TWI699983B - 用於經由一匯流排系統將一框從一發射器傳輸到至少一接收器及一匯流排系統的用戶的方法 - Google Patents

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Abstract

一種經由匯流排線(3)將框(6000；6001；6002)從一發射器傳輸到至少一接收器的方法，以及一種用於匯流排系統(1)的用戶站(10，20，30)。採用該方法時，根據多個前置位元之值，由該發送器將若干填充位元(52)插入該等框(6000；6001；6002)，以產生若干附加的訊號邊緣，其中該框(6000；6001；6002)之發送器對該等根據多個前置位元之值插入的填充位元(52)進行計數，且其中，在所發送之框(6000；6001；6002)中，將有關經計數之填充位元(52)的數目的資訊一同傳輸。

Description

用於經由一匯流排系統將一框從一發射器傳輸到至少一接收器及一匯流排系統的用戶的方法
本發明關於一種用於經由一匯流排系統將一框從一發射器傳輸到至少一接收器及一匯流排系統的用戶的方法。
為在車輛(特別是汽車)中的感測器與控制設備之間進行通訊，例如可採用CAN匯流排系統。在採用CAN匯流排系統時，如當前之ISO11898-1委員會草案或“CAN with Flexible Data-Rate,Specification Version 1.0(released April 17th,2012)”中就包含CAN FD之CAN協定標準所描述的那般，藉由CAN及/或CAN FD協定來對框進行傳輸。
在包含顯性電平(其用於提示框的開端)的初始的框開端位元(SOF位元)後，針對CAN FD框之識別符或標識符，CAN FD框(Frames)或消息具有位元28至位元18，視情況還具有位元17至位元0。故亦將位元28至位元0稱作ID28、ID27等。
在CAN FD消息或框的CRC方法(CRC=Cyclic Redundancy Check=循環冗餘檢查)中對缺陷進行測定。此缺陷僅與包含開端為四個顯性位元之識別符的CAN FD框相關。此等四個顯性位元與顯性的框開端位 元一起產生填充條件(stuff condition)，以此為基礎在第四與第五識別符位元之間插入隱性的填充位元。藉由此預先確定的針對填充位元之插入的規則，例如能夠防止包含五個以上相同位元的位串被錯誤地解釋為提示框末端“End of Frame”的訊號，或者防止匯流排用戶因位元間缺少訊號邊緣或電平切換而失去同步。因為就CAN及CAN FD而言，利用訊號邊緣或電平切換來實現匯流排用戶的同步。
在上述具有四個顯性位元的情形中，若(在接收器中局部地)用一隱性位元將前置的顯性框開端位元覆寫，則此接收器會將第一顯性識別符位元解釋成框開端位元。在此接收器對隱性填充位元進行接收時，接收器中並不滿足填充條件，故此接收器將此隱性填充位元作為第四識別符位元。隨後的位元被作為第五識別符位元，且此接收器重新與發送器同相。
缺陷在於，在此情形下，CRC檢查不對改變後的第四識別符位元進行測定；所發送的例如為0x001的識別符被作為0x081接收。在識別符之開端為四個顯性的“0”位元，且顯性的框開端位元被覆寫時，便會出現此情況。由此產生之後果為，第四識別符位元被作為“1”，而非作為“0”接收。在此既與基本格式(base format)的CAN FD框中的11位元識別符相關，亦與擴展格式(extended format)的CAN FD框中的29位元識別符相關，且既與採用17位元CRC的CAN FD框相關，亦與採用21位元CRC的CAN FD框相關。
CRC方法之缺陷係因針對CRC發生器之初始化矢量“00000000000000000”而造成。第一個“0”位元不會改變CRC發生器暫存器，故在仲裁域中在第一隱性位元(發送的填充位元，在存在位元錯誤的 情況下被接收器視作第四識別符位元)前缺少一個位元的情況下，CRC檢查不對此第一個位元進行測定。此外，框之開端所缺少的位元不被作為格式錯誤，因為填充位元被當作缺少的識別符位元。
整體而言，亦即：
就Classic CAN而言，在產生CRC時不將填充位元考慮在內。僅位元錯誤產生/消除填充條件之對便會將漢明距離(HD)減小至2。
就具有較長核對和(CRC-17及CRC-21)之CAN FD而言，CRC產生將填充位元包括在內。在接收器曲解框開端位元的情況下，可能會出現問題。
在下面兩個情形中，CAN FD框之CRC可能無法對曲解的標識符進行測定。亦即，接收器將曲解的框作為有效的框。
情形1a：發送器發送ID28-ID25=“0000”
在接收器對較短的框開端位進行測定時，開端為ID28-ID25=“0000”的識別符可能會被曲解為ID28-ID25=“0001”。原因在於，接收器不能識別或過晚地識別出框開端，進而將ID28解釋為框開端。因此，基於發送器在ID25後插入的填充位元，前四個識別符被曲解為ID28-ID25=“0001”，後續的所有識別符位元則被正確地接收。在自匯流排對框開端進行回讀時，發送器識別不出錯誤。
所需的縮短取決於發送器與接收器的脈衝頻率關係。對示例進行比較，以獲取詳細信息。
