TWI566546B - 用於檢查串聯式資料傳輸的修正過之功能的方法與裝置 - Google Patents

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Description

用於檢查串聯式資料傳輸的修正過之功能的方法與裝置
本發明係有關於一種在匯流排系統的至少兩節點間進行串聯式資料傳輸的方法與裝置。
例如在ISO 11898-1至ISO 11898-5等規範中揭露有Controller Area Network(控制器區域網路)(CAN)以及稱作“Time Triggered CAN”(“時間觸發CAN”)(TTCAN)之CAN擴展，該等規範在下文中亦稱CAN規範。CAN所用介質訪問控制法建立在位元仲裁的基礎上。採用CAN時，利用匯流排所傳輸之消息內的關鍵識別符來實施位元仲裁。
實施位元仲裁時，可有多個節點站同時透過匯流排系統傳輸資料，且資料傳輸不致受到干擾。節點站可在透過匯流排發送位元(發送信號)的同時測定該匯流排的邏輯狀態(0或1)(接收信號)。其中，總是將發送信道所傳輸的發送信號與接收信號進行比較，若某個時間點(抽樣點)上出現不一致，則匯流排節點停止發送活動，因為此時必然有另一匯流排節點試圖傳輸優先程度更高或識別符更低的消息。接收信號表示在仲裁期間試圖訪問該匯流排之所有節點站的消息位元發生疊加。匯流排線上存在信號傳輸時間，且匯流排連接單元(transceiver)中存在固有延遲時間，因此，此等信號之疊加結果會在位元間隔之後期出現，亦即，該抽樣點必然會處於位元間隔內之相對較晚的位置。此種狀況使得CAN之允許位元長度具有某種下限。且 很難加以縮短。
某個節點站將識別符完全發送後，此站贏得仲裁從而擁有對該匯流排的排他訪問。根據此CAN的協議說明書，在該發送節點站傳輸此消息之總和檢查欄(CRC欄、CRC field、“CRC總和檢查”)前，其他節點站不允許透過此匯流排發送資料。因此，傳輸CRC場(CRC Field)之最終時間點表示該發送節點站僅將其自身所發送之發送信號視為接收信號之間隔結束，該發送信號大體僅因匯流排連接單元上的固有延遲時間而有所延遲。在此間隔中，對發送信號與接收信號實施進一步比較，以偵測資料傳輸過程中的錯誤抑或發現其他匯流排節點所引發的錯誤消息。
採用協議後便可透過匯流排來可靠無損地傳輸由贏得仲裁程序的發送人所發送的消息。CAN協議尤其適用於傳輸實時條件下的較短消息，其中，可透過分配識別符來確保：就特別重要的消息而言大體總是有仲裁能夠被贏得且相應消息能夠被成功發送。
舉例而言，可透過對藉由發生器多項式而從之前在消息中傳輸之資料所產生的CRC欄進行傳輸、透過對接收器側實施CRC檢查，以及透過對發送信號與接收信號實施連續一致性檢查來實現高傳輸安全度及高錯誤識別可靠性。
隨著現代車輛的聯網程度愈來愈高，以及更多(例如)用於提高駕駛安全或駕駛舒適度的系統被接入，對需要傳輸之資料量、傳輸速率、傳輸安全以及對傳輸過程中之等待時間等方面的要求愈來愈高。此等系統例如為：行駛動 力控制系統(例如，電子穩定程序ESP)、駕駛人輔助系統(例如，自動距離控制器ACC)，抑或駕駛人資訊系統，例如，交通標誌識別器(參閱Vieweg+Teubner出版的《博世汽車工程手冊》，2011年第27版相關說明)。
2011年5月2日公佈於因特網網站http：//www.semiconductors.bosch.de/上的文獻“CAN with Flexible Data-Rate,White Paper,Version 1.0”提出一種改進型資料傳輸協議，其加長了資料欄並於仲裁完畢後為一部分CAN消息縮短了位元長度。但在此領域內縮短位元長度受到匯流排連接單元之固有延遲時間的限制，因為在傳輸任一位元前，用於此位元之發送信號與接收信號必須經過一致性檢查。實驗表明，先前技術在提高資料傳輸速率及/或資料傳輸安全度方面並非總能取得滿意的效果。
下面參照附圖及實施例對本發明的優點進行詳細說明。本發明的標的並非僅限於將予圖示及描述之實施例。
發明優點
本發明的出發點在於一種在匯流排系統中進行串聯式資料傳輸的方法，該匯流排系統包含至少兩透過該匯流排交換消息的匯流排節點，其中，藉由依照CAN規範ISO 11898-1之仲裁法將對該匯流排之針對每個消息的發送訪問授予一匯流排節點，該匯流排節點藉此成為針對該消息之發送器，該等消息具有依照該CAN規範之邏輯結構，亦即，該等消息由禎開始位元(Start-of-Frame-Bit)、仲裁場 (Arbitration Field)、控制場(Control Field)、資料場(Data Field)、CRC場(CRC Field)、承認場(Acknowledge Field)及禎結束場(End-of-Frame-Field)構成，利用對發送給該匯流排連接單元之發送信號(CAN_TX)與該匯流排連接單元所接收之接收信號(CAN_RX)進行比較來對該資料傳輸的修正過之功能進行連續檢查。
本發明的方法之特徵在於，該發送器中設置一相對該發送信號延遲了一延遲時間的發送信號，其中，為檢查該資料傳輸的修正過之功能而實施一切換，根據該切換而採用該未延遲之發送信號或該經延遲之發送信號。透過此種有利方式，在發送信號與接收信號大致不存在固定的延時的情形下便可在檢查該資料傳輸之修正過之功能前對該延時予以補償。
在同一消息的發送過程中進行切換，從而在採用該未延遲之發送信號及採用該經延遲之發送信號間進行切換，此舉之優點在於，可僅在該消息的某些區域、即在發送信號與接收信號大致不存在固定延時的區域實施該方法。透過此種方式可實現以下一點，最早在將發送訪問授予某個匯流排節點後再進行切換。
