TWI537742B

TWI537742B - 具控制器區域網路匯流排模組及自動速度偵測之微控制器及用於初始化微控制器中之控制器區域網路模組之方法

Info

Publication number: TWI537742B
Application number: TW101105695A
Authority: TW
Inventors: 喬瑪奇
Original assignee: 微晶片科技公司
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2016-06-11
Also published as: JP5963783B2; TW201241637A; US20120233341A1; US9338035B2; EP2684323A1; KR101884925B1; WO2012121881A1; JP2014511068A; EP2684323B1; KR20140014202A; CN103416035A; CN103416035B

Description

具控制器區域網路匯流排模組及自動速度偵測之微控制器及用於初始化微控制器中之控制器區域網路模組之方法

本發明係關於具有一控制器區域網路(CAN)模組之微控制器。

控制器區域網路(CAN)係在一高安全性等級情況下有效支援分佈式即時控制之一串列通信協定。CAN之應用係在高速數位通信網路至低成本多工佈線之範圍內。CAN係用於即時應用之一高完整性串列資料通信匯流排。CAN係以至多每秒1百萬位元之資料速率進行操作、具有極佳錯誤偵測及限制能力，且最初經開發而於汽車中使用。推動CAN發展之動機係藉由改良汽車電子、引擎控制單元、感測器、防滑煞車系統等等之可互通性而使汽車更可靠、安全及省油，同時降低佈線線束重量及複雜度。因為CAN之起始，CAN協定在工業自動化及汽車/卡車應用中已得到廣泛普及。CAN匯流排在雜訊環境中之穩健性及偵測故障條件並自故障條件恢復之能力使CAN適合與工業控制設備、醫療設備、測試設備、行動及可攜式機器、器具等等一起使用。

CAN係具包括(例如)兩條線之一邏輯匯流排之一非同步串列匯流排系統。CAN具有具備同等匯流排節點之一開放式、線性匯流排結構。一CAN匯流排係由兩個或兩個以上節點組成。可在不干擾其他節點之通信之情況下動態地改變匯流排上之節點數目。

該CAN邏輯匯流排對應於一「線或」(wired-OR)機構，「隱性」位元(通常但並非必須等效於邏輯位準「1」)係藉由「顯性」位元(通常為邏輯位準「0」)覆寫。只要無匯流排節點發送一顯性位元，匯流排線便處於隱性狀態中，但是來自任何匯流排節點之一顯性位元產生顯性匯流排狀態。因此，對於CAN匯流排線而言，選擇能夠傳輸兩種可能的位元狀態(顯性及隱性)之一媒體。所使用之一共同實體媒體係一絞線對。接著，匯流排線被稱為「CANH」及「CANL」，且可直接連接至CAN控制器節點或經由一連接器連接至該等CAN控制器節點。

在CAN匯流排協定中，並非所定址之匯流排節點而是位址資訊包含於經傳輸之訊息中。此可經由識別訊息內容(例如，引擎速度、油溫等等)之一識別碼(每一訊息之部分)來完成。該識別碼額外指示訊息之優先權。該識別碼之二進位值愈低，該訊息之優先權愈高(更多顯性位元)。

在一CAN控制器中，惟發送完整訊框來代替字元除外，架構類似於一簡單UART：存在(通常存在)一單傳輸緩衝區及一雙緩衝接收緩衝區。CPU將一訊框放置於該傳輸緩衝區中，且在發送該訊框時採取一中斷；該CPU在該接收緩衝區中接收一訊框、採取一中斷並清空該緩衝區(在接收到一後續訊框之前)。該CPU必須管理傳輸及接收並處置該等訊框之儲存。

