KR102116930B1

KR102116930B1 - 신축적 데이터-레이트를 갖는 can

Info

Publication number: KR102116930B1
Application number: KR1020157006592A
Authority: KR
Inventors: 플로리안 하르트비히
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2020-05-29
Also published as: EP2898632A1; CN104620542B; KR20150059740A; WO2014044658A1; CN104620542A; EP2712123A1; US9742584B2; US20160254924A1; JP6068650B2; EP2898632B1; JP2015536067A

Abstract

청구항 제1항: 버스 시스템에 의해 접속되는 송신 노드와 적어도 하나의 수신 노드 간의 데이터 프레임들의 교환에 의한 직렬 통신 방법으로서, 여기서, 송신기와 수신기의 역할들은 CAN 표준 ISO 11898-1에서 정의된 중재 절차에 의해 각각의 데이터 프레임에 대한 노드들에 할당되고, 교환된 데이터 프레임들은 CAN 표준 ISO 11898-1에 따른 논리 구조를 가지며, 데이터 프레임들은 비트들의 시퀀스로 이루어지고, 데이터 프레임들의 논리 구조는 프레임 시작 비트, 중재 필드, 제어 필드, 데이터 필드, CRC 필드, 확인응답 필드, 및 프레임의 말단 필드를 포함하고, 각각의 비트는 비트 시간을 가지며, 각각의 비트 시간은 시간 세그먼트들(SYNC_SEG, PROP_SEG, PHASE_SEG1, PHASE_SEG2)로 나누어지고, 제어 필드 내의 특정 비트의 미리 정의된 값에 응답하여, 노드들의 제1 그룹에 속하는 제1 노드는 그의 프로토콜 디코딩 상태 머신을 재시작하고, 버스 활동에 그 자신을 동기화할 때까지 대기하며, 노드들의 제2 그룹에 속하는 제2 노드는 CAN FD 명세에 따른 통신 프로토콜을 이용하여 통신하는 것을 특징으로 한다.

Description

신축적 데이터-레이트를 갖는 CAN{CONTROLLER AREA NETWORK WITH FLEXIBLE DATA-RATE}

점점 더 많은 애플리케이션에 대한 직렬 통신의 수용 및 도입은 직렬 통신을 위한 대역폭이 증가될 필요가 있는 요구조건들을 초래했다.

직렬 통신을 위해 널리 사용된 프로토콜은 Robert Bosch GmbH 웹사이트: http://www.semiconductors.bosch.de로부터 다운로드될 수 있는 BOSCH CAN 명세 2.0, 및 국제 표준 ISO 11898-1에 명시된 바와 같은 CAN 프로토콜이다. 이러한 CAN 프로토콜은 아래에서 "표준(Norm) CAN"으로서 지칭된다.

2개의 인자가 CAN 네트워크들에서의 유효 데이터-레이트를 제한하는데, 첫 번째는 CAN 버스 중재 방법의 기능을 위해 요구되는 최소 비트 시간이고, 두 번째는 CAN 메시지에서의 데이터 비트들 및 프레임 비트들의 수들 사이의 관계이다.

최근, "신축적 데이터-레이트를 갖는 CAN(CAN with Flexible Data-Rate)" 또는 CAN FD로 불리는 새로운 프로토콜이 개발되었다. 이는 CAN 버스 중재 방법을 여전히 사용하며, 수신기들이 그들의 확인응답 비트들을 전송하기 전에, 중재 프로세스의 종료 이후에 더 짧은 비트 시간으로 전환함으로써 비트-레이트를 증가시키고 CRC 구분자(Delimiter)에서 더 긴 비트 시간으로 복귀한다. 유효 데이터-레이트는 더 긴 데이터 필드들을 허용함으로써 증가된다. CAN은 16개의 상이한 코드를 발생시키는 데이터 길이 코드(Data Length Code)로서 4 비트를 사용하지만, 단지 처음 9개의 값, 즉, [0-8] 바이트의 데이터 필드 길이를 나타내는 코드들 [0-8]만 사용된다. CAN에서, 코드들 [9-15]는 8 데이터 바이트를 의미하도록 정의된다. CAN FD에서, 코드들은 더 긴 데이터 필드들을 의미하도록 사용된다.

CAN FD 프로토콜은, 아래에서 CAN FD 명세로서 지칭되는 "신축적 데이터-레이트를 갖는 CAN 명세(CAN with Flexible Data-Rate Specification)"로 명명된 프로토콜 명세에 기술된다. 1.0 버전은 2012년 4월 17일에 배포되어, Robert Bosch GmbH 웹사이트: http://www.semiconductors.bosch.de에서 대중이 다운로드하여 이용할 수 있게 되었다.