若所出現的延時基本與溫度等外部參數無關，則較佳可規定該延遲時間抑或(例如)可規定於某個初始配置範圍內。根據一種特別有利的實施方式，該延遲時間可動態規定且與測定一延時相關。藉此便可將當前工況中延時的變更考慮在內，從而提高該方法之穩定性。
前述之測定一延時較佳包括對該未延遲之發送信號及該接收信號中的至少一信號變換或信號邊沿進行測定，因為此種信號變換特別有利於啟動或停止時間量測。此外，除測定該延遲時間外，較佳亦從該時間量測的結果中測定一用於檢查該資料傳輸的修正過之功能的比較時間點(T_CMP)，以便根據發送信號與接收信號之延時來以最佳方式調整該時間點，從而進一步提高檢查的穩定性。在採用所測延時與一半位元長度之和的情況下，總是在所接收之信號的中央進行抽樣。此點特別有利於對接收信號進行可靠抽樣及檢查。
若在剛發送的消息內根據達到一規定或可規定位元抑或對一規定或可規定位元進行分析來實施切換，則該方法實施起來特別透明且簡單。利用對切換單元施加專門信號來實施切換，其優點在於，例如可由通信控制器或微處理器以特別靈活的方式實施切換。
有利者係用相應標識來標識需要採用本發明之方法加以檢查的消息，本發明用於交換該等消息的裝置據此可識別：是否依據相應規範或本發明的方法實施了通信。根據一種有利實施方案，在存在該標識的情況下，該等消息的Control Field具有六個以上位元。透過此種方式，可由一隱性位進行標識，在所有資料消息中，該隱性位後面跟著至少一顯性位。在此情況下，該第一標識之隱性位與該至少下一顯性位的此邊沿可用來測定未延遲之發送信號與該接收信號之偏移時間，此舉之優點在於可提高測定延時的精 度，特別是在自“隱性”朝“顯性”轉化的邊沿極其陡的情況下。
同時將本發明之消息的資料欄加長至八個位元以上可帶來進一步的優勢：消息內能傳輸更大資料量且有效資料與協議相關控制資料之比會發生有利變更。為確定該資料欄的大小，該資料長度碼(Data Length Code)之四個位元的值必須解釋為與CAN規範至少部分有所區別。
本發明之方法的另一優點在於，該消息內用於至少一規定或可規定區域的位元長度額外容納一較之前所採用之位元長度有所縮短的值。其中，該方法之特別優勢在於，亦可採用低於該匯流排連接單元之固有延時的位元長度。若不實施本發明之補償，則將未延遲的發送信號與接收信號進行比較可能會錯誤地識別出傳輸錯誤。可從第二標識上看出此種改進型消息。此種改進還可進一步增大單位時間內傳輸的資料量。該區域較佳最早始於該第二標識且最晚必須以CRC分隔符號為終點。根據有利實施方案，利用不同比例因子(預引比例因子)來對相對於最小時間單位的匯流排時間單位抑或對振盪器時鐘進行調節，從而實現不同的位元長度值。透過在更長及更短位元長度之區域內採用不同的位元計時參數值可進一步提高該方法之穩定性。
該第二標識之優點在於，可對該二措施之優點分別加以利用。舉例而言，若因匯流排拓撲而無法切換至更短位元長度，則可繼續採用本發明的方法檢查消息並傳送更大 資料量。此外，當包含較短位元長度之消息中出現錯誤時，亦可首先切換至正常位元長度而毋需喪失其他優點。
該方法適用於在車輛的正常工作狀態下為其至少兩藉由相應資料匯流排相連的控制儀傳輸資料。車輛生產或維護過程中，亦可較佳採用該傳輸方法來在一為實施程式設計而連接資料匯流排的程式設計單元與至少一連接該資料匯流排的車輛控制儀間傳輸資料。該方法亦適用於操作工業控制設備，特別是連接線較長的工業控制設備。無論何種情形，該傳輸方法在傳輸可靠性很高的同時實現了靈活的傳輸速率，故可根據相應現實情況(如傳輸時間)進行調整。
另一優點在於，僅需使規範CAN控制器發生最小程度的變更即可採用本發明的工作方式。與傳統的規範CAN控制器相比，可採用規範CAN控制器工作方式的本發明通信控制器僅略有增大。毋需變更相應應用程式，僅憑此點便能實現在資料傳輸速度方面的優點。
較佳可沿用很大一部分CAN-一致性測試(CAN-Conformance-Test)(ISO 16845)。根據一種有利實施方案，可將本發明的傳輸方法與TTCAN(ISO 11898-4)的增補部分相結合。
下面參照附圖對本發明進一步進行詳細說明。
圖1為在CAN匯流排上進行資料傳輸之消息的結構圖。圖中示出兩種不同格式“標準”與“擴展”。本發明的方法 之相應實施方式可應用於該二格式。
該消息始於「禎開始」(“Start of Frame”)(SOF)位元，該位元表示該消息之始點。該位元緊挨一主要用於識別消息的區段，此外，匯流排系統的相應節點還可利用該區段來決定是否接收該消息。此區段稱作“Arbitration Field”(仲裁場)，其包含識別符。該區段連接“Control Field”(控制場)，其包含Data Length Code(資料長度碼)。Data Length Code包含關於該消息之資料欄的大小的資訊。該控制欄連接真正意義上的資料場“Data Field”，該資料欄包含在該匯流排系統的各節點之間受到交換的資料。該資料欄連接“CRC Field”，包含15位的總和檢查碼以及一分隔符號，再後面為兩“Acknowledge”(ACK)(承認)位元，用於將成功接收消息的情況指示給發送器。最後，該消息經過“End of Frame”(EOF)序列。
若透過匯流排傳輸消息，則在執行仲裁期間實施傳統檢查方法，即將瞬時發送信號與接收信號進行比較，在此階段中，匯流排上可能尚有多個發送器參與其中，故而在發送信號與接收信號間通常不存在固定的時間關係。仲裁完畢後，若一匯流排節點取得用於發送消息的發送器角色，則可透過對發送信號與接收信號之大體固定的延時予以補償來提高對發送信號與接收信號所進行之比較的穩定性及精度。
圖2a對本發明之方法的作用進行進一步說明。CAN_TX及CAN_RX分別為本發明之裝置(如通信控制器)之相應 接腳上的發送信號及接收信號的時間曲線。該等信號在分別具邏輯“1”及邏輯“0”的電壓值間進行變換。為清楚起見，圖2a僅顯示一位串1-0-1-0來對相關作用進行示範性說明。信號曲線之細節(如邊沿陡度)視相關電路的具體情況而定，故在用於闡述本方法之作用的示意圖中不予考慮。