在初始化期間，傳輸裝置及接收裝置通常程式化其等各自CAN模組以使用一預定CAN頻率。然而，在許多應用中，此頻率可能係未知的。又，每一CAN位元之長度可改變約某一標稱長度之近似20%。此外，在一運行系統中，不存在一系統可同步之「已知初始化傳輸」。換言之，若一裝置耦合至一已建立之CAN匯流排系統，則所傳送訊息之內容係未知的。因此，在習知系統中，可使用一試誤方法來判定可導致一極長設定時間或甚至可完全失效之CAN匯流排之正確操作頻率。在其他串列匯流排系統中，可使用諸如「5555」或「AAAA」之同步字元序列執行一初始化階段。然而，尤其在一CAN匯流排已在運行之情況下，此等初始化常式可能無法使用。

因此，需要一種用於具有容許對一CAN系統中使用之一操作頻率作出一快速判定之一CAN模組之一微控制器之改良式自動速度偵測系統及方法。

根據一實施例，一種用於初始化一微控制器中之一控制器區域網路(CAN)模組之方法可包括：量測一CAN信號之複數個下降邊緣或上升邊緣之間之週期時間；對該等週期時間進行排序；判定該等經排序週期時間之相鄰週期時間之間之差值；對該等差值進行排序；自該等經排序差值選擇一第一差值並自該第一差值判定一第一頻率；使用選定頻率初始化該CAN模組；接收一CAN信號訊框；判定是否發生一錯誤；若發生一錯誤，則選擇下一頻率並重複初始化該CAN模組直至發現一有效CAN頻率。

根據一進一步實施例，該方法亦可包括：使一外部CAN 線與該微控制器之一擷取模組之一輸入耦合以量測該等週期時間。根據一進一步實施例，該方法可進一步包括：在內部饋送一CAN信號至該該微控制器之一擷取模組之一輸入以量測該等週期時間。根據一進一步實施例，該方法可進一步包括：在對該等差值進行排序之步驟之後，捨棄導致無效頻率之差值之步驟。根據一進一步實施例，可使用一計時器及擷取單元來量測該等週期時間。根據一進一步實施例，可量測一CAN信號之下降邊緣之間之10個週期時間。根據一進一步實施例，若未發現有效頻率，則可重複該方法。根據一進一步實施例，可使用一查詢表執行自差值判定一頻率之步驟。根據一進一步實施例，自該差值判定一頻率之步驟可使用四捨五入或截斷來計算一頻率。根據一進一步實施例，可程式化該微控制器以執行該方法。根據一進一步實施例，該微控制器可包括執行該方法之一狀態機。

根據另一實施例，一微控制器可包括：一中央處理單元(CPU)、一控制器區域網路(CAN)模組、一計時器、與該計時器耦合之一擷取模組，其中該微控制器經組態以藉由以下步驟自動地偵測一CAN頻率：量測一CAN信號之複數個下降邊緣或上升邊緣之間之週期時間；對該等週期時間進行排序；判定該等經排序週期時間之相鄰週期時間之間之差；對該等差值進行排序；選擇一第一差並自該第一差判定一第一頻率；使用選定頻率初始化該CAN模組；接收一CAN信號訊框；判定是否發生一錯誤；若發生一錯誤，則選擇下一頻率並重複初始化該CAN模組直至發現一有效CAN頻率。

根據該微控制器之一進一步實施例，該微控制器可進一步經組態以捨棄導致無效頻率之差值。根據該微控制器之一進一步實施例，該擷取模組可包括一邊緣偵測器，該邊緣偵測器控制使該計時器與一擷取暫存器耦合之一驅動器。根據該微控制器之一進一步實施例，該微控制器可包括耦合於該CAN匯流排模組之一輸入與該擷取模組之輸入之間一可控制驅動器。根據該微控制器之一進一步實施例，該微控制器可經組態以藉由使用一查詢表而自該差值判定一頻率。根據該微控制器之一進一步實施例，該微控制器可經組態以使用四捨五入或截斷而自該差值判定一頻率。根據該微控制器之一進一步實施例，可藉由軟體程式化該微控制器以判定CAN頻率。根據該微控制器之一進一步實施例，該微控制器可包括用以判定該CAN頻率之一狀態機。根據該微控制器之一進一步實施例，該微控制器可包括用以控制該狀態機之一特殊功能暫存器。

