nach Abschluss der jeweiligen Aktivität in einer aktiven Hauptgruppe, das steu eende 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.
System 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.
System 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 identischen Zeichen in einer Reihe aufweisen, das jeweilige Sende- und Empfangsgerät ein entgegengesetztes Extrazeichen einfügt bzw., wenn kein Sende- und Empfangsgerät eine Übertragung vornimmt, die Busschaltung 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, danach sendet das Gerät ein dominierendes Signal (Impuls) auf der Busschaltung aus (Start des Rahmen).
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Gerät, sobald es Zugang erhalten hat, die Anzahl der Bytes anzeigt, die das Gerät übertragen wird, wonach das Gerät eine Prüfsumme aussendet, die die anderen Geräte parallel berechnen, und jedes der erwähnten anderen Geräte, das die gleiche Summe berechnet und erzielt, überträgt ein dominierendes Signal (Impuls), das für das übertragende Gerät ein Zeichen darstellt, dass zumindest ein Gerät mithört und verstanden hat, ansonsten würde das zuletzt erwähnte Gerät eine Fehleranzeige aussenden, bestehend aus sechs dominierenden Signalen (Impulsen), die von dem betreffenden Empfangsgerät abgehen.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dominierende Signal (Impuls) für die Bestätigungsfunktion und Zugriffsfunktion oder Entscheidung zwischen den Hauptgruppen der Sende- und Empfangsgeräte des Systems verhindert worden ist.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung aus einer Lichtwellenleiterverbindung, z. B. einer Einzelübertragungsstrecke, oder aus einem oder mehreren Funkkanälen besteht oder sie aufweist.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einerseits eine Übertragung auf einer Frequenz verhindert wird, die zumindest wesentlich von der im System eingestellten Frequenz abweicht, indem 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 Gegenteil zugelassen wird, und dass andererseits ein auf eine inkorrekte Bitübertragungsgeschwindigkeit eingestelltes Sende- und Empfangsgerät nicht in der Lage sein wird, die Nachricht von dem auf die Systemfrequenz eingestellten steuernden Gerät (Hauptgerät) zu empfangen.
System nach einem vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine höhere Nachrichtenübertragungsgeschwindigkeit (Bitübertragungsgeschwindigkeit) für ein und dieselbe Entfernung anbietet bzw. verhindert, dass ein Gerät mit einer inkorrekt eingestellten Bitübertragungsgeschwindigkeit die Verbindung der Geräte stört, die korrekt eingestellt sind.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die serielle Busschaltung aus einem elektrischen Zweidraht-Bus besteht.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Busschaltung sich über eine Länge von einigen Metern erstreckt, z. B. 3 – 10 Meter, bis zu einigen Kilometern, z. B. 3 – 10 Kilometer, und es ist möglich, dass sich in einem Beispiel die Busschaltung über eine Strecke von 100 bis 500 Meter erstreckt.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung zwischen den Hauptgruppen 1/20 bis 1/3 der Gesamtlänge der Busschaltung beträgt.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Busschaltung eine Busbrückenschaltung aufweist oder aus ihr besteht, in der die sich auf eine jeweilige lokale Busschaltung beziehende Information in einem Brückengerät für die fortschreitende 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.
System 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.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, 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 Sende- und Empfangsgerätes korrekt auf der Busschaltung (Medium) erscheint, und dass das zuletzt erwähnte andere Sende- und Empfangsgerät die Nachricht mit dem genannten dominierenden Bestätigungssignal bestätigt.
System 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 behandelt wird, und in diesem Falle kann das zur Debatte stehenden Protokoll z. B. eine Information über die Tatsache ermöglichen, dass eine erste Hauptgruppe in ihrer Passivposition oder in ihrem Passivzustand eine empfangene Nachricht als inkorrekt interpretiert hat, ungeachtet der Tatsache, dass eine andere in einer Aktivposition oder in einem Aktivzustand befindliche Hauptgruppe die Nachricht als korrekt interpretiert hatte.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Sende- und Empfangsgerät mit einem Fehlerauswertungsprotokoll und einem Verbindungszugangsprotokoll vom Typen Token-Passing oder von einem anderen Typ arbeitet, das ein steuerndes Gerät oder Hauptgerät unnötig macht.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Falle, wo ein Brückengerät verwendet wird, das letztere zwei Sende- und Empfangsgeräte 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 Verzögerung zwischen diesen Geräten wird nicht mehr durch räumliche Entfernung sondern durch interne Verzögerungen dominiert, die im Wesentlichen rechentechnischer Natur sind.
System 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.
System 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 aufweist, die darauf eingerichtet sind, eine aktive Position einzunehmen, in der sie ein Bestätigungssignal 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.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die festgelegten oder ausgewählten Geräte in Entfernungen zueinander angeordnet werden, die wesentlich kürzer sind als die Gesamtlänge der Busschaltung.