WO2020212218A1 - Teilnehmerstation für ein serielles bussystem und verfahren zur kommunikation in einem seriellen bussystem - Google Patents

Teilnehmerstation für ein serielles bussystem und verfahren zur kommunikation in einem seriellen bussystem Download PDF

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WO2020212218A1
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subscriber station
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time slot
time
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Florian Hartwich
Steffen Walker
Arthur Mutter
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • Subscriber station for a serial bus system and method for communication in a serial bus system
  • the present invention relates to a subscriber station for a serial bus system and a method for communication in a serial bus system with which communication is possible for real-time-critical applications.
  • a bus system For the communication between sensors and control devices, for example in vehicles, a bus system is currently being used more and more frequently instead of a point-to-point connection in which data is used as
  • CAN FD is currently in the introductory phase in the first step mostly with a data bit rate of 2Mbit / s for the transmission of bits of the data field and with an arbitration bit rate of 500kbit / s for the
  • CR Collision Resolution
  • the arbitration means that current CAN-based bus systems cannot currently be used for applications that require 100% deterministic bus access, i.e. a guarantee that a subscriber station of the bus system can definitely send a message or a frame at a certain time is.
  • a subscriber station for a serial bus system and a method for communication in a serial bus system are to be provided which can be used in communication for real-time-critical applications and in which, in particular, 100% deterministic bus access is possible.
  • the object is achieved by a subscriber station for a serial bus system with the features of claim 1.
  • the subscriber station has one
  • Communication control device for controlling communication between the subscriber station and at least one other subscriber station of the
  • Bus system a transmitting / receiving device for transmitting a transmission signal generated by the communication control device in a frame to a bus of the bus system, and a time planning unit for planning a time-based access of the subscriber station to the bus in at least one time slot of a round of successive time slots, with in one round for each participant station of the bus to send theirs
  • Transmission signal at least one time slot is provided and the round is repeated cyclically, and wherein the time planning unit is designed to use at least one piece of information received from the bus to determine an assignment that determines which time slot of the round the transmission / Receiving device for sending the frame for the send signal on the bus.
  • each of the subscriber stations receives a guaranteed minimum communication bandwidth on the bus, at least for the time in which the bus is to be accessed deterministically. This means that real-time-critical applications can also be implemented with a CAN-based bus system.
  • the subscriber station can use any communication protocol that works according to the CSMA / CR method, for example any CAN-based one
  • deterministic scheduling In the case of the subscriber station described, it is also very advantageous that the function of deterministic scheduling, which can also be referred to as “deterministic scheduling”, can be activated for deterministic bus access when required, even during operation. This is the
  • the subscriber station described is designed such that it organizes with the other subscriber stations on the bus which
  • Subscriber station may send the next message. This is the
  • the subscriber station can either deliver the same maximum delays (worst-case delays) as PLCA from 10BASE-T1S or approximately 50% shorter maximum delays (worst-case delays) than PLCA from 10BASE-T1S.
  • the subscriber station can send and receive messages with great flexibility with regard to bus access, and thus a very wide range of quality of service requirements and thus also applications can be implemented.
  • the at least one piece of information received from the bus is a frame notifying the start of the round, the at least one piece of information received from the bus also being a frame identifier and / or an assignment of the time slots of a round to the subscriber stations of the bus and / or the Information includes which of the subscriber stations of the bus is currently transmitting.
  • the scheduling unit is designed to use at least the frame informing the start of the round and a frame identifier of a sender of a frame received from the bus as the at least one item of information received from the bus
  • the time planning unit is designed to evaluate a data field of the frame that notifies the start of the round, in which the at least one frame received from the bus
  • the time planning unit is designed to wait until the communication control device has received a frame from the bus that notifies the start of the round, and then to determine which of the other subscriber stations of the bus is operating the bus system using a priority of the transmission signal Time slot of the round the transmitting / receiving device is allowed to use to transmit the frame for the transmission signal on the bus.
  • the communication control device is configured to convert the frame into a first at least in a switch-on phase of the bus
  • Communication phase gets an at least temporarily exclusive, collision-free access to the bus.
  • the number of time slots per lap is possibly greater than the number of time slots that are assigned to the subscriber stations of the bus per lap, with which of the subscriber stations of the bus is negotiated in the first communication phase in a time slot that is not assigned to any of the subscriber stations of the bus Busses in the subsequent second
  • Communication phase gets an at least temporarily exclusive, collision-free access to the bus.
  • the minimum duration of a time slot can optionally be selected as a bit time of a bit in the first communication phase.
  • the scheduling unit is optionally designed to send a frame in a time slot assigned to the subscriber station with a priority that is higher than a priority of a frame which the scheduling unit is designed to send in a time slot that of another subscriber station of the bus.
  • the minimum duration of a time slot is two bit times of a bit of the first communication phase, the time planning unit being designed to enable the subscriber station to access the bus in the second bit of a time slot of the round when the
  • Subscriber station or another subscriber station of the bus in the first bit of the time slot lets its transmission opportunity pass unused.
  • the time planning unit has a counting module which is designed to increment its count value for each frame received by the bus and to increment it for each transmission opportunity that has passed unused for a time slot, the counting module being designed to set its count value to 1 when the frame notifying the start of the round has been received.
  • the counting module can be designed to increment its count value for each frame received by the bus after receiving a bit which signals the start of a frame, even if the frame is later aborted by the subscriber station sending the frame due to an error.
  • the time planning unit can be designed to be a to enable temporal access of the subscriber station to the bus for the next time slot of the round if the count value of the counting module is equal to the number of the time slot assigned to the subscriber station.
  • the time planning unit is designed to enable temporal access by the subscriber station to the bus in a time slot of the round if another subscriber station on the bus lets its transmission opportunity pass unused.
  • the communication control device is designed to arrange a subscriber station number in the transmission signal which is exclusively assigned to the subscriber station on the bus, the time planning unit being designed to enable temporal access of the subscriber station to the bus in the time slot of the round assigned to the subscriber station if the time planning unit can evaluate a subscriber station number in a frame received from the bus.
  • Scheduling unit use this information to determine its own time slot.
  • Subscriber station per round are assigned, at least temporarily unequal to a number of time slots that are assigned to another subscriber station of the bus per round.
  • the subscriber station can be configured to send more than one frame on the bus per time slot. Additionally or alternatively, the number of frames that the subscriber station is allowed to send on the bus per time slot is at least temporarily unequal to a number of
  • the communication control device is designed to send a dominant pulse at the beginning of a recessive bit in the time slot assigned to the subscriber station, which is shorter than the bit time of the recessive bit if the communication control device lets its transmission opportunity pass unused.
  • the subscriber station is designed in such a way that the time planning unit can be switched on or off depending on the time requirements for communication on the bus, or that an operating mode of the time planning unit can be changed by configuring predetermined parameters during operation of the bus system, the Operating mode of the scheduling unit defines a predetermined mode of communication on the bus.
  • At least two of the subscriber stations described above can be part of a bus system which also comprises a bus, the at least two subscriber stations being connected to one another via the bus in such a way that they can communicate with one another serially.
  • at least one of the subscriber stations can be a master subscriber station for sending a frame which informs the at least two subscriber stations of the start of a round of communication on the bus,
  • At least one backup master optionally being provided for additionally performing the function of the master subscriber station on the bus.
  • a subscriber station can thus act as a subscriber and as a master at the same time.
  • the aforementioned object is also achieved by a method for communication in a serial bus system according to claim 20.
  • the method is carried out with a subscriber station of the bus system that has a
  • Communication control device and a transmitting / receiving device the method comprising the steps of controlling, with a
  • Communication control device a communication of the subscriber station with at least one other subscriber station of the bus system, and sending, with a transmitting / receiving device, one of the
  • Communication control device generated transmission signal in a frame on a bus of the bus system according to the planning of a time planning unit, which plans a time slot of the subscriber station on the bus in at least one time slot of a round of consecutive time slots, in one round for each participant station of the bus to send their Transmission signal is provided at least one time slot and the round is repeated cyclically, and wherein the scheduling unit using at least one item of information received from the bus determines an assignment which defines which time slot of the round the transmitting / receiving device is allowed to use to transmit the frame for the transmission signal on the bus.
  • Subscriber station are called.
  • FIG. 1 shows a simplified block diagram of a bus system according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a diagram to illustrate the structure of messages sent by subscriber stations of the bus system according to the first
  • Embodiment can be sent;
  • Fig. 3 is a timing diagram to illustrate the sequence of a
  • Fig. 4 is a timing diagram to illustrate the sequence of a
  • Fig. 5 is a timing diagram to illustrate the sequence of a
  • Communication in a bus system according to a second exemplary embodiment 6 is a time diagram to illustrate the sequence of a
  • FIG. 8 shows a timing diagram to illustrate the sequence of a
  • FIG. 9 shows a time profile of a differential bus signal in unused time slots in a bus system according to a sixth exemplary embodiment.
  • FIG. 1 shows a bus system 100, which in particular is basically a CAN bus system and / or a CAN FD bus system and / or a CAN FD successor bus system, which is referred to here as CAN XL bus system, and / or Modifications thereof is designed as described below.
  • the bus system 100 can be used in a vehicle, in particular a motor vehicle, an airplane, etc., or in a hospital, etc. use.
  • the bus system 100 has a multiplicity of subscriber stations 10, 20, 30, each of which is connected to a bus 40 with a first bus core 41 and a second bus core 42.
  • the bus wires 41, 42 can also be called CAN_H and CAN_L or CAN-XL_H and CAN-XL_L and are used for electrical signal transmission after coupling in the dominant level or generating recessive levels for a signal in the transmission state.
  • Messages 45, 46 in the form of signals between the individual subscriber stations 10, 20, 30 can be transmitted serially via bus 40. If an error occurs during communication on bus 40, as indicated by the jagged black block arrow in As shown in FIG. 1, an error frame 47 (error flag) can optionally be sent.
  • the subscriber stations 10, 20, 30 are, for example, control devices, sensors, display devices, etc. of a motor vehicle.
  • the subscriber station 10 has a
  • the subscriber station 20 has a communication control device 21, a transmitting / receiving device 22 and a time planning unit 25 with a counting module 251.
  • Subscriber station 30 has a communication control device 31, a transmitting / receiving device 32 and a time planning unit 35 with a counting module 351.
  • the transmitting / receiving devices 12, 22, 32 of the subscriber stations 10, 20, 30 are each connected directly to the bus 40, even if this is not illustrated in FIG. 1.
  • the communication control devices 11, 21, 31 each serve to control communication between the respective subscriber station 10, 20, 30 via the bus 40 with at least one other subscriber station of the subscriber stations 10, 20, 30 that are connected to the bus 40.
  • the communication control devices 11, 31 create and read first messages 45, which are, for example, CAN messages that are structured on the basis of a CAN XL format, which is described in more detail with reference to FIG.
  • the communication control devices 11, 31 can also be designed to provide a CAN XL message 45 or a CAN FD message 46 for the transmitting / receiving devices 12, 32 or to receive it from them, as required.
  • the communication control devices 11, 31 thus create and read a first message 45 or second message 46, the first and second messages 45, 46 differing through their
  • the communication control device 21 can be designed like a conventional CAN controller according to ISO 11898-1: 2015, in particular like a CAN FD tolerant classical CAN controller or a CAN FD controller.
  • the Communication control device 21 creates and reads second messages 46, for example Classical CAN messages or CAN FD messages 46.
  • the CAN FD messages 46 can include a number of 0 to 64 data bytes, which also have a significantly faster data rate than a Classical CAN message are transmitted.
  • the communication control device 21 can be designed like a conventional CAN controller according to ISO 11898-1: 2015, in particular like a CAN FD tolerant classical CAN controller or a CAN FD controller.
  • the Communication control device 21 creates and reads second messages 46, for example Classical CAN messages or CAN FD messages 46.
  • the CAN FD messages 46 can include a number of 0 to 64 data bytes, which also have a significantly faster data rate than a Classical CAN message are transmitted.
  • the transmitting / receiving device 22 can be like a conventional CAN
  • Transceiver according to ISO 11898-2: 2016 or CAN FD transceiver.
  • the transmitting / receiving devices 12, 32 can be designed to send messages 45 or bits of a frame according to the CAN XL format or messages 46 or bits of a frame according to the current CAN FD format for the associated communication control device 11, 31
  • FIG. 2 shows a CAN FD frame 460 for the message 46 as it is sent serially to the bus from the transmitter / receiver device 12 or the transmitter / receiver device 22 or the transmitter / receiver device 32 over the time t 40 is sent.
  • a specific example of a CAN-XL frame 450 is shown for the message 45, as can be sent serially to the bus 40 by the transceiver 22 or 32 over the time t.
  • the upper part of FIG. 2 can be interpreted as a Classical CAN frame and the lower part of FIG. 2 as a CAN FD frame or CAN XL frame.
  • the frames 450, 460 for the CAN communication on the bus 40 are divided into different communication phases 451, 452, 453, namely an arbitration phase 451, a data phase 452, and a
  • the associated transceiver 12, 22, 32 transmits a Identifier 451x and part of a control field.
  • the data phase 452 among other things, the following data are sent: a part of the control field, the user data of the CAN-XL frame or the message 45, 46 in a data field DF and a checksum.
  • part of the control field may be an optional DataType field DT which indicates the type of data that is sent in the data field DF.
  • the data type field DT is shown in FIG. 2 with a greater length than it is in FIG.
  • the data type field DT can be in the control part of the frame 450, 460, in particular at the beginning of the
  • the data phase 452 is followed by the frame end phase 453, which according to ISO11898-1: 2015 also belongs to the arbitration phase.
  • the frame end phase 453, which can also be referred to as the arbitration phase at the end of the frame 450, 460, has, inter alia, the following parts: an ACK field and an end-of-frame identifier (EOF).
  • EEF end-of-frame identifier
  • the associated transceiver 12, 22, 32 bits of the frame 450, 460 transmits at a slower bit rate than in the data phase 452.
  • the data phase 452 is clear in terms of time compared to the data phase 452 of the classical CAN frame shortened.
  • the two bit rates of the phases 451, 452 can be configured to the same values, but the bit rate in the data phase 452 is usually much higher than in the
  • a frame format is defined for CAN XL in which not only the bit rates within the frame 450 or the message 45 are switched, but optionally also the operating mode of the transmitting / receiving device 12, 32.
  • the transmitting / receiving device works 12, 32 in an operating mode (here called CAN) that is compatible with ISO 11898-2: 2016.
  • the transmitting / receiving device 12, 32 can optionally be switched to another operating mode, which enables higher bit rates and thus fast data transmission.
  • the arbitration phase 451 is used to determine with the help of an identifier (ID)
  • the associated transmitting / receiving device 12, 22, 32 uses a physical layer as in CAN and CAN-FD.
  • the physical layer corresponds to the bit transmission layer or layer 1 of the well-known OSI model (Open Systems Interconnection Model).
  • Bus wiring results in longer time constants. This leads to a limitation of the maximum bit rate of today's CAN FD physical layer to currently around 2 megabits per second in real vehicle use.
  • a sender of the message 45, 46 starts sending bits of the data phase 452 on the bus 40 only when the corresponding subscriber station 10, 20, 30 as the sender has won the arbitration and the subscriber station 10, 20, 30 as a sender with exclusive access to the bus 40 des
  • Bus system 100 has.
  • FIG. 3 shows a case for a communication on the bus 40 in which the time planning units 15, 25, 35 are activated.
  • this case is a
  • a time slot S is available.
  • the number SN of time slots S thus corresponds to the number N of subscriber stations 10, 20, 30 on bus 40.
  • the bandwidth on bus 40 is determined by the number N of
  • SN time slots S can be provided, SN being one
  • the number of time slots S is constant in the example of FIG. 3, that is to say the same in each round C. Alternatively, however, the number of time slots S can be varied.
  • the master subscriber station can be any subscriber station of the
  • the subscriber station is both master and normal subscriber.
  • the master subscriber station sends a start frame which is referred to below as SOCR (start-of-cycle frame).
  • SOCR start-of-cycle frame
  • the SOCR is a frame with a high-priority identifier ID and a short data field DF.
  • the data field DF can have the minimum length in the bus system 100, in particular 0 bytes. All subscriber stations 1, 2, 3, 4 on bus 40 synchronize with the SOCR and thus know when they are allowed to send something.
  • the time planning units 15, 25, 35 cause the frames 450, 460 to be created in accordance with the following rules.
  • Each frame 450, 460 begins again with an arbitration phase 451.
  • the identifier 451x can be selected as desired for each frame 450, 460, as long as the rule common in CAN is observed that each identifier 451x is only used exclusively by one of the subscriber stations 1, 2, 3, 4 is used.
  • the minimum time slot duration T_S_mn is at least one arbitration bit time, i.e. as long as the bit time of a bit in the arbitration phase 451.
  • the maximum time slot duration T_S_mx is equal to the maximum length of a frame 460 or 450.
  • the minimum round duration T_C_mn is equal to the sum of all minimum Time slot durations T_S_mn plus the minimum duration of a SOCR.
  • the maximum lap duration T_C_mx is equal to the sum of all maximum time slot durations T_S_mx plus the maximum duration of a SOCR.
  • Each subscriber station 1, 2, 3, 4 may only transmit on the bus 40 in the time slot S1, S2, S3, S4 which is provided for the subscriber stations 1, 2, 3, 4.
  • each subscriber station 1, 2, 3, 4 is allowed to send a single frame 450, 460 to the bus 40 in the time slot S1, S2, S3, S4 provided for it.
  • Each of the subscriber stations 1, 2, 3, 4 has a transmission opportunity TO (Transmit Opportunity) in its time slot S1, S2, S3, S4.
  • the Subscriber station 1, 2, 3, 4 send a frame 450, 460 in the time slot S1, S2, S3, S4 assigned to it, or can let the opportunity for sending pass.
  • T_S_mn After a minimum time slot duration T_S_mn, the transmission opportunity TO has expired.
  • the minimum round duration T_C_mn is four arbitration bit times plus the duration of an SOCR because 4 time slots S1, S2, S3, S4 are available for the four subscriber stations 1, 2, 3, 4.
  • the minimum time slot duration T_S_mn is assumed to be 1 arbitration bit time.
  • the time slots S1, S2, S3, S4 are assigned to the individual subscriber stations 1, 2, 3, 4.
  • the assignment is made dynamically via the frame IDs or
  • Identifiers 451x which the subscriber stations 1, 2, 3, 4 use to transmit their first frame 450, 460. Using arbitration, the
  • Transmission sequence established which corresponds to the assignment of the time slots S1, S2, S3, S4 to the subscriber stations 1, 2, 3, 4.
  • Subscriber stations 1, 2, 3, 4 has sent a frame 450, 460.
  • the assignment of the time slots S1, S2, S3, S4 to the subscriber stations 1, 2, 3, 4 is retained. This means that there is no new arbitration and the sending order is unchanged.
  • reintegration takes place with the help of the SOCR, which specifies the beginning of each round C. This is also described in more detail later with reference to FIG. 4.
  • the sending sequence is determined by the frame identifier 451x used and by arbitration on bus 40.
  • the SOCR is distinguishable from other frames. This can be done, for example, by using a special frame identifier 451x.