參考圖1，藉由虛線指示一微控制器100。該微控制器100包括一中央處理單元(CPU)110及與該CPU 110耦合之一CAN匯流排模組或周邊裝置。提供外部接針130及135，CAN匯流排模組120可透過該等外部接針130及135而使該CAN匯流排模組120之個別傳輸線CANTX及接收線CANRX連接至外部CAN匯流排180之雙絞線CANH及CANL線。此通常經由將個別內部信號CANRX及CANTX轉換為各自CAN匯流排信號CANH及CANL之一外部介面驅動器105而完成。然而，其他實施例可在內部提供容許直接連接至一CAN匯流排之此一介面裝置。

此外，該微控制器包括一擷取/比較/脈衝寬度調變(CCP)模組140、一計時器模組170及一時脈系統160(其等皆與CPU 110耦合)。該CCP模組140與另一外部接針150耦合以評估外部信號。為此，根據一實施例，該CCP模組140內部之一可控制驅動器146可連接至外部接針150。然而，圖1中展示之例示性裝置亦可評估/處理由虛線展示之內部信號。例如，在一實施例中，可透過一可控制驅動器185將內部CAN信號CANRX饋送至該CCP模組140。尤其當存在一內部CAN匯流排介面105以容許評估內部CANRX信號之時可考慮此實施例。然而，如熟習此項技術者將了解，其他實施例可容許直接評估CAN匯流排線。在此一情況中，可使用配置在內部或外部之一差動驅動器/轉換器單元以將該CAN匯流排上之信號轉換為一單一數位信號並將該等信號饋送至該CCP模組140。

CCP模組140可包括接收可控制驅動器146及185以及可經實施以選擇一內部或外部輸入信號之任何其他可控制驅動器之輸出之一預按比例調整器142。預按比例調整器142之輸出係與可程式化地偵測傳入信號之一上升邊緣或下降邊緣之一邊緣偵測器148耦合。此邊緣偵測器之輸出信號控制一進一步驅動器145，該進一步驅動器145使計時器模組170 之一計時器暫存器175與CCP模組140之擷取暫存器144耦合。邊緣偵測器148可自時脈系統160接收一時脈信號。

為提供一自動速度偵測功能，將該CCP模組之輸入或其輸入之一者(若該CCP模組包括多個輸入)與如接針130上可用之CANRX線耦合。如圖1中所示，此可藉由使外部接針150與CANRX接針130連接或經由可控制驅動器185選擇一內部耦合來完成。此設定僅在自動速度偵測階段期間係必需的。一旦已判定速度，便可將CCP輸入用於處理其他信號。

圖2展示外部CAN匯流排180上之一例示性信號。該CCP模組140經程式化以分析CAN信號200之下降邊緣。然而，在其他實施例中，可分析不同的信號特性以判定一週期。根據圖2，每當發生一下降邊緣時，該CCP模組140自計時器模組擷取計時器值。展示已擷取之例示性計時器值。僅將值四捨五入至最近100以促進對該方法之原理之理解。在圖2中展示之實例中，調查10個下降邊緣。然而，可處理更多或更少邊緣。擷取之邊緣愈多，自動速度偵測變得愈精確。可用100奈秒之一解析度初始化該計時器。為此，該計時器可以10 MHz或任何其他合適時脈頻率進行計時。如圖1中所示，計時器值可為(例如)16位元值。因此，取決於時脈來源，可獲得不同解析度。計時器解析度愈佳，量測愈準確。使用最快可能計時器來源係較佳方法，此係因為最快可能計時器來源增加計時器之解析度。例如，可使用一40 MHz時脈以使該計時器解析度改良至25奈秒。接著可將此等計時器值儲存於一陣列中。