변경되지 않은 표준 CAN 제어기들이 사용되는 한, 표준 CAN 노드들과 CAN FD 노드들의 혼합형 네트워크는 단지 표준 CAN 포맷으로 통신할 수 있다. 즉, 네트워크에서의 모든 노드들은 CAN FD 통신을 위한 CAN FD 프로토콜 제어기를 가져야 하지만, 모든 CAN FD 프로토콜 제어기들이 또한 표준 CAN 통신에 가담할 수 있다. CAN FD 통신이 최대 8 데이터 바이트의 길이를 갖는 데이터 필드들로 제한되는 경우, 제어기의 초기 구성 외에는 애플리케이션 프로그램을 변경할 필요가 없다.

본 발명은, (CAN FD 프레임들을 송수신할 수 없는) 변경된 CAN 구현들이 CAN FD 프레임들을 용인하게 하는, 표준 CAN 구현들(Norm CAN implementations)에 대한 변경을 설명한다. CAN FD 프레임들에 대한 용인이라 함은, 이들 변경된 구현들이 CAN FD 프레임들을 무시하고 그들을 방해하지 않음을 의미한다. 이는 동일한 버스 배선들을 이용하는 (본 발명에 따라 변경된) CAN 노드들과 CAN FD 노드들의 공존이 가능해 진다는 이점을 갖는다. CAN FD 노드들은, 변경된 CAN 노드들에 의해 용인은 되지만 수신되지는 않는 CAN FD 프레임들을 이용하여 통신한다. 변경된 CAN 노드들은, 변경된 CAN 노드들 및 CAN FD 노드들 양자에 의해 수신될 수 있는 표준 CAN 프레임들을 이용하여 통신한다.

도입(INTRODUCTION):

CAN(Controller Area Network)은, 보안성 레벨이 매우 높은 분산형 실시간 제어를 효율적으로 지원하는 직렬 통신 프로토콜이다. 그의 애플리케이션 도메인은 그 범위가 고속 네트워크들에서 저비용 다중 배선(multiplex wiring)에 이른다. 자동차 전자기기들(automotive electronics)에서, 엔진 제어 유닛들, 센서들, 미끄럼 방지 시스템들(anti-skid-systems) 등은 최대 1 Mbit/s의 비트레이트를 갖는 CAN을 이용하여 접속된다. 동시에, 차체 전자기기들(vehicle body electronics), 예컨대, 램프 클러스터들, 자동식 창문들(electric windows) 등에 장착하여, 그렇지 않을 경우 요구되는 배선 하니스(wiring harness)를 대체한다는 점에서 비용에 있어서 효율적이다.

CAN FD(CAN with Flexible Data-Rate)는 더 높은 데이터-레이트를 요구하는 애플리케이션들에서 CAN을 보완한다. CAN FD 프로토콜 제어기들은 또한 표준 CAN 통신에 가담할 수 있어, 단지 특정 동작 모드들, 예컨대, 라인 말단(end-of-line)에서의 소프트웨어-다운로드 또는 유지보수에 있어서만 CAN FD를 사용할 수 있게 한다.

CAN FD는 2개의 세트의 비트 타이밍 구성 레지스터들을 요구하는데, 하나는 중재 위상(arbitration phase)을 위한 비트 시간이고, 하나는 데이터 필드를 위한 비트 시간이다. 중재 위상을 위한 비트 시간은 표준 CAN 네트워크들에서와 동일한 제한들을 가지며, 데이터 필드를 위한 비트 시간은 CAN FD 네트워크의 특성들 및 선택된 송수신기의 성능과 관련하여 선택된다.

표준 CAN 송수신기들이 CAN FD를 위해 사용될 수 있으며, 전용 송수신기들은 선택사항이다. CAN FD 프로토콜 제어기들은 - 비트-레이트가 더 높은 위상에서 - 전용 CAN FD 송수신기를 대안의 동작 모드로 전환하기 위해 추가의 인터페이스 신호들을 제공할 수도 있다.

전용 CAN FD 송수신기들은, CAN의 NRZ 코딩으로 한정되지 않고 비트-레이트가 더 높은 위상에서 대안의 코딩 시스템을 이용할 수도 있다.

기본 개념들 CAN FD(BASIC CONCEPTS CAN FD):

CAN FD 프레임은 CAN 프레임과 동일한 엘리먼트들로 이루어지며, 차이점은 CAN FD 프레임에서는 데이터 필드 및 CRC 필드가 더 길 수도 있다는 점이다.