傳統方法中，利用相應電路、例如互斥或閘來對邏輯信號CAN_TX及CAN_RX進行比較或檢查，該互斥或閘為實現上述目的而佈置在某個裝置中。當輸入信號一致時，該裝置之輸出端(例如)提供邏輯“0”，而在不一致的情況下則提供“1”。所產生的信號曲線以定性方式顯示為圖2a中的信號D1。檢查修正過之資料傳輸時，在某個時間點(抽樣點)上對運算過的信號D1進行抽樣。如圖所示，必須使該抽樣點處於每個位元之該信號D1顯示“0”的區域內。隨著發送信號與接收信號間的延遲增大，此區域越來越小，為實施修正過之傳輸而在信號D1中抽取“0”時，選擇抽樣點也愈發困難。
為改進上述狀況且提高穩定性，本發明的方法將發送信號延遲一規定或可規定之延遲時間T_DELAY。為此，本發明的裝置較佳另包含一延遲單元。相應結果亦顯示於圖2a中：產生一延時的發送信號CAN_TX_DEL。若將該經延遲之信號輸入本發明的裝置(如互斥或閘)並與接收信號進行運算或比較，則產生運算過的信號D2(參閱圖2a)。對匯流排連接單元之固有延時予以補償後，信號D2在其他區域內等於邏輯“0”。在信號變換區域，由於信號位準或補 償過的延遲時間中存在誤差現象，故在信號D2中仍存在邏輯值“1”。在此情況下，很容易便能選擇相應抽樣點，以便比較結果在資料傳輸經修正的情況下可靠地產生“0”。
該仲裁(大致不存在固定的延時)過程中以及隨後(大致固定的延時)過程中採用不同的比值，故本方法採用可切換實施方案，使得仲裁階段採用傳統檢查方法，而此後之傳輸階段則實施本發明的檢查方法。在該此後之傳輸階段或分階段中，亦可切換至更短的位元長度，下文將對此進行詳細說明。因此，本方法能採用處於相同數量級甚至低於匯流排連接單元之固有延時的位元長度，故而具有明顯優勢。若不採用本發明的補償則無法實現此點，因為將未延遲的發送信號與接收信號進行比較可能會錯誤地識別出傳輸錯誤。
延遲時間T_DELAY的值可採用規定或可規定實施方案。當所用匯流排連接單元上的固有延時的波動範圍有限時，較佳採用規定預設值。當固有延時與匯流排節點中的某些參數存在關聯時，較佳採用可規定延遲時間。舉例而言，若在匯流排節點中存在溫度資訊且可以溫度相關方式規定不同的延遲時間值，則可對溫度關聯性予以補償。
根據一種有利實施方式，所採用的延遲時間T_DELAY建立在之前對發送信號與接收信號之偏移時間所進行的量測的基礎上。為此，例如可對仲裁完畢後位於消息內的一隱性-顯性信號邊沿進行分析。
根據有利實施方案，本發明的通信控制器可自行識別 該匯流排系統之通信是否符合CAN規範或本發明的方法。其中，可將該仲裁場(Arbitration Field)或該控制場(Control Field)中的一依據CAN規範總是連同固定值傳輸的位元予以標識，使得從通信控制器的該第一標識中可推導出第一切換條件，該通信控制器根據該第一切換條件選出將採用之檢查方法。
圖1b為從該二規範格式所導出之有所改進的消息格式。與圖1a所示之規範型格式不同，該等格式之控制場(即本示例中的EDL、BRS、ESI)中增設了位元。此外，本示例中之本發明消息與規範性消息的另一區別在於，資料場及CRC場具有可變大小，其中，該資料欄允許包含8位元組，亦即，在本實施方案中允許包含不超過K位元組。實施本發明的方法時，資料場及CRC場亦可具有規範型大小。
標準尋址時的標識：
在圖1a上半部所示之標準格式中，規範CAN資料消息之控制場的第二位元總是顯性發送且用r0表示。在圖1b之上半部所示之示例中，包含標準尋址(亦即，包含符合標準CAN格式的仲裁場)之本發明消息之控制場的第二位元用作隱性發送時的標識。亦即，若此種消息中之控制場的第二位元為隱性值，則使用了不同於該規範的檢查方法及消息格式。在包含標準仲裁場的消息中，控制場的此種隱性傳輸的第二位元稱作EDL(Extended Data Length)(擴展資料長度)。在本發明的消息中，在規範CAN中總是以顯性形式傳輸的位元r0被隱性EDL位元取代，抑或在本發 明的消息中朝後移動一位置，並到達該隱性位EDL與在切換位元長度過程中同樣呈隱性之位元BRS之間某處。此外亦可往控制場插入更多位元。例如，圖1b中示出一稱作ESI的位元。此處亦可插入兩或兩個以上位元而不致對本發明的方法造成影響。
綜上所述，標準規範CAN消息之控制場中的位串{r1、r0、DLC3、DLC2、DLC1、DLC0}在本發明之消息中置換為{IDE、EDL、N個其他位元、DLC3、DLC2、DLC1、DLC0}。
圖1b所示示例中，N=3，即插入的位元為r0、BRS、ESI。N亦可採用大於零的其他任意數值。
擴展尋址時的標識：
圖1a下半部為採用擴展格式的規範CAN資料消息，其控制場的前兩個位元總是顯性發送且稱作r1及r0。在圖1b之下半部所示之示例中，包含擴展尋址(亦即，包含符合擴展CAN格式的仲裁場)之本發明消息之控制場的第一位元r1用作隱性發送時的標識。在此情況下，若此種消息中之控制場的第一位元為隱性值，則使用了不同於該規範的檢查方法及消息格式。控制場的此種隱性傳輸的位元亦稱EDL(Extended Data Length)。該位元取代了具有擴展格式之規範CAN消息的保留顯性位r1。作為替代方案，該顯性位r1亦可予以保留並朝後移動一位置，使得該EDL位元作為附加位元插入RTR與r1之間。亦可將該EDL位元(隱性)作為附加位元插入r1(顯性)與r0(顯性)之間。隨後，亦可在此情況下往Control Field插入更多位元。例如， 圖1b中亦示出一稱作ESI的位元。此處亦可插入兩或兩個以上位元而不致對本發明的方法造成影響。綜上所述，擴展規範CAN消息之Control Field中的位串{r1、r0、DLC3、DLC2、DLC1、DLC0}在本發明之消息中置換為{EDL、N個其他位元、DLC3、DLC2、DLC1、DLC0}或{r1、EDL、M個其他位元、DLC3、DLC2、DLC1、DLC0}。