  • the frame identifier 451x has the highest priority and thus the corresponding priority ID. This frame identifier 451x must then all
  • Subscriber stations 1, 2, 3, 4 on the bus 40 be known. Alternatively, this can also be done, for example, by a special value in the data type field DT in the frame, which is evaluated accordingly by all subscriber stations 1, 2, 3, 4 on bus 40. Alternatively or additionally, a
  • the SOCR has a different amount of information in its data field DF.
  • no information is contained in the data field DF of the SOCR.
  • no more information than the beginning of the next round C is sent to the
  • FIG. 3 shows a starting round C_SU in which the assignment of the time slots S1, S2, S3, S4 to the subscriber stations 1, 2, 3, 4 is established in a time period T_C_SU.
  • every round C starts with a SOCR. If one of the subscriber stations 1, 2, 3, 4 receives the SOCR, it is
  • the time slot in which the SOCR is sent / received corresponds to a time slot “SO”.
  • SO time slot
  • Subscriber stations 1, 2, 3, 4 want to send a frame 450, 460 right at the beginning.
  • time slot S1 all subscriber stations 1, 2, 3, 4 start a frame at the same time and take part in the bus arbitration, as indicated by A1234 in FIG. 3 shown.
  • TX4 stands for the transmission signal TX of the subscriber station 4 and the frame is based on the transmission signal TX4.
  • the time slot S1 is assigned to the subscriber station 4.
  • the subscriber stations 1, 2, 3 simultaneously start a frame and take part in the bus arbitration, as shown by A123 in FIG.
  • the time slot S2 is assigned to the subscriber station 2.
  • time slot S3 arbitration is carried out between the subscriber stations 1, 3, as described above. Ultimately, in the example of FIG. 3, the time slot S3 is assigned to the subscriber station 1.
  • the time slot S4 is assigned to the subscriber station 3. Arbitration no longer takes place because the other subscriber stations 1, 2, 4 are not transmitting anything in the time slot S4.
  • the TX transmission order is determined by the arbitration in the following as TX_4_2_1_3.
  • a possible round C in operation could be a round C_B, which is shown in Fig. 3 in the right part of the figure.
  • round C_B the TX transmission sequence remains unchanged as TX_4_2_1_3.
  • round C_B the send
  • Round duration T_C_mx results when a frame 450, 460 of maximum length is sent from the associated subscriber station 1, 2, 3, 4 in each time slot S1 to S4.
  • the number 1 in time slot S3 expresses that this time slot is assigned to subscriber station 1.
  • the number 2 in time slot S2 expresses that this time slot is assigned to subscriber station 2.
  • each of the scheduling units 15, 25, 35 is constructed as described below.
  • Each master subscriber station 1, 2, 3, 4 on bus 40 knows the number SN of time slots S1, S2, S3, S4 per round C.
  • the number of subscriber stations 1, 2, 3, 4 on bus 40 corresponds to Number of time slots S1, S2, S3, S4 per round C, so that there is a 1: 1 assignment of time slots and subscriber stations.
  • the number SN of the time slots S1, S2, S3, S4 per round C is stored in the time planning units 15, 25, 35 of the at least one master subscriber station.
  • any user station of the bus system 100 can take over the functions of the master user station described above and below.
  • the master subscriber station and a normal subscriber station are not two separate subscriber stations.
  • a subscriber station can take over both functions, e.g. the subscriber station 1 could also be the master subscriber station.
  • each subscriber station 1, 2, 3, 4 sets the count value Scnt des
  • counting module 151, 251, 351 counts the number of received frames 450, 460 on bus 40 with at least one counter and the number of elapsed transmission opportunities TO.
  • the counting module 151, 251, 351 evaluates the frame 450, 460 as a sent frame 450, 460 on the bus 40. This applies even if the transmission is aborted by the transmitter, for example by an error frame 47 due to an error.
  • the next time slot is the own time slot.
  • the subscriber station 1, 2, 3, 4 concerned can now send a frame 450, 460 or allow the transmission opportunity TO to pass.
  • the master subscriber station counts with its counting module 151, 251, 351 from 1 to SN.
  • the simple participant stations count with theirs
  • Counting module 151, 251, 351 from 1 to “own time slot number”. After that, the simple subscriber stations, more precisely their counting module 151, 251, 351 can continue to count or not.
  • the next time slot is that time slot in which the SOCR must be sent.
  • the master subscriber station 1, 2, 3, 4 can now send a SOCR frame 450, 460. If there are several masters, all master subscriber stations start sending the SOCR in this time slot. The SOCR with the highest priority will prevail through arbitration.
  • time planning unit 15, 25, 35 of a subscriber station 1, 2, 3, 4 notes the count Scnt as its own time slot number if the
  • Subscriber station 1, 2, 3, 4 could send a frame. If it lets its transmission opportunity TO elapse, it keeps its own time slot number from the last round C. This is necessary when the order of transmission on bus 40 is reassigned and this leads to arbitration again. This can be the case when one of the subscriber stations 1, 2, 3, 4 has been woken up again and then wants to participate in the bus communication again. This is based on Fig.
  • the subscriber stations 1, 2, 3, 4 After switching on or waking up, the subscriber stations 1, 2, 3, 4 do not know which of the time slots S1, S2, S3, S4 per round C of the respective subscriber station 1, 2, 3, 4 is assigned.
  • the subscriber station 3 has woken up again at time t1 in FIG. 4 and is ready to transmit. Up to this point in time and thus also up to the point in time before the subscriber station 3 was put to sleep, the transmission sequence was defined as TX_1_2_3_4, as shown on the left in FIG. 4 with the numbers in the time slots. The subscriber station 3 then waits until it receives the SOCR. Since the subscriber station 3 has its own
  • the subscriber station 3 tries to send a frame after receiving the SOCR, that is to say from the time t2. However, since the time slot S1 is assigned to the subscriber station 1 and this also tries to send its frame, this leads to an arbitration on the bus 40.
  • Subscriber station 1 keeps its time slot Sl.
  • the subscriber station 3 Since the frame of the subscriber station 3 has lost the arbitration, the subscriber station 3 repeats the transmission of its frame until the frame the Arbitration has won and the subscriber station 3 can send its frame or cancels the attempt to send due to a bus error.
  • Subscriber station 1, 2, 3, 4 can send a frame in a round C.
  • the frames of the subscriber stations 2, 3 therefore arbitrate in the time slot S2 as shown with A23 in FIG. In the example of FIG. 4, the wins
  • Transmission signal TX2 of the subscriber station 2 is sent in the time slot S2.
  • the subscriber station 2 thus also retains its time slot S2.
  • next time slot S3 only the subscriber station 3 tries to send its frame.
  • the other subscriber stations 1, 2, 4 do not transmit in time slot S3, since time slot S3 was previously assigned to subscriber station 3. There is therefore no arbitration in the time slot S3.
  • the subscriber station 3 can thus send its frame and has found its time slot S3 again.
  • the frame identifier 451x can be arbitrarily selected for each frame 450, 460, as long as the rule common with CAN is observed that each identifier 451x is only used exclusively by one subscriber station 1, 2, 3, 4. However, it is alternatively conceivable that each subscriber station 1, 2, 3, 4 uses only a single identifier 451x for sending all of its frames.
  • Subscriber station 3 uses a higher-priority frame identifier 451x than subscriber station 1, then subscriber station 3 could have sent its frame in time slot S1. The subscriber station 3 would thus have taken over the time slot S1 from the subscriber station 1. In this case, the subscriber station 1 could then have sent its frame in the time slot S3 at the latest, since no other subscriber stations 2, 3, 4 would then be transmitting in the time slot S3. As a result, depending on the result of the arbitration, the assignment of the time slots S1, S2, S3, S4 can be redistributed.
  • One advantage of this exemplary embodiment is that the implementation is very uncomplicated to configure. In the simplest case, everyone
  • Subscriber station 1, 2, 3, 4 is assigned exactly one time slot S1, S2, S3, S4, the bus system 100 for the described communication with the time planning units 15, 25, 35 manages without configuration. It is sufficient that only the master subscriber station knows the number N of subscriber stations on the bus 40 and thus the number SN.
  • Another advantage of the present exemplary embodiment is that the communication on bus 40 is self-organizing due to the arbitration, since the allocation of the time slots S1, S2, S3, S4 to the subscriber stations 1, 2, 3, 4 takes place dynamically via the arbitration.
  • the worst-case delay for bus access by a subscriber station 1, 2, 3, 4 is roughly the same as for PLCA from 10BASE-T1S, namely 2 * SN maximum frame lengths plus the frame length of the SOCR.
  • the present embodiment has the following advantage in particular. If an error in one of the time planning units 15, 25, 35 results in a subscriber station transmitting in the wrong time slot, this only leads to arbitration and a possible delay in transmission. However, such an error cannot destroy the two frames on the bus, which can lead to data loss.
  • At least one backup master is provided.
  • the backup master is provided.
  • the at least one backup master can be implemented by one of the subscriber stations 10, 20, 30 of the bus system 100.
  • Each backup master uses a predetermined frame identifier 451x for the SOCR it sends.
  • the frame identifiers 451x of the backup master have a lower priority than the frame identifier 451x of the master subscriber station.
  • the master subscriber station fails, there are two ways in which the at least one backup master can step in.
  • the master subscriber station and all backup masters always start the SOCR at the same time. Since the master subscriber station and all the backup masters use different frame identifiers 451x and since the frame identifier 451x of the master subscriber station has the highest priority, the master subscriber station wins the arbitration. The backup masters recognize this and make no further SOCR transmission attempt in this round C. Each subscriber station 1, 2, 3, 4 on the bus 40 recognizes on the basis of the frame identifier 451x which master sent the SOCR.
  • the backup masters check whether the intended master is sending the SOCR or not sending as expected. "Not sending" is recognized by the backup masters after a predetermined waiting period (time-out) has elapsed.
  • the predetermined waiting time (time-out) is an arbitration bit time. The backup master steps in after the predetermined waiting time (time-out) and sends its SOCR, so that the “single point of failure” can be avoided.
  • FIG. 5 shows a time sequence in the bus system 100 to illustrate communication according to a second exemplary embodiment.
  • Embodiment the own time slot number already firmly specified. This is achieved by permanently assigned time slot numbers on bus 40 be used. As a result, in the present exemplary embodiment, a reintegration method is superfluous, since each subscriber station 1, 2, 3, 4 of the bus 40 knows the time slot S1, S2, S3, S4 assigned to it.
  • time slots can be assigned implicitly, for example time slot 1 is assigned to subscriber station 1, time slot 2 is assigned to subscriber station 2, etc., as shown in FIG. 5 as an example.
  • time slots can be assigned explicitly, in particular communicated in the SOCR.
  • the assignment is made explicitly with the SOCR, information is transmitted in the data field DF of the SOCR. It is possible here for the number SN of time slots and the time slot assignment to the subscriber stations of the bus 40 to be contained in the data field DF of the SOCR. As a result, the number SN of time slots in the following round is communicated with the data field DF of the SOCR to the subscriber stations 1, 2, 3, 4, and the assignment of the time slots to the subscriber stations of the bus 40 is communicated. In this case, there is the option that in each round C the number SN of time slots and the time slot assignment to the subscriber stations of the bus 40 can be determined as desired and can therefore be different in each round C.
  • the first byte in the data field DF of the SOCR contains the number SN of time slots in the round that is now beginning.
  • the assignment of the time slots to the subscriber stations of the bus 40 can be contained in the following bytes in the data field DF of the SOCR. For example, after byte 0, byte 1 in data field DF contains the assignment of time slot S1 to a subscriber station number, byte 2 the assignment of time slot S2 to a subscriber station number, etc.
  • the bandwidth that is to say the number and / or the length of time slots S1, S2, S3, S4, which is guaranteed to a subscriber station 1, 2, 3, 4 of the bus 40, can thus be increased or decreased very easily during operation.
  • the length of the time slots S1, S2, S3, S4 results from the length of the at least one transmitted frame.
  • a special operating mode can be used can be switched, especially flashing in the workshop, where the transmitter is allowed a particularly high bandwidth.
  • a security emergency can be responded to.
  • One such emergency could be a component failure. Under such a condition, at least one rather unimportant subscriber station could be completely or at least partially prohibited from communication. This means that additional frames can be allocated bandwidth.
  • the assignment of the is for the respective subscriber station 1, 2, 3, 4 of the bus 40
  • each subscriber station 1, 2, 3, 4 on the bus 40 more precisely each time planning unit 151, 251, 351, knows that a new round C always begins with an SOCR.
  • each time planning unit 151, 251, 351 knows which time slot S1, S2, S3, S4 is assigned to the subscriber station.
  • Each subscriber station thus knows 1, 2, 3, 4 on the bus 40, more precisely each one
  • time slots S1, S2, S3, S4 are already assigned to the subscriber stations S1, S2, S3, S4 and each subscriber station 1, 2, 3, 4 only sends in its time slot S1, S2, S3, S4, there is none Arbitration. This means that there is no need to differentiate between the two cases “reintegration after switching on” and "normal operation". There is only the normal operation already described in relation to the first embodiment.
  • the subscriber station 1 is assigned the time slot S1
  • the subscriber station 2 is assigned the time slot S2
  • the subscriber station 3 is assigned the time slot S3
  • the subscriber station 4 is assigned the time slot S4. This is illustrated on the left-hand side of FIG. 5.
  • Assignment has been made, for example, by configuring the scheduling unit.
  • the subscriber station 3 is switched on and is ready at time t4 to participate in the CAN communication.
  • the subscriber station 3 then waits for the SOCR, for example.
  • the subscriber station 3 is synchronized with the receipt of the SOCR.
  • the subscriber station 3 waits for the time slot assigned to it, that is to say in the example of FIG. 5 for the time slot S3.
  • the subscriber station 3 can then send its frame from a point in time t5.
  • the subscriber station number is therefore specified by the system integrator or the configurator of the bus system 100.
  • the sequence of communication on bus 40 is therefore no longer self-organizing, but is specified, namely via the assignment of the subscriber station number and optionally also via the information in the SOCR.
  • the subscriber stations are then only allowed in a specified
  • This embodiment variant is also more robust with regard to the counting of the time slots, since the allocation of the time slots is already fixed.
  • the third present exemplary embodiment also has the aforementioned advantage that no frame is destroyed if an error in one of the time planning units 15, 25, 35 results in a subscriber station transmitting in the wrong time slot. Such an error only leads to an arbitration but not to the destruction of the two frames on the bus.
  • FIG. 6 shows a time sequence in the bus system 100 to illustrate communication according to a third exemplary embodiment.
  • Embodiment also possible that a subscriber station 1, 2, 3, 4 after switching on or waking up is synchronized again to the time slot number even more quickly than in the previous embodiments. Therefore, in the present exemplary embodiment, a subscriber station number is transmitted as additional information in frames 450, 460.
  • Subscriber station 1, 2, 3, 4 is currently sending and thus which number the current time slot Sl, S2, S3, S4 has.
  • Embodiment proceeded as follows.
  • the subscriber station number can be transmitted at various points in frames 450, 460.
  • the priority ID which is equal to the frame identifier 451x, can be the subscriber station number of the
  • Subscriber station 1, 2, 3, 4 correspond.
  • the subscriber station number can be transmitted in the data field DF or with via the data type field (DataType field) DT.
  • the assignment of the time slots S1, S2, S3, S4 to the subscriber stations 1, 2, 3, 4 can be seen on the left-hand side of FIG.
  • the time slot S1 is assigned to the subscriber station 1, etc. and the time slot S4 is assigned to the subscriber station 4.
  • the subscriber station 3 is switched on and, in the example of FIG. 6, is ready at time t6 to take part in the CAN communication.
  • the subscriber station 3 then waits for the SOCR or for another frame in order to synchronize itself with the time slot numbers.
  • subscriber station 3 has a frame from
  • subscriber station 3 As soon as subscriber station 3 has received the subscriber station number transmitted as part of subscriber station 2, subscriber station 3 knows that the time slot that has just passed is time slot S2. As a result, the subscriber station 3 is synchronized to the time slot numbers. Since in this example the time slot S3 comes directly afterwards, the subscriber station can send its frame with the transmission signal TX3 in the time slot S3. If the subscriber station 2 had let its transmission opportunity TO pass, the subscriber station 3 would have few Bits later received the SOCR and would therefore also be synchronized to the time slots S.
  • a subscriber station 1, 2, 3, 4 that is switched on or woken up again can access the permanently assigned time slot numbers S1, S2, S3 more quickly due to the subscriber station number transmitted in time slot S1, S2, S3, S4 , S4 or the time slot numbers S1, S2, S3, S4 present in the communication on the bus 40 is synchronized than in the previous exemplary embodiments.
  • the time delay for bus access by a subscriber station 1, 2, 3, 4 is reduced to 1 * SN maximum frame lengths plus the frame length of the SOCR. In the worst case, the time delay is thus approximately half less than in the previous exemplary embodiments.
  • This embodiment variant is also more robust with regard to the counting of the time slots, since the time slot number can be seen on the bus 40.
  • the present exemplary embodiment also has, in particular, the previously mentioned advantage that no frame is destroyed if an error in one of the scheduling units 15, 25, 35 results in a
  • FIG. 7 shows a time sequence in the bus system 100 to illustrate communication according to a fourth exemplary embodiment.
  • FIG. 7 shows in its left part a lap with a minimum lap duration T_C_mn, in which all time slots S1 to S4 each have at least two
  • the time slot S3 has a first bit time B1_S3 and a second bit time B2_S3. The same applies to the other time slots S1, S2, S4.
  • time slot S1, S2, S3, S4 start to guarantee a frame to be able to send.
  • no bit passes in the time slot S1, S2, S3, S4. If a subscriber station 1, 2, 3, 4 lets the first bit of its time slot S1, S2, S3, S4 elapse, then the subscriber station 1, 2, 3, 4 has also let its transmission opportunity TO elapse, that of the subscriber station 1, 2, 3 , 4 would have guaranteed the dispatch of a cream. Thus the subscriber station 1, 2, 3, 4 does not want to send a frame at the moment.
  • Time slot Sl can elapse, but then in the second bit time B2_S1 of its time slot Sl it begins to send a frame.
  • all subscriber stations 1, 2, 3, 4 can thus start a frame in the second bit B2_S1 of the time slot S1.
  • the frames can also “fight” for this free time slot S1, that is to say arbitrate on bus 40. So that the frame that has the highest priority wins the arbitration, the subscriber stations 1, 2, 3, 4 for their frames, which in the second bit one
  • Time slots begin to use identifier 451x that
  • This embodiment of the minimum duration T_S_mn of the time slots S1 to S4 makes it possible for one of the subscriber stations 1, 2, 3, 4 to
  • Subscriber station has not used its guaranteed transmission opportunity TO.
  • the subscriber station 4 uses the fourth time slot S4 assigned to it to transmit the transmission signal TX4 in one frame.
  • the subscriber station 3 is ready to send a frame. Since the subscriber station 1 does not send a frame - the first bit time B1_S1 elapses unused - sends the
  • the transmission signal TX3 as a frame in the second bit time B2_S1 of the time slot S1.
  • the second and third time slots S2, S3 are each used by the associated subscriber station 2, 3. Consequently the transmission signals TX2, TX3 are each sent to the bus 40 in one frame. Since the subscriber station 4 does not send a frame - the first bit time B1_S4 elapses unused - the subscriber stations 1, 2 send frames to the bus 40 from the time t10. In the following arbitration, the subscriber station 2 wins, so that the transmit signal TX2 as a frame in the time slot S4 is sent on bus 40.