메시지 검증(message validation)은, CAN에서와 같이, 적어도 하나의 수신기로부터의 우성 확인응답 비트(dominant Acknowledge bit)를 요구한다. 에러 프레임들, 에러 카운터들, 에러 패시브 레벨 및 버스-오프 레벨을 갖는 CAN FD 장애 제한(fault confinement)은 CAN에서와 동일하고, 이는 동일한 5개의 에러 타입: 비트 에러, 스터프 에러(Stuff Error), CRC 에러, 폼 에러, 및 확인응답 에러에 기초한 것이다.

프레임 포맷(FRAME FORMAT):

표준 CAN 및 CAN FD 프레임들의 예들이 도 1에 도시된다.

CAN FD는, 11비트 길이 "표준 포맷(Standard Format)" 및 29비트 길이 "확장된 포맷(Extended Format)"과 같은, CAN 프로토콜의 식별자 길이들 둘 다를 지원한다. CAN FD 프레임들은 표준 CAN 프레임들과 동일한 구조를 갖는데, 표준 CAN 프레임들과 CAN FD 프레임들 사이의 구별은, 보통 "r0" 또는 "r1"로 명명되고 제어 필드에서 데이터 길이 코드 전에 위치한 예약 비트(reserved bit)에서 한다. CAN FD 프레임에서, 이 비트가 열성으로(recessive) 송신되어 EDL로 불린다. 표준 CAN 프레임들과 달리 추가의 제어 필드 비트들, 예컨대, 비트 BRS가 뒤따른다.

도 2는 비트-레이트가 메시지 내에서 전환되는 위치를 도시한다.

CAN FD 프레임의 제1 부분은, 프로토콜들을 구별하는 예약 비트가 CAN 프레임과 동일한 비트-레이트로 송신될 때까지이다. 비트-레이트는 - 열성 EDL 비트가 수신된 경우에 - BRS 비트의 값에 의존하여 전환된다. 비트-레이트는 BRS 비트로 시작하여 CRC 구분자에 도달할 때까지 또는 CAN FD 제어기가 에러 프레임의 시작을 야기하는 에러 조건을 목격할 때까지 전환된다. ACK 필드, 프레임의 말단, 및 오버로드 프레임들뿐 아니라 CAN FD 에러 프레임들은 CAN 에러 프레임과 동일한 비트-레이트로 송신된다. 이 비트 BRS가 열성으로 송신되면, 비트-레이트는 예약 비트 BRS에서 더 짧은 비트 시간으로 전환된다. 이는, 도 2에서, CAN FD 메시지들을, 높은 비트-레이트가 사용되는 1개의 부분인 "CAN FD 데이터"와, 그를 둘러싸는 더 낮은 비트-레이트가 사용되는 "CAN FD 중재"로 명명된 2개의 부분으로 나누는 화살표에 의해 도시된다.

데이터 필드에서의 바이트들의 수는 데이터 길이 코드에 의해 표시된다. 이 데이터 길이 코드는 폭이 4비트이고 제어 필드 내에서 송신된다.

데이터 길이 코드의 코딩은 CAN FD에서 상이하다. 처음 9개 코드들은 동일하지만, CAN에서 8 바이트의 데이터 필드를 명시하는 그 다음의 코드들은 CAN FD에서 더 긴 데이터 필드들을 명시한다. 모든 원격 프레임들은, 대응하는 데이터 프레임의 데이터 길이 코드에 무관하게, 제로의 데이터 길이 코드를 사용할 것이다.

데이터 길이 코드에 의한 데이터 바이트들의 수의 코딩에 대한 일례가 도 3에 기술된다.

CRC 필드는 CRC 시퀀스 이후에 CRC 구분자를 포함한다.

CRC 시퀀스(CRC SEQUENCE): 프레임 체크 시퀀스는 순환 중복 코드(cyclic redundancy code)(BCH 코드)로부터 도출된다.

CRC 계산을 수행하기 위해, 나누어질 다항식은, 그 계수들이 관련 비트 스트림에 의해 주어지는 다항식으로서 정의된다. CAN FD는 상이한 프레임 길이에 대해 상이한 CRC 다항식들을 사용한다. 최대 8 데이터 바이트를 갖는 프레임들에 대해, CAN에서와 동일한 다항식이 사용된다.