圖1b所示示例中，前述變量N=3，即插入的位元為r0、BRS、ESI。N及M亦可採用大於零的其他任意數值。
就具有前述標識或格式之消息而言，可利用圖2b所示方式來量測發送信號與接收信號之實際偏移時間：選擇插入的位元時，例如在標識EDL之隱性位與下一位元r0之間總是存在一自隱性朝顯性轉化的邊沿。亦可(例如)透過將相應的保留位元插入本發明的消息來強制產生自隱性朝顯性轉化之始終存在的邊沿。此種邊沿適用於進行時間量測。舉例而言，可利用發送信號的邊沿來啟動某個計數器並利用接收信號的邊沿來停止該計數器，藉此便可為每個消息測出如圖2b所示之實際延時DELTA_T。
作為替代方案，亦可採用一自顯性朝隱性轉化之始終存在的邊沿。可定期或一次性實施量測。針對每個消息定期實施延時量測之優點在於，可對例如可能因溫度因素而產生的實際延時予以可靠補償。
如前所述，有利者係對仲裁完畢後位於消息內的一隱性-顯性信號邊沿進行分析，以便測定DELTA-T。此時，該匯流排中肯定不會存在並行發送器，故而在該用作發送器 之殘留匯流排節點上，發送信號與接收信號間存在大體固定的時間關聯。若(例如)插入控制場的位元採用圖1c所示形式，則EDL位元與r0位元之隱性-顯性信號邊沿為開始傳輸資料欄前CAN FD消息中唯一一個總是下降的邊沿，該消息中肯定不再存在並行發送器。因此，若匯流排上不出現其他干擾現象，則藉由該信號邊沿來測定DELTA_T便可取得良好效果。
此類其他干擾現象可能對量測匯流排連接單元之內部延時DELTA_T的品質造成影響，該等干擾消息(例如)可能因各種線路故障、電磁照射、電感或電容耦合等類似因素而引起。量測期間出現的干擾現象可能造成發送器錯誤地檢測出位元錯誤以及消息傳輸中斷的後果。另一方面，此種干擾現象亦可能導致所測DELTA_T的量測值有誤且未被識別為錯誤。若於此時對延時進行補償，則肯定會對結果造成負面影響。有鑒於此，為減少DELTA_T之測定過程中的單個錯誤對本方法所造成的影響，有利者係用多個DELTA_T量測值來產生平均值DELTA_T_MEAN，以便提高結果的可信度。
用多個依次測定的數值(例如，多個依次發送的消息之根據EDL位元之邊沿所測定的量測值)來產生平均值DELTA_T_MEAN。其中，用於求平均值的方法可採用相關領域通常知識者為達成此目的而採用的所有平均法或過濾法，如加權或不加權滑動平均法。
根據特別有利的實施方式，求該平均值時將與之前所 規定之平均值差異很大的量測值挑出。該等量測值極可能基於錯誤量測故可予以丟棄。較佳可為當前量測值與之前所規定平均值DELTA_T_MEAN的差值設置閾值抑或為當前量測值與之前所規定平均值DELTA_T_MEAN之比設置極限值，超過此閾值或極限值後，該量測值與該平均值的差值或之比則視為過高。
例如採用滑動平均法時，相應通信控制器中設有用於對N個記錄項DELTA_T_1,...至DELTA_T_N的清單進行管理的記憶體區域。該量測值清單例如採用FIFO工作原理，亦即，最新量測值取代最舊量測值。由相應控制單元根據該清單之值產生期望平均值DELTA_T_MEAN，例如前述之算術平均值、加權平均值、二次均值，抑或採用可應用於硬體之另一方法實現此點。隨後，將該平均值提供給一記憶體，以便應用本發明的方法。
接通後，用於求平均值之N個量測值的清單首先為空或僅具隨機記錄項。採用應用於硬體之方法或一控制單元來從清單記錄項DELTA_1,...至DELTA_N中產生DELTA_T_MEAN，故而在部分清單記錄項尚未生效的情況下，必須對如何求期望平均值的行為進行規定。舉例而言，可採用以下三種策略：
策略1：為硬體擴容，使得在該等清單記錄項參與求平均值前藉由相應量測將其激活。第一步驟係僅對一量測值(例如，量測所測得的第一量測值DELTA_T_1)求平均值，第二步驟係對兩量測值求平均值，如此繼續操作直至所有 清單記錄項皆基於量測並受到激活。此項行為所必要的邏輯可使電路增大。
策略2：系統啟動時測出消息始點上的所有隱性-顯性邊沿直至DEI位元與r0位元之間的邊沿，使得即使在第一次求平均值時，所有清單記錄項皆來源於對延時DELTA_T所進行的精度或大或小的個別量測，此點以清單長度N小於該消息中所出現之隱性-顯性邊沿的數目為前提。採用該策略時僅能使電路略有增大。
策略3：初始充填清單時，將在期望邊沿(即EDL位元與r0位元之隱性-顯性邊沿)上所測定之第一量測值DELTA_T_1記錄到所有清單位置。再將其他量測值依次記錄到清單位置2至N。採用該策略時亦僅能使電路略有增大。
上文已描述過將與之前所規定之平均值差異很大的量測值挑出的方法，所有三種策略皆可(視情況)至少暫時禁用該方法，直至所有清單記錄項僅基於對不同消息之期望邊沿(如EDL-r0邊沿)所進行的量測。
下文中，DELTA_T亦可總是指利用前述求平均值而從多個量測值中產生的值DELTA_T_MEAN。
隨後，根據所測延時DELTA_T或平均值DELTA_T_MEAN導出延遲時間T_DELAY，該延遲時間例如經過濾、修正、被調整至某個時基(如位元長度)的整數倍，抑或經過四捨五入。根據一種特別簡單的實施方式，延遲時間T_DELAY係商數(DELTA_T/位元長度)經四捨 五入後形成的整數乘以位元長度。所測延時DELTA_T為150毫微秒且位元長度例如為250毫微秒時(相當於鮑率為4 Mbit/s)，延遲時間T_DELAY為250毫微秒。而當所測延時DELTA_T為100毫微秒，數值T_DELAY為零。