在未被用於接收之CAN節點測定的情況下，經曲解之匯流排訊號可能包含顯性干擾脈衝。在發送器所發送的、位於框開端位元前的 位元被用於接收之CAN節點顯性取樣的情況下，經曲解之回流排訊號可能包含隱性干擾脈衝。下文將結合圖7及圖8對此作進一步說明。
舉例而言，若CAN脈衝位於用戶站或節點fRX_Knoten==fTX_Knoten中，則框開端位元的“phase_seg2+ε”程度的縮短/曲解足以引發問題。在1Mb/s且取樣點(Sample Point=SP)為80%的情況下，205ns的縮短便足以產生問題。下文將結合圖7及圖8對此作進一步說明。
情形1b：發送器發送ID28-ID25=“0001”
另一方面，在發送的框開端位元到達前，若接收器例如因顯性干擾脈衝而在位元時間內測定顯性位元，則開端為ID28-ID25=“0001”的識別符可能會被曲解為ID28-ID25=“0000”。原因在於，接收器將發送器所發送的框開端位元當作ID28。故接收器將“1”誤釋為填充位元並將其移除。因此，前四個識別符位元被曲解為ID28-ID25=“0000”。後續的所有識別符位元則被正確地接收。
表1以整合的方式示出了在發送至接收器的途中，識別符位元ID28至ID25的臨界值“0000”及“0001”被曲解，使得接收器無法識別CRC錯誤的情形。
Figure 104129498-A0305-02-0006-1
在CRC發生器暫存器之所有位元皆為零時，若在框內的位置上以四或五個顯性位元之序列為開端，則在CAN FD框內亦會出現同樣的問題。換言之，在接收器因位元之縮短或用戶同步中的移位，將位於所 發送的四個顯性位元之序列後的隱性位元誤釋為填充位元，且同時中間CRC暫存器值等於“0...0”的情況下，在CAN FD框內亦可能出現相似的問題。中間CRC暫存器值為專用CRC暫存器中的CRC核對和值。根據所採用的CRC多項式的規則，每次在CRC域前在發送器或接收器中發送或接收位元時，CRC暫存器的內容皆會被重新計算。在此情形下，在框之CRC域中，發送器將暫存器之位於資料域的最後一個位元上的內容寄送至接收器，以進行檢查。
Classic CAN框與此無關，因為CRC計算不將填充位元考慮在內。
專利申請案DE102011080476A1公開過一種方法，其中發送器至少在框中將由一或多個位元構成之固定填充位元序列插入框的若干部分。此固定填充位元序列的第一插入位元(或插入的單個固定填充位元)的值較佳與前一位元相反。此等固定填充位元序列(或固定填充位元)在給定的框位置上出現。而在Classical CAN中，根據多個前置位元的值來插入填充位元，故填充位元無確定的位置。
因此，本發明之目的在於，提供一種經由一匯流排系統將一框從一發射器傳輸到至少一接收器的方法，以及一用於匯流排系統的用戶站，該方法及該用戶站能夠解決前文述及之問題。特定言之，本發明之目的在於提供一種經由一匯流排系統將一框從一發射器傳輸到至少一接收器的方法，以及一用於匯流排系統的用戶站，其中與先前之方法相比，進一步增強匯流排系統之用戶間的資料傳輸的安全性。
本發明用以達成上述目的之解決方案為一種具有申請專利範圍第1項之特徵的，用於經由一匯流排系統將一框從一發射器傳輸到至少一接收器的方法。採用該方法時，根據多個前置位元之值，由該發送器將若干填充位元插入該框，以產生附加的訊號邊緣，其中該框之發送器對該等根據多個前置位元之值插入的填充位元進行計數，且其中，在所發送之框中將有關經計數之填充位元的數目的資訊一同傳輸。藉由本發明之方法，便能如先前技術中所描述的那般，即在無法透過CRC程序發現位元錯誤之發生的情況下，識別出該位元錯誤。
採用該方法時，在CAN FD實施中對填充位元進行計數，在框中對計數器讀數進行傳輸，以及，隨後藉由該接收器對該計數器讀數進行檢查。
此方法之優點在於，透過附加的檢查方法對習知的CRC程序的缺陷進行彌補。與其他解決方案不同，此方法僅會對有效資料速率造成最小程度的影響。
所述方法之應用透過以下途徑得到驗證：CAN協定控制器之資料表/手冊，以及控制器或通訊控制裝置在網路或匯流排系統中的特性。本文述及之CAN FD協定變體應用於CAN及TTCAN網路。
該方法之其他有利設計方案參閱附屬項。
在所發送之框中，除有關經計數之填充位元的數目的資訊外，亦可將與填充位元之計數相關的另一保全資訊一同傳輸。
該框之接收器能夠根據多個前置位元的值對該等填充位元進行計數，並與該在所發送之框中一同傳輸的、有關經計數之填充位元的 數目的資訊進行對比，以及，在該接收器在所接收的框中針對填充位元的計數與該在所發送之框中一同傳輸的、有關經計數之填充位元的數目的資訊不同的情況下，該接收器將所接收的框棄用。
較佳在該框之第一部分中，根據多個前置位元的值插入若干填充位元，其中在該框之第二部分中，可將若干填充位元作為固定填充位元插入在若干確定的位置上，其中該框之發送器對位於切換至固定填充位元方法之區域前的填充位元進行計數，且其中，在所發送的框中將有關經計數之填充位元的數目的資訊一同傳輸。
該框可具有頭部、資料部分及結尾部分，其中該頭部包括識別符，其中該框包括CRC核對和，且其中，在該CRC核對和前，在所發送之框的結尾部分中將該有關經計數之填充位元的數目的資訊一同傳輸。
較佳地，在計算該CRC核對和時，可將該有關經計數之填充位元的數目的資訊考慮在內。