최대 8 데이터 바이트를 갖는 프레임들에 대해, 관련 비트 스트림은, 프레임의 시작, 중재 필드, 제어 필드, 데이터 필드(존재할 경우), 및 15개의 최하위 계수들에 대해 0으로 이루어진 디스터핑된(destuffed) 비트 스트림이다. 이 다항식은 생성기-다항식에 의해 나누어지며(계수들이 모듈로-2로 계산됨), 이 생성기-다항식은, 해밍 거리(HD)=6에 있어서, 127비트 미만의 비트 카운트를 갖는 프레임들에 대해 가장 적합하다.

X15 + X14 + X10 + X8 + X7 + X4 + X3 + 1

데이터 필드에 있어서 8 초과 바이트를 갖는 프레임들에 대해, 상이한(그리고 더 긴) CRC 다항식들이 프레임의 길이에 적응되게 사용된다. 이에 따라, CRC 필드가 길어진다. 또한, 더 긴 프레임들에 있어서, CRC 시퀀스 전에 발생하는 스터프 비트들은 CRC에 의해 보호될 것이다.

각각의 CRC 시퀀스는 별도의 시프트 레지스터 블록에서 계산된다. 프레임의 시작에서는, 모든 노드들에서, 중재 이후, CRC 시퀀스들 중 하나가 예약비트에 의해 그리고 DLC에 의해 선택될 때까지 모든 CRC 시퀀스들이 동시에 계산될 것이다. 단지 선택된 CRC 시퀀스만이 CRC 에러를 야기할 수 있다.

CRC 구분자(CRC DELIMITER): CRC 시퀀스 이후에 CRC 구분자가 이어지며, 이 CRC 구분자는 하나 또는 2개의 '열성(recessive)' 비트들로 이루어진다. 송신기는 CRC 구분자로서 오직 하나의 '열성' 비트만을 전송할 것이지만, 모든 노드들은, 확인응답 슬롯을 시작하는, 열성(recessive)으로부터 우성(dominant)으로의 에지 전에 2개의 '열성' 비트들을 수용할 것이다.

비고(Note): CRC 구분자가 검출될 경우, CAN FD 프로토콜 제어기들은 더 긴 비트 시간을 갖는 비트-레이트로 다시 전환한다.

CAN 네트워크에서의 노드들 간의 위상-변이(phase-shift)는 송수신기들에서의 지연 시간들 및 CAN 버스 라인 상에서의 전파 시간에 의해 정의된다. 위상-변이는 CAN에서 및 CAN FD에서 동일하지만, 비트 시간이 더 짧은 위상에서 비례해서 더 크다. 네트워크에서의 모든 수신기들은 송신기에 대한 상이한 위상-변이를 가질 수도 있는데, 왜냐하면 모든 수신기들은 상이한 시간들에 송신된 에지들을 목격하기 때문이다. 비트-레이트가 더 긴 비트 시간으로 다시 전환될 경우에 이들 위상-변이들을 보상하기 위해, 확인응답 슬롯을 시작하는, 열성으로부터 우성으로의 에지 전후에 하나의 추가의 비트 시간 용인이 허용된다.

ACK 필드는 2 또는 3비트 길이이고, 도 4에 도시된 바와 같이, ACK 슬롯 및 ACK 구분자를 포함한다. ACK 필드에서, 송신국은 2개의 '열성' 비트들을 전송한다. 유효한 메시지를 정확하게 수신한 수신기는, ACK 슬롯 동안 '우성' 비트를 전송함(이는 'ACK'를 전송함)으로써, 이것을 송신기에 보고한다.

ACK 슬롯(ACK SLOT): 매칭하는 CRC 시퀀스를 수신한 모든 스테이션들은, 송신기의 '열성' 비트 위에 '우성' 비트를 쓰는 것에 의해 ACK 슬롯 내에 이것을 보고한다. 수신기들 간의 위상-변이들을 보상하기 위해, 모든 노드들은 유효한 ACK로서 ACK 비트들을 중첩하는 2비트 길이의 '우성' 위상을 수용한다.

ACK 구분자(ACK DELIMITER): ACK 구분자는 ACK 필드의 제2 또는 제3 비트이고 '열성' 비트여야 한다. 결과적으로, ACK 슬롯은 2개의 '열성' 비트들(CRC 구분자, ACK 구분자)에 의해 둘러싸인다.

프레임의 말단(END OF FRAME): 각각의 데이터 프레임 및 원격 프레임은 7개의 '열성' 비트들로 이루어진 플래그 시퀀스에 의해 한정된다.