透過此種方式產生之延遲時間T_DELAY用作為此而設置之延遲單元的輸入變量，以便得出在原始發送信號CAN_TX的基礎上延遲了該時間T_DELAY的發送信號CAN_TX_DEL，參閱圖2a。若將該延遲的發送信號CAN_TX_DEL與接收信號CAN_RX進行比較或進行互斥或運算，則匯流排連接單元之固有延時對該結果的影響大幅減小，從圖2a所示之結果信號D2可看出此點。
根據一種有利實施方式，針對該延時之量測完畢後、例如在位元r0之抽樣點上抑或在緊挨位元r0之位元BRS的抽樣點上切換至本發明採用經延遲發送信號的檢查方法。亦可於較晚時間點上、例如在插入Control Field的另一位元之時間點上實施切換。若在該消息中的較晚時間點上切換至更短的位元長度，則較佳最晚於切換至更短位元長度時切換至本發明的檢查方法。在此情況下，最早於切換至較長位元長度後、亦可於消息傳輸完畢後再實施返回切換。
自隱性朝顯性轉化的邊沿還可提高各匯流排節點間的同步化程度，此點在切換至更短位元長度方面尤為有利。
採用依據該規範之CAN傳輸法時，資料欄最大允許包含8位元組、即64位元的資料。依據該規範之資料長度碼 包含四個位元，即可容納16個不同值。在此取值範圍內，針對資料欄的不同大小僅能使用八個不同值，即從1位元組至8位元組。CAN規範不建議使用0位元組的資料欄，大小不得超過8位元組。
與CAN規範不同，圖1b所示消息之資料長度碼可容納更多值，從而能標識更長的資料欄。舉例而言，資料長度碼之值大於0b1000並小於0b1111時，資料欄的大小增加了一位元組以上的增量，例如增加了兩個、三個或四個位元組抑或相應不規則值。原則上可自由規定資料長度碼之該等值與資料欄之大小的分配關係。該等消息被稱作“CAN FD Long”。
如前所述加長了該等消息之資料欄後，則較佳亦可使所用方法與Cyclic Redundancy Check(循環亢餘檢查)(CRC)相匹配，以便獲得足夠的防錯性。尤佳可採用另一(例如高階的)CRC多項式並在本發明之改進型消息中設置不同於CRC欄的變量。如圖1b所示，本發明的消息之CRC欄在該示例中的長度為L位元，與CAN規範不同，L可不等於15，尤佳大於15。
根據一種有利實施方式，該通信控制器採用與CAN規範兼容的設計方案，亦即，該通信控制器在CAN規範匯流排系統中採用規範型工作方式、而在本發明之改進型匯流排系統中採用本發明的檢查方法、在該等消息中允許更長的資料欄、執行與該等消息相匹配的運算及CRC編碼檢查。
在消息接收之初始階段，尚未確定將接受規範兼容式 CAN消息抑或本發明之改進型消息，因此，本發明的通信控制器中設有多個並行工作的CRC移位暫存器。在接收器對CRC編碼進行分析的情況下，在接受到CRC分隔符號後，利用本發明之另一標識測出之前所採用的傳輸方法，再由分配給該傳輸方法的移位暫存器對該分隔符號進行分析。如前所述，該另一標識可與該第一標識一致，該第一標識與該資料欄的大小以及對資料長度碼之闡釋相關。
在消息發送之初始階段，該發送器已瞭解了發送時所採用的傳輸方法。但該發送器可能會在爭奪匯流排訪問的仲裁中失敗，其並非發送初始消息，而是接收另一消息，此時，可能有多個CRC移位暫存器受到並行控制。
圖1c為本發明之有所改進的消息的另兩示例，與圖1b相比，該消息內增設了某些根據本發明可應用不同位元長度的區域，因此，各位元在匯流排中以更快的速度傳輸。該等消息稱作“CAN FD Fast”。在圖1c所示兩種尋址方案(標準格式與擴展格式)中，設有某些區域，其中，在兩狀態、即快速-CAN-仲裁與FAT-CAN-資料之間進行切換。由於在此二狀態間進行切換，故可縮短該消息之相應部分從而更快地透過匯流排傳輸位元。與規範型方法相比，此舉可縮短消息傳輸時間。例如可採用至少兩不同的比例因子(預引比例因子)來對相對於最小時間單位的匯流排時間單位抑或對當前工況中的振盪器時鐘進行調節，從而實現對該時間上的位元長度進行相應切換。圖1c同樣示出了位元長度的切換以及比例因子的相應變更。
在具有第一標識的消息中，根據表示資料傳輸節點的第二標識來在該二狀態快速-CAN-仲裁與FAT-CAN-資料之間進行過渡，以便使用經縮短的位元長度。在此處所示之實施例中，該標識的位置係控制場中的一稱作BRS(Bit Rate Switch)的附加位元。在該示例中，該位元作為控制場的第四位元傳輸。
在如圖所示在該消息內切換至更短位元長度的情況下，有利者係最晚於切換至更短位元長度時切換至本發明的檢查方法。根據該方法的一種較佳實施方式，在發送該第二標識BRS的同時切換至本發明的檢查方法。
圖2c示出此種情形。發送信號CAN_TX之所示區段包含以下位串：EDL、r0、BRS、ESI、A、B、C、D。其中，位元A、B、C、D可為資料長度碼的該四個位元抑或控制場之附加插入的位元。接收信號CAN_RX延遲了該延時DEALTA_T，可藉由EDL與r0之邊沿測定該延時(參閱圖2b)。在用叉號表示的抽樣點上對經互斥或運算的信號D1進行分析，以便對成功傳輸進行檢查。在BRS位元之抽樣點上切換至更短的位元長度。此時，該更短的位元長度之長度與該延時DEALTA_T相當，故信號D1幾乎連續地提供“1”信號，該“1”信號表示發送信號與接收信號不一致。無法利用信號D1檢查經修正之傳輸。
圖2c同樣示出延遲了該延遲時間T_DELAY的發送信號CAN_TX_DEL。根據所測延時DELTA_T產生一關於延遲時間T_DELTA之值，抑或利用量測結果來對之前存在的值 進行更新。亦可採用一規定值。對經延遲之發送信號CAN_TX_DEL與接收信號CAN-RX進行互斥或運算(圖2c中的信號D2)提供一比較信號，該比較信號在足夠長的期間內表示為值“0”，亦即，發送信號與接收信號一致。透過選擇相應比較時間點(同樣用叉號表示)便可對資料傳輸進行可靠檢查。