圖3展示如何進一步處理所擷取之計時器值。在一第一步驟中，如最左行中所示，自最小值至最大值對具有10個擷取計時器值之陣列進行排序。接著，如第二行中所示，計算每兩個相鄰計時器值之間之差。接著，如第三行中所示，再次對該等不同差值進行排序。在另一步驟中，可捨棄無效差。例如，如圖3中之第三行中所示，可捨棄明顯低於1微秒或任何預定最大週期或高於一預定最大頻率之值。對於如圖3中之第四行中所示之剩餘值，判定剩餘週期值之所得頻率。接著，使用第一值以設定該CAN匯流排模組120之頻率。為此，根據一實施例，可使用一窗以使頻率四捨五入至一CAN系統中有意義之最近數字。例如，250kbps或275kbps但非263kbps。一旦已判定此頻率(例如，如圖3中所示之500kbps)，便可使用此頻率初始化該CAN匯流排模組120且將該CAN匯流排模組120設定為一「僅收聽」模式，使得不干擾正常匯流排訊務。接著，該系統等待並判定一所接收之訊息是否有效或一錯誤訊息是否藉由該CAN匯流排模組120產生。在一錯誤訊息之情況中，自動速度偵測方法選擇如圖3中所示之下一可用頻率(例如，450kbps)。重複此等步驟直至設定正確頻率。因此，該方法使用如圖3中展示之最後一行中判定之不同頻率重複初始化該CAN匯流排模組120。若此等經判定值皆未產生一正確設定，則該方法再次開始並評估一CAN信號之另外10個邊緣。

可直接使用如圖3中第四行中所示之計時器差值來存取含有實際頻率值之一表。此一方法將容許容易地執行一截斷或四捨五入以獲得有用頻率值。

圖4展示上文描述之方法之一例示性流程圖。在步驟400中，使用該CCP模組藉由偵測下降邊緣或上升邊緣及儲存相關計時器值t(1)至t(n)而評估CAN信號。接著，在步驟410中將此等值排序成值ts(1)至ts(n)。在步驟420中，藉由計算d(x)=ts(x+1)-ts(x)而判定△值d(1)至d(n-1)，其中x=1..n-1。在步驟430中，再次將該等△值排序成ds(1)..ds(n-1)。接著，在步驟440中，視情況捨棄未形成有效頻率之值ds()。在步驟450中，使用剩餘值判定頻率值f(x)=1/ds(x)。在步驟460中，使用第一值f(1)初始化該CAN匯流排模組120。接著，在步驟470中接收一訊框。在步驟480中，藉由檢查該CAN匯流排模組120是否產生任何錯誤訊息而判定正確時序。若未產生任何錯誤訊息，則結束程序。若產生一錯誤，則在步驟490中憑藉(例如)藉由使用一查詢表獲得下一個值f(i)而繼續該程序。在步驟500中，判定是否不再存在可用值。若不存在，則該程序跳至步驟500，否則，該程序跳至步驟460。

根據一實施例，可藉由軟體執行上文描述之序列。然而，根據另一實施例，可使用一狀態機190以控制如上所述之特定序列。圖1展示該狀態機190。在能夠(例如)透過如圖1中所示之可控制驅動器185而在內部選擇至該CAN匯流排模組120之輸入信號之一微控制器100中，此狀態機將尤其有利。可透過在一特殊功能暫存器195中設定一位元來啟動該狀態機。一旦經啟動，狀態機190經由可控制驅動器185使內部CAN匯流排信號耦合至該CCP模組140、執行如上所述之CAN匯流排模組120之初始化並使該CAN信號與該CCP模組140切斷連接。接著，一使用者可使用此模組來評估其他信號。

因此，本發明經良好調適以實行諸目的並達到所提及之目標及優點以及本發明中所固有之其他目的及優點。雖然已描繪、描述本發明且藉由參考本發明之特定較佳實施例定義本發明，但是此等參考並非暗示對本發明之一限制，且未推斷此限制。如相關技術之一般技術者將想起，可在形式及功能上對本發明進行大幅修改、變更及等效物。本發明之所描繪且描述之較佳實施例僅係例示性且非本發明之詳盡範疇。因此，本發明旨在僅受限於隨附申請專利範圍之精神及範疇，在各方面對於等效物給予完整認知。