비트 타이밍 요구조건들(BIT TIMING REQUIREMENTS):

CAN FD 프로토콜은 2개 비트-레이트들을 정의하며, 제1 비트-레이트는 더 긴 비트 시간을 갖고 제2 비트-레이트는 더 짧은 비트 시간을 갖는다. 제1 비트-레이트에 대한 정의는 CAN 프로토콜 명세에서의 공칭 비트 레이트 및 공칭 비트 시간에 대한 것과 동일하다. 제2 비트-레이트에 대한 정의는 별도의 구성 레지스터 세트를 요구한다. 양자의 비트 시간들은 별도의 비-중첩 시간 세그먼트들로 이루어지고, 이들 세그먼트들

동기화 세그먼트(SYNC_SEG)

전파 시간 세그먼트(PROP_SEG)

위상 버퍼 세그먼트1(PHASE_SEG1)

위상 버퍼 세그먼트2(PHASE_SEG2)

는 도 5에 도시된 바와 같은 비트 시간을 형성한다.

CAN FD 프로토콜의 2개의 비트-레이트들에 대한 시간 세그먼트들은 2개의 세트의 구성 레지스터들에 의해 정의된다.

SYNC SEG: 비트 시간의 이 부분은 버스 상의 다양한 노드들을 동기화하는데 사용된다. 에지는 이 세그먼트 내에 있도록 기대된다.

PROP SEG: 비트 시간의 이 부분은 네트워크 내에서 물리적 지연 시간들을 보상하는데 사용된다. 이는 버스 라인 상의 신호의 전파 시간, 입력 비교기 지연, 및 출력 구동기 지연의 합의 2배이다.

PHASE SEG1, PHASE SEG2: 이들 위상-버퍼-세그먼트들은 에지 위상 에러들을 보상하는데 사용된다. 이들 세그먼트들은 재동기화에 의해 길어지거나 짧아질 수 있다.

샘플 포인트(SAMPLE POINT): 샘플 포인트는 버스 레벨이 그 각자의 비트의 값으로서 판독 및 해석되는 시간 포인트이다. 그 위치는 PHASE_SEG1의 말단에 있다.

정보 처리 시간(INFORMATION PROCESSING TIME): 정보 처리 시간은 후속적인 비트 레벨의 계산을 위해 예약된 샘플 포인트로 시작하는 시간 세그먼트이다.

시간 세그먼트들의 길이는 시간 할당량(TIME QUANTUM)의 정수배로 정의되며, 이 시간 할당량은 발진기 주기로부터 도출되는 고정된 시간 단위이다. 적어도 1 내지 32에 이르는 정수 값들을 갖는 프로그램가능 프리스케일러가 존재한다. 최소 시간 할당량으로 시작하여, 시간 할당량은

시간 할당량(n) = m(n) * 최소 시간 할당량

의 길이를 가질 수 있으며, m은 프리스케일러의 값이다. 프리스케일러에 대한 2개 값들, 즉, m(1) 및 m(2)에는 각각의 비트-레이트에 대해 하나씩 CAN FD 프로토콜이 정의되어, 2개의 상이한 길이의 시간 할당량을 발생시킨다.

제1 비트-레이트에 대한 시간 세그먼트들의 길이:

SYNC_SEG(1)은 1 시간 할당량(1) 길이이다.

PROP_SEG(1)은 1,2,...,8 시간 할당량(1) 길이로 프로그램가능하다.

PHASE_SEG1(1)은 1,2,...,8 시간 할당량(1) 길이로 프로그램가능하다.

PHASE_SEG2(1)은 PHASE_SEG1(1) 및 정보 처리 시간의 최대값이다.

정보 처리 시간은 2 시간 할당량(1) 길이 이하이다.

제2 비트-레이트에 대한 시간 세그먼트들의 길이:

SYNC_SEG(2)는 1 시간 할당량(2) 길이이다.

PROP_SEG(2)는 0,1,2,...,8 시간 할당량(2) 길이로 프로그램가능하다.

PHASE_SEG1(2)는 1,2,...,8 시간 할당량(2) 길이로 프로그램가능하다.

PHASE_SEG2(2)는 PHASE_SEG1(2) 및 정보 처리 시간의 최대값이다.

정보 처리 시간은 2 시간 할당량 길이 이하이다.

비트 시간에서 시간 할당량의 총 수는 적어도 8 내지 25에서 프로그램가능하게 되어야 한다.

샘플 포인트의 위치는 2비트 타이밍 구성들에서 상이할 수도 있고, PROP_SEG의 길이는 제2 비트-레이트에 대한 구성에서 감소될 수도 있다.