透過上述方式便可確保以下一點：就更短的位元長度而言，該匯流排連接單元之固有延時不會對比較結果造成負面影響。根據此實施方式，在達到為返回切換所規定之位元(如CRC分隔符號位元)後、抑或在出現啟動Error-Frame的理由的情況下返回切換至規範型檢查及傳輸方法。
根據該規範，位元及位元長度的持續時間原則上分解為多個不重疊的片段：
‧同步片段(SYNCHRONIZATION SEGMENT)(SYNC_SEG)
‧傳播片段(PROPAGATION TIME SEGMENT)(PROP_SEG)
‧相緩衝片段1(PHASE BUFFER SEGMENT1)(PHA5E_SEG1)
‧相緩衝片段2(PHASE BUFFER SEGMENT2)(PHASE_SEG2)，其分具以下功能：
片段SYNC_SEG用於同步化各種匯流排節點。匯流排信號之邊沿將出現於該片段中。
PROP_SEG用於對網路內的物理延遲時間予以補償。
PHASE_SEG1及PHASE_SEG2用於對信號邊沿所處位置的差值予以補償。在同步化過程中對該等片段進行動態調整。抽樣點處於PHASE_SEG1的末端。
本發明的方法將用於不同位元長度之區域的各片段的長度進行多重(本示例中係雙重)保持並例如存儲至兩組態暫存器。藉此便可按位元長度對抽樣點的位置進行不同配置。此外，當對更短位元長度之區域進行配置時，此舉可將傳播片段最小化或設置為零長度，從而縮短位元長度。
圖3為實施本發明之方法的裝置中的一電路之相關組件的框圖。該裝置包含發送-移位暫存器300、延遲計數器305、延遲單元310、比較單元320、切換單元330、分析單元340以及規範比較器350。當然，亦可將該等組件加以結合或整合。
發送-移位暫存器300透過與位元時鐘CLK_BIT的連接線受到控制，隨著每個位元時鐘，即每個位元長度一次，自該發送-移位暫存器300經由相應連接線向匯流排連接單元輸出待傳輸串聯式資料流的一位元，即發送信號CAN_TX。該匯流排連接單元經由一連接線所獲得的接收信號CAN_RX存在於比較單元320及規範比較器350上。藉由對相應邊沿(例如，發送信號CAN_TX與接收信號CAN_RX之EDL與r0的邊沿)進行分析，該裝置中生成用於延遲計數器305的啟動信號及停止信號，根據該等信號並例如透過為現有振盪器的振盪週期進行計數來測定延時 DELTA_T。此外，該延遲計數器根據所量測之延時生成比較點T_CMP。舉例而言，可根據所測延時DELTA_T與該位元長度的一規定或可規定之百分比(尤指一半位元長度)之和來生成該比較點。該比較點定義了何時在比較單元320中對經延遲之發送信號CAN_TX_DEL與該接收信號CAN_RX的互斥或運算進行分析。
延遲單元310根據發送信號CAN_TX以及從延遲計數器305所接收的延時DELTA_T來生成一延遲了一延遲時間T_DELAY的發送信號CAN_TX_DEL。根據一種特別簡單的實施方案，該延遲時間T_DELAY可為該(較短)位元長度的整數數倍，使得該延遲單元僅將該位串移動一或多個位元。利用相應硬體暫存器很容易便能實現此點。比較單元320接收接收信號CAN_RX及經延遲之發送信號CAN_TX_DEL。比較單元320還從延遲計數器305接收一比較點相關資訊T_CMP，即在哪個比較點上對該接收信號CAN_RX與該經延遲之發送信號CAN_TX_DEL的比較結果進行抽樣。因此，比較單元320生成一輸出信號，該輸出信號反映該比較的結果並傳輸給切換單元330(如多工器)。與此同時，例如可實施為互斥或閘之規範比較器350生成第二輸出信號，該第二輸出信號反映CAN_TX與CAN_RX之比較結果並同樣傳輸給切換單元330。該裝置(例如)根據相應信號SWT以及/或者根據相應預設值將該切換單元330在該二信號間進行切換，使得分析單元340上要麼存在該規範比較器350之輸出信號要麼存在該比較 單元之輸出信號，上述預設值中例如可包括達到一規定或可規定位元抑或對一規定或可規定位元進行分析。舉例而言，該裝置根據BRS位元對該切換單元進行切換，前提為此種切換基於更短的位元長度。在此情況下，分析單元340上的值D1或D2接近圖2c所繪示之叉號。隨後在該分析單元中，在經配置之抽樣點T_SMP上對藉由該切換單元所接通的信號進行抽樣，在偵測到不一致的情況下可生成一位元錯誤信號BERR。由此可見，本實施方案中即使在位元長度較短的情況下亦可利用該裝置可靠地檢查經修正之資料傳輸。
該傳輸方法適用於在車輛的正常工作狀態下為其至少兩藉由相應資料匯流排相連的控制儀傳輸資料。車輛生產或維護過程中，亦可較佳採用該傳輸方法來在一為實施程式設計而連接資料匯流排的程式設計單元與至少一連接該資料匯流排的車輛控制儀間傳輸資料。該方法亦可用於實施工業自動化，舉例而言，用於在藉由匯流排相連的控制單元間傳輸控制工業生產流程用控制資訊。此領域中可能存在非常長的匯流排線，尤佳可使用於仲裁階段的匯流排系統採用相對較長的位元長度(如16、32或64微秒)工作，以便匯流排信號在仲裁過程中按要求傳播至整個匯流排系統。隨後可針對一部分消息切換至較短位元長度，以防平均傳輸速率過低。
綜上所述，該方法係一傳輸方法，其特徵在於，僅需使規範CAN控制器發生最小程度的變更即可採用本發明的 工作方式。與傳統的規範CAN控制器相比，可採用規範CAN控制器工作方式的本發明通信控制器僅略有增大。藉由加長資料欄及縮短位元長度可明顯提高資料傳輸速度。可沿用很大一部分CAN-Conformance-Test(ISO 16845)。亦可將本發明的傳輸方法與TTCAN(ISO 11898-4)的增補部分相結合。
300‧‧‧發送-移位暫存器
305‧‧‧延遲計數器
310‧‧‧延遲單元
320‧‧‧比較單元
330‧‧‧切換單元
340‧‧‧分析單元
350‧‧‧規範比較器