  • One advantage of the present exemplary embodiment is that a deterministic allocation of the communication bandwidth can be mixed with data traffic with the best effort (best effort data traffic).
  • the data traffic with the best effort only comes about when some subscriber stations 1, 2, 3, 4 do not use the bandwidth allocated to them, that is to say the transmission slot S1, S2, S3, S4.
  • Another major advantage of the present exemplary embodiment is that the time delay in the worst case (worst-case delay) for the worst case
  • the minimum time slot duration T_S_mn can alternatively be three or more arbitration bit times.
  • the subscriber stations 1, 2, 3, 4 on the bus 40 can then be divided into different priority classes. The lower the priority class of a subscriber station 1, 2, 3, 4, the later the subscriber station 1, 2, 3, 4 may start a transmission within a free time slot.
  • An embodiment with at least two bit times can be used for subscriber stations 1, 2, 3, 4 to re-integrate themselves after waking up or switching on so that a sending subscriber station 1, 2, 3, 4 is not disadvantaged by the sending subscriber station 1, 2, 3, 4 the time slot S1, S2, S3, S4 assigned to it is removed.
  • each subscriber station 1, 2, 3, 4 uses only time slots S1, S2, S3, S4 for reintegration that were not used in the first bit by the actual time slot owner. If the re-integrating subscriber station of subscriber stations 1, 2, 3, 4 from the second bit of the time slot S1, S2, S3, S4 its frame and wins the arbitration and can send the frame successfully, that is, error-free, so it is then assigned the time slot.
  • FIG. 8 shows a time sequence in the bus system 100 to illustrate communication according to a fifth exemplary embodiment.
  • communication bandwidth on bus 40 is not evenly distributed between subscriber stations 1, 2, 3, 4. Instead, a so-called WRR method (Weighted Round Robin method) is used in the present exemplary embodiment.
  • WRR method Weighted Round Robin method
  • the parameter W specifies the number of frames 450, 460 which the subscriber station 1, 2, 3, 4 is allowed to send per round C.
  • a subscriber station 1, 2, 3, 4 is provided with W time slots for this purpose.
  • the parameter SN set in the at least one master subscriber station therefore no longer corresponds to the number of subscriber stations 1, 2, 3, 4, but to the sum of all values of the parameter W.
  • a round C has a number of 5 time slots, namely S1, S2, S3, S4, S5.
  • the subscriber station 1 can send two frames 450, 460 per round, namely in the time slots S1 and S2.
  • Subscriber stations 2, 3, 4 can only send one frame 450, 460 per round C.
  • Fig. 9 shows to explain a sixth embodiment
  • Differential voltage V-diff which is calculated from the difference between the bus signals CAN_H and CAN L on bus 40.
  • a subscriber station 1, 2, 3, which does not use its transmission opportunity TO sends a short dominant pulse P at the beginning of the bits B1_S1, B1_S2, B1_S3, etc. in its time slot S1, S2, S3.
  • only one bit, namely the bit B1 is sent in each time slot S1, S2, S3, since the minimum time slot duration T_S_mn is assumed here with an arbitration bit time.
  • the bits are sampled by the receiving subscriber stations 1, 2, 3 at a sampling time t_A. If the minimum duration T_S_mn of a time slot corresponds to several arbitration bit times, then the subscriber station to which the time slot is assigned can send a dominant pulse P at the beginning of each bit if the subscriber station has its
  • the associated subscriber station 1, 2, 3 sends a dominant pulse P of, for example, the recessive bits of its time slot S1, S2, S3. 200 ns. All CAN subscriber stations 1, 2, 3 synchronize with the recessive-dominant edge S_F of the dominant pulse P. Since the arbitration bit time is limited to 1000 ns or 1 Mbit / s according to the aforementioned specification, a
  • the bus system 100 can thus cope with clocks that have relatively high tolerances.
  • the subscriber stations 1, 2, 3 synchronize on recessive-dominant edges on the bus 40.
  • one or more subscriber stations 1, 2, 3, 4 of the preceding exemplary embodiments send several frames per time slot S1, S2, S3, S4.
  • This refinement is advantageous, for example, in order to distribute the communication bandwidth on the bus 40 more equitably if, for example, the subscriber station 1
  • subscriber station 1 typically sends short frames 460 and subscriber station 2 typically sends long frames 450. If each subscriber station 1, 2 can only ever send one frame in the time slot S1, S2 assigned to it, then subscriber station 1 has less bandwidth than subscriber station 2 in the methods according to the first to third exemplary embodiments.
  • Subscriber station 1 allows several short frames 450 to be sent during its time slot S1. To be fair, the total frames 450 should not be longer than a frame 450 of maximum length.
  • the signaling that the subscriber station 1 is still sending a frame 460 in this transmission opportunity TO can take place in the following ways.
  • the identifier 451x can be used for this.
  • the low-order 4 bits of the identifier (ID) 451x are used to identify subscriber station 1.
  • the next 7 bits of the identifier (ID) 451x are used to indicate that there are more frames 460 to follow.
  • 0x14 can signal that the subscriber station 4 is sending a frame, with the 1 signaling that the frame is followed by further frames.
  • 0x04 could signal that the subscriber station 4 is sending a frame, the 0 signaling that there are no frames following the frame.
  • a Data Type (DT) field in the header of the frame 450 can be used.
  • a dedicated bit in the header of the frame 460 can be used.
  • a bit or byte at the beginning of the data field DF shown in FIG. 2 can be used in the data phase 452.
  • the advantage is that more fairness with regard to the division of the communication bandwidth between subscriber stations 1, 2, 3, 4 can be established in the case in which the subscriber stations 1, 2, 3, 4 send frames 450, 460 of different lengths.
  • the number SN of time slots is set greater than the number N of subscriber stations. In this case, at least one time slot remains that does not belong to any of the subscriber stations and therefore to no one on the bus 40.
  • Subscriber stations 1, 2, 3, 4, and SN 5 time slots, that is to say the time slots S1, S2, S3, S4, S5.
  • a time slot is exclusively allocated to each subscriber station. Since a node will never transmit immediately in time slot S5, the nodes can arbitrate for time slot S5 from the second bit of the time slot.
  • this eighth exemplary embodiment can also be designed as an extension of the second or third exemplary embodiment.
  • Scheduling units 15, 25, 35 not only have the number SN of time slots configured, but also the number of time slots that are available to all subscriber stations, for example at the end of round C. If the time slots are permanently assigned to the subscriber stations, as in the second and third exemplary embodiments, the time slot number is optionally included in the transmitted frames and a SOCR marks the start of a round C, then a time planning unit is able to allocate the time slot S5 (from the example previously). When time slot S5 has arrived, all subscriber stations can simply arbitrate for bus 40 here. The combination with the fourth exemplary embodiment is no longer absolutely necessary.
  • the transmission opportunity TO is allocated in the time slot S5 strictly according to the priority, i.e. the identifier 451x, of the frames which the
  • Send subscriber stations 1, 2, 3, 4 in the time slot S5 (Strict Priority Scheduling).
  • the frame identifier 451x of the messages 450, 460 is sensibly to be selected in this time slot S5 in accordance with the actual priority of the messages so that the frame with the highest priority can prevail.
  • Arbitration phase 451 is completely or at least partially omitted in the communication.
  • deterministic time planning scheduling
  • the time planning units 15, 25, 35 there is no arbitration because each
  • Subscriber stations 1, 2, 3, 4 are assigned one or more time slots S1, S2, S3, S4. Accordingly, after the allocation of the time slots S1, S2, S3, S4 or at this operating point, the arbitration phase 451 before and after the data phase 452 can be completely or at least partially omitted.
  • the arbitration phase 451 is now shorter than with CAN, i.e. shorter than currently specified in ISO 11898-1: 2015.
  • Arbitration phase 451 is completely or at least partially omitted.
  • Data phase 452 are arranged, leads to a relevant overhead in the data transmission on the bus 40 and thus to a lower net data rate.
  • the identifiers 451x which are used for sending the frames 450, 460, in two
  • Areas are divided. Firstly in a high-priority area which is used for those frames 450, 460 that are sent by a subscriber station in the time slot assigned to the subscriber station. And secondly in a lower priority area which is used for those frames that are sent in a time slot, that of the sending one
  • Subscriber station is not assigned exclusively.
  • Subscriber station is assigned exclusively, for example, the
  • Subscriber station 1, to which the currently present time slot S3, for example, is not exclusively assigned simply use an identifier 451x from the low-priority area when attempting to send the frame 450, 460. This ensures that, for example, the subscriber station 3 to which the currently present time slot S3 is exclusively assigned in this example, would always win the arbitration and thus this time slot S3 remains exclusively assigned to the subscriber station 3. However, if in this example at least one of the other subscriber stations 1, 2, 4 has something to send, this other subscriber station 1, 2, 4 can try right at the beginning of the time slot S3 to create a frame 450, 460 with an identifier 451x from the lower priority area to send.
  • bus system 100 can be a communication network in which data is serial with two
  • Subscriber station 10, 20, 30 is guaranteed on a common channel.
  • Bus system 100 of the exemplary embodiments is arbitrary.
  • the subscriber station 20 in the bus system 100 can be omitted. It is possible for one or more of the subscriber stations 10 or 30 to be present in the bus system 100. It is conceivable that all subscriber stations in the bus system 100 are configured identically, that is to say only subscriber station 10 or only
  • Scheduling units 15, 25, 35 can be switched on or off at any time in order to adapt to the current operating states of the bus system 100.
  • deterministic scheduling is used in real-time operation.
  • deterministic scheduling can be used in the workshop at
  • SN, Ws, which are used by the time planning units 15, 25, 35, can be changed as required during operation.

Abstract

Es ist eine Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) für ein serielles Bussystem (100) und ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem (100) bereitgestellt. Die Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) hat eine Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) zum Steuern einer Kommunikation der Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) des Bussystems (100), eine Sende-/Empfangseinrichtung (12; 22; 32) zum Senden eines von der Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) erzeugten Sendesignals (TX1; TX2; TX3; TX4) in einem Rahmen (450; 460) auf einen Bus (40) des Bussystems (100), und eine Zeitplanungseinheit (15; 25; 35) zur Planung eines zeitlichen Zugriffs der Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) auf den Bus (40) in mindestens einem Zeitschlitz (S1 bis S4) einer Runde (C) von zeitlich aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen (S1 bis S4), wobei in einer Runde (C) für jede Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) des Busses (40) zum Senden ihres Sendesignals (TX1; TX2; TX3; TX4) mindestens ein Zeitschlitz (S1 bis S4) vorgesehen ist und sich die Runde (C) zyklisch wiederholt, und wobei die Zeitplanungseinheit (15; 25; 35) ausgestaltet ist, unter Verwendung mindestens einer von dem Bus (40) empfangenen Information eine Zuordnung zu bestimmen, die festlegt, welchen Zeitschlitz (S1 bis S4) der Runde (C) die Sende-/Empfangseinrichtung (12; 22; 32) zum Senden des Rahmens (450; 460) für das Sendesignal (TX1; TX2; TX3; TX4) auf den Bus (40) verwenden darf.

Description

Beschreibung
Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem und Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem und ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem, mit welchen eine Kommunikation für echtzeitkritische Anwendungen möglich ist.
Stand der Technik
Für die Kommunikation zwischen Sensoren und Steuergeräten, beispielsweise in Fahrzeugen, wird aus Kostengründen anstelle einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung derzeit immer häufiger ein Bussystem eingesetzt, in welchem Daten als
Nachrichten im Standard ISO11898-l:2015 als CAN Protokoll-Spezifikation mit CAN FD übertragen werden. Die Nachrichten werden zwischen den
Teilnehmerstationen des Bussystems, wie Sensor, Steuergerät, Geber, usw., übertragen. Hierbei wird CAN FD derzeit in der Einführungsphase im ersten Schritt meist mit einer Daten-Bitrate von 2Mbit/s bei der Übertragung von Bits des Datenfelds und mit einer Arbitrations- Bitrate von 500kbit/s bei der
Übertragung von Bits des Arbitrationsfelds im Fahrzeug eingesetzt.
Zur Vermeidung von Kollisionen von Nachrichten verschiedener
Teilnehmerstationen am Bus wird bei CAN das CSMA/CR-Verfahren
(CR=Collision Resolution) verwendet. Hierdurch werden Kollisionen mit einer sogenannten Arbitration am Anfang einer Nachricht bzw. eines Rahmens aufgelöst. Bei der Arbitration wird ein Identifizierer (Identifier = ID) dahingehend ausgewertet, welche Nachricht als nächstes gesendet werden darf. Hierbei setzt sich die Nachricht bzw. der Rahmen durch, welche den Identifizierer mit der höchsten Priorität hat. Das entspricht einer strikten Prioritäts-Zeitplanung (Strict- Priority Scheduling). Dies ist für viele Anwendungsfälle im autonomen Fahrzeug ausreichend.
Die Arbitration bewirkt jedoch, dass derzeitige CAN-basierte Bussysteme für Anwendungsfälle, die einen 100% deterministischen Buszugriff benötigen, also eine Garantie, dass eine Teilnehmerstation des Bussystems zu einer gewissen Zeit auf jeden Fall eine Nachricht bzw. einen Rahmen senden kann, derzeit nicht verwendbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem und ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem bereitzustellen, welche die zuvor genannten Probleme lösen.
Insbesondere sollen eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem und ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem bereitgestellt werden, welche bei einer Kommunikation für echtzeitkritische Anwendungen verwendbar sind und bei denen insbesondere ein 100% deterministischer Buszugriff möglich ist.
Die Aufgabe wird durch eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Teilnehmerstation hat eine
Kommunikationssteuereinrichtung zum Steuern einer Kommunikation der Teilnehmerstation mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation des
Bussystems, eine Sende-/Empfangseinrichtung zum Senden eines von der Kommunikationssteuereinrichtung erzeugten Sendesignals in einem Rahmen auf einen Bus des Bussystems, und eine Zeitplanungseinheit zur Planung eines zeitlichen Zugriffs der Teilnehmerstation auf den Bus in mindestens einem Zeitschlitz einer Runde von zeitlich aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen, wobei in einer Runde für jede Teilnehmerstation des Busses zum Senden ihres
Sendesignals mindestens ein Zeitschlitz vorgesehen ist und sich die Runde zyklisch wiederholt, und wobei die Zeitplanungseinheit ausgestaltet ist, unter Verwendung mindestens einer von dem Bus empfangenen Information eine Zuordnung zu bestimmen, die festlegt, welchen Zeitschlitz der Runde die Sende- /Empfangseinrichtung zum Senden des Rahmens für das Sendesignal auf den Bus verwenden darf.
In einem Bussystem, an das zuvor beschriebene Teilnehmerstationen angeschlossen sind, wird sichergestellt, dass jede Teilnehmerstation
deterministisch auf den Bus
zugreifen kann. Demzufolge erhält jede der Teilnehmerstationen zumindest für die Zeit, in der deterministisch auf den Bus zugegriffen werden soll, eine garantierte minimale Kommunikationsbandbreite am Bus. Damit lassen sich echtzeitkritische Anwendungen auch mit einem CAN-basierten Bussystem realisieren.
Die Teilnehmerstation kann bei jedem Kommunikationsprotokoll, das nach dem CSMA/CR-Verfahren arbeitet, beispielsweise bei jedem CAN-basierten
Kommunikationsprotokoll, jedoch insbesondere bei CAN XL, einem CAN FD Nachfolger, zum Einsatz kommen.
Bei der beschriebenen Teilnehmerstation ist auch sehr vorteilhaft, dass die Funktion der deterministischen Zeitplanung, was auch als„deterministisches Scheduling“ bezeichnet werden kann, für den deterministischen Buszugriff bei Bedarf aktivierbar ist, auch im laufenden Betrieb. Dadurch ist die
Teilnehmerstation zur Durchführung von zwei verschiedenen
Kommunikationsverfahren ausgestaltet, nämlich zur Durchführung von entweder einem CSMA/CR-Verfahren, das ein“Strict- Priority Scheduling” realisiert, oder einem CSMA/CR-Verfahren mit zusätzlicher deterministischer Zeitplanung. Dies ist ein großer Vorteil gegenüber Bussystemen, in welchen nur jeweils eines der genannten Kommunikationsverfahren möglich ist, wie beispielsweise 10BASE- T1S, Flexray, usw.. Ein weiterer sehr großer Vorteil ist, dass der hier
beschriebene Ansatz wesentlich einfacher in der Konfiguration und Nutzung ist als bei bisherigen Verfahren.
Die beschriebene Teilnehmerstation ist derart ausgestaltet, dass sie mit den anderen Teilnehmerstationen am Bus selbst organisiert, welche
Teilnehmerstation die nächste Nachricht senden darf. Dadurch ist die
Konfiguration der Teilnehmerstation und des zugehörigen Bussystems selbstorganisierend. Dies gestaltet die Konfiguration sehr unaufwändig. Im Ergebnis entsteht kaum zusätzlicher Einarbeitungsaufwand von Personal zur Konfiguration des Bussystems und der Teilnehmerstation.
Ein zusätzlicher Vorteil der Teilnehmerstation liegt darin, dass kein„Single Point of Failure“ möglich ist, wie dies bei dem für 10BASE-T1S notwendigen
Masterknoten der Fall ist. Das heißt, wenn eine Teilnehmerstation wegen einem Defekt ausfällt und deshalb nichts mehr sendet, hat das keine negativen
Auswirkungen auf die Kommunikation am Bus.
Die Teilnehmerstation kann je nach realisierter Variante der deterministischen Zeitplanung entweder die gleichen maximalen Verzögerungen (Worst-Case Delays) wie PLCA von 10BASE-T1S oder um ca. 50% kürzere maximale Verzögerungen (Worst-Case Delays) als PLCA von 10BASE-T1S liefern.
Noch dazu ist es möglich, die Teilnehmerstation je nach Anwendung oder Wunsch um viele Zusatzfunktionen zu erweitern, da die Arbitration immer zur Verfügung steht. Beispielsweise ist zum Senden die Nutzung eines ungenutzten Zeitschlitzes einer anderen Teilnehmerstation des Bussystems möglich. Möglich ist auch, dass ein gewichtetes zyklisches Senden (Weighted Round Robin) realisiert ist, bei welchem manche Teilnehmerstationen mehr Nachrichten pro Zyklus bzw. Runde senden dürfen als andere Teilnehmerstationen. Eine andere Option ist, dass eine Teilnehmerstation des Bussystems in ihrem Zeitschlitz, der auch Slot genannt wird, während einer Runde anstatt einer Nachricht maximaler Länge auch mehrere kürzere Nachrichten schicken kann. Dies ermöglicht Fairness hinsichtlich der auf dem Bus verfügbaren Bandbreite, anstatt nur hinsichtlich der Zahl der von jeder Teilnehmerstation gesendeten oder sendbaren Nachrichten.
Als Folge davon kann mit der Teilnehmerstation ein Senden und Empfangen der Nachrichten mit großer Flexibilität im Hinblick auf den Buszugriff realisiert werden und damit lassen sich eine sehr große Palette an Dienstgüteanforderungen und damit auch Anwendungen realisieren.