CAN FD 구현(CAN FD IMPLEMENTATION):

CAN FD 프로토콜 구현들은 기존의 CAN 애플리케이션들을 위한 용이한 이행 경로(easy migration path)를 제공하기 위해 CAN 프로토콜 구현들과 동일한 제어기-호스트 인터페이스들을 제공할 것이다. 최소로 요구된 차이들은 CAN FD 동작을 위한 새로운 구성 레지스터들이다.

CAN FD 프로토콜은 8 초과의 데이터 바이트를 갖는 프레임들을 허용한다. 모든 CAN FD 구현들이 더 긴 프레임들을 지원할 것이 요구되지 않으며, CAN FD 구현들은 데이터 필드 길이의 서브세트로 제한될 수도 있다. 프레임에 있어서, 예를 들어, 단지 최대 8 데이터 바이트만을 지원하는 CAN FD 구현은 수신된 더 긴 프레임들을 에러로서 취급하지 않을 것이며, 무결함의 더 긴 프레임들은 확인응답될 것이고 수용 필터링에 참가할 것이다. CAN FD의 데이터 처리 용량을 초과하는 수신된 데이터 바이트들은 폐기될 것이다. 더 긴 프레임을 송신하도록 요청되는 그러한 제한된 CAN FD 구현은, 일정한 바이트 패턴을 갖는 데이터 처리 용량을 초과하는 프레임에서 데이터 바이트들을 채울 것이다. 이러한 패턴은, 스터프 비트들, 예를 들어, 0x33의 삽입을 야기하지 않도록 선택될 것이다.

CAN 구현들의 CAN FD 용인(CAN FD TOLERANCE OF CAN IMPLEMENTATIONS):

CAN FD는 CAN 프로토콜과 물리 계층을 공유한다. 하지만, 프레임 포맷은 상이하다. CAN FD 프레임에 2개의 새로운 제어 비트들이 존재하는데, EDL로 명명된 제1 제어 비트는 상이한 데이터 길이 코딩으로 새로운 프레임 포맷을 가능하게 하고, BRS로 명명된 제2 제어 비트는 중재가 결정된 이후에 더 빠른 비트 레이트로 선택적으로 전환한다. 새로운 CRC 다항식들은, 판명된 CAN 프로토콜에서와 동일한 해밍 거리를 갖는 더 긴 CAN FD 프레임들을 보장하도록 도입된다. CAN FD 프레임 포맷은, CAN 프레임 포맷에서 및 CAN FD 프레임 포맷에서의 메시지들이 동일 네트워크 내에서 공존할 수 있도록 정의되었다.

본 발명은, CAN 구현들이 CAN FD 프레임들을 용인하게 하는 표준 CAN 프로토콜(Norm CAN protocol)의 변형예를 설명한다. CAN FD 프레임들의 용인은, CAN FD 프레임들을 무시하고 그들을 방해하지 않음을 의미한다.

CAN FD 명세에 따르면, CAN FD 명세에 따라 설계된 CAN FD 구현들 및 BOSCH CAN 명세 2.0에 따라 설계된 표준 CAN 구현들은, CAN FD 프레임 포맷을 이용하지 않는 한, 서로 통신할 수 있다. 이는 CAN 시스템들이 CAN FD 시스템들로 점진적으로 이행하게 할 수 있다. 도입 위상에서, 특정 동작 모드들, 예를 들어, 라인 말단 프로그래밍에서의 소프트웨어-다운로드시, 단지 CAN FD만 사용할 수 있지만, CAN FD를 지원하지 않는 다른 제어기들은 대기상태로 유지된다.

CAN FD 구현들은 모든 CAN 프레임들을 디코딩할 수 있지만, BOSCH CAN 명세 2.0 또는 ISO 11898-1에 따른 표준 CAN 구현들은 에러 프레임을 갖는 CAN FD 프레임을 파괴할 것이다.

본 발명은, CAN 구현들이 CAN FD 프레임들을 용인하게 하는 프로토콜의 변형예를 설명하며, 이는 CAN FD 프레임들이 파괴되는 것이 아니라 무시됨을 의미한다. CAN 프로토콜의 2개의 기존의 특징들이 결합되어, CAN 구현들이 CAN FD을 용인하게 한다. 첫 번째, CAN 구현들이 재시작 이후 또는 버스_오프 복원 시퀀스 동안 버스 활동에 그 자신을 동기화할 경우, 11개의 연속적인 열성 비트들의 발생을 체크하는데 사용되는 카운터. 두 번째, 비트 동기화를 위한 기본으로서 각각의 시간 할당량에 대해 한 번 CAN 버스 입력을 스트로브하는 에지 검출 메커니즘.