100‧‧‧微控制器

105‧‧‧外部介面驅動器/內部控制器區域網路(CAN) 匯流排介面

110‧‧‧中央處理單元(CPU)

120‧‧‧控制器區域網路(CAN)匯流排模組

130‧‧‧外部接針

135‧‧‧外部接針

140‧‧‧擷取/比較/脈衝寬度調變模組

142‧‧‧預按比例調整器

144‧‧‧擷取暫存器

145‧‧‧驅動器

146‧‧‧可控制驅動器

148‧‧‧邊緣偵測器

150‧‧‧外部接針

160‧‧‧時脈系統

170‧‧‧計時器模組

175‧‧‧計時器暫存器

180‧‧‧外部控制器區域網路(CAN)匯流排

185‧‧‧可控制驅動器

190‧‧‧狀態機

195‧‧‧特殊功能暫存器

200‧‧‧控制器區域網路(CAN)信號

圖1係具有整合式CAN模組之一微控制器之一實施例之一方塊圖。

圖2展示一例示性CAN信號之一時序圖。

圖3展示根據一實施例之判定一CAN操作頻率之一原理。

圖4展示根據一實施例之一流程圖。

Claims

一種用於初始化一微控制器中之一控制器區域網路模組之方法，該方法包括：量測一控制器區域網路信號之連續下降邊緣或連續上升邊緣之間之時間；其中：對該等經量測時間進行排序以提供一第一排序清單；判定該經排序清單之相鄰之經量測時間之間之差值；對該等差值進行排序以提供一第二排序清單；自該經排序第二清單選擇一第一差值並自該第一差值判定一第一位元速率頻率；使用該選定位元速率頻率而初始化該控制器區域網路模組；接收一控制器區域網路信號訊框；判定是否發生一錯誤；及若發生一錯誤，則選擇一下一頻率並重複初始化該控制器區域網路模組直至發現一有效控制器區域網路頻率。
如請求項1之方法，其進一步包括使一外部控制器區域網路線與該微控制器之一擷取模組之一輸入耦合以量測該等時間。
如請求項1之方法，其進一步包括在內部饋送一控制器區域網路信號至該微控制器之一擷取模組之一輸入以量測該等時間。
如請求項1之方法，其在對該等差值進行排序之該步驟之後進一步包括以下步驟：捨棄無效頻率之差值。
如請求項1之方法，其中使用一計時器及擷取單元來量測該等時間。
如請求項3之方法，其中量測一控制器區域網路信號之連續下降邊緣或連續上升邊緣之間之一預定數目之時間，其具體數目為10個。
如請求項1之方法，其中若未發現有效頻率，則重複該方法。
如請求項1之方法，其中使用一查詢表執行自該差值判定一頻率之該步驟。
如請求項1之方法，其中自該差值判定一頻率之該步驟使用四捨五入或截斷來計算一頻率。
如請求項1之方法，其中該微控制器經程式化以執行該方法。
如請求項1之方法，其中該微控制器包括執行該方法之一狀態機。
一種微控制器，其包括：一中央處理單元；一控制器區域網路模組；一計時器；一擷取模組，其與該計時器耦合；其中該微控制器經組態以藉由執行請求項1至11之步驟自動地偵測一控制器區域網路頻率，若發生一錯誤，則選擇一下一頻率並重複初始化該控制器區域網路模組直至發現一有效控制器區域網路頻率。
如請求項12之微控制器，其中該擷取模組包括一邊緣偵測器，該邊緣偵測器控制使該計時器與一擷取暫存器耦合之一驅動器。
如請求項12之微控制器，其包括耦合於該控制器區域網路匯流排模組之一輸入與該擷取模組之一輸入之間一可控制驅動器。
如請求項12之微控制器，其包括用以控制該狀態機之一特殊功能暫存器。