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Teilnehmerstation sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Möglicherweise ist die mindestens eine von dem Bus empfangene Information ein den Start der Runde mitteilender Rahmen, wobei die mindestens eine von dem Bus empfangene Information zudem einen Rahmen-Identifizierer und/oder eine Zuordnung der Zeitschlitze einer Runde zu den Teilnehmerstationen des Busses und/oder die Information umfasst, welche der Teilnehmerstationen des Busses derzeit sendet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Zeitplanungseinheit ausgestaltet, als die mindestens eine von dem Bus empfangene Information zumindest den den Start der Runde mitteilenden Rahmen zu verwenden und einen Rahmen- Identifizierer eines Senders eines vom Bus empfangenen Rahmens
auszuwerten.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Zeitplanungseinheit ausgestaltet, ein Datenfeld des den Start der Runde mitteilenden Rahmens auszuwerten, in welchem die mindestens eine von dem Bus empfangene
Information angeordnet ist.
Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Zeitplanungseinheit ausgestaltet, abzuwarten, bis die Kommunikationssteuereinrichtung einen den Start der Runde mitteilenden Rahmen von dem Bus empfangen hat, und daran anschließend mit den anderen Teilnehmerstationen des Busses im Betrieb des Bussystems unter Verwendung einer Priorität des Sendesignals festzulegen, welchen Zeitschlitz der Runde die Sende-/Empfangseinrichtung zum Senden des Rahmens für das Sendesignal auf den Bus verwenden darf.
Denkbar ist, dass die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, zumindest in einer Einschaltphase des Busses den Rahmen in eine erste
Kommunikationsphase und eine zweite Kommunikationsphase aufzuteilen, wobei in der ersten Kommunikationsphase ausgehandelt wird, welche der
Teilnehmerstationen des Busses in der nachfolgenden zweiten
Kommunikationsphase einen zumindest zeitweise exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus bekommt. Möglicherweise ist die Anzahl der Zeitschlitze pro Runde größer als die Anzahl der Zeitschlitze, die den Teilnehmerstationen des Busses pro Runde zugeordnet sind, wobei in einem Zeitschlitz, der keiner der Teilnehmerstationen des Busses zugeordnet ist, in der ersten Kommunikationsphase ausgehandelt wird, welche der Teilnehmerstationen des Busses in der nachfolgenden zweiten
Kommunikationsphase einen zumindest zeitweise exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus bekommt.
Optional ist die minimale Dauer eines Zeitschlitzes als eine Bitzeit eines Bits der ersten Kommunikationsphase wählbar. Hierbei ist die Zeitplanungseinheit optional ausgestaltet, in einem Zeitschlitz, der der Teilnehmerstation zugeordnet ist, einen Rahmen mit einer Priorität zu senden, die höher ist als eine Priorität eines Rahmens, welchen die Zeitplanungseinheit ausgestaltet ist, in einem Zeitschlitz zu senden, der einer anderen Teilnehmerstation des Busses zugeordnet ist.
Denkbar ist alternativ, dass die minimale Dauer eines Zeitschlitzes zwei Bitzeiten eines Bits der ersten Kommunikationsphase ist, wobei die Zeitplanungseinheit ausgestaltet ist, einen zeitlichen Zugriff der Teilnehmerstation auf den Bus in dem zweiten Bit eines Zeitschlitzes der Runde freizugeben, wenn die
Teilnehmerstation oder eine andere Teilnehmerstation des Busses in dem ersten Bit des Zeitschlitzes ihre Sendegelegenheit ungenutzt verstreichen lässt.
Gemäß einer speziellen Ausführungsvariante weist die Zeitplanungseinheit ein Zählmodul auf, das ausgestaltet ist, seinen Zählwert bei jedem von dem Bus empfangenen Rahmen zu inkrementieren und bei jeder für einen Zeitschlitz ungenutzt verstrichenen Sendegelegenheit zu inkrementieren, wobei das Zählmodul ausgestaltet ist, seinen Zählwert auf 1 zu setzen, wenn der den Start der Runde mitteilende Rahmen empfangen wurde.
Hierbei kann das Zählmodul ausgestaltet sein, seinen Zählwert bei jedem von dem Bus empfangenen Rahmen nach Empfang eines Bits zu inkrementieren, welches den Anfang eines Rahmens signalisiert, auch wenn der Rahmen später von der den Rahmen sendenden Teilnehmerstation wegen eines Fehlers abgebrochen wird. Hierbei kann die Zeitplanungseinheit ausgestaltet sein, einen zeitlichen Zugriff der Teilnehmerstation auf den Bus für den nächsten Zeitschlitz der Runde freizugeben, wenn der Zählwert des Zählmoduls gleich der der Teilnehmerstation zugeordneten Nummer des Zeitschlitzes ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Zeitplanungseinheit ausgestaltet, einen zeitlichen Zugriff der Teilnehmerstation auf den Bus in einem Zeitschlitz der Runde freizugeben, wenn eine andere Teilnehmerstation des Busses ihre Sendegelegenheit ungenutzt verstreichen lässt.
Möglicherweise ist die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet, in dem Sendesignal eine Teilnehmerstation-Nummer anzuordnen, die auf dem Bus exklusiv der Teilnehmerstation zugeordnet ist, wobei die Zeitplanungseinheit zur Freigabe eines zeitlichen Zugriffs der Teilnehmerstation auf den Bus in dem der Teilnehmerstation zugeordneten Zeitschlitz der Runde ausgestaltet ist, wenn die Zeitplanungseinheit eine Teilnehmerstation-Nummer in einem von dem Bus empfangenen Rahmen auswerten kann. Auf diese Weise kann die
Zeitplanungseinheit mit dieser Information den eigenen Zeitschlitz ermitteln.
In einer Ausgestaltung kann die Anzahl der Zeitschlitze, die der
Teilnehmerstation pro Runde zugeordnet sind, zumindest zeitweise ungleich einer Anzahl von Zeitschlitzen sein, die einer anderen Teilnehmerstation des Busses pro Runde zugeordnet sind.
In einer anderen Ausgestaltung kann die Teilnehmerstation ausgestaltet sein, pro Zeitschlitz mehr als einen Rahmen auf den Bus zu senden. Zusätzlich oder alternativ ist die Anzahl der Rahmen, welche die Teilnehmerstation pro Zeitschlitz auf den Bus senden darf, zumindest zeitweise ungleich einer Anzahl von
Rahmen, die eine andere Teilnehmerstation des Busses pro Zeitschlitz auf den Bus senden darf.
Optional ist die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet, am Anfang eines rezessiven Bits in dem der Teilnehmerstation zugeordneten Zeitschlitz einen Dominantpuls zu senden, der kürzer als die Bitzeit des rezessiven Bits ist, wenn die Kommunikationssteuereinrichtung ihre Sendegelegenheit ungenutzt verstreichen lässt. Gemäß einer anderen Option ist die Teilnehmerstation derart ausgestaltet, dass die Zeitplanungseinheit je nach zeitlichen Anforderungen an die Kommunikation auf dem Bus ein- oder ausschaltbar ist, oder dass ein Betriebsmodus der Zeitplanungseinheit durch Konfiguration von vorbestimmten Parametern im laufenden Betrieb des Bussystems änderbar ist, wobei der Betriebsmodus der Zeitplanungseinheit einen vorbestimmten Modus einer Kommunikation auf dem Bus festlegt.
Zumindest zwei der zuvor beschriebenen Teilnehmerstationen können Teil eines Bussystems sein, das zudem einen Bus umfasst, wobei die mindestens zwei Teilnehmerstationen über den Bus derart miteinander verbunden sind, dass sie seriell miteinander kommunizieren können. Hierbei kann mindestens eine der Teilnehmerstationen eine Master-Teilnehmerstation sein zum Senden eines Rahmens, welcher den mindestens zwei Teilnehmerstationen den Start einer Runde einer Kommunikation auf dem Bus mitteilt,
wobei optional mindestens ein Backup-Master zum zusätzlichen Ausführen der Funktion der Master-Teilnehmerstation auf dem Bus vorgesehen ist. Somit kann eine Teilnehmerstation gleichzeitig als Teilnehmer und als Master fungieren.
Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem nach Anspruch 20 gelöst. Das Verfahren wird mit einer Teilnehmerstation des Bussystems ausgeführt, die eine
Kommunikationssteuereinrichtung und eine Sende-/Empfangseinrichtung aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, Steuern, mit einer
Kommunikationssteuereinrichtung, einer Kommunikation der Teilnehmerstation mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation des Bussystems, und Senden, mit einer Sende-/Empfangseinrichtung, eines von der
Kommunikationssteuereinrichtung erzeugten Sendesignals in einem Rahmen auf einen Bus des Bussystems gemäß der Planung einer Zeitplanungseinheit, welche einen zeitlichen Zugriff der Teilnehmerstation auf den Bus in mindestens einem Zeitschlitz einer Runde von zeitlich aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen plant, wobei in einer Runde für jede Teilnehmerstation des Busses zum Senden ihres Sendesignals mindestens ein Zeitschlitz vorgesehen ist und sich die Runde zyklisch wiederholt, und wobei die Zeitplanungseinheit unter Verwendung mindestens einer von dem Bus empfangenen Information eine Zuordnung bestimmt, die festlegt, welchen Zeitschlitz der Runde die Sende- /Empfangseinrichtung zum Senden des Rahmens für das Sendesignal auf den Bus verwenden darf.
Das Verfahren bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die
Teilnehmerstation genannt sind.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der
Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Zeichnungen
Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Bussystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 ein Schaubild zur Veranschaulichung des Aufbaus von Nachrichten, die von Teilnehmerstationen des Bussystems gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel gesendet werden können;
Fig. 3 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung des Ablaufs einer
Kommunikation in dem Bussystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung des Ablaufs einer
Kommunikation in dem Bussystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, nachdem eine Teilnehmerstation wieder aufgeweckt wurde;
Fig. 5 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung des Ablaufs einer
Kommunikation in einem Bussystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; Fig. 6 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung des Ablaufs einer
Kommunikation in einem Bussystem gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
Fig. 7 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung des Ablaufs einer
Kommunikation in einem Bussystem gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
Fig. 8 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung des Ablaufs einer
Kommunikation in einem Bussystem gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel; und
Fig. 9 einen zeitlichen Verlauf eines differentiellen Bussignals in ungenutzten Zeitschlitzen bei einem Bussystem gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts Anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig. 1 zeigt als Beispiel ein Bussystem 100, das insbesondere grundlegend als ein CAN-Bussystem und/oder ein CAN FD-Bussystem und/oder ein CAN FD- Nachfolge- Bussystem, das hier als CAN XL-Bussystem bezeichnet ist, und/oder Abwandlungen davon ausgestaltet ist, wie nachfolgend beschrieben. Das Bussystem 100 kann in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, einem Flugzeug, usw., oder im Krankenhaus usw. Verwendung finden.
In Fig. 1 hat das Bussystem 100 eine Vielzahl von Teilnehmerstationen 10, 20, 30, die jeweils an einen Bus 40 mit einer ersten Busader 41 und einer zweiten Busader 42 angeschlossen sind. Die Busadern 41, 42 können auch CAN_H und CAN_L oder CAN-XL_H und CAN-XL_L genannt werden und dienen zur elektrischen Signalübertragung nach Einkopplung der dominanten Pegel bzw. Erzeugung von rezessiven Pegeln für ein Signal im Sendezustand. Über den Bus 40 sind Nachrichten 45, 46 in der Form von Signalen zwischen den einzelnen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 seriell übertragbar. Tritt bei der Kommunikation auf dem Bus 40 ein Fehler auf, wie durch den gezackten schwarzen Blockpfeil in Fig. 1 dargestellt, kann optional ein Fehlerrahmen 47 (Error Flag) gesendet werden. Die Teilnehmerstationen 10, 20, 30 sind beispielsweise Steuergeräte, Sensoren, Anzeigevorrichtungen, usw. eines Kraftfahrzeugs.
Wie in Fig. 1 gezeigt, hat die Teilnehmerstation 10 eine
Kommunikationssteuereinrichtung 11, eine Sende-/Empfangseinrichtung 12 und eine Zeitplanungseinheit 15 mit einem Zählmodul 151. Die Teilnehmerstation 20 hat eine Kommunikationssteuereinrichtung 21 eine Sende-/Empfangseinrichtung 22 und eine Zeitplanungseinheit 25 mit einem Zählmodul 251. Die
Teilnehmerstation 30 hat eine Kommunikationssteuereinrichtung 31, eine Sende- /Empfangseinrichtung 32 und eine Zeitplanungseinheit 35 mit einem Zählmodul 351. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 22, 32 der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 sind jeweils direkt an den Bus 40 angeschlossen, auch wenn dies in Fig. 1 nicht veranschaulicht ist.
Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 21, 31 dienen jeweils zur Steuerung einer Kommunikation der jeweiligen Teilnehmerstation 10, 20, 30 über den Bus 40 mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation der Teilnehmerstationen 10, 20, 30, die an den Bus 40 angeschlossen sind.
Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 31 erstellen und lesen erste Nachrichten 45, die beispielsweise CAN Nachrichten sind, die auf der Grundlage eines CAN XL- Formats aufgebaut sind, das in Bezug auf Fig. 2 detaillierter beschrieben ist. Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 31 können zudem ausgeführt sein, um je nach Bedarf eine CAN XL-Nachricht 45 oder eine CAN FD-Nachricht 46 für die Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 32 bereitzustellen oder von dieser zu empfangen. Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 31 erstellen und lesen also eine erste Nachricht 45 oder zweite Nachricht 46, wobei sich die erste und zweite Nachricht 45, 46 durch ihren
Datenübertragungsstandard unterscheiden, nämlich in diesem Fall CAN XL oder CAN FD.
Die Kommunikationssteuereinrichtung 21 kann wie ein herkömmlicher CAN- Controller nach ISO 11898-1:2015 ausgeführt sein, insbesondere wie ein CAN FD toleranter Classical CAN-Controller oder ein CAN FD Controller. Die Kommunikationssteuereinrichtung 21 erstellt und liest zweite Nachrichten 46, beispielsweise Classical CAN Nachrichten oder CAN FD-Nachrichten 46. Bei den CAN FD-Nachrichten 46 kann eine Anzahl von 0 bis zu 64 Datenbytes umfasst sein, die noch dazu mit einer deutlich schnelleren Datenrate als bei einer Classical CAN-Nachricht übertragen werden. Insbesondere ist die
Kommunikationssteuereinrichtung 21 bis auf die Einheit 25 wie ein
herkömmlicher CAN oder CAN FD-Controller ausgeführt.
Die Sende-/Empfangseinrichtung 22 kann wie ein herkömmlicher CAN
Transceiver nach ISO 11898-2:2016 oder CAN FD Transceiver ausgeführt sein. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 32 können ausgeführt sein, um je nach Bedarf Nachrichten 45 bzw. Bits eines Rahmens gemäß dem CAN XL- Format oder Nachrichten 46 bzw. Bits eines Rahmens gemäß dem derzeitigen CAN FD- Format für die zugehörige Kommunikationssteuereinrichtung 11, 31
bereitzustellen oder von dieser zu empfangen.
Mit den beiden Teilnehmerstationen 10, 30 ist eine Bildung und dann
Übertragung von Nachrichten 45 mit dem CAN XL Format sowie der Empfang solcher Nachrichten 45 realisierbar.
Fig. 2 zeigt in ihrem oberen Teil für die Nachricht 46 einen CAN FD-Rahmen 460, wie er von der Sende-/Empfangseinrichtung 12 oder der Sende- /Empfangseinrichtung 22 oder der Sende-/Empfangseinrichtung 32 über der Zeit t seriell auf den Bus 40 gesendet wird. In dem unteren Teil von Fig. 2 ist für die Nachricht 45 ein spezielles Beispiel eines CAN-XL-Rahmens 450 gezeigt, wie er von der Sende-/Empfangseinrichtung 22 oder 32 über der Zeit t seriell auf den Bus 40 gesendet werden kann. Alternativ kann der obere Teil von Fig. 2 als Classical CAN-Rahmen und der untere Teil von Fig. 2 als CAN FD-Rahmen oder CAN XL-Rahmen interpretiert werden.
Gemäß Fig. 2 sind die Rahmen 450, 460 für die CAN-Kommunikation auf dem Bus 40 in unterschiedliche Kommunikationsphasen 451, 452, 453 unterteilt, nämlich eine Arbitrationsphase 451, eine Datenphase 452, und eine
Rahmenendphase 453. In der Arbitrationsphase 451 am Anfang des Rahmens 450, 460 überträgt die zugehörige Sende-/Empfangseinrichtung 12, 22, 32 einen Identifizierer 451x und einen Teil eines Steuerfelds. In der Datenphase 452 werden unter anderem folgende Daten gesendet: ein Teil des Steuerfelds, die Nutzdaten des CAN-XL-Rahmens bzw. der Nachricht 45, 46 in einem Datenfeld DF und eine Checksumme. Bei einem Rahmen 450 kann ein Teil des Steuerfelds ein optionales Datentypfeld (DataType Feld) DT sein, das den Typ der Daten angibt, die in dem Datenfeld DF gesendet werden. Das Datentypfeld DT ist in Fig. 2 zur Veranschaulichung mit einer größeren Länge gezeigt, als es in
Relation zu der Länge des Datenfelds DF oft ist. Das Datentypfeld DT kann in dem Steuerteil des Rahmens 450, 460, insbesondere am Anfang der
Datenphase 452, oder am Ende der Arbitrationsphase 451 übertragen werden. Nach der Datenphase 452, folgt die Rahmenendphase 453, die entsprechend ISO11898-l:2015 auch zur Arbitrationsphase gehört. Die Rahmenendphase 453, die auch als Arbitrationsphase am Ende des Rahmens 450, 460 bezeichnet werden kann, weist unter anderem folgende Teile auf: ein ACK-Feld und eine Rahmenendekennzeichnung (EOF, End of Frame). Die Rahmenendphase 453 ist hier nicht weiter relevant und daher nicht genauer beschrieben.
In der Arbitrationsphase 451 überträgt die zugehörige Sende- /Empfangseinrichtung 12, 22, 32 Bits des Rahmens 450, 460 mit einer langsameren Bitrate als in der Datenphase 452. Bei CAN FD ist die Datenphase 452 gegenüber der Datenphase 452 des Classical CAN-Rahmens zeitlich deutlich verkürzt. In besonderen Anwendungsfällen können die beiden Bitraten der Phasen 451, 452 auf gleiche Werte konfiguriert werden, aber üblicherweise ist die Bitrate in der Datenphase 452 wesentlich höher als in der
Arbitrationsphase 451.