圖1a為依據CAN規範ISO 11898-1之資料消息的兩結構方案，即CAN標準格式以及CAN擴展格式；圖1b為相對而言有所改進的“CAN FD Long”消息之格式的兩示例，該等消息之控制場(控制欄)經過變更且其資料欄及CRC場具有可變大小。圖中既對標準CAN消息亦對擴展CAN消息實施了改進；圖1c為本發明之資料傳輸方法中有所改進的消息(類型為“CAN FD Fast”)的另兩示例，與圖1b相比，該等消息內增設了可應用不同位元長度的區域；圖2a為本發明將發送信號延遲一時間跨度T_DELAY的示範圖，以便對接收信號之(例如)因匯流排連接單元而引起的延時予以補償；圖2b為根據隱性位與顯性位之規定信號邊沿來量測發送信號CAN_TX與接收信號CAN_RX間之延時DELAY_T的示意圖；圖2c為本發明將發送信號予以延時的補償作用對本發明用於檢查修正過之資料傳輸的方法的影響；及 圖3為本發明之電路之實施例之相關組件的框圖。
300‧‧‧發送-移位暫存器
305‧‧‧延遲計數器
310‧‧‧延遲單元
320‧‧‧比較單元
330‧‧‧切換單元
340‧‧‧分析單元
350‧‧‧規範比較器

Claims (33)

  1. 一種在具至少兩匯流排節點之匯流排系統中檢查串聯式資料傳輸的修正過之功能的方法，其中，該等匯流排節點透過一匯流排連接單元連接該匯流排且透過該匯流排交換資料，藉由依照CAN(控制器區域網路，Controller Area Network)規範ISO 11898-1之仲裁法將對該匯流排之針對每個消息的發送訪問授予一匯流排節點，該匯流排節點成為針對該消息之發送器，該等消息具有依照該CAN規範之邏輯結構，亦即，該等消息由禎開始位元、仲裁場、控制場、資料場、CRC(循環累贅碼，Cyclic Redundancy Code)場、承認場及禎結束場構成，利用對發送給該匯流排連接單元之發送信號與一個被該匯流排連接單元所接收之接收信號(CAN_RX)進行比較來對傳輸過程中該資料傳輸的修正過之功能進行檢查，其特徵在於，該發送器中產生一相對該發送信號(CAN_TX)延遲了一延遲時間(T_DELAY)的發送信號(CAN_TX_DEL)，其中，為了檢查該資料傳輸的正確功能，而依發送器中在傳輸該消息時的切換作用而定，檢查該未受延遲的發送器信號(CAN_TX)和該接收信號(CAN_RX)之間的一致性，或檢查該受延遲的發送器信號(CAN_TX_DEL)和該接收信號(CAN_RX)之間的一致性。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於，該延遲時間(T_DELAY)係規定或可規定延遲時間。
  3. 如申請專利範圍第1或2項中任一項之方法，其特徵 在於，該延遲時間(T_DELAY)與測定一延時或平均延時(DELTA_T，DELTA_T_MEAN)相關。
  4. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其特徵在於，在同一消息的發送過程中進行切換，從而在採用該未延遲之發送信號(CAN_TX)及採用該經延遲之發送信號間進行切換(CAN_TX_DEL)。
  5. 如申請專利範圍第3項之方法，其特徵在於，利用為多個依次發送之消息中的延時DELTA_T的多個依次測定的量測值(DELTA_T_1,...,DELTA_T_N)求平均值來測定該平均延時(DELTA_T_MEAN)。
  6. 如申請專利範圍第3項之方法，其特徵在於，求該平均值(DELTA_T_MEAN)時將與之前所規定之平均值差異很大的量測值挑出。
  7. 如申請專利範圍第3項之方法，其特徵在於，可為當前量測值(DELTA_T_1,...,DELTA_T_N)與之前所規定平均值DELTA_T_MEAN的差值設置閾值，抑或為當前量測值(DELTA_T_1,...,DELTA_T_N)與之前所規定平均值DELTA_T_MEAN之比設置極限值，超過此閾值或極限值後，該量測值與該平均值的差值或之比則視為過高。
  8. 如申請專利範圍第3項之方法，其特徵在於，在一清單中對該延時DELTA_T的該等量測值(DELTA_T_1,...,DELTA_T_N)進行管理，系統啟動時利用相應程式啟動該清單，使得不會有無效值進入該求平均值 (DELTA_T_MEAN)過程。
  9. 如申請專利範圍第3項之方法，其特徵在於，最早在將該發送訪問授予一匯流排節點後再測定該延時(DELTA_T)。
  10. 如申請專利範圍第3項之方法，其特徵在於，對該延時(DELTA_T)的測定包括對該發送信號(CAN_TX)及該未延遲之接收信號(CAN_RX)中的至少一信號變換或信號邊沿進行識別。
  11. 如申請專利範圍第3項之方法，其特徵在於，根據該測定延時(DELTA_T，DELTA_T_MEAN)確定一用於檢查該資料傳輸的修正過之功能的比較時間點(T_CMP)。
  12. 如申請專利範圍第3項之方法，其特徵在於，根據該測定延時(DELTA_T，DELTA_T_MEAN)與該位元長度的一規定或可規定之百分比之和來確定該用於檢查該資料傳輸的修正過之功能的比較時間點(T_CMP)。
  13. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其特徵在於，在剛發送的消息內根據達到一規定或可規定位元抑或對一規定或可規定位元進行分析來實施切換，抑或利用對切換單元施加專門信號來實施切換。
  14. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其特徵在於，用一相應標識(EDL)來對受到切換的消息進行標識。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其特徵在於，在存在該第一標識(EDL)的情況下，該等消息的控制 場包含六個以上位元，此點不同於該CAN規範。