根據該方法的一種特殊的設計方案，可在該有關經計數之填充位元的數目的資訊與該CRC核對和之間插入一固定填充位元，其用作同位位元並包含有關經計數之填充位元的數目的保全資訊。
根據該方法的另一特殊的設計方案，使用3位元計數器來對該等填充位元進行計數。
此外，本發明用以達成上述目的之解決方案為一種如申請專利範圍第9項的用於用戶站的匯流排系統。該用戶站包括發送/接收裝置及安全裝置，該發送/接收裝置用於將框發送至該匯流排系統之另一/其他用戶站，以及/或者用於自該另一/其他用戶站接收框，藉此經由匯流排線將該框 從一發射器傳輸到至少一接收器，該安全裝置用於對該框中插入之填充位元的數目進行保全，其中該發送/接收裝置適於在將該框發送前，根據預設之規則以及根據多個前置位元之值，在該框中插入若干填充位元以產生附加的訊號邊緣，以及/或者，在對所接收之框進行分析時將該等填充位元重新移除，且其中，該安全裝置適於對該等根據多個前置位元之值插入的填充位元進行計數，並將一有關經計數之填充位元的數目的資訊插入該框，從而在所發送之框中將該資訊一同傳輸。
該用戶站可為匯流排系統之部件，該匯流排系統具有一匯流排線及至少兩個用戶站，該等至少兩個用戶站可藉由該匯流排線以能夠彼此通訊的方式相連，其中該等至少兩個用戶站中的至少一個為前文述及之用戶站。
本發明之其他實施方案亦包括：未明確述及的，對前文或下文就該等實施例描述的特徵或實施方式的組合。其中本領域通常知識者亦將單個態樣作為改進方案或補充方案納入本發明之相應的基本形式。
1:匯流排系統
2:匯流排線
10:用戶站
11:通訊控制裝置
12:安全裝置
13:發送/接收裝置
13A:CRC發生器
20:用戶站
21:通訊控制裝置
22:安全裝置
22A:CRC分析單元
22B:插入單元
23:發送/接收裝置
23A:CRC發生器
30:用戶站
31:通訊控制裝置
32:安全裝置
33:發送/接收裝置
33A:CRC發生器
35:匯流排訊號
36:匯流排訊號
40:框
41:頭部
41A:頭部
42:頭部
43:資料域
44:資料域
45:資料域
46:結尾部分
50:位元界限
51:空運行位元
52:填充位元
54:sync_seg
55:prop_seg
56:phase_seg1
57:phase_seg2
60:框
61:SOF位元
62:仲裁域
63:控制域
64:資料域
65:核對和域
67:仲裁階段
68:資料階段
70:框
71:SOF位元
72:仲裁域
73:控制域
74:資料域
75:核對和域
77:仲裁階段
78:資料階段
600:框
640:資料域
650:核對和域
700:框
740:資料域
750:核對和域
6000:框
6001:框
6002:框
GD:干擾脈衝
RX-10:接收訊號
SP1:取樣點
SP2:取樣點
SP3:取樣點
SP4:取樣點
SP5:取樣點
TX-10:發送訊號
V-10:取樣訊號
圖1為第一實施例中之匯流排系統的簡化區塊圖；圖2為圖1所示匯流排系統中的框的結構示意圖；圖3至6皆為根據當前之ISO 11898-1委員會草案的，佈置有前四個識別符位元(ID28-ID25)的CAN FD框的格式；圖7及圖8皆為時間過程圖，其示出在圖1所示匯流排系統中傳輸的框的開端處的，發送器與接收器間的脈衝占空比； 圖9為根據第一實施例的框的示例；圖10為時間過程圖，其用於示出在匯流排系統中傳輸的框內的，發送器與接收器間的脈衝占空比；圖11為根據第四實施例的框的示例；及圖12為根據第五實施例的框的示例。
下面參照附圖結合若干實施例對本發明作進一步說明。
在未另行說明的情況下，附圖中相同或功能相同的元件係用相同的元件符號表示。
第一實施例
圖1示出匯流排系統1之第一實施例，該匯流排系統例如可為CAN FD匯流排系統。匯流排系統1可應用於車輛(特別是汽車)、飛機或醫院等領域。
如圖1所示，匯流排系統1具有匯流排線3，在該匯流排線上連接有用戶站10、20、30。可透過匯流排線3在各用戶站10、20、30之間對形式為訊號的框40進行傳輸。用戶站10、20、30例如可為汽車或控制設備的控制儀器、感測器、顯示裝置等。
如圖1所示，用戶站10具有通訊控制裝置11、安全裝置12及配設有CRC發生器13A的發送/接收裝置13。當然，安全裝置12亦可為通訊控制裝置11的部件。用戶站20則具有通訊控制裝置21、配設有CRC分析單元22A及插入單元22B的安全裝置22，以及配設有CRC發生器23A的發送/接收裝置23。用戶站30具有通訊控制裝置31，安全裝置32及發送 /接收裝置33，該發送/接收裝置具有安全裝置32及CRC發生器33A。儘管圖1未予繪示，用戶站10、20、30之發送/接收裝置12、23、33皆直接連接至匯流排線3。
通訊控制裝置11、21、31之用途為：對藉由匯流排線3建立的用戶站10、20、30與連接在匯流排線3上之另一用戶站10、20、30的通訊進行控制。通訊控制裝置11、21、31皆可採用與傳統CAN或TTCAN或CAN FD控制器相同的實施方案。通訊控制裝置11、21、31亦可實施為微控制器的部件，此微控制器同樣被用戶站10、20、30包含。發送/接收裝置13、23、33皆可採用與傳統CAN或TTCAN或CAN FD收發器相同的實施方案。
安全裝置12、22、32亦可實施為軟體模組，其構成在該用戶站上運行的軟體的一部分。在此情形下，將本發明之方法完全映射在軟體中。