Für CAN XL wird ein Rahmenformat definiert, in dem nicht nur die Bitraten innerhalb des Rahmens 450 bzw. der Nachricht 45 umgeschaltet werden, sondern optional auch der Betriebsmodus der Sende-/Empfangseinrichtung 12, 32. In der Arbitrationsphase 451 arbeitet die Sende-/Empfangseinrichtung 12, 32 in einem Betriebsmodus (hier genannt CAN), der kompatibel ist zu ISO 11898- 2:2016. In der Datenphase 452 des Rahmens 450 kann die Sende- /Empfangseinrichtung 12, 32 optional in einen anderen Betriebsmodus geschaltet werden, der höhere Bitraten und damit eine schnelle Datenübertragung möglich macht. Die Arbitrationsphase 451 wird genutzt, um mit Hilfe eines Identifizierers (ID)
451x bitweise zwischen den Teilnehmerstationen 10, 20, 30 auszuhandeln, welche Teilnehmerstation 10, 20, 30 die Nachricht 45, 46 mit der höchsten Priorität hat und daher für die nächste Zeit zum Senden zumindest in der anschließenden Datenphase 452 einen exklusiven Zugriff auf den Bus 40 des Bussystems 100 bekommt. Hierbei wird in der Arbitrationsphase 451 das bekannte CSMA/CR-Verfahren angewandt, welches gleichzeitigen Zugriff der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 auf den Bus 40 erlaubt, ohne dass die höher priorisierte Nachricht 45, 46 zerstört wird. Dadurch können dem Bussystem 100 relativ einfach weitere Bus-Teilnehmerstationen 10, 20, 30 hinzugefügt werden, was sehr vorteilhaft ist.
Somit wird in der Arbitrationsphase 451 von der zugehörigen Sende- /Empfangseinrichtung 12, 22, 32 ein Physical Layer wie bei CAN und CAN-FD verwendet. Der Physical Layer entspricht der Bitübertragungsschicht oder Schicht 1 des bekannten OSI-Modells (Open Systems Interconnection Modell).
Sind die Zeitplanungseinheiten 15, 25, 35 nicht aktiviert, werden die Rahmen 450, 460 erstellt und der Buszugriff der einzelnen Teilnehmerstationen erfolgt unkoordiniert. Konflikte werden bei der Kommunikation auf dem Bus 40 mit einer Arbitration aufgelöst, wie in der ISO 11898-1:2015 festgelegt.
Das CSMA/CR-Verfahren hat zur Folge, dass es sogenannte rezessive Zustände auf dem Bus 40 geben muss, welche von anderen Teilnehmerstationen 10, 20,
30 mit dominanten Zuständen auf dem Bus 40 überschrieben werden können. Im rezessiven Zustand herrschen an der einzelnen Teilnehmerstation 10, 20, 30 hochohmige Verhältnisse, was in Kombination mit den Parasiten der
Busbeschaltung längere Zeitkonstanten zur Folge hat. Dies führt zu einer Begrenzung der maximalen Bitrate des heutigen CAN-FD-Physical-Layer auf derzeit etwa 2 Megabit pro Sekunde im realen Fahrzeug- Einsatz.
Ein Sender der Nachricht 45, 46 beginnt ein Senden von Bits der Datenphase 452 auf den Bus 40 erst, wenn die entsprechende Teilnehmerstation 10, 20, 30 als der Sender die Arbitration gewonnen hat und die Teilnehmerstation 10, 20, 30 als Sender damit zum Senden einen exklusiven Zugriff auf den Bus 40 des
Bussystems 100 hat.
Ganz allgemein können in dem Bussystem mit CAN XL im Vergleich zu CAN oder CAN
FD folgende abweichenden Eigenschaften realisiert werden:
a) Übernahme und gegebenenfalls Anpassung bewährter Eigenschaften, die für die Robustheit und Anwenderfreundlichkeit von CAN und CAN FD verantwortlich sind, insbesondere Rahmenstruktur mit Identifizierer 451x und Arbitrierung nach dem CSMA/CR-Verfahren,
b) Steigerung der Netto-Datenübertragungsrate, insbesondere auf etwa 10 Megabit pro Sekunde,
c) Anheben der Größe der Nutzdaten pro Rahmen, insbesondere auf etwa 4kbyte.
Fig. 3 zeigt einen Fall für eine Kommunikation auf dem Bus 40, bei welcher die Zeitplanungseinheiten 15, 25, 35 aktiviert sind. In diesem Fall ist ein
deterministischer Buszugriff jeder der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 möglich.
Hierfür wird bei der Kommunikation auf dem Bus 40 eine Senderunde bzw.
Runde C (Cycle) verwendet, in welcher im einfachsten Fall für jede der
Teilnehmerstationen 10, 20, 30 ein Zeitschlitz S vorhanden ist. Die Anzahl SN der Zeitschlitze S entspricht also der Anzahl N der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 am Bus 40. Die Bandbreite auf dem Bus 40 wird durch die Anzahl N der
Teilnehmerstationen 10, 20, 30 geteilt.
Bei dem Beispiel von Fig. 3 gibt es vier Zeitschlitze S, nämlich die Zeitschlitze
Sl, S2, S3, S4, so dass vier beliebige Teilnehmerstationen der
Teilnehmerstationen 10, 20, 30 vorhanden sind. Daher werden die vier
beliebigen Teilnehmerstationen der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 nachfolgend als Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 bezeichnet.
Ganz allgemein können SN Zeitschlitze S vorgesehen sein, wobei SN eine
beliebige natürliche Zahl ist. Die Anzahl der Zeitschlitze S ist bei dem Beispiel von Fig. 3 konstant, also in jeder Runde C gleich. Alternativ kann die Anzahl der Zeitschlitze S jedoch variiert werden. Es existiert mindestens eine Master-Teilnehmerstation am Bus 40. Die Master- Teilnehmerstation kann eine beliebige Teilnehmerstation der
Teilnehmerstationen 10. 20, 30 sein, d.h. die Teilnehmerstation ist sowohl Master als auch normaler Teilnehmer. Die Master-Teilnehmerstation sendet am Anfang jeder Runde C einen Startrahmen, der nachfolgend als SOCR (Start-of-Cycle Rahmen) bezeichnet wird. Der SOCR ist in einer Ausgestaltung ein Rahmen mit hoch priorem Identifizierer ID und kurzem Datenfeld DF. Insbesondere kann das Datenfeld DF die in dem Bussystem 100 minimale Länge haben, insbesondere 0 Byte haben. Alle Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 am Bus 40 synchronisieren sich auf den SOCR und wissen dadurch, wann sie etwas senden dürfen.
Die Zeitplanungseinheiten 15, 25, 35 bewirken eine Erstellung der Rahmen 450, 460 gemäß den folgenden Regeln.
Jeder Rahmen 450, 460 beginnt wieder mit einer Arbitrationsphase 451. Der Identifizierer 451x kann für jeden Rahmen 450, 460 beliebig gewählt werden, so lange die bei CAN übliche Regel eingehalten wird, dass jeder Identifizierer 451x nur exklusiv von einer der Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 verwendet wird.
Die minimale Zeitschlitzdauer T_S_mn ist mindestens eine Arbitrations- Bitzeit, also so lang wie die Bitzeit eines Bits in der Arbitrationsphase 451. Die maximale Zeitschlitzdauer T_S_mx ist gleich der maximalen Länge eines Rahmens 460 oder 450. Somit ist die minimale Rundendauer T_C_mn gleich der Summe aller minimalen Zeitschlitzdauern T_S_mn plus die minimale Dauer eines SOCR. Außerdem ist die maximale Rundendauer T_C_mx gleich der Summe aller maximalen Zeitschlitzdauern T_S_mx plus die maximale Dauer eines SOCR.
Jede Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 darf auf den Bus 40 nur in dem Zeitschlitz Sl, S2, S3, S4 senden, der für die Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 vorgesehen ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel darf jede Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 in dem für sie vorgesehenen Zeitschlitz Sl, S2, S3, S4 einen einzigen Rahmen 450, 460 auf den Bus 40 senden.
Jede der Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 hat in ihrem Zeitschlitz Sl, S2, S3, S4 jeweils eine Sendegelegenheit TO (Transmit Opportunity). Somit kann die Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 in dem ihr zugeordneten Zeitschlitz Sl, S2, S3, S4 einen Rahmen 450, 460 senden oder kann die Gelegenheit zum Senden verstreichen lassen. Nach einer minimalen Zeitschlitzdauer T_S_mn ist die Sendegelegenheit TO verstrichen.
Bei dem Beispiel von Fig. 3 ist die minimale Runden-Dauer T_C_mn vier Arbitrations- Bitzeiten plus die Zeitdauer eines SOCR, weil 4 Zeitschlitze Sl, S2, S3, S4 für die vier Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 bereitstehen. Die minimale Zeitschlitzdauer T_S_mn ist als 1 Arbitrations- Bitzeit angenommen.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gelten folgende Grundannahmen. In der ersten Runde C, also nach dem Einschalten des Bussystems 100, werden die Zeitschlitze Sl, S2, S3, S4 den einzelnen Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 zugeordnet. Die Zuordnung erfolgt dynamisch über die Rahmen-IDs bzw.
Identifizierer 451x, welche die Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 zum Senden ihres ersten Rahmens 450, 460 verwenden. Mittels der Arbitration wird die
Sendereihenfolge festgelegt, was der Zuordnung der Zeitschlitze Sl, S2, S3, S4 zu den Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 entspricht.
Falls die Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 nicht gleichzeitig eingeschaltet werden, ist die Zuordnung der Zeitschlitze Sl, S2, S3, S4 erst dann abgeschlossen, wenn die letzte Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 eingeschaltet ist und wenn jede
Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 einen Rahmen 450, 460 gesendet hat. In den nachfolgenden Runden C bleibt die Zuordnung der Zeitschlitze Sl, S2, S3, S4 zu den Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 erhalten. Das heißt, es erfolgt keine erneute Arbitration und die Sendereihenfolge ist unverändert. Wenn eine oder mehrere der Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 schlafen gehen und wieder aufwachen, erfolgt eine Re- Integration mit Hilfe des SOCR, der den Anfang jeder Runde C vorgibt. Dies ist später auch anhand von Fig. 4 genauer beschrieben. Hat eine
Teilnehmerstation ihre Zeitschlitz-Zuordnung vergessen, so kann sie sich auch so integrieren, wie beim ersten Einschalten, das nachfolgend anhand von Fig. 3 beschrieben ist. Hierbei wird die Sendereihenfolge durch den verwendeten Rahmen-Identifizierer 451x und durch Arbitration am Bus 40 bestimmt. Bei der Kommunikation auf dem Bus 40 gilt, dass der SOCR von anderen Rahmen unterscheidbar ist. Das kann beispielsweise durch die Verwendung eines speziellen Rahmen-Identifizierer 451x geschehen. Insbesondere hat der Rahmen-Identifizierer 451x die höchste Priorität und damit die entsprechende Prioritäts-ID. Dieser Rahmen-Identifizierer 451x muss dann allen
Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 am Bus 40 bekannt sein. Alternative kann das beispielsweise auch durch einen speziellen Wert in dem Datentypfeld DT im Rahmen erfolgen, das von allen Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 am Bus 40 entsprechend ausgewertet wird. Alternativ oder zusätzlich kann ein
vorbestimmtes Bit im Rahmen verwendet werden, um die Information zu transportieren, dass es sich bei diesem Rahmen um einen SOCR handelt. Dann wäre beispielsweise für dieses vorbestimmte Bit der Wert 0=kein SOCR und der Wert 1 = SOCR. Denkbar ist alternativ oder zusätzlich, ein Bit oder Byte im Datenfeld DF für die Kennzeichnung des SOCR zu verwenden.
Möglich ist, dass der SOCR unterschiedlich viel Information in seinem Datenfeld DF aufweist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in dem Datenfeld DF des SOCR keine Information enthalten. Somit wird bei dieser Variante keinerlei weitere Information als der Beginn der nächsten Runde C an die
Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 mitgeteilt. Dies hat den Vorteil, dass der SOCR so wenig Kommunikationsbandbreite wie möglich verbraucht.
Fig. 3 zeigt eine Startrunde C_SU, bei welcher in einer Zeitdauer T_C_SU die Zuordnung der Zeitschlitze Sl, S2, S3, S4 zu den Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 festgelegt wird. Wie zuvor erwähnt, startet jede Runde C mit einem SOCR. Empfängt eine der Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 den SOCR, ist diese
Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 bereit einen der Zeitschlitze Sl bis S4 zum Senden freizugeben, wie nachfolgend genauer beschrieben. Der Zeitschlitz in dem der SOCR gesendet/empfangen wird, entspricht einem Zeitschlitz„SO“. Der Einfachheit halber ist bei dem Beispiel von Fig. 3 angenommen, das alle
Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 gleich zu Beginn einen Rahmen 450, 460 senden möchten.
In dem Zeitschlitz Sl starten alle Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 gleichzeitig einen Rahmen und nehmen an der Bus-Arbitration teil, wie durch A1234 in Fig. 3 dargestellt. Die Teilnehmerstation 4 gewinnt die Arbitration A und sendet ihren Rahmen. Dies ist mit TX4 in Fig. 3 dargestellt, wobei TX4 für das Sendesignal TX der Teilnehmerstation 4 steht und der Rahmen auf dem Sendesignal TX4 basiert. Dadurch ist der Zeitschlitz S1 der Teilnehmerstation 4 zugeordnet.
In dem Zeitschlitz S2 starten die Teilnehmerstationen 1, 2, 3 gleichzeitig einen Rahmen und nehmen an der Bus-Arbitration teil, wie durch A123 in Fig. 3 dargestellt. Die Teilnehmerstation 2 gewinnt die Arbitration und sendet ihren Rahmen. Dies ist mit TX2 in Fig. 3 dargestellt. Dadurch ist der Zeitschlitz S2 der Teilnehmerstation 2 zugeordnet.
Für Zeitschlitz S3 wird eine Arbitration zwischen den Teilnehmerstationen 1, 3 durchgeführt, wie zuvor beschrieben. Letztlich wird bei dem Beispiel von Fig. 3 der Zeitschlitz S3 der Teilnehmerstation 1 zugeordnet.
Der Zeitschlitz S4 wird der Teilnehmerstation 3 zugeordnet. Eine Arbitration erfolgt nicht mehr, weil die anderen Teilnehmerstationen 1, 2, 4 in dem Zeitschlitz S4 nichts senden.
Daher ist die TX-Sendereihenfolge durch die Arbitration im Folgenden als TX_4_2_1_3 festgelegt.
Danach kann ein Normalbetrieb des Bussystems 100 beginnen. Eine mögliche Runde C im Betrieb könnte eine Runde C_B sein, die in Fig. 3 im rechten Teil der Abbildung dargestellt ist. In der Runde C_B bleibt die TX-Sendereihenfolge unverändert als TX_4_2_1_3 festgelegt. In der Runde C_B senden die
Teilnehmerstationen 3, 4. Dagegen senden die Teilnehmerstationen 1, 2 nicht. Daher nutzen die Teilnehmerstationen 3, 4 ihre Sendegelegenheit TO. Die Teilnehmerstationen 1, 2 lassen ihre Sendegelegenheit TO jedoch verstreichen. Somit ergibt sich eine mittlere Runden-Dauer T_C_B. Die maximale
Rundendauer T_C_mx ergibt sich dann, wenn in jedem Zeitschlitz S1 bis S4 von der zugehörigen Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 ein Rahmen 450, 460 mit maximaler Länge gesendet wird. Die Zahl 1 in Zeitschlitz S3 drückt aus, dass dieser Zeitschlitz der Teilnehmerstation 1 zugeordnet ist. Die Zahl 2 in Zeitschlitz S2 drückt aus, dass dieser Zeitschlitz der Teilnehmerstation 2 zugeordnet ist.
Analog gilt dies für die Zeitschlitze S1 und S4 und die Teilnehmerstationen 3, 4
Zur Umsetzung der zuvor beschriebenen Zeitplanung für ein Senden von Rahmen 450, 460 auf den Bus 40 ist jede der Zeitplanungseinheiten 15, 25, 35 aufgebaut, wie nachfolgend beschrieben.
Jede Master-Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 am Bus 40 kennt die Anzahl SN der Zeitschlitze Sl, S2, S3, S4 pro Runde C. Im einfachsten Fall entspricht die Anzahl der Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 am Bus 40 der Zahl der Zeitschlitze Sl, S2, S3, S4 pro Runde C, so dass sich eine 1:1 Zuordnung von Zeitschlitzen und Teilnehmerstationen ergibt. Die Anzahl SN der Zeitschlitze Sl, S2, S3, S4 pro Runde C ist in den Zeitplanungseinheiten 15, 25, 35 der mindestens einen Master-Teilnehmerstation hinterlegt.
Generell gilt, dass eine beliebige Teilnehmerstation des Bussystems 100 die zuvor und im Folgenden beschriebenen Funktionen der Master- Teilnehmerstation übernehmen kann. Somit sind die Master-Teilnehmerstation und eine normale Teilnehmerstation keine zwei getrennten Teilnehmerstationen. Somit kann eine Teilnehmerstation beide Funktionen übernehmen, z.B. könnte die Teilnehmerstation 1 auch zusätzlich die Master-Teilnehmerstation sein.
Der normale Betrieb beginnt für eine Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4, sobald die Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 weiß, welche Zeitschlitz-Nummer ihr zugeordnet ist. Dies ist gemäß Fig. 3 der Fall, wenn die Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 ihren ersten Rahmen gesendet hat. Da jede Runde C mit einem SOCR beginnt, setzt die Master-Teilnehmerstation den Zählwert Scnt des Zählmoduls 15, 25, 35 ihrer Zeitplanungseinheit 15, 25, 35 nach dem Senden des SOCR auf Scnt:= 1.
Außerdem setzt jede Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 den Zählwert Scnt des
Zählmoduls 15, 25, 35 ihrer Zeitplanungseinheit 15, 25, 35 nach dem Empfang des SOCR auf Scnt:= 1. Ab jetzt zählt das Zählmodul 151, 251, 351 mit mindestens einem Zähler die Zahl der empfangenen Rahmen 450, 460 auf dem Bus 40 und die Zahl der verstrichenen Sendegelegenheiten TO. Hierbei zählt das Zählmodul 151, 251, 351 pro empfangenen Rahmen 450, 460 und pro verstrichener Sendegelegenheit TO, so dass der Zählwert Scnt des mindestens einen Zählers jeweils um 1 inkrementiert wird und damit gilt Scnt := Scnt + 1.
Sobald das Rahmenstartbit (Start-of- Frame- Bit) eines Rahmens 450, 460 auf dem Bus 40 gesendet wird, wertet das Zählmodul 151, 251, 351 den Rahmen 450, 460 als gesendeten Rahmen 450, 460 auf dem Bus 40. Dies gilt auch, wenn die Übertragung vom Sender abgebrochen wird, beispielsweise durch einen Fehlerrahmen 47 wegen eines Fehlers.
Gilt in dem Zählmodul 151, 251, 351 einer Teilnehmerstation für den Zählwert Scnt == eigene Zeitschlitz-Nummer, ist der nächste Zeitschlitz der eigene Zeitschlitz. Somit hat die Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 nach dem Zählwert Scnt == eigene Zeitschlitz-Nummer in dem nächsten Zeitschlitz die eigene
Sendegelegenheit TO. Jetzt kann die betroffene Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 einen Rahmen 450, 460 senden oder die Sendegelegenheit TO verstreichen lassen. Hierbei zählt die Master-Teilnehmerstation mit ihrem Zählmodul 151, 251, 351 von 1 bis SN. Die einfachen Teilnehmerstationen zählen mit ihrem
Zählmodul 151, 251, 351 von 1 bis„eigene Zeitschlitz-Nummer“, Danach können die einfachen Teilnehmerstationen, genauer gesagt ihr Zählmodul 151, 251, 351 weiter zählen oder nicht.