  16. 如申請專利範圍第14項之方法，其特徵在於，對於具標準尋址的消息要作第一標識(EDL)，係利用在該控制場中的一個隱性的第二位元達成，而對於具擴展尋址的消息，要作第一標識(EDL)則利用該控制場中的一隱性第一位元或利用該控制場中的一隱性第二位元或利用該控制場中的一隱性第一位元及一隱性第二位元達成。
  17. 如申請專利範圍第16項之方法，其特徵在於，在存在該第一標識的情況下，所有資料消息中該第一標識(EDL)的該隱性位後面跟著至少一顯性位。
  18. 如申請專利範圍第17項之方法，其特徵在於，在存在該第一標識(EDL)的情況下，利用該第一標識(EDL)之該隱性位與該至少一後面的顯性位之邊沿來測定發送信號(CAN_TX)與該未延遲之接收信號(CAN_RX)間的延時(DELTA_T，DELTA_T_MEAN)。
  19. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其特徵在於，在存在該第一標識(EDL)的情況下，該等消息之資料欄可包含八個以上位元，此點不同於該CAN規範ISO 11898-1，其中，為確定該資料欄的大小，將該資料長度碼之四個位元的值解釋為與該CAN規範至少部分有所區別。
  20. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其特徵在於，在存在第二標識(BRS)的情況下，該消息內用於至少一規定或可規定區域的位元長度容納一較設置該第二標識前所採用之位元長度有所縮短的值，其中，該區域最早始 於該第二標識且最晚以CRC分隔符號為終點，僅在存在該第一標識(EDL)的情況下設置該第二標識(BRS)，該第二標識(BRS)設置於該等消息之包含六個以上位元的控制場中，此點與CAN規範ISO 11898-1不同。
  21. 如申請專利範圍第20項之方法，其特徵在於，用控制場中的一在該第一標識(EDL)的位元之後傳輸的隱性位實施該第二標識(BRS)。
  22. 如申請專利範圍第21項之方法，其特徵在於，在存在該第二標識的情況下，該第二標識(BRS)的該隱性位與該第一標識(EDL)的該隱性位被至少一顯性位分開。
  23. 如申請專利範圍第19項之方法，其特徵在於，在存在該第二標識(BRS)的情況下，可在該等更長及更短位元長度之區域內採用不同的位元計時參數值。
  24. 如申請專利範圍第19項之方法，其特徵在於，在當前工況中利用不同比例因子(預引比例因子)來對相對於最小時間單位的匯流排時間單位抑或對振盪器時鐘進行調節，從而在該消息內實現不同的位元長度值。
  25. 一種用於在具至少兩匯流排節點之匯流排系統中進行經檢查之串聯式資料傳輸的裝置，其中，該等匯流排節點透過一匯流排連接單元連接該匯流排且透過該匯流排交換資料，藉由依照CAN規範ISO 11898-1之仲裁法將對該匯流排之針對每個消息的發送訪問授予一匯流排節點，該匯流排節點成為針對該消息之發送器，該等消息具有依照 該CAN規範之邏輯結構，亦即，該等消息由禎開始位元、仲裁場、控制場、資料場、CRC場、承認場及禎結束場構成，設有某些構件，以便利用對發送給該匯流排連接單元之發送信號與該匯流排連接單元所接收之接收信號(CAN_RX)進行比較來對傳輸過程中該資料傳輸的修正過之功能進行檢查，其特徵在於，設有延遲單元(310)，用於提供一相對該發送信號(CAN_TX)延遲了一延遲時間(T_DELAY)的發送信號(CAN_TX_DEL)，其中，設有轉換單元(330)，藉此來為檢查該資料傳輸的修正過之功能而實施一切換，根據該切換而採用該未延遲之發送信號(CAN_TX)或該經延遲之發送信號(CAN_TX_DEL)。
  26. 如申請專利範圍第25項之裝置，其特徵在於，設有比較單元(320)，該比較單元對延遲了一延遲時間(T_DELAY)的該發送信號(CAN_TX_DEL)與該接收信號(CAN_RX)進行運算並在比較時間點(T_CMP)上加以分析。
  27. 如申請專利範圍第25或第26項之裝置，其特徵在於，該轉換單元(330)實施為可在剛發送的消息內根據達到一規定或可規定位元抑或對一規定或可規定位元進行分析來實施切換，以及/或者實施為可利用施加專門信號(SWF)來實施切換。
  28. 如申請專利範圍第25或第26項之裝置，其特徵在 於，設有延遲計數器(330)，該延遲計數器測定發送信號(CAN_TX)與接收信號(CAN_RX)之延時(DELTA_T)並根據結果提供該延時(T_DALAY)的值。
  29. 如申請專利範圍第25或第26項之裝置，其特徵在於，該裝置包含用於延時(DELTA_T_1,...至DELTA_T_N)之量測值的N個記錄項的記憶體區域，以及根據該記憶體區域中的記錄項執行求平均值(DELTA_T_MEAN)的控制單元。
  30. 如申請專利範圍第25或第26項之裝置，其特徵在於，該裝置由相應構件為實施如申請專利範圍第2至24項中任一項之方法構建而成。
  31. 一種如申請專利範圍第1或第2項之方法的應用，用於在車輛的正常工作狀態下在該車輛的至少兩藉由相應資料匯流排相連的控制儀間傳輸資料。
  32. 一種如申請專利範圍第1至24項中任一項之方法的應用，用於在工業控制設備的工作過程中在至少兩藉由相應資料匯流排相連的控制單元間傳輸資料。
  33. 一種如申請專利範圍第1或第2項之方法的應用，用於在車輛生產或維護過程中，在一為實施程式設計而連接資料匯流排的程式設計單元與該車輛的至少一連接該資料匯流排的控制儀間傳輸資料。
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