圖2簡略示出無框開端位元(SOF)的框40的結構，該框開端位元係在框40前透過匯流排線3傳輸。框40可為CAN框或TTCAN框。
如圖2所示，框40具有頭部41、41A、42，資料域43、44、45，以及構成框末端的結尾部分46。頭部41、51A、42具有識別符(ID)41、41A之位於第一區段41中的前四個位元、識別符(ID)41、41A之位於第二區段42中的其餘位元，以及控制域42。資料域43、44、45具有位於第一部分43中的位元組0、位於第二部分44中的其他位元組以及位於第三部分45中的位元組n。在結尾部分46中設有CRC核對和。
圖3示出用戶站10、20、30所發送的框60，其包含至多16個採用CAN FD基本格式的資料位元組。框60具有SOF位元61以及多個框域，如仲裁域62(Arbitration field)、控制域63(Control field)、資料域64(Data field)及核對和域65(CRC field)。仲裁域62之base ID域包括框60之標識符(識別符)。在仲裁域62之末端佈置有RRS位元。控制域63以IDE位元作為開端，其後依次跟隨有FDF位元、res位元、BRS位元、ESI位元及DLC域。在控制域63之DLC域的值為0的情況下，資料域64不存在。核對和域65之CRC seq域包含CRC核對和，並以緊隨其後的CRC定界符CRC-Del作為結尾。ISO-CD-11898-1揭示過上述域，故在此不對其作進一步說明。
圖3示出本實施例中仲裁階段7的長度。在框60中之BRS位元為隱性的情況下，資料階段68緊接在仲裁階段67後。框60具有頭部61至63、資料部分64以及結尾部分65。
在圖3至圖6中，顯性位係用位於框60之下緣上的粗線標示。隱性位元則在圖3至圖6中用位於框60之上緣上的粗線標示。
如圖3所示，發送器之通訊控制裝置11、21、31以某種方式創建框60，使得SOF位元、RRS位元、IDE位元及res位元為顯性，而FDF位元及CRC定界符CRC-Del為隱性。
圖4示出用戶站10、20、30所發送的框600，其包含至多16個採用CAN FD基本格式的資料位元組。除資料域640比資料域64更長，且核對和域650比核對和域65更長以外，框600之結構與圖3所示框60相同。框600具有頭部61至63、資料部分640及結尾部分650。
圖5示出用戶站10、20、30所發送的框70，其包含至多16個採用CAN FD擴展格式(CAN FD extended format)的資料位元組。如圖5所示，框70具有SOF位元71以及多個框域，如仲裁域72(Arbitration field)、控制域73(Control field)、資料域74(Data field)及核對和域65(CRC field)。仲裁域72之base ID域及ID ext域具有框70之標識符(識別符)。在base ID域與ID ext域之間設有SRR位元及IDE位元。在仲裁域72之末端佈置有RRS位元。控制域73以FDF位元作為開端，其後跟隨有res位元。在該res位元後跟隨有BRS位元及ESI位元。控制域73以DLC域作為結尾。在控制域73之DLC域的值為0的情況下，資料域74不存在。除此以外，框70之結構與圖3所示框60相同，且具有相應的仲裁階段77及資料階段78。框70具有頭部71至73、資料部分74及結尾部分75。
如圖5所示，發送器之通訊控制裝置11、21、31以某種方式創建框70，使得SOF位元、RRS位元及res位元為顯性，而SRR位元、IDE位元及CRC定界符CRC-Del為隱性。
圖6示出用戶站10、20、30所發送的框700，其包含超過16個採用CAN FD擴展格式(CAN FD extended format)的資料位元組。除資料域740比資料域74更長，且核對和域750比核對和域75更長以外，框700之結構與圖5所示框70相同。框700具有頭部71至73、資料部分740及結尾部分750。
對於圖3及圖4所示的採用基本格式的CAN FD框60、600而言，CRC核對和稱作CRC-17。對於圖5及圖6所示的採用擴展格式的CAN FD框70、700而言，CRC核對和稱作CRC-21。
圖7示出用戶站10之發送訊號TX-10、用戶站20之接收訊號RX-20以及用戶站20之取樣訊號(Abtastsicht)V-20在時間t範圍內的特性曲線。圖7中的虛線表示各位元間的位元界限50。為清楚起見，對於接收訊號RX-20及取樣訊號V-20而言，並非所有表示位元界限50的虛線皆配設有元件符號。
在圖7所示情形中，在包含框開端位元(SOF位元)之發送訊號TX-10開始前，首先在匯流排線3上發送空運行位元51。在框開端位元後跟隨有具有與該框開端位元相同之電平的bit2至bit5。在bit5後插入了填充位元52。
因此，藉由未繪示的、因透過匯流排線3傳輸發送訊號TX-10而產生的延遲，得到與該發送訊號TX-10對應的接收訊號RX-20。儘管該發送訊號具有SOF位元之顯性電平，此接收訊號RX-20仍可能因各種原因(硬體故障、外部干擾、電磁輻射等)而在持續時間T內具有隱性電平。在被如此曲解之接收訊號RX-20中，可能還存在較短之顯性干擾脈衝GD，其如圖7所示將匯流排訊號35進一步曲解。舉例而言，此類干擾脈衝GD可能亦因外部干擾，特別是電磁輻射等而產生，以及，在此類干擾脈衝比最小匯流排時間單元(一時間量子tq)更短的情況下，用於接收之用戶站(即本實施例中之用戶站20)可能無法測定此類干擾脈衝。接收訊號RX-20保持曲解狀態。
由於接收訊號RX-20受到曲解，用戶站20所見為訊號V-20。在該SOF位元之位元界限50後跟隨有用元件符號54表示的sync_seg階段。其後為圖7中用元件符號55表示的傳輸階段prop_seg。其後為用元 件符號56表示的phase_seg1及用元件符號57表示的phase_seg2。對於該等位元中的每一個而言，所述階段54至57的順序相同。
用戶站20在取樣點SP1、SP2、SP3、SP4、SP5上對接收訊號RX-20進行取樣。取樣點SP1至SP5位於用元件符號56表示的phase_seg1與用元件符號57表示的phase_seg2之間。
在圖7所示情形中，CAN脈衝係位於亦稱作節點的用戶站10、20、30中，fRX_Knoten==fTX_Knoten。亦即，接收脈衝與發送脈衝相同。在此，框開端位元(SOF)的“phase_seg2+ε”程度的縮短/曲解足以引發此處審視的問題。在所示情形中，第五取樣點SP5錯誤地得出隱性值。如前文所述，在1Mb/s且取樣點SP1、SP2、SP3、SP4、SP5中的一個取樣點SP(SP=Sample Point)為80%的情況下，205ns的縮短便足以產生此處審視的問題。
在圖8所示情形中，在包含顯性框開端位元(SOF位元)之發送訊號TX-10開始前，首先在匯流排線3上依次發送兩個空運行位元51。在框開端位元後跟隨有具有與該框開端位元相同之電平的bit2至bit4。緊接bit4的位元52被隱性發送，故其電平與之前的位元不同。
因此，如圖8所示，得到與該發送訊號TX-10對應的接收訊號RX-20。儘管該發送訊號具有空運行位元之隱性電平，此接收訊號RX-20仍可能因各種原因(硬體故障、外部干擾、電磁輻射等)而在(圖8中以灰色陰影標示的)持續時間T內具有顯性電平。在被如此曲解之接收訊號RX-20中，可能還存在較短之隱性干擾脈衝GR，其如圖8所示將匯流排訊號36進一步曲解。舉例而言，此類干擾脈衝GR可能亦因外部干擾，特別 是電磁輻射等而產生，以及，在此類干擾脈衝比最小匯流排時間單元(一時間量子tq)更短的情況下，用於接收之用戶站(即本實施例中之用戶站20)可能無法測定此類干擾脈衝。接收訊號RX-20保持曲解狀態。
由於接收訊號RX-20受到曲解，用戶站20所見為訊號V-20。在該二空運行位元之位元界限51後跟隨有用元件符號54表示的sync_seg階段。其後為傳輸階段prop_seg，圖8中亦用元件符號55表示此階段。其後為用元件符號56表示的phase_seg1及用元件符號57表示的phase_seg2。對於該等位元中的每一個而言，所述階段54至57的順序相同。
在此，用戶站20亦在取樣點SP1、SP2、SP3、SP4、SP5上。對接收訊號RX-20進行取樣。取樣點SP1至SP5位於用元件符號56表示的phase_seg1與用元件符號57表示的phase_seg2之間。
在圖8所示情形中，CAN脈衝係位於亦稱作節點的用戶站10、20、30中，fRX_Knoten==fTX_Knoten。亦即，接收脈衝與發送脈衝相同。在此，位於顯性框開端位元(SOF)前的第二空運行位元51的“phase_seg2+ε”程度的縮短/曲解足以引發此處關注的問題。在所示情形中，第五取樣點SP5錯誤地得出顯性值。如前文所述，在1Mb/s且取樣點SP1、SP2、SP3、SP4、SP5中的一個取樣點SP(SP=Sample Point)為80%的情況下，205ns的縮短便足以產生此處關注的問題。
在圖9所示的本發明之第一實施例中，CAN FD框6000具有位於SC域中的、寬度為三個位元的填充計數值，該SC域係佈置在核對和域65之開端。亦即，與圖3所示的傳統CAN FD格式相比，在框6000中，在CRC域中插入了三個填充計數位元。該圖未示出填充位元。
因此，在本實施例中，為解決前文述及的針對CRC-17及CRC-21的問題，CAN FD框之發送器及接收器藉由其安全裝置12、22、32，對位於切換至固定填充位元方法之區域前的填充位元52，即對CRC域或核對和域65前的填充位元52進行計數。如圖9所示，在發送的框6000中，位於SC域中的計數器讀數被一同傳輸。該接收器將其自身對填充位元52的計數與所接收的SC域的計數器讀數進行對比。不將固定填充位元計入在內。在計數器讀數有區別的情況下，即便原本之CRC計算未顯示錯誤，仍將上述情形作為CRC錯誤處理。
由於僅需要使得漢明距離為6，即對5個錯誤進行識別，故在安全裝置12、22、32中採用3位元計數器便已足夠。亦即，在該SC域中傳輸的計數器讀數顯示填充位元模數8的數量。因此，至少8個錯誤才會使此3位元計數器讀數(Stuff Count)無效。安全裝置22的3位元計數器可包含在CRC分析單元22A中。當然亦可採用4位元計數器等。
如圖9所示，為在框6000中對安全裝置12、22、32之3位元計數器的Stuff Count值(即計數器讀數)進行傳輸，在CRC核對和域65的開端將其延長三個位元。此點既適用於採用17-CRC多項式的框60、70，亦適用於採用21位元多項式的框600、700。