Gilt in dem Zählmodul 151, 251, 351 einer Master-Teilnehmerstation für den Zählwert Scnt == SN, ist der nächste Zeitschlitz derjenige Zeitschlitz, in dem das SOCR gesendet werden muss. Jetzt kann die Master-Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 einen SOCR Rahmen 450, 460 senden. Falls es mehrere Master gibt, starten alle Master-Teilnehmerstationen das Senden des SOCR in diesem Zeitschlitz. Mittels Arbitration wird sich der SOCR mit der höchsten Priorität durchsetzen.
Außerdem merkt sich die Zeitplanungseinheit 15, 25, 35 einer Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 den Zählwert Scnt als eigene Zeitschlitz-Nummer, wenn die
Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 einen Rahmen senden konnte. Wenn sie ihre Sendegelegenheit TO verstreichen lässt, behält sie die eigene Zeitschlitz- Nummer aus der letzten Runde C. Dies ist dann notwendig, wenn die Sendereihenfolge am Bus 40 neu vergeben wird und es dadurch wieder zu einer Arbitration kommt. Dies kann der Fall sein, wenn eine der Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 wieder aufgeweckt wurde und diese dann wieder an der Buskommunikation teilnehmen will. Dies ist anhand von Fig.
4 nachfolgend genauer beschrieben.
Nach dem Einschalten oder dem Aufwachen ist es den Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 unbekannt, welcher der Zeitschlitze Sl, S2, S3, S4 pro Runde C der jeweiligen Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 zugeordnet ist.
Fig. 4 zeigt den Fall, dass die Teilnehmerstation 3 zunächst schlief und dann wieder aufgeweckt wurde. Die nachfolgende Beschreibung gilt auch, wenn mehrere Teilnehmerstationen wieder eingeschaltet werden und gleichzeitig versuchen, sich zu re-integrieren.
Beispielsweise ist die Teilnehmerstation 3 zu dem Zeitpunkt tl in Fig. 4 wieder aufgewacht und bereit zum Senden. Bis zu diesem Zeitpunkt und somit auch bis zu dem Zeitpunkt, bevor die Teilnehmerstation 3 schlafen gelegt wurde, war die Sendereihenfolge als TX_1_2_3_4 festgelegt, wie auf der linken Seite in Fig. 4 mit den Zahlen in den Zeitschlitzen gezeigt. Danach wartet die Teilnehmerstation 3, bis sie den SOCR empfängt. Da die Teilnehmerstation 3 ihre eigene
Zeitschlitz-Nummer vergessen hat, versucht die Teilnehmerstation 3 nach dem Empfang des SOCR, also ab dem Zeitpunkt t2, einen Rahmen zu senden. Da der Zeitschlitz Sl jedoch der Teilnehmerstation 1 zugeordnet ist und auch diese versucht, ihren Rahmen zu senden, führt dies zu einer Arbitration am Bus 40.
Bei dem Beispiel von Fig. 4 findet daher in einem Zeitschlitz Sl eine Arbitration zwischen den Rahmen der Teilnehmerstationen 1, 3 statt, wie mit A13 in Fig. 4 dargestellt. Bei dem Beispiel von Fig. 4 gewinnt der Rahmen der
Teilnehmerstation 1 die Arbitration, so dass letztlich das Sendesignal TX1 der Teilnehmerstation 1 in dem Zeitschlitz Sl gesendet wird und die
Teilnehmerstation 1 ihren Zeitschlitz Sl behält.
Da der Rahmen der Teilnehmerstation 3 die Arbitration verloren hat, wiederholt die Teilnehmerstation 3 das Senden ihres Rahmens so oft, bis der Rahmen die Arbitration gewonnen hat und die Teilnehmerstation 3 ihren Rahmen senden kann oder aufgrund eines Bus- Fehlers den Sendeversuch abbricht. Jede
Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 kann in einer Runde C einen Rahmen senden.
Daher arbitrieren die Rahmen der Teilnehmerstationen 2, 3 in dem Zeitschlitz S2 wie mit A23 in Fig. 4 dargestellt. Bei dem Beispiel von Fig. 4 gewinnt der
Rahmen der Teilnehmerstation 2 die Arbitration, so dass letztlich das
Sendesignal TX2 der Teilnehmerstation 2 in dem Zeitschlitz S2 gesendet wird. Damit behält die Teilnehmerstation 2 auch ihren Zeitschlitz S2.
In dem nächsten Zeitschlitz S3 versucht nur die Teilnehmerstation 3 ihren Rahmen zu senden. Die anderen Teilnehmerstationen 1, 2, 4 senden in dem Zeitschlitz S3 nicht, da der Zeitschlitz S3 zuvor der Teilnehmerstation 3 zugeordnet war. In dem Zeitschlitz S3 findet daher keine Arbitration statt. Damit kann die Teilnehmerstation 3 ihren Rahmen senden und hat ihren Zeitschlitz S3 wiedergefunden.
Danach kann auch für die Teilnehmerstation 3 wieder der normale Betrieb beginnen, da die Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 wieder weiß, welcher Zeitschlitz Sl, S2, S3 S4 ihr zugeordnet ist, d.h. welche ihre eigene Zeitschlitz-Nummer ist.
Der Rahmen-Identifizierer 451x kann für jeden Rahmen 450, 460 beliebig gewählt werden, so lange die bei CAN übliche Regel eingehalten wird, dass jeder Identifizierer 451x nur exklusiv von einer Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 verwendet wird. Es ist jedoch alternativ denkbar, dass jede Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 zum Senden aller ihrer Rahmen nur einen einzigen Identifizierer 451x verwendet.
Abweichend von dem Beispiel von Fig. 4 gilt Folgendes. Hätte die
Teilnehmerstation 3 einen höherprioren Rahmen-Identifizierer 451x verwendet als die Teilnehmerstation 1, so hätte die Teilnehmerstation 3 ihren Rahmen schon in dem Zeitschlitz Sl senden können. Damit hätte die Teilnehmerstation 3 den Zeitschlitz Sl von der Teilnehmerstation 1 übernommen. In diesem Fall hätte die Teilnehmerstation 1 ihren Rahmen dann spätestens in dem Zeitschlitz S3 senden können, da in dem Zeitschlitz S3 dann keine andere Teilnehmerstationen 2, 3, 4 senden würde. Dadurch kann je nach Ergebnis der Arbitration, die Zuordnung der Zeitschlitze Sl, S2, S3, S4 neu verteilt werden.
Ein Vorteil dieses Ausführungsbeispiels ist, dass die Realisierung sehr unaufwändig in der Konfiguration ist. Im einfachsten Fall, bei dem jeder
Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 exakt ein Zeitschlitz Sl, S2, S3, S4 zugeordnet ist, kommt das Bussystems 100 für die beschriebene Kommunikation mit den Zeitplanungseinheiten 15, 25, 35 ohne Konfiguration aus. Es reicht aus, dass nur die Master-Teilnehmerstation die Anzahl N der Teilnehmerstationen am Bus 40 und somit die Anzahl SN kennt.
Ein weiterer Vorteil des vorliegenden Ausführungsbeispiels liegt darin, dass die Kommunikation am Bus 40 durch die Arbitration selbstorganisierend ist, da die Zuordnung der Zeitschlitze Sl, S2, S3, S4 zu den Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 über die Arbitration dynamisch erfolgt.
Die zeitliche Verzögerung im ungünstigsten Fall (Worst-Case Delay) für den Buszugriff einer Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 ist ungefähr wie bei PLCA von 10BASE-T1S, nämlich 2*SN maximale Rahmenlängen plus die Rahmenlänge des SOCR.
Außerdem hat das vorliegende Ausführungsbeispiel insbesondere den folgenden Vorteil. Kommt es durch einen Fehler in einer der Zeitplanungseinheiten 15, 25, 35 dazu, dass eine Teilnehmerstation im falschen Zeitschlitz sendet, dann führt das lediglich zu einer Arbitration und zu einer eventuellen Verzögerung des Sendens. Jedoch kann ein solcher Fehler nicht zum Zerstören der beiden Rahmen auf dem Bus führen, was zu einem Datenverlust führen kann.
Gemäß einer Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels ist mindestens ein Backup-Master vorgesehen. Dadurch gibt es auch für den Fall am Bus 40 mindestens eine Master-Teilnehmerstation, die regelmäßig den SOCR sendet. Auch der Backup-Master
verwendet für den SOCR einen festen Rahmen-Identifizierer 451x. Dadurch kann kein“Single Point of Failure” auftreten, bei welchem keine Master- Teilnehmerstation mehr vorhanden ist. Der mindestens eine Backup-Master kann von einer der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 des Bussystems 100 realisiert sein.
Jeder Backup-Master verwendet für den von ihm gesendeten SOCR einen vorbestimmten Rahmen-Identifizierer 451x. Idealerweise haben die Rahmen- Identifizierer 451x der Backup-Master eine niedrigere Priorität als der Rahmen- Identifizierer 451x der Master-Teilnehmerstation.
Fällt die Master-Teilnehmerstation aus, gibt es zwei Möglichkeiten, wie der mindestens eine Backup-Master einspringen kann.
Gemäß einer ersten Variante starten die Master-Teilnehmerstation und alle Backup-Master immer gleichzeitig den SOCR. Da die Master-Teilnehmerstation und alle Backup-Master verschiedene Rahmen-Identifizierer 451x verwenden und da der Rahmen-Identifizierer 451x der Master-Teilnehmerstation die höchste Priorität hat, gewinnt die Master-Teilnehmerstation die Arbitration. Die Backup- Master erkennen das und unternehmen keinen weiteren SOCR-Sendeversuch in dieser Runde C. Jede Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 am Bus 40 erkennt aufgrund des Rahmen-Identifizierers 451x, welcher Master den SOCR gesendet hat.
Gemäß einer zweiten Variante wird von den Backup- Mastern geprüft, ob der vorgesehene Master den SOCR sendet oder nicht sendet wie erwartet. Das „Nicht Senden“ wird von den Backup- Mastern nach Ablauf einer vorbestimmten Wartezeit (Time-Out) erkannt. Beispielsweise beträgt die vorbestimmte Wartezeit (Time-Out) eine Arbitrations- Bitzeit. Der Backup- Master springt nach der vorbestimmten Wartezeit (Time-Out) ein und sendet seinen SOCR, so dass der “Single Point of Failure” vermieden werden kann.
Fig. 5 zeigt einen Zeitablauf bei dem Bussystem 100 zur Veranschaulichung einer Kommunikation gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Im Unterschied zu dem Zeitablauf der Kommunikation gemäß dem
vorangehenden Ausführungsbeispiel ist bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel die eigene Zeitschlitz-Nummer schon fest vorgegeben. Dies wird erreicht, indem auf dem Bus 40 fest zugeordnete Zeitschlitz-Nummern verwendet werden. Dadurch ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Re- Integrations- Verfahren überflüssig, da jede Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4, des Busses 40 den ihr zugeordneten Zeitschlitz Sl, S2, S3, S4 kennt.
Die Zuordnung der Zeitschlitze kann implizit erfolgen, beispielsweise ist der Teilnehmerstation 1 der Zeitschlitz 1 zugeordnet, der Teilnehmerstation 2 ist der Zeitschlitz 2 zugeordnet, usw., wie in Fig. 5 als Beispiel gezeigt.
Alternativ kann die Zuordnung der Zeitschlitze explizit erfolgen, insbesondere im SOCR, mitgeteilt werden.
Erfolgt die Zuordnung explizit mit dem SOCR, werden in dem Datenfeld DF des SOCR Informationen übertragen. Hierbei ist es möglich, dass in dem Datenfeld DF des SOCR die Anzahl SN der Zeitschlitze und die Zeitschlitz-Zuordnung zu den Teilnehmerstationen des Busses 40 enthalten ist. Demzufolge wird mit dem Datenfeld DF des SOCR an die Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 die Anzahl SN der Zeitschlitze in der nun folgenden Runde mitgeteilt sowie auch die Zuordnung der Zeitschlitze zu den Teilnehmerstationen des Busses 40 mitgeteilt. In diesem Fall besteht die Option, dass in jeder Runde C die Anzahl SN der Zeitschlitze und die Zeitschlitz-Zuordnung zu den Teilnehmerstationen des Busses 40 beliebig festgelegt sein kann und somit in jeder Runde C anders sein kann.
Beispielsweise steht im ersten Byte im Datenfeld DF des SOCR die Anzahl SN der Zeitschlitze in der nun beginnenden Runde. Außerdem kann in den nachfolgenden Bytes im Datenfeld DF des SOCR die Zuordnung der Zeitschlitze zu den Teilnehmerstationen des Busses 40 enthalten sein. Beispielsweise enthält somit nach dem Byte 0 das Byte 1 im Datenfeld DF die Zuordnung von Zeitschlitz Sl zu einer Teilnehmerstation-Nummer, Byte 2 die Zuordnung von Zeitschlitz S2 zu einer Teilnehmerstation-Nummer, usw.
Damit kann die Bandbreite, also die Anzahl und/oder die Länge von Zeitschlitzen Sl, S2, S3, S4, die einer Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 des Busses 40 zugesichert wird, im Betrieb sehr einfach erhöht oder gesenkt werden. Hierbei ergibt sich die Länge der Zeitschlitze Sl, S2, S3, S4 durch die Länge des mindestens einen gesendeten Rahmens. Beispielsweise kann auf einen speziellen Betriebsmodus umgeschaltet werden, insbesondere das Flashen in der Werkstatt, wo dem Sender eine besonders hohe Bandbreite zugestanden wird. Alternativ oder zusätzlich kann auf einen Sicherheitsnotfall reagiert werden. Ein solcher Notfall könnte sein, dass eine Komponente ausfällt. Unter einer solchen Bedingung könnte mindestens einer eher unwichtigen Teilnehmerstation die Kommunikation vollständig oder zumindest teilweise untersagt werden. Damit wird erreicht, dass zusätzlichen Rahmen Bandbreite zugeteilt werden kann.
Durch die Auswertung der Information zu der Zuordnung der Zeitschlitze Sl, S2, S3, S4, beispielsweise aus dem vom Bus 40 empfangenen SOCR, ist für die jeweilige Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 des Busses 40 die Zuordnung der
Zeitschlitze Sl, S2, S3, S4 in der Runde C sichtbar. Daher wird folgendermaßen vorgegangen.
Im Betrieb des Busses 40 gemäß Fig. 5 weiß somit jede Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 am Bus 40, genauer gesagt jede Zeitplanungseinheit 151, 251, 351, dass eine neue Runde C immer mit einem SOCR beginnt. Jede Teilnehmerstation 1,
2, 3, 4 am Bus 40, genauer gesagt jede Zeitplanungseinheit 151, 251, 351, weiß, welcher Zeitschlitz Sl, S2, S3, S4 der Teilnehmerstation zugeordnet ist. Somit weiß jede Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 am Bus 40, genauer gesagt jede
Zeitplanungseinheit 151, 251, 351, in welchem Zeitschlitz Sl, S2, S3, S4 die Teilnehmerstation senden darf.
Dadurch, dass die Zeitschlitze Sl, S2, S3, S4 den Teilnehmerstationen Sl, S2, S3, S4 schon zugeordnet sind und jede Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 immer nur in ihrem Zeitschlitz Sl, S2, S3, S4 sendet, erfolgt keine Arbitration. Somit muss nicht zwischen den zwei Fällen„Re- Integration nach dem Einschalten“ und „Normaler Betrieb“ unterschieden werden. Es gibt nur den normalen Betrieb, der bereits in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben ist.
Gemäß Fig. 5 ist der Teilnehmerstation 1 der Zeitschlitz Sl zugeordnet, der Teilnehmerstation 2 ist der Zeitschlitz S2 zugeordnet, der Teilnehmerstation 3 ist der Zeitschlitz S3 zugeordnet und der Teilnehmerstation 4 ist der Zeitschlitz S4 zugeordnet. Dies ist auf der linken Seite von Fig. 5 veranschaulicht. Die
Zuordnung ist z.B. durch Konfiguration der Zeitplanungseinheit erfolgt. Bei dem Beispiel von Fig. 5 wird die Teilnehmerstation 3 eingeschaltet und ist bei dem Zeitpunkt t4 bereit, an der CAN-Kommunikation teilzunehmen.
Anschließend wartet die Teilnehmerstation 3 beispielsweise auf den SOCR. Mit dem Empfang es SOCR ist die Teilnehmerstation 3 synchronisiert. Danach wartet die Teilnehmerstation 3 auf den ihr zugeordneten Zeitschlitz, also bei dem Beispiel von Fig. 5 auf den zeitschlitz S3. Die Teilnehmerstation 3 kann dann ab einem Zeitpunkt t5 ihren Rahmen senden.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird somit die Teilnehmerstation-Nummer vom System- Integrator bzw. vom Konfigurator des Bussystems 100 vorgegeben. Daher ist die Reihenfolge der Kommunikation auf dem Bus 40 nicht mehr selbstorganisierend, sondern sie wird vorgegeben, nämlich über die Zuweisung der Teilnehmerstation-Nummer und optional zusätzlich über die Information im SOCR. Die Teilnehmerstationen dürfen dann nur in einer festgelegten
Reihenfolge senden.
Diese Ausführungsvariante ist auch robuster hinsichtlich des Zählens der Zeitschlitze, da die Zuordnung der Zeitschlitze bereits fest vorgegeben ist.
Außerdem hat auch das dritte vorliegende Ausführungsbeispiel insbesondere den zuvor genannten Vorteil, dass kein Rahmen zerstört wird, wenn es durch einen Fehler in einer der Zeitplanungseinheiten 15, 25, 35 dazu kommt, dass eine Teilnehmerstation im falschen Zeitschlitz sendet. Ein solcher Fehler führt lediglich zu einer Arbitration jedoch nicht zum Zerstören der beiden Rahmen auf dem Bus.
Fig. 6 zeigt einen Zeitablauf bei dem Bussystem 100 zur Veranschaulichung einer Kommunikation gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
Im Unterschied zu dem Zeitablauf der Kommunikation gemäß dem
vorangehenden Ausführungsbeispiel ist es bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel auch möglich, dass eine Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 nach dem Einschalten oder Aufwachen noch schneller wieder auf die Zeitschlitz- Nummer synchronisiert ist als bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen. Daher wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Teilnehmerstation- Nummer als zusätzliche Information in den Rahmen 450, 460 übertragen.
Dadurch ist am Bus 40 bzw. durch Auswertung des vom Bus 40 empfangenen Rahmens sichtbar, welche Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 des Busses 40 derzeit sendet. Damit ist für jede Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 bekannt, welche
Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 derzeit sendet und somit welche Nummer der aktuelle Zeitschlitz Sl, S2, S3, S4 hat. Hierfür wird bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel folgendermaßen vorgegangen.
Die Teilnehmerstation-Nummer kann an verschiedenen Stellen im Rahmen 450, 460 übertragen werden. Beispielsweise kann die Prioritäts-ID, die gleich dem Rahmen-Identifizierer 451x ist, der Teilnehmerstation-Nummer der
Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 entsprechen. Alternativ oder zusätzlich kann die Teilnehmerstation-Nummer im Datenfeld DF oder mit via Datentypfeld (DataType Feld) DT übertragen werden.
Bei dem Beispiel von Fig. 6 ist die Zuordnung der Zeitschlitze Sl, S2, S3, S4 zu den Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 auf der linken Seite von Fig. 6 zu sehen. Der Zeitschlitz Sl ist der Teilnehmerstation 1 zugeordnet, usw. und der Zeitschlitz S4 ist der Teilnehmerstation 4 zugeordnet.