CAN FD EDL 관리(CAN FD EDL Management):

본 발명에 따라 변경된 CAN 구현들은 다음의 메커니즘을 이용하여 CAN FD을 용인하게 된다: 표준 포맷을 갖는 표준 CAN 프레임에서의 비트 위치(r0) 또는 (즉, CAN FD 프레임의 EDL 비트의 위치에 대응하는, 도 1a 및 도 1b 참조) 확장된 포맷을 갖는 표준 CAN 프레임에서의 비트 위치(r1)에서의 열성 비트를 검출한 직후, 변경된 CAN 구현들이 그들의 프로토콜 디코딩 상태 머신을 재시작한다. 그들은, 그들의 에러 카운터들을 변경하지 않고 에러 프레임을 전송하지 않고 재시작하며, 다음에서 설명되는 바와 같은 CAN FD 복원을 수행한다.

CAN FD 복원(CAN FD Recovery):

CAN FD 복원은, 서술된 바와 같이, 프로토콜 디코딩 상태 머신의 재시작으로 시작한다. 그 후, 프로토콜 디코딩 상태 머신은, 11개의 연속적인 열성 비트들의 시퀀스를 체크함으로써 버스 활동에 그 자신을 동기화할 때까지 대기할 것이다. 이 시퀀스 내부에 임의의 열성 대 우성 에지가 존재하지 않아야 하며, 그러한 에지는 비트 카운트를 재시작할 것이다. 이 시퀀스가 검출될 경우, 유닛은 프레임의 시작을 위해 준비되고 수신기 또는 송신기로 전환하는 유휴상태일 것이다.

이러한 메커니즘의 이점은, CAN FD 메시지가 연속적으로 송신(또는 에러 이유가 CAN FD 노드에 의해 검출되면, 에러 프레임에 의해 인터럽트)되었을 때까지 변경된 CAN 노드가 대기할 것임이 보장된다는 점이다. CAN FD 메시지의 송신 동안, 11개의 연속적인 열성 비트들의 시퀀스의 요구조건은 결코 참이 되지 않을 것이며, 따라서, 변경된 CAN 노드는 설명된 바와 같은 CAN FD 복원을 종료하지 않을 것이다.

따라서, CAN FD 복원 방법은 변경된 CAN 구현들이 모든 CAN FD 프레임들을 용인하게 한다.

CAN FD 프레임 데이터 위상(도 2 참조) 내부에서의 비트 시간은 CAN FD 중재 위상에서 하나의 시간 할당량보다 더 짧지 않은 것이 유리하다. 그렇지 않으면, 11개의 연속적인 열성 비트들이 드문 경우에 CAN FD 프레임에서 변경된 CAN 노드에 의해 관측되는 것이 가능할 수 있다.

CAN FD 프레임의 검출은 에러 카운터들의 증분을 야기하지 않을 것이며, CAN 구현은, CAN FD 프레임이 종료한 직후 버스 활동을 재개할 수 있을 것이다.

Claims

버스 시스템에 의해 접속되는 송신 노드와 적어도 하나의 변경된 수신 CAN 노드 간의 데이터 프레임들의 교환에 의한 직렬 통신 방법으로서,
송신기와 수신기의 역할들은 CAN 표준 ISO 11898-1에서 정의된 중재 절차에 의해 각각의 데이터 프레임에 대한 노드들에 할당되고, 교환된 데이터 프레임들은 상기 CAN 표준 ISO 11898-1에 따른 논리 구조를 가지며,
상기 데이터 프레임들은 비트들의 시퀀스로 이루어지고,
상기 데이터 프레임들의 논리 구조는 프레임 시작 비트(Start-Of-Frame-Bit), 중재 필드(Arbitration Field), 제어 필드(Control Field), 데이터 필드(Data Field), CRC 필드(CRC Field), 확인응답 필드(Acknowledge Field), 및 프레임의 말단 필드(End-of-Frame Field)를 포함하고,
각각의 비트는 비트 시간을 가지며,
CAN FD 데이터 프레임은 중재 절차 종료 이후의 더 짧은 비트 시간 또는 더 긴 데이터 필드를 갖고,
송신 노드는 CAN FD 데이터 프레임을 송신하고,
상기 제어 필드 내의 특정 비트의 미리 정의된 값에 응답하여, 변경된 CAN 노드는 그 프로토콜 디코딩 상태 머신을 재시작하고, 카운터와, 에지가 검출되면 카운터를 재시작하도록 구성된 에지 검출 메커니즘을 사용하여, 11개의 연속적인 열성 비트들(recessive bits)의 시퀀스를 체크함으로써, 버스 활동에 그 자신을 동기화할 때까지 대기하는 것을 특징으로 하는 직렬 통신 방법.
제1항에 있어서,
상기 변경된 CAN 노드는 그의 에러 카운터들을 변경하지 않고 그의 프로토콜 디코딩 상태 머신을 재시작하는 것을 특징으로 하는 직렬 통신 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 변경된 CAN 노드는 에러 프레임(ERROR FRAME)을 전송하지 않고 그의 프로토콜 디코딩 상태 머신을 재시작하는 것을 특징으로 하는 직렬 통신 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
각각의 비트 시간은 시간 세그먼트들(Time Segments)(SYNC_SEG, PROP_SEG, PHASE_SEG1, PHASE_SEG2)로 나누어지고,
시간 세그먼트들의 길이는 시간 할당량(TIME QUANTUM)의 정수배로 정의되고, 시간 할당량은 발진기 주기로부터 도출되는 고정된 시간 단위이고,
에지 검출 메커니즘은 각각의 시간 할당량에 대해 한 번 버스 입력을 스트로브하는 것을 특징으로 하는 직렬 통신 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 송신 노드는 송신된 프레임들의 CAN FD 데이터 위상에서 더 짧은 비트 시간을 이용하여 통신하고,
상기 CAN FD 데이터 위상은 상기 제어 필드의 송신 동안 시작하고, 상기 확인응답 필드의 송신 동안에 종료하고,
상기 CAN FD 데이터 위상 내부에서의 비트 시간은 CAN FD 중재 위상에서의 하나의 시간 할당량보다 짧지 않은 것을 특징으로 하는 직렬 통신 방법.
버스 시스템에 의해 접속되는 송신 노드와 적어도 하나의 변경된 수신 CAN 노드 간의 데이터 프레임들의 교환에 의한 직렬 통신 디바이스로서,
송신기와 수신기의 역할들은 CAN 표준 ISO 11898-1에서 정의된 중재 절차에 의해 각각의 데이터 프레임에 대한 노드들에 할당되고, 교환된 데이터 프레임들은 상기 CAN 표준 ISO 11898-1에 따른 논리 구조를 가지며,
상기 데이터 프레임들은 비트들의 시퀀스로 이루어지고,
상기 데이터 프레임들의 논리 구조는 프레임 시작 비트, 중재 필드, 제어 필드, 데이터 필드, CRC 필드, 확인응답 필드, 및 프레임의 말단 필드를 포함하고,
각각의 비트는 비트 시간을 가지며,
CAN FD 데이터 프레임은 중재 절차 종료 이후의 더 짧은 비트 시간 또는 더 긴 데이터 필드를 갖고,
CAN FD 데이터 프레임이 송신 노드에 의해 송신될 때, CAN FD 데이터 프레임의 상기 제어 필드 내에서의 특정 비트의 미리 정의된 값에 응답하여,
상기 직렬 통신 디바이스는 그의 프로토콜 디코딩 상태 머신을 재시작하고, 카운터와, 에지가 검출되면 카운터를 재시작하도록 구성된 에지 검출 메커니즘을 사용하여, 11개의 연속적인 열성 비트들의 시퀀스를 체크함으로써, 버스 활동에 그 자신을 동기화할 때까지 대기하는 것을 특징으로 하는 직렬 통신 디바이스.
제6항에 있어서,
상기 직렬 통신 디바이스는 그의 에러 카운터들을 변경하지 않고 그의 프로토콜 디코딩 상태 머신을 재시작하는 것을 특징으로 하는 직렬 통신 디바이스.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 직렬 통신 디바이스는 에러 프레임을 전송하지 않고 그의 프로토콜 디코딩 상태 머신을 재시작하는 것을 특징으로 하는 직렬 통신 디바이스.
제6항 또는 제7항에 있어서,
각각의 비트 시간은 시간 세그먼트들(Time Segments)(SYNC_SEG, PROP_SEG, PHASE_SEG1, PHASE_SEG2)로 나누어지고,
시간 세그먼트들의 길이는 시간 할당량(TIME QUANTUM)의 정수배로 정의되고, 시간 할당량은 발진기 주기로부터 도출되는 고정된 시간 단위이고,
에지 검출 메커니즘은 각각의 시간 할당량에 대해 한 번 버스 입력을 스트로브하는 것을 특징으로 하는 직렬 통신 디바이스.