透過該SC域增設的三個位元，還產生另一固定填充位元，故CAN FD框6000因此方法延長4個位元，而與填充位元52的數量、DLC域或識別符的長度無關。
CAN FD框6000中的Stuff Count或填充計數值會被納入CRC計算，即被作為資料位元處理。
在CRC計算如先前技術中所描述的那般未發現特定位元錯誤的情況下，此錯誤導致該接收器在對填充位元52進行計數時得到另一結果，在此情形下，透過與該Stuff Count，即與該接收器所計數的填充位元52以及該SC域中給出的填充位元52的數目進行對比，識別出此錯誤，該接收器將框6000視作無效。
作為替代方案，亦可對框6000中之所有位元進行計數，而並非僅對填充位元52進行計數，且亦可採用寬度超過三個位元的計數器讀數。在此方法中，將填充位元計數錯誤作為CRC錯誤處理，亦即，在應答間隙後方將錯誤框(Error Frame)發送。作為替代方案，該接收器亦可在接收該SC域之最後一個位元後便進行對比，並發送錯誤框。
根據第二實施例，為解決前文述及的針對CRC-17及CRC-21的問題，將“1...0”而非“0...0”用作CRC發生器13A、23A、33A的初始化矢量。可藉由安全裝置12、22、32(就安全裝置22而言特別是包含CRC分析單元22A及插入單元22B)來進行初始化。因此，不再會出現與識別符位元ID28至ID25之兩個臨界值“0000”及“0001”相關的問題。
就在中間CRC寄存器值等於“0...0”的情況下，在經曲解之“00000”位元序列開始時，在SOF 61(框開端)與發送的CRC核對和之間的任意位元位置上皆可能出現的，該位元序列被錯誤測定的問題而言，藉由初始化矢量“1...0”，便能針對所發送的前18個位元防止“0...0”的中間CRC寄存器值。
除此之外，該第二實施例中之匯流排系統1的結構與第一實施例相同。
在第三實施例中，匯流排系統1之結構與第一實施例相同。區別在於，在第三實施例中，結合圖10對一下兩個問題進行審視。
在第一情形下，即在中間CRC寄存器值等於“0...0”，同時發送經填充之“0”序列，且此等“0”中的第一個(由於該匯流排上之噪聲)因同步而縮短的情況下，如圖10所示，接收器可能會將“00000I”(“I”在此表示發送的填充位元)曲解為“00001”。縮短或曲解又可能歸結於前文述及之原因(硬體故障、外部干擾、電磁輻射等)。此外，顯性干擾脈衝GD亦可能對同步造成干擾。在此還需要注意因匯流排運行時間而始終存在的訊號移位58。亦即，視具體情況，有時僅對四個，而並非對五個“0”位元進行取樣。CRC計算不會測定此錯誤。除以與圖7及圖8相似的方式示出訊號特性曲線TX-10、RX-20、V-20以外，圖10還示出訊號特性曲線T10，其與用戶站10的所見對應。如圖10所示，在隱性位元或空運行位元52後，發送五個顯性位元之序列，即bit1至bit5。隨後插入填充位元52。
在脈衝公差使得BitzeitRX_Knoten>BitzeitTX_Knoten(BitTimeRX_node>BitTimeTX_node)的情況下，可能出現圖10所示之情形，其中節點表示用作發送器或接收器的用戶站10、20、30中的一個。
該噪聲並不引起階段錯誤補償，甚或引起沿錯誤方向的補償。
在第二情形下，即在中間CRC寄存器值等於“0...0”，同時傳輸未經填充之序列“00001”序列，且此等“0”中的第一個(由於該匯流排上之噪聲)因同步而縮短的情況下，接收器可能會將位元序列“00001”曲解為“00000I”(“I”在此表示發送的填充位元)。亦即，對五個，而並 非對四個“0”位元進行取樣。此序列中的“1”被解釋為填充“1”並被移除。CRC計算不會對插入進行測定。
在脈衝公差使得BitzeitRX_Knoten>BitzeitTX_Knoten(BitTimeRX_node>BitTimeTX_node)，且僅在取樣點位置較早出現的情況下，可能出現此情形。圖10亦示出此情形。
而就相反的情形(接收位元序列“11111”)而言，由於以下原因並不存在問題。進入的“1”可在CRC中改變成(0...0)。隨後的“1”導致超過17個位元與(0...0)不同的CRC。僅當CRC值在此“1”序列中不發生改變的情況下，才會出現問題。但此處並非為此情況。
作為前述問題的解決方案，可根據以下方案來設置安全裝置12、、22、32，此等方案可替代彼此或任意組合。
a)如同採用Classic CAN時那般，在CRC計算時將填充位元排除在外。
b)在整個框中或者以FDF位元位置作為開端的方式使用固定的填充位元，與採用Classic CAN框的情形一致。
c)在計算時將一附加的虛擬位元CRC核對和。
但此方案並不能解決問題，因為在特定情形下，漢明距離會因而下降至1。在CRC寄存器在FD框中達到值“0...0”的情況下，會在對CRC機制的附加分析中將“1”插入CRC邏輯。在對接收/發送的下一位元進行分析前實施此操作。可將插入的“1”視作僅對該CRC邏輯可見的虛擬填充位元，其在對接收/發送的下一位元進行分析前將該CRC寄存器中的臨界值“0...0”改變。
d)在該框內發送第二CRC序列。
e)在該框內發送填充位元52之數目(與方案b)或d)相比間接費用更小)。前文已將此方案之實施例作為第一實施例進行過描述。下面對其他實施例進行說明。
在更為正式之方案中，為處理問題，如下引入一錯誤模型：
‧錯誤類型A：Bit Flip，即位元轉換。CRC計算係用於測定此種錯誤的有效方法，並提供所期望的漢明距離(HD-Level)。
‧錯誤類型B(前文述及之問題)：與填充位元52連接的位元序列的縮短或延長。如前文所述，此問題並不會導致框長度錯誤。對於每個框60、70、600、700、6000而言，可能發生多次縮短或延長。在框60、70、600、700、6000內要麼發生縮短，要麼發生延長，取決於發送器與接收器脈衝比間的關係。為測定此錯誤類型，接收器必須已知框長度，包括填充位元52之數目。
在此需要指出，在發送器側及接收器側皆以與位元數目(框長度)精確對應的方式應用CRC算法的情況下，CRC結果具可靠性。否則，即在接收器中將更少或更多位元應用於CRC算法的情況下，必須將CRC結果視為受損。
以下用於消除錯誤類型A/B的措施構成當前的(2014.09.11)ISO CD 11898-1的基礎。目的在於，使得CAN FD之資料完整度的穩健性比Classic CAN更高。
藉由採用固定的填充位元(參閱前文述及的方案b))，能夠實現接收器所期望的習知數目的位元。框長度不可變。此為一種簡單的解決方案，但會造成較高之間接費用，使得淨位元率比目前之ISO CD 11898-1 低約10%。
根據第四實施例，在針對先前審視之問題的另一解決方案中，如圖9所示，以及如第一實施例中所述，在框6000中還包括有關填充位元52之數目的資訊(填充位元計數器，Stuff-Bit-Count，SC)。該等資訊亦可稱作長度資訊。
可在藉由以規律的方式確定的填充位元自經典的CAN填充方法切換至固定填充位元方法後，發送該填充位元計數器。否則，無法在該填充位元計數器中將插入已發送之Stuff-Bit-Count序列的填充位元考慮在內。
此外，在此第四實施例中，還對該長度資訊，即對關於框6000中之填充位元52的數目的資訊進行安全監控。
亦即，在框中出現錯誤類型B時，該CRC核對和受損。若錯誤類型A在相同的框中將安全裝置12、22、32之填充位元計數器讀數曲解，則接收器無法對曲解的框進行測定。
故還需要對所發送之長度資訊的安全性進行監控(填充位元計數值模數8)。
因此，如圖11所示，將用作保全資訊的同位位元連接至該SC域，從而亦在核對和域65前將該同位位元傳輸。該同位位元原本為始終插入的固定填充位元。視CRC核對和是否受損，安全裝置12、22、32改變此同位位元。如此一來，即便在同時出現錯誤類型A及B的情況下，亦能可靠地識別出受損的框6001。
根據第五實施例，如圖12所示，在另一解決方案中包括其 他資訊，即針對該填充位元計數器之內容計算出的獨立CRC核對和，以及例如針對作為框6002中之位元SCRC8至SCRC0的9位元CRC的保全資訊。可採用的包含9位元的CRC核對和為習知的包含生成多項式x8+x5+x4+x3+1的DARC-8CRC。亦可採用5位元CRC核對和，其保全特性(漢明距離HD)略有減小。在位元SCRC8至SCRC0中含有透過該生成多項式確定的、針對框6002中之填充位元的計數值的核對和值。舉例而言，藉此亦能在同時出現錯誤類型A及B的情況下可靠地識別出受損的框6002。
下面的表3為先前描述的不同解決方案的概覽。該CRC域之總長度由CRC之長度、填充位元計數器之長度、附加保全資訊之長度及所插入的固定填充位元的數目決定。“SC”表示Stuff-Bit-Count或填充位元計數器，以及，“f.s.”表示固定填充位元。
Figure 104129498-A0305-02-0024-2
在此，表3中之解決方案編號1與第一實施例對應。表3中之解決方案編號2與第四實施例對應。表3中之解決方案編號3與第五 實施例之採用5位元CRC的方案對應。表3中之解決方案編號4與第五實施例之另一採用9位元CRC的方案對應。
前文述及的匯流排系統1，用戶站10、20、30及該方法的所有設計方案即可單獨應用，亦可按任意之合理方式組合應用。特定言之，可將上述實施例之所有特徵任意組合或移除。特定言之，還可進行以下修改。
在先前之實施例中，結合基於CAN FD協定之匯流排系統對匯流排系統1進行了描述。但該等實施例中之匯流排系統1亦可為另一類型之通訊網路。較佳地，在匯流排系統1上，至少針對特定時間跨度，藉由同一通道實現對用戶站10、20、30的互斥式無衝突訪問。
在該等實施例中之匯流排系統1中，可任意選擇用戶站10、20、30之數目及佈置方案，以及任意進行修改。特定言之，在匯流排系統1中亦可僅設有用戶站10或20或30。可在匯流排系統1中將用戶站10至30任意組合。
作為圖1所示實施方案的替代方案，安全裝置12、22、32亦可分別設置在對應的通訊控制裝置11、21、31中。作為用戶站10、20、30的替代或附加方案，在匯流排系統1中亦可以與該等用戶站10、20、30任意組合的方式設有一或多個此類用戶站。
61:SOF位元
62:仲裁域
63:控制域
64:資料域
65:核對和域
67:仲裁階段
68:資料階段
6000:框

Claims (9)

  1. 一種經由匯流排線(3)將框(6000；6001；6002)從一發射器傳輸到至少一接收器的方法，其中根據多個前置位元之值，由該發送器將若干填充位元(52)插入該等框(6000；6001；6002)，以產生若干附加的訊號邊緣，其中，該等框(6000；6001；6002)之發送器對該等根據多個前置位元之值插入的填充位元(52)進行計數，且其中，在所發送之框(6000；6001；6002)中，將有關經計數之填充位元(52)的數目的資訊一同傳輸；其中該等框(6000；6001；6002)具有頭部(61，62，63)、資料部分(64)及結尾部分(65)；其中該頭部(61，62，63)具有識別符(62)；其中該等框(6000；6001；6002)包括CRC核對和(65)，以及其中在該CRC核對和前，在所發送之框(6000；6001；6002)的結尾部分(65)中將該有關經計數之填充位元(52)的數目的資訊一同傳輸。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中除該有關經計數之填充位元(52)的數目的資訊以外，在所發送之框(6000；6001；6002)中，將與填充位元(52)之計數相關的另一保全資訊一同傳輸。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該等框(6000；6001；6002)之接收器根據若干前置位元之值對該等填充位元(52)進行計數，並與在所發送之框(6000；6001；6002) 中一同傳輸的、有關經計數之填充位元(52)的數目的資訊進行對比，且其中，在該接收器在所接收之框(6000；6001；6002)中針對填充位元(52)的計數與該在所發送之框(6000；6001；6002)中一同傳輸的、有關經計數之填充位元(52)的數目的資訊不同的情況下，該接收器將所接收的框(6000；6001；6002)棄用。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中在該等框(6000；6001；6002)之第一部分中，根據多個前置位元之值插入若干填充位元(52)，其中在該等框(6000；6001；6002)之第二部分中，將若干填充位元(52)作為固定填充位元插入在若干確定的位置上，其中該等框(6000；6001；6002)之發送器對位於切換至固定填充位元方法之區域前的填充位元(52)進行計數，以及其中在所發送之框(6000；6001；6002)中，將有關經計數之填充位元(52)的數目的資訊一同傳輸。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在計算該CRC核對和時，將該有關經計數之填充位元(52)的數目的資訊考慮在內。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在該有關經計數之填充位元(52)的數目的資訊與該CRC核對和之間插入一固定填充位元，其用作同位位元並包含有關經計數之填充位元(52)的數目的保全資訊。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中使用3位元計數器來對該等填充位元進行計數。
  8. 一種用於匯流排系統(1)的用戶站(10；20；30)，包含：發送/接收裝置(13；23；33)，其用於將框(6000；6001；6002)發送至該匯流排系統(1)之另一/其他用戶站，以及/或者用於自另一/其他用戶站接收框(6000；6001；6002)，藉此便能經由匯流排線(3)將該等框(6000；6001；6002)從一發射器傳輸到至少一接收器，以及安全裝置(12；22；32)，其用於對插入該等框(6000；6001；6002)之填充位元(52)的數目進行保全，其中該發送/接收裝置(13；23；33)適於在將該等框(6000；6001；6002)發送前，根據預設之規則以及根據多個前置位元之值，將若干填充位元(52)插入該等框(6000；6001；6002)以產生附加的訊號邊緣，以及/或者，在對所接收之框(6000；6001；6002)進行分析時將該等填充位元(52)重新移除，以及其中該安全裝置(12；22；32)適於對該等根據多個前置位元之值插入的填充位元(52)進行計數，並將一有關經計數之填充位元(52)的數目的資訊插入該等框(6000；6001；6002)，從而在所發送之框(6000；6001；6002)中將該資訊一同傳輸；其中該等框(6000；6001；6002)具有頭部(61，62，63)、資料部分(64)及結尾部分(65)；其中該頭部(61，62，63)具有識別符(62)；其中該等框(6000；6001；6002)包括CRC核對和(65)，以及其中在該CRC核對和前，在所發送之框(6000；6001；6002)的結尾部分(65)中將該有關經計數之填充位元(52)的數目的資訊一同傳輸。
  9. 一種匯流排系統(1)，包含一匯流排線(3)，以及至少兩個用戶站(10，20，30)，其可透過該匯流排線(3)以能夠彼此通訊的方式相連，其中該等至少兩個用戶站(10，20，30)中的至少一個為如申請專利範圍第9項之用戶站(10，20，30)。
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