Die Teilnehmerstation 3 wird eingeschaltet und ist bei dem Beispiel von Fig. 6 bei dem Zeitpunkt t6 bereit, um an der CAN Kommunikation Teil zu nehmen.
Anschließend wartet die Teilnehmerstation 3 auf den SOCR oder auf einen anderen Rahmen, um sich auf die Zeitschlitz-Nummern zu synchronisieren. Bei dem Zeitpunkt t7 hat die Teilnehmerstation 3 einen Rahmen von der
Teilnehmerstation 2 empfangen Sobald die Teilnehmerstation 3 die im Rahmen der Teilnehmerstation 2 übertragene Teilnehmerstation-Nummer empfangen hat, weiß die Teilnehmerstation 3, dass der soeben verstrichene Zeitschlitz der Zeitschlitz S2 ist. Dadurch ist die Teilnehmerstation 3 auf die Zeitschlitz- Nummern synchronisiert. Da bei diesem Beispiel direkt anschließend der Zeitschlitz S3 kommt, kann die Teilnehmerstation in dem Zeitschlitz S3 ihren Rahmen mit dem Sendesignal TX3 senden. Hätte die Teilnehmerstation 2 ihre Sendegelegenheit TO verstreichen lassen, hätte die Teilnehmerstation 3 wenige Bits später den SOCR empfangen und wäre damit auch auf die Zeitschlitze S synchronisiert.
Sehr vorteilhaft ist bei dem dritten Ausführungsbeispiel, dass eine wieder eingeschaltete oder aufgewachte Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 aufgrund der im Zeitschlitz Sl, S2, S3, S4 übertragenen Teilnehmerstation-Nummer schneller auf die fest zugeordneten Zeitschlitz-Nummern Sl, S2, S3, S4 bzw. die in der Kommunikation am Bus 40 vorhandenen Zeitschlitz-Nummern Sl, S2, S3, S4 synchronisiert ist als bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen. Somit wird die zeitliche Verzögerung im ungünstigsten Fall (Worst-Case Delay) für den Buszugriff einer Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 auf 1*SN maximale Rahmenlängen plus die Rahmenlänge des SOCR reduziert. Damit ist die zeitliche Verzögerung im ungünstigsten Fall ca. um die Hälfte geringer als bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen.
Diese Ausführungsvariante ist auch robuster hinsichtlich des Zählens der Zeitschlitze, da die Zeitschlitznummer auf dem Bus 40 zu sehen ist. Noch dazu hat auch das vorliegende Ausführungsbeispiel insbesondere den bereits zuvor genannten Vorteil, dass kein Rahmen zerstört wird, wenn es durch einen Fehler in einer der Zeitplanungseinheiten 15, 25, 35 dazu kommt, dass eine
Teilnehmerstation im falschen Zeitschlitz sendet. Ein solcher Fehler führt lediglich zu einer Arbitration jedoch nicht zu einer Zerstörung der beiden Rahmen auf dem Bus.
Fig. 7 zeigt einen Zeitablauf bei dem Bussystem 100 zur Veranschaulichung einer Kommunikation gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Hierfür zeigt Fig. 7 in ihrem linken Teil eine Runde mit einer minimalen Rundenzeitdauer T_C_mn, in welcher alle Zeitschlitze Sl bis S4 jeweils mindestens zwei
Arbitrations- Bitzeiten haben. Beispielsweise hat der Zeitschlitz S3 eine erste Bitzeit B1_S3 und eine zweite Bitzeit B2_S3. Dasselbe gilt für die anderen Zeitschlitze Sl, S2, S4.
Eine Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4, die in einem Zeitschlitz Sl, S2, S3, S4 ihre Sendegelegenheit TO hat, muss ihren Rahmen im ersten Bit des ihr
zugeordneten Zeitschlitzes Sl, S2, S3, S4 starten, um einen Rahmen garantiert senden zu können. Somit verstreicht im Zeitschlitz Sl, S2, S3, S4 kein Bit. Lässt eine Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 das erste Bit ihres Zeitschlitzes Sl, S2, S3, S4 verstreichen, so hat die Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 auch ihre Sendegelegenheit TO verstreichen lassen, die der Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 den Versand eines Rahmes garantiert hätte. Somit möchte die Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 derzeit keinen Rahmen senden.
Als Folge davon kann eine andere Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 nun diesen Zeitschlitz Sl, S2, S3, S4 zum Senden nutzen. Es ist jedoch möglich, dass beispielsweise die Teilnehmerstation 1 ihre erste Bitzeit B1_S1 ihres
Zeitschlitzes Sl verstreichen lässt, aber dann in der zweiten Bitzeit B2_S1 ihres Zeitschlitzes Sl doch mit dem Senden eines Rahmens beginnt. Somit können bei diesem Beispiel alle Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 im zweiten Bit B2_S1 des Zeitschlitzes Sl einen Rahmen starten. Die Rahmen können auch um diesen freien Zeitschlitz Sl„kämpfen“, also am Bus 40 arbitrieren. Damit derjenige Rahmen die Arbitration gewinnt, der die höchste Priorität hat, können die Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 für ihre Rahmen, die im zweiten Bit eines
Zeitschlitzes beginnen, Identifizierer 451x verwenden, die
zur Priorität des Rahmens passen. Durch die Arbitration wird sich der Rahmen mit der höchsten Priorität durchsetzen.
Durch diese Ausgestaltung der minimalen Dauer T_S_mn der Zeitschlitze Sl bis S4 ist es möglich, dass eine der Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 die
Sendegelegenheit TO einer anderen Teilnehmerstation nutzt, weil aus einer ungenutzt verstrichenen ersten Bitzeit klar ist, dass die entsprechende
Teilnehmerstation ihre garantierte Sendegelegenheit TO nicht genutzt hat.
Bei dem Beispiel von Fig. 7 nutzt die Teilnehmerstation 4 den ihr zugeordneten vierten Zeitschlitz S4 zum Senden des Sendesignals TX4 in einem Rahmen. Zu einem Zeitpunkt t8 während des Zeitschlitzes S4 ist die Teilnehmerstation 3 bereit, einen Rahmen zu senden. Da die Teilnehmerstation 1 keinen Rahmen versendet - die erste Bitzeit B1_S1 verstreicht ungenutzt - sendet die
Teilnehmerstation 3 ab dem Zeitpunkt t9 das Sendesignal TX3 als Rahmen in der zweiten Bitzeit B2_S1 des Zeitschlitzes Sl. Der zweite und dritte Zeitschlitz S2, S3 wird jeweils von der zugehörigen Teilnehmerstation 2, 3 genutzt. Somit werden die Sendesignale TX2, TX3 jeweils in einem Rahmen auf den Bus 40 gesendet. Da die Teilnehmerstation 4 keinen Rahmen versendet - die erste Bitzeit B1_S4 verstreicht ungenutzt - senden die Teilnehmerstationen 1, 2 ab dem Zeitpunkt tlO Rahmen auf den Bus 40. Bei der folgenden Arbitration gewinnt die Teilnehmerstation 2, so dass das Sendesignal TX2 als Rahmen in dem Zeitschlitz S4 auf den Bus 40 gesendet wird.
Ein Vorteil des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist, dass eine deterministische Zuteilung der Kommunikationsbandreite mit einem Datenverkehr mit bestem Aufwand (Best-Effort- Datenverkehr) mischbar ist. Der Datenverkehr mit bestem Aufwand kommt nur zustande, wenn manche Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 die ihnen zugeteilte Bandbreite, also den Sendeschlitz Sl, S2, S3, S4, nicht nutzen.
Ein weiterer großer Vorteil des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist, dass die zeitliche Verzögerung im ungünstigsten Fall (Worst-Case Delay) für den
Buszugriff dadurch nur minimal zunimmt. Die zeitliche Verzögerung nimmt minimal zu, weil die Teilnehmerstationen erst eine Bitzeit abwarten, bevor sie einen anderen Zeitschlitz verwenden.
Prinzipiell kann die minimale Zeitschlitzdauer T_S_mn alternativ drei oder mehr Arbitrations- Bitzeiten lang sein. Die Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 am Bus 40 können dann in verschiedene Prioritätsklassen eingeteilt werden. Je niedriger die Prioritätsklasse einer Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4, desto später innerhalb eines freibleibenden Zeitschlitzes darf die Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 eine Sendung starten.
Gemäß einer Modifikation des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die
Ausgestaltung mit mindestens zwei Bitzeiten dazu verwendbar, dass sich Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 nach einem Aufwachen oder Einschalten so Re integrieren, dass eine sendende Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 nicht benachteiligt wird, indem der sendenden Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 der ihr zugeordnete Zeitschlitz Sl, S2, S3, S4 weggenommen wird. Dazu verwendet möglichst jede Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 zur Re- Integration nur Zeitschlitze Sl, S2, S3, S4, die im ersten Bit vom eigentlichen Zeitschlitz-Inhaber nicht verwendet wurden. Sendet die sich re-integrierende Teilnehmerstation der Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 ab dem zweiten Bit des Zeitschlitzes Sl, S2, S3, S4 ihren Rahmen und gewinnt sie die Arbitration und kann den Rahmen erfolgreich senden, das heißt fehlerfrei, so wird ihr anschließend der Zeitschlitz, zugeordnet.
Fig. 8 zeigt einen Zeitablauf bei dem Bussystem 100 zur Veranschaulichung einer Kommunikation gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.
Im Unterschied zu den vorangehenden Ausführungsbeispielen ist die
Kommunikationsbandreite am Bus 40 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht gleichmäßig zwischen den Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 verteilt. Stattdessen wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein sogenanntes WRR-Verfahren (Weighted Round Robin Verfahren) eingesetzt. Dabei bekommt jede
Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 einen weiteren Parameter W (weight = Gewicht), der in der zugehörigen Zeitplanungseinheit 15, 25, 35 bei der Konfiguration einstellbar ist. Der Parameter W gibt die Zahl der Rahmen 450, 460 an, welche die Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 pro Runde C senden darf. Eine Teilnehmerstation 1, 2, 3, 4 bekommt dazu W Zeitschlitze zur Verfügung gestellt. Daher entspricht der in der mindestens einen Master-Teilnehmerstation eingestellte Parameter SN jetzt nicht mehr der Anzahl der Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4, sondern der Summe aller Werte des Parameters W.
Fig. 8 zeigt ein Beispiel mit vier Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4, bei denen für die Teilnehmerstation 1 der Parameter W = 2 eingestellt ist. Dagegen ist für die anderen Teilnehmerstationen 2, 3, 4 jeweils ein Parameter W = 1 eingestellt. Somit berechnet sich die Anzahl SN der Zeitschlitze als SN = 2 + 1 + 1 + 1 = 5. Demzufolge hat eine Runde C eine Anzahl von 5 Zeitschlitzen, nämlich Sl, S2, S3, S4, S5. Hierbei kann die Teilnehmerstation 1 pro Runde zwei Rahmen 450, 460 senden, nämlich in den Zeitschlitzen Sl und S2. Die anderen
Teilnehmerstationen 2, 3, 4 können pro Runde C jeweils nur einen Rahmen 450, 460 senden.
Fig. 9 zeigt zur Erläuterung eines sechsten Ausführungsbeispiels eine
Differenzspannung V-diff, die sich aus der Differenz der Bussignale CAN_H und CAN L auf dem Bus 40 berechnet. Gemäß Fig. 9 sendet eine Teilnehmerstation 1, 2, 3, die ihre Sendegelegenheit TO nicht verwendet, einen kurzen Dominantpuls P am Anfang der Bits B1_S1, B1_S2, B1_S3, usw. in ihrem Zeitschlitz Sl, S2, S3. Bei dem Beispiel von Fig. 9 wird in jedem Zeitschlitz Sl, S2, S3 nur ein Bit, nämlich das Bit Bl gesendet, da die minimale Zeitschlitzdauer T_S_mn hier mit einer Arbitrations- Bitzeit angenommen ist. Die Bits werden von den empfangenden Teilnehmerstationen 1, 2, 3 bei einem Abtastzeitpunkt t_A abgetastet. Wenn die minimale Dauer T_S_mn eines Zeitschlitzes mehreren Arbitrations- Bitzeiten entspricht, dann kann die Teilnehmerstation, der der Zeitschlitz zugeordnet ist, am Anfang jedes Bits einen dominanten Puls P senden, wenn die Teilnehmerstation ihre
Sendegelegenheit TO verstreichen lässt.
Hierbei sendet die zugehörige Teilnehmerstation 1, 2, 3 in den rezessiven Bits ihres Zeitschlitzes Sl, S2, S3 einen Dominantpuls P von z.B. 200 ns. Alle CAN Teilnehmerstationen 1, 2, 3 synchronisieren sich auf die rezessiv-dominant- Flanke S_F des Dominantpulses P. Da die Arbitrations- Bitzeit gemäß der zuvor genannten Spezifikation auf 1000 ns bzw. 1 Mbit/s limitiert ist, ist ein
entsprechender Puls P von 200ns nicht einschränkend. Alle Teilnehmerstationen 1, 2, 3 tasten das eigentlich rezessive Bit Bl trotz des Dominantpulses P als rezessiv ab, weil der Puls P am Abtastzeitpunkt t_A schon lange wieder zu Ende ist.
Hierdurch ist es möglich, dass die Teilnehmerstationen 1, 2, 3 die
Synchronisation zu den Zeitschlitzen Sl, S2, S3 nicht verlieren, auch wenn in der Kommunikation auf dem Bus 40 lange Idle Phasen Vorkommen, in denen alle Teilnehmerstationen 1, 2, 3 ihre Sendegelegenheit TO nicht nutzen. Mittels der Dominantpulse P können die Teilnehmerstationen 1, 2, 3 synchronisiert gehalten werden.
Somit kommt das Bussystem 100 mit Takten zurecht, die relativ hohe Toleranzen haben. Hierbei synchronisieren sich die Teilnehmerstationen 1, 2, 3 auf rezessiv- dominant-Flanken am Bus 40.
Gemäß einem siebenten Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass eine oder mehrere Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 der vorangehenden Ausführungsbeispiele mehrere Rahmen pro Zeitschlitz Sl, S2, S3, S4 senden. Diese Ausgestaltung ist beispielsweise vorteilhaft, um die Kommunikationsbandbreite am Bus 40 gerechter aufzuteilen, wenn beispielsweise die Teilnehmerstation 1
typischerweise kurze Rahmen 460 sendet und die Teilnehmerstation 2 typischerweise lange Rahmen 450 sendet. Kann jede Teilnehmerstation 1, 2 immer nur einen Rahmen in dem ihr zugeordneten Zeitschlitz Sl, S2 senden, dann hat die Teilnehmerstation 1 bei den Verfahren gemäß dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel weniger Bandbreite als die Teilnehmerstation 2.
Um mehr Fairness hinsichtlich der Kommunikationsbandbreite zu erreichen als bei dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel, wird beispielsweise der
Teilnehmerstation 1 erlaubt, während ihres Zeitschlitzes Sl mehrere kurze Rahmen 450 zu senden. Um fair zu bleiben, sollten die Rahmen 450 in Summe nicht länger sein als ein Rahmen 450 maximaler Länge.
Die Signalisierung, dass von der Teilnehmerstation 1 noch ein Rahmen 460 in dieser Sendegelegenheit TO gesendet wird, kann auf die folgenden Arten geschehen.
Beispielsweise kann hierfür der Identifizierer 451x verwendet werden. Hierbei werden die niederwertigen 4 Bit des Identifizierers (ID) 451x verwendet, um die Teilnehmerstation 1 zu identifizieren. Die nächsten 7 Bit des Identifizierers (ID) 451x werden verwendet, um mitzuteilen, dass noch weitere Rahmen 460 folgen werden. Beispielsweise kann 0x14 signalisieren, dass die Teilnehmerstation 4 einen Rahmen sendet, wobei die 1 signalisiert, dass dem Rahmen weitere Rahmen folgen. Dann könnte 0x04 signalisieren, dass die Teilnehmerstation 4 einen Rahmen sendet, wobei die 0 signalisiert, dass dem Rahmen keine Rahmen folgen.
Gemäß einer anderen Möglichkeit der Signalisierung, dass von der
Teilnehmerstation 1 noch ein Rahmen 450 in dieser Sendegelegenheit TO gesendet wird, ist ein Feld Data Type (DT) im Kopf (Header) des Rahmens 450 verwendbar. Beispielsweise kann DT=0x30 signalisieren, dass kein anderer Rahmen der gleichen Teilnehmerstation folgt. Daher könnte DT=0x31 signalisieren, dass ein anderer Rahmen der gleichen Teilnehmerstation folgt. Alternativ ist gemäß noch einer anderen Möglichkeit der Signalisierung ein dediziertes Bit im Kopf (Header) des Rahmens 460 verwendbar.
Alternativ ist gemäß noch einer anderen Möglichkeit der Signalisierung ein Bit oder Byte am Anfang des in Fig. 2 gezeigten Datenfelds DF in der Datenphase 452 verwendbar.
Der Vorteil liegt darin, dass mehr Fairness hinsichtlich der Aufteilung der Kommunikationsbandbreite zwischen Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 in dem Fall herstellbar ist, in dem die Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 unterschiedlich lange Rahmen 450, 460 versenden.
Gemäß einem achten Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass in den
Zeitplanungseinheiten 15, 25, 35 die Anzahl SN der Zeitschlitze größer eingestellt wird als die Anzahl N der Teilnehmerstationen ist. In diesem Fall bleibt mindestens ein Zeitschlitz übrig, der keiner der Teilnehmerstationen und somit niemandem am Bus 40 gehört. Kombiniert man dies mit dem vierten
Ausführungsbeispiel, wo erläutert wird, wie andere Teilnehmerstationen ungenutzte Zeitschlitze verwenden können - so können die überzähligen Zeitschlitze von jeder Teilnehmerstation genutzt werden.
Da in den überzähligen Zeitschlitzen prinzipiell alle Teilnehmerstationen gleichzeitig senden können und somit um den Bus 40 arbitrieren, entspricht dies einer strikten Prioritäts-Zeitplanung (Strict Priority Scheduling).
Beispielsweise hat der Bus N = 4 Teilnehmerstationen, also die
Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4, und SN = 5 Zeitschlitze, also die Zeitschlitze Sl, S2, S3, S4, S5. Jeder Teilnehmerstation ist exklusiv ein Zeitschlitz zugeteilt. Da in Zeitschlitz S5 nie ein Knoten sofort senden wird, können die Knoten ab dem zweiten Bit des Zeitschlitzes um den Zeitschlitz S5 arbitrieren.
Alternativ kann dieses achte Ausführungsbeispiel auch als eine Erweiterung des zweiten oder dritten Ausführungsbeispiels ausgeführt werden. Die
Zeitplanungseinheiten 15, 25, 35 haben nicht nur die Anzahl SN der Zeitschlitze konfiguriert, sondern auch die Anzahl der Zeitschlitze, die allen Teilnehmerstationen, beispielsweise am Ende der Runde C, zur Verfügung stehen. Wenn die Zeitschlitze den Teilnehmerstationen fest zugeordnet sind wie in dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel, die Zeitschlitznummer optional in den gesendeten Rahmen enthalten ist und ein SOCR den Beginn einer Runde C markiert, dann ist eine Zeitplanungseinheit in der Lage, den Zeitschlitz S5 (aus dem Beispiel zuvor) zu erkennen. Wenn der Zeitschlitz S5 gekommen ist, können hier einfach alle Teilnehmerstationen um den Bus 40 arbitrieren. Die Kombination mit dem vierten Ausführungsbeispiel ist nicht mehr zwingend nötig.
Da jede der Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 in dem Zeitschlitz S5 senden kann, erfolgt die Zuteilung der Sendegelegenheit TO in dem Zeitschlitz S5 strikt gemäß der Priorität also dem Identifizierer 451x der Rahmen, welche die
Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 in dem Zeitschlitz S5 senden (Strict Priority Scheduling). Der Rahmen Identifizierer 451x der Nachrichten 450, 460 ist in diesem Zeitschlitz S5 sinnvoller Weise entsprechend der tatsächlichen Priorität der Nachrichten zu wählen, damit sich der Rahmen mit der höchsten Priorität durchsetzen kann.
Gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die
Arbitrationsphase 451 bei der Kommunikation ganz oder zumindest teilweise weggelassen wird. Dadurch erfolgt im normalen Betrieb, auch bei dem ersten Ausführungsbeispiel, bei einer deterministischen Zeitplanung (Scheduling) mit den Zeitplanungseinheiten 15, 25, 35 keine Arbitration, weil jeder
Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 ein oder mehrere Zeitschlitze Sl, S2, S3, S4 zugeteilt sind. Demzufolge kann nach der Zuordnung der Zeitschlitze Sl, S2, S3, S4 bzw. in diesem Betriebspunkt, die Arbitrationsphase 451 vor und nach der Datenphase 452 ganz oder zumindest teilweise weggelassen werden.
Dadurch ist die Arbitrationsphase 451 nun kürzer als bei CAN, also kürzer sein als derzeit in der ISO 11898-1:2015 festgelegt.
In einem solchen Fall sind die folgenden zwei Betriebsmodi vorhanden. In einem ersten Betriebsmodus verwenden alle Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 beim Einschalten normale CAN Rahmen oder CAN XL Rahmen, weil es zur Arbitration auf dem Bus kommen kann. Sobald alle Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 in Betrieb sind und alle Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4 auf die Zeitschlitze Sl, S2, S3, S4 synchronisiert sind, kommt daher keine Arbitration mehr vor. Daher kann nun in den zweiten Betriebsmodus gewechselt werden, bei welchem die
Arbitrationsphase 451 ganz oder zumindest teilweise weggelassen wird.
Damit kann vermieden werden, dass die Arbitrationsphase 451 und die
Rahmenendphase 453 mit ihren relativ langen Bits, die vor und nach der
Datenphase 452 angeordnet sind, zu einem relevanten Überhang (Overhead) bei der Datenübertragung auf dem Bus 40 und damit zu einer geringeren Netto- Datenrate führt.
Gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass die Identifizierer 451x, die zum Senden der Rahmen 450, 460 verwendet werden, in zwei
Bereiche aufgeteilt werden. Erstens in einen hochprioren Bereich, der für diejenigen Rahmen 450, 460 verwendet wird, die von einer Teilnehmerstation in dem der Teilnehmerstation zugeordneten Zeitschlitz gesendet wird. Und zweitens in einen niederprioren Bereich, der für diejenigen Rahmen verwendet wird, die in einem Zeitschlitz gesendet werden, der der sendenden
Teilnehmerstation nicht exklusiv zugeordnet ist.
Um zu versuchen, einen Zeitschlitz zu verwenden, der einer anderen
Teilnehmerstation exklusiv zugeordnet ist, muss beispielsweise die
Teilnehmerstation 1, der der beispielsweise derzeit präsente Zeitschlitz S3 nicht exklusiv zugeordnet ist, einfach beim Sendeversuch des Rahmens 450, 460 einen Identifizierer 451x aus dem niederprioren Bereich verwenden. Damit ist sichergestellt, dass beispielsweise die Teilnehmerstation 3, der bei diesem Beispiel der derzeit präsente Zeitschlitz S3 exklusiv zugeordnet ist, die Arbitration immer gewinnen würde und somit dieser Zeitschlitz S3 der Teilnehmerstation 3 exklusiv zugeordnet bleibt. Wenn jedoch bei diesem Beispiel mindestens eine der anderen Teilnehmerstation 1, 2, 4 etwas zu senden hat, kann diese andere Teilnehmerstation 1, 2, 4 gleich zu Beginn des Zeitschlitzes S3 versuchen, einen Rahmen 450, 460 mit einem Identifzierer 451x aus dem niederprioren Bereich zu senden. Dies hat den Vorteil, dass bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die minimale Zeitschlitzdauer T_S_mn bei einer Arbitrations- Bitzeit verbleibt, wohingegen bei dem vierten Ausführungsbeispiel die minimale Zeitschlitzdauer T_S_mn zwei Arbitrations- Bitzeiten beträgt.
Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Teilnehmerstationen 1, 2, 3, 4,
10, 20, 30, des Bussystems 100 und die darin ausgeführten Verfahren können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden.
Insbesondere können alle Merkmale der zuvor beschriebenen
Ausführungsbeispiele und/oder deren Modifikationen beliebig kombiniert werden. Zusätzlich oder alternativ sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
Auch wenn die Erfindung zuvor am Beispiel des CAN-Bussystems beschrieben ist, kann die Erfindung bei jedem Kommunikationsnetzwerk und/oder
Kommunikationsverfahren eingesetzt werden. Insbesondere können bei dem Kommunikationsnetzwerk und/oder Kommunikationsverfahren zwei verschiedene Kommunikationsphasen verwendet werden, wie zuvor in Bezug auf die
Kommunikationsphasen 451, 452 beschrieben.
Insbesondere kann das Bussystem 100 gemäß den Ausführungsbeispielen ein Kommunikationsnetzwerk sein, bei welchem Daten seriell mit zwei
verschiedenen Bitraten übertragbar sind. Es ist vorteilhaft, jedoch nicht zwangsläufige Voraussetzung, dass bei dem Bussystem 100 zumindest für bestimmte Zeitspannen ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer
Teilnehmerstation 10, 20, 30 auf einen gemeinsamen Kanal gewährleistet ist.
Die Anzahl und Anordnung der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 in dem
Bussystem 100 der Ausführungsbeispiele ist beliebig. Insbesondere kann die Teilnehmerstation 20 in dem Bussystem 100 entfallen. Es ist möglich, dass eine oder mehrere der Teilnehmerstationen 10 oder 30 in dem Bussystem 100 vorhanden sind. Denkbar ist, dass alle Teilnehmerstationen in dem Bussystem 100 gleich ausgestaltet sind, also nur Teilnehmerstation 10 oder nur
Teilnehmerstation 30 vorhanden sind. Die deterministische Zeitplanung (Scheduling), die von den
Zeitplanungseinheiten 15, 25, 35 ausgeführt wird, lässt sich zu beliebiger Zeit anschalten oder ausschalten, um sich an die aktuellen Betriebszustände des Bussystems 100 anzupassen. Beispielsweise wird im Echtzeitbetrieb die deterministische Zeitplanung (Scheduling) verwendet. Dagegen kann die deterministische Zeitplanung (Scheduling) jedoch in der Werkstatt beim
Aufspielen (Flashen) neuer Firmware-Versionen ausgeschaltet werden.
Möglich ist zusätzlich oder alternativ, dass bei einem Betrieb der
deterministischen Zeitplanung (Scheduling) die zuvor beschriebenen Parameter
SN, Ws, die von den Zeitplanungseinheiten 15, 25, 35 verwendet werden, im laufenden Betrieb beliebig änderbar sind.

Claims

Ansprüche
1) Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) für ein serielles Bussystem (100), mit
einer Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) zum Steuern einer Kommunikation der Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) des Bussystems (100),
einer Sende-/Empfangseinrichtung (12; 22; 32) zum Senden eines von der Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) erzeugten Sendesignals (TX1; TX2; TX3; TX4) in einem Rahmen (450; 460) auf einen Bus (40) des Bussystems (100), und
einer Zeitplanungseinheit (15; 25; 35) zur Planung eines zeitlichen Zugriffs der Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) auf den Bus (40) in mindestens einem Zeitschlitz (S1 bis S4) einer Runde (C) von zeitlich aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen (S1 bis S4),
wobei in einer Runde (C) für jede Teilnehmerstation (10; 20; 30;
1 bis 4) des Busses (40) zum Senden ihres Sendesignals (TX1; TX2; TX3; TX4) mindestens ein Zeitschlitz (S1 bis S4) vorgesehen ist und sich die Runde (C) zyklisch wiederholt, und
wobei die Zeitplanungseinheit (15; 25; 35) ausgestaltet ist, unter Verwendung mindestens einer von dem Bus (40) empfangenen
Information eine Zuordnung zu bestimmen, die festlegt, welchen Zeitschlitz (S1 bis S4) der Runde (C) die Sende-/Empfangseinrichtung (12; 22; 32) zum Senden des Rahmens (450; 460) für das Sendesignal (TX1; TX2; TX3; TX4) auf den Bus (40) verwenden darf.
2) Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) nach Anspruch 1,
wobei die mindestens eine von dem Bus (40) empfangene Information ein den Start der Runde mitteilender Rahmen (SOCR) ist, und wobei die mindestens eine von dem Bus (40) empfangene Information zudem einen Rahmen-Identifizierer (451x) und/oder eine Zuordnung der Zeitschlitze (S1 bis S4) einer Runde (C) zu den
Teilnehmerstationen (10; 20; 30; 1 bis 4) des Busses (40) und/oder die Information umfasst, welche der Teilnehmerstationen (10; 20; 30; 1 bis
4) des Busses (40) derzeit sendet.
3) Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zeitplanungseinheit (15; 25; 35) ausgestaltet ist, als die mindestens eine von dem Bus (40) empfangene Information zumindest den den Start der Runde mitteilenden Rahmen (SOCR) zu verwenden und einen Rahmen-Identifizierer (451x) eines Senders eines vom Bus (40) empfangenen Rahmens (450; 460) auszuwerten.
4) Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zeitplanungseinheit (15; 25; 35) ausgestaltet ist, ein Datenfeld (DF) des den Start der Runde mitteilenden Rahmens (SOCR) auszuwerten, in welchem die mindestens eine von dem Bus (40) empfangene Information angeordnet ist.
5) Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zeitplanungseinheit (15; 25; 35) ausgestaltet ist abzuwarten, bis die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) einen den Start der Runde mitteilenden Rahmen (SOCR) von dem Bus (40) empfangen hat, und ausgestaltet ist, daran anschließend mit den anderen
Teilnehmerstationen (10; 20; 30; 1 bis 4) des Busses (40) im Betrieb des Bussystems (100) unter Verwendung einer Priorität des Sendesignals (TX1; TX2; TX3; TX4) festzulegen, welchen Zeitschlitz (S1 bis S4) der Runde (C) die Sende-/Empfangseinrichtung (12; 22; 32) zum Senden des Rahmens (450; 460) für das Sendesignal (TX1; TX2; TX3; TX4) auf den Bus (40) verwenden darf.
6) Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ausgestaltet ist, zumindest in einer Einschaltphase (C_E) des Busses (40) den Rahmen (450; 460) in eine erste Kommunikationsphase (451) und eine zweite Kommunikationsphase (452) aufzuteilen, und
wobei in der ersten Kommunikationsphase (451) ausgehandelt wird, welche der Teilnehmerstationen (10, 20, 30) des Busses (40) in der nachfolgenden zweiten Kommunikationsphase (452) einen zumindest zeitweise exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus (40) bekommt.
7) Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) nach Anspruch 6,
wobei die Anzahl (SN) der Zeitschlitze (S1 bis S4) pro Runde (C) größer ist als die Anzahl der Zeitschlitze (S1 bis S4), die den
Teilnehmerstationen (10; 20; 30; 1 bis 4) des Busses (40) pro Runde (C) zugeordnet sind, und
wobei in einem Zeitschlitz (S5), der keiner der
Teilnehmerstationen (10; 20; 30; 1 bis 4) des Busses (40) zugeordnet ist, in der ersten Kommunikationsphase (451) ausgehandelt wird, welche der Teilnehmerstationen (10, 20, 30) des Busses (40) in der
nachfolgenden zweiten Kommunikationsphase (452) einen zumindest zeitweise exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus (40) bekommt.
8) Teilnehmerstation (10; 30) nach Anspruch 6 oder 7,
wobei die minimale Dauer eines Zeitschlitzes (S1 bis S4) eine Bitzeit eines Bits der ersten Kommunikationsphase (451) ist, und
wobei die Zeitplanungseinheit (15; 25; 35) optional ausgestaltet ist, in einem Zeitschlitz (S1 bis S4), der der Teilnehmerstation (10; 20;
30; 1 bis 4) zugeordnet ist, einen Rahmen (450; 460) mit einer Priorität zu senden, die höher ist als eine Priorität eines Rahmens (450; 460), welchen die Zeitplanungseinheit (15; 25; 35) ausgestaltet ist, in einem Zeitschlitz (S1 bis S4) zu senden, der einer anderen Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) des Busses (40) zugeordnet ist.
9) Teilnehmerstation (10; 30) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die minimale Dauer eines Zeitschlitzes (S1 bis S4) zwei Bitzeiten eines Bits der ersten Kommunikationsphase (451) ist, und
wobei die Zeitplanungseinheit (15; 25; 35) ausgestaltet ist, einen zeitlichen Zugriff der Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) auf den Bus (40) in dem zweiten Bit (B2_S1) eines Zeitschlitzes (S1 bis S4) der Runde (C) freizugeben, wenn eine andere Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) des Busses (40) in dem ersten Bit (B1_S1) des Zeitschlitzes (S1 bis S4) ihre Sendegelegenheit (TO) ungenutzt verstreichen lässt.
10) Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei die Zeitplanungseinheit (15; 25; 35) ein Zählmodul (151; 251; 351) aufweist, das ausgestaltet ist, seinen Zählwert bei jedem von dem Bus (40) empfangenen Rahmen (450; 460) zu inkrementieren und bei jeder für einen Zeitschlitz (Sl, S2, S3, S4) ungenutzt verstrichenen Sendegelegenheit (TO) zu inkrementieren, und
wobei das Zählmodul (151; 251; 351) ausgestaltet ist, seinen Zählwert auf 1 zu setzen, wenn der den Start der Runde mitteilende Rahmen (SOCR) empfangen wurde.
11) Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) nach Anspruch 10, wobei das Zählmodul (151; 251; 351) ausgestaltet ist, seinen Zählwert bei jedem von dem Bus (40) empfangenen Rahmen (450; 460) nach Empfang eines Bits zu inkrementieren, welches den Anfang eines Rahmens (450; 460) signalisiert, auch wenn der Rahmen (450; 460) später von der den Rahmen (450; 460) sendenden Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) wegen eines Fehlers abgebrochen wird.
12) Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) nach Anspruch 10 oder 11,
wobei die Zeitplanungseinheit (15; 25; 35) ausgestaltet ist, einen zeitlichen Zugriff der Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) auf den Bus (40) für den nächsten Zeitschlitz (Sl bis S4) der Runde (C) freizugeben, wenn der Zählwert des Zählmoduls (151; 251; 351) gleich der der Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) zugeordneten Nummer des Zeitschlitzes (Sl bis S4) ist. 13) Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zeitplanungseinheit (15; 25; 35) ausgestaltet ist, einen zeitlichen Zugriff der Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) auf den Bus (40) in einem Zeitschlitz (S1 bis S4) der Runde (C) freizugeben, wenn die Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) oder eine andere Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) des Busses (40) ihre
Sendegelegenheit (TO) ungenutzt verstreichen lässt.
14) Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ausgestaltet ist, in dem Sendesignal (TX1; TX2; TX3; TX4) eine
Teilnehmerstation-Nummer anzuordnen, die auf dem Bus (40) exklusiv der Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) zugeordnet ist, und
wobei die Zeitplanungseinheit (15; 25; 35) zur Freigabe eines zeitlichen Zugriffs der Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) auf den Bus (40) in dem der Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4)
zugeordneten Zeitschlitz (S1 bis S4) der Runde (C) ausgestaltet ist, wenn die Zeitplanungseinheit (15; 25; 35) eine Teilnehmerstation- Nummer in einem von dem Bus empfangenen Rahmen (450; 460) auswerten kann.
15) Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anzahl der Zeitschlitze (S1 bis S4), die der Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) pro Runde (C) zugeordnet sind, zumindest zeitweise ungleich einer Anzahl von Zeitschlitzen (S1 bis S4) ist, die einer anderen Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) des Busses (40) pro Runde (C) zugeordnet sind.
16) Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei die Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) ausgestaltet ist, pro Zeitschlitz (S1 bis S4) mehr als einen Rahmen (450; 460) auf den Bus (40) zu senden, und/oder wobei die Anzahl der Rahmen (450; 460), welche die
Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) pro Zeitschlitz (S1 bis S4) auf den Bus (40) senden darf, zumindest zeitweise ungleich einer Anzahl von Rahmen (450; 460) ist, die eine andere Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) des Busses (40) pro Zeitschlitz (S1 bis S4) auf den Bus (40) senden darf.
17) Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ausgestaltet ist, am Anfang eines rezessiven Bits in dem der
Teilnehmerstation zugeordneten Zeitschlitz einen Dominantpuls (P) zu senden, der kürzer als die Bitzeit des rezessiven Bits (B1_S1) ist, wenn die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) ihre
Sendegelegenheit (TO) ungenutzt verstreichen lässt.
18) Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) derart ausgestaltet ist, dass die Zeitplanungseinheit (15; 25; 35) je nach zeitlichen Anforderungen an die Kommunikation auf dem Bus (40) ein- oder ausschaltbar ist, oder dass ein Betriebsmodus der
Zeitplanungseinheit (15; 25; 35) durch Konfiguration von vorbestimmten Parametern (SN, W) im laufenden Betrieb des Bussystems (100) änderbar ist, wobei der Betriebsmodus der Zeitplanungseinheit (15; 25; 35) einen vorbestimmten Modus einer Kommunikation auf dem Bus (40) festlegt.
19) Bussystem (1), mit
einem Bus (40),
mindestens zwei Teilnehmerstationen (10; 20; 30; 1 bis 4) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei Teilnehmerstationen (10; 20; 30; 1 bis 4) über den Bus (40) derart miteinander verbunden sind, dass sie seriell miteinander kommunizieren können,
wobei mindestens eine der Teilnehmerstationen (10; 20; 30; 1 bis 4) eine Master-Teilnehmerstation (10; 20; 30) zum Senden eines Rahmens (SOCR) ist, welcher den mindestens zwei
Teilnehmerstationen (10; 20; 30; 1 bis 4) den Start einer Runde einer Kommunikation auf dem Bus (40) mitteilt,
wobei optional mindestens ein Backup-Master (10; 20; 30) zum zusätzlichen Ausführen der Funktion der Master-Teilnehmerstation (10; 20; 30) auf dem Bus (40) vorgesehen ist.
20) Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem (100), wobei das Verfahren mit einer Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) des Bussystems (100) ausgeführt wird, die eine
Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) und eine Sende- /Empfangseinrichtung (12; 22; 32) aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist,
Steuern, mit einer Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31), einer Kommunikation der Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) des Bussystems (100), und
Senden, mit einer Sende-/Empfangseinrichtung (12; 22; 32), eines von der Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) erzeugten Sendesignals (TX1; TX2; TX3; TX4) in einem Rahmen (450; 460) auf einen Bus (40) des Bussystