DE4213134A1 - Netzwerkschnittstelle mit Wiederzuschaltvorrichtung zum schnelleren Verlassen eines passiven Zustandes - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Netzwerkschnittstelle nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Netzwerkschnittstelle aus der Druckschrift "Road vehicles" - Interchange of digital information - Controller Area Network (CAN) for high speed communication (ISO/TC 22/SC 3 N 608E, January 1991) bekannt. Diese ist für den Einsatz bei einem Controller-Area-Network ausgelegt. Sie enthält Mittel zur Erkennung von Fehlern beim Senden und Empfangen von Informationen über die angeschlossenen Busleitungen. Dazu sind in dem Schnittstellenbaustein leistungsfähige Prüfalgorithmen wie CRC-Check, Algorithmen zur Einhaltung der Bit-Stuffing-Regel, etc. implementiert. Zusätzlich sind Fehlerzähler vorhanden, die eine Fehlerstatistik aufstellen. Überschreiten die Fehlerzähler in einer bestimmten Zeit gewisse Werte, so nimmt die Netzwerkschnittstelle einen "Bus Off"-Zustand ein und teilt dies dem der Netzwerksch­ nittstelle zugeordneten Gerät mit einer Meldung "Bus Status" mit. Der Zustand "Bus Off" der Netzwerkschnittstelle kennzeichnet sich dadurch aus, daß in ihm die Netzwerkschnittstelle passiv ist, d. h. sie darf weder Informationen vom Bus empfangen, noch an diesen abgeben. Zum Verlassen des Zustandes "Bus Off" ist es bei einer solchen CAN-Schnittstelle vorgesehen, daß sie erst ein Signal von dem ihr zugeordneten Gerät empfangen muß, bevor sie den Zustand "Bus Off" verlassen kann. Dies ist aber nur eine notwendige Bedingung zum Verlassen des "Bus Off"-Zustandes. Dadurch wird die Netzwerkschnittstelle zurückgesetzt und kann wieder Informationen vom Bus empfangen. Um endgültig den "Bus Off"-Zustand wieder zu ver­ lassen, d. h. auch Sendeberechtigung zu erlangen, muß aber noch eine weitere Bedingung erfüllt sein. Diese lautet, daß an der Schnitt­ stelle 128 mal 11 aufeinanderfolgende Bitabtastungen mit rezessivem Bitpegel erfolgt sein müssen, bevor sie die Sendeberechtigung wieder erlangt. Zu der Schnittstelle können aber durch weitere Netz­ werk-Teilnehmer Botschaften (Informationen) gesendet werden. Da innerhalb einer Botschaft 11 aufeinanderfolgende Bits mit rezessivem Bitpegel beim CAN-Busprotokoll ausgeschlossen sind, kann es bis zu ca. 20 000 Bitabtastungen dauern, bis der Zustand "Bus Off" ver­ lassen wird.

Aus der DE-OS 38 26 774 ist es bekannt, in einem solchen Schnitt­ stellenbaustein Schaltkreise vorzusehen, die die Busleitungen auf Kurzschluß- und Freilaufzustände überwachen und ggf. von einem Zwei­ leitungsbetrieb auf Einleitungsbetrieb umschalten.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Netzwerkschnittstelle mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie wesentlich schneller wieder am Busverkehr teilnehmen kann. In einem konkreten Beispiel verringert sich die Zeit für die Umschaltung von dem passiven Zustand in den aktiven Zustand bei einer Übertragungsrate von 125 kB von ca. 140 ms auf ca. 12 ms. Sie ist insbesondere bei solchen Bussystemen von Vorteil, die fehlertolerant ausgelegt werden müssen, z. B. bei Multiplex-Anwendungen und bei der Verbindung von NKW-Zugfahrzeugen mit Anhängern. Eine Umschaltung vom Zweileitungsbetrieb auf Einleitungsbetrieb kann dann schneller er­ folgen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Netzwerkschnittstelle möglich. Besonders vorteilhaft ist es, in der Netzwerkschnittstelle als Mittel zur Aufschaltung des rezessiven Bitpegels zwei steuerbare Schalter und ein Widerstands­ netzwerk vorzusehen. Da die steuerbaren Schalter bei fehler­ toleranten CAN-Schnittstellen gemäß der DE-OS 38 26 774 zur Um­ schaltung von Zweileitungs- auf Einleitungsbetrieb sowieso schon vorhanden sind, ist der zusätzliche Schaltungsaufwand sehr gering.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar­ gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Netzwerkschnittstelle, Fig. 2 ein Struktogramm zur Behandlung des Controller-Bausteins einer er­ findungsgemäßen Netzwerkschnittstelle, Fig. 3 die Signalpegel an den Eingängen eines Differenzempfängers für die beiden Bitpegel rezessiv und dominant im Normalbetrieb der Netzwerkschnittstelle, wobei die Schalter S1 und S2 in Stellung A geschaltet sind und Fig. 4 die Signalpegel an den Eingängen des Differenzempfängers nach Um­ legung der Schalter S1 und S2 in Stellung B.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Fig. 1 zeigt einen Netzwerkteilnehmer 10 eines sonst nicht näher dargestellten Computernetzwerks. Beim Einsatz des Computer­ netzwerks in einem Kraftfahrzeug kann der Netzwerkteilnehmer 10 z. B. ein Zünd,- Einspritz-, Brems-, Getriebe-, Klima- und Antriebs­ schlupfsteuergerät sein. Er kann aber ebenfalls auch ein zentrales Steuergerät oder eine Elektronik-vor-Ort-Komponente, wie z. B. ein elektromotorisches Stellglied sein. Der Netzwerkteilnehmer 10 ent­ hält eine Netzwerkschnittstelle 12 und einen Mikrorechner 11. Die weiteren Bauteile des Netzwerkteilnehmers 10 sind von Anwendungsfall zu Anwendungsfall unterschiedlich und der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Im folgenden wird nur auf die erfindungswesent­ lichen Teile der Netzwerkschnittstelle 12 eingegangen. Die Netzwerk­ schnittstelle 12 enthält einen Controllerbaustein 13. Für ein Controller Area Network (CAN) kommen als mögliche CAN-Controller-Bausteine z. B. die Bausteine P8xC592 von Philips und 82526 von Intel in Frage. Der Controller-Baustein 13 enthält einen Differenzempfänger 14. An den RX0-Eingang des Differenzempfängers 14 ist ein erster steuerbarer Schalter S1 angeschlossen. An den RX1-Eingang des Differenzempfängers 14 ist ein zweiter steuerbarer Schalter S2 angeschlossen. Als steuerbare Schalter können z. B. FET-Schalter verwendet werden. Der Schalter S1 verbindet in seinem ersten Schaltzustand A den RX0-Eingang des Differenzempfängers 14 mit einem ersten Ausgang einer Busankoppelschaltung 15. Der Schalter S2 verbindet in seinem ersten Schaltzustand A den RX1-Eingang des Differenzempfängers 14 mit einem zweiten Ausgang der Busankoppel­ schaltung 15. An die Eingänge der Busankoppelschaltung 15 sind die zwei Leitungen 16, 17 der Busverbindung angeschlossen. Von dem Controller-Baustein 13 führt eine erste Steuerleitung 18 zum Schalter S1 und eine zweite Steuer­ leitung 19 zum Schalter S2. Von einem Punkt Vcc der Versorgungs­ spannung der Netzwerkschnittstelle 12 führt eine Serienschaltung dreier Widerstände R1, R3, R2 zu einem an Masse angeschlossenen Punkt. Der Widerstand R1 besitzt den gleichen Widerstandswert wie der Widerstand R2. Der Widerstandswert kann z. B. zu 475 Ohm gewählt werden. Der Widerstand R3 hat einen Widerstandswert der nur dem 20. Teil des Widerstandswertes R1 bzw. R2 entspricht. Er kann z. B. 22 Ohm betragen. In seinem zweiten Schaltzustand B verbindet der erste Schalter S1 den ersten Eingang RX0 des Differenzempfängers 14 mit dem Verbindungspunkt der beiden Widerstände R1 und R3. In seinem zweiten Schaltzustand B verbindet der zweite Schalter S2 den zweiten Eingang RX1 des Differenzempfängers 14 mit dem Verbindungspunkt der beiden Widerstände R3 und R2. Die weiteren Bauteile der Netzwerk­ schnittstelle 12 wie z. B. die Treiberschaltungen und der konkrete Aufbau der Busankoppelschaltung 15 sind der Einfachheit halber hier nicht dargestellt, sie können aber z. B. der DE-OS 38 26 774 ent­ nommen werden.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Schaltung mit Hilfe des Struktogramms in Fig. 2 erläutert.

Nach wiederholter Fehlererkennung bei der Übertragung von Bot­ schaften über die Busleitungen 16, 17 gelangt der Controller-Bau­ stein 13 in den Zustand "Bus Off". In diesem Zustand ist die Netz­ werkschnittstelle 12 passiv, d. h. sie übernimmt weder Daten vom Bus, noch gibt sie Daten auf den Bus aus. Die Treiberschaltungen der Netzwerkschnittstelle 12 sind abgeschaltet. Nachdem der passive Zu­ stand "Bus Off" im Programmschritt 30 eingenommen wurde, wird in Abfrage 31 überprüft, ob eine Reset-Anforderung von Seiten des Mikrorechners 11 vorliegt. Ist dies noch nicht der Fall, so wartet das Programm weiterhin auf diese Anforderung. Wurde die Reset-An­ forderung gesetzt, so wird im Programmschritt 32 das zugehörige Reset-Programm abgearbeitet. Anschließend werden im Programmschritt 33 die Schalter S1 und S2 durch Abgabe eines Signales über die Steuerleitungen 18 und 19 in Stellung B geschaltet. Damit ist der rezessive Bitpegel mit Hilfe des Widerstandsnetzwerks R1, R2, R3 auf die Eingänge des Differenzempfängers 14 aufgeschaltet. In Anfrage 34 wird nun überprüft, ob der Controller-Baustein 13 schon 128 mal 11 aufeinanderfolgende Bits mit rezessivem Bitpegel empfangen hat. Ist dies nicht der Fall, so wird die Anfrage zyklisch wiederholt und hochgezählt. Da der Bitpegel rezessiv fest aufgeschaltet ist, wird die Bedingung in Abfrage 34 durch die zyklische Abtastung nach kurzer Zeit erfüllt sein. Ist die Bedingung erfüllt, so werden im Programmschritt 35 die Schalter S1 und S2 in Stellung A zurückge­ schaltet. Damit ist auch die Bedingung für die Wiederzuschaltung der Netzwerkschnittstelle 12 erfüllt. Im Programmschritt 36 wird sodann der "Bus Off"-Zustand verlassen und die Treiber wieder zugeschaltet.

Die Fig. 3 zeigt die Spannungspegel U0 am RX0 und U1 am RX1-Eingang des Differenzempfängers 14 für die Bitpegel rezessiv und dominant im Normalbetrieb der Netzwerkschnittstelle 12, d. h. wenn die Schalter S1, S2 in Stellung A geschaltet sind. Es ist erkennbar, daß beim rezessiven Bitpegel U0 < U1 ist und beim dominanten Bitpegel U0 < U1 ist. Die Spannungspegel für U0 betragen z. B. beim rezessiven Bit­ pegel 2,8 Volt und beim dominanten Bitpegel 1,3 Volt. Die Spannungs­ pegel für U1 betragen z. B. beim rezessiven Bitpegel 1,6 Volt und beim dominanten Bitpegel 3,1 Volt.

Die Fig. 4 zeigt die Spannungspegel U0 und U1 am RX0- und RX1-Ein­ gang des Differenzempfängers 14, d. h. wenn die Schalter S1, S2 in Stellung B geschaltet sind. Auch hier ist U0 < U1. Somit liegt rezessiver Bitpegel vor. Der Spannungspegel für U0 beträgt 2,6 Volt und für U1 2,4 Volt.

Das hier beschriebene Ausführungsbeispiel ist nicht das einzig mög­ liche Ausführungsbeispiel. So sind z. B. die Angaben für die Wider­ standswerte und die Spannungspegel nur beispielhaft angegeben. Sie können je nach Anwendungsfall auch abgewandelt werden. Das gleiche gilt für die Bedingung, die erfüllt sein muß, um eine Netzwerk­ schnittstelle wieder in den aktiven Zustand zurückzuschalten. Sie kann bei anderen Busprotokollen abgewandelt sein. Das Widerstands­ netzwerk und die steuerbaren Schalter des Ausführungsbeispieles sind nicht in dem Controllerbaustein 13 enthalten. Es ist aber auch mög­ lich, daß diese Bauteile in dem Controller-Baustein 13 integriert sind.

Außerdem ist es je nach Anwendungsfall nicht unbedingt erforderlich, daß der Netzwerkteilnehmer 10 einen Mikrorechner 11 enthält. Statt dessen konnte auch eine Ansteuerlogik z. B. bei elektromotorischen Stellgliedern zum Einsatz kommen.

Claims (6)

1. Netzwerkschnittstelle für einen seriellen aus, insbesondere für einen Bus in Kraftfahrzeugen, mit einer Empfangsschaltung, mit Mitteln zur Fehlererkennung bei auf den Bus übertragenen In­ formationen, wobei die Netzwerkschnittstelle nach einer Fehler­ erkennung einen passiven Zustand einnimmt und den passiven Zustand erst dann verläßt, wenn sie nach einer Reaktivierung durch das der Netzwerkschnittstelle zugeordnete Gerät eine bestimmte Anzahl von Bitpegelabtastungen bei einem definierten Bitpegel durchgeführt hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzwerkschnittstelle (12) Mittel (R1, R2, R3, S1, S2) aufweist, die nach Einnahme des passiven Zustandes (Bus Off) die Empfangs­ schaltung (13) vom seriellen Bus (16, 17) abkoppeln und nach der Reaktivierung die Empfangsschaltung (13) mit dem definierten Bit­ pegel beaufschlagen und nach Durchführung der bestimmten Anzahl von Bitpegelabtastungen mit diesem definierten Bitpegel die Empfangs­ schaltung wieder an den seriellen Bus (16, 17) ankoppeln.

2. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktivierung durch das Signal von einem an die Netzwerk­ schnittstelle (12) angeschlossenen Mikrorechner (11) ausgelost wird.

3. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei der Übertragung von Informationen über den seriellen Bus (16, 17) ein Bitpegel rezessiv gegenüber dem anderen Bitpegel ist.

4. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel den rezessiven Bitpegel auf die Empfangsschaltung schalten.

5. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Empfangsschaltung den rezessiven Bitpegel durch Antastung eines Spannungspotentials nahe dem Nullpotential (Masse­ potential) erkennt.

6. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der serielle Bus (16, 17) als Busverbindung eine Zweidraht­ leitung aufweist, daß die Empfangsschaltung einen Differenzempfänger (14) aufweist, daß jeweils eine Leitung jeweils einem Eingang des Differenzempfängers (14) zugeordnet ist, daß als Mittel zur Auf­ schaltung des rezessiven Bitpegels zwei steuerbare Schalter (S1, S2) und ein Widerstandsnetzwerk (R1, R2, R3) vorhanden sind, wobei der erste steuerbare Schalter (S1) den ersten Eingang (RX0) des Differenzempfängers (14) mit einem ersten Verbindungspunkt des Widerstandsnetzwerkes (R1, R2, R3) verbindet und der zweite steuer­ bare Schalter (S2) den zweiten Eingang (RX1) des Differenzempfängers (14) mit einem zweiten Verbindungspunkt des Widerstandsnetzwerkes (R1, R2, R3) verbindet und wobei die Spannungsdifferenz zwischen beiden Verbindungspunkten nahe dem Nullpotential (Massepotential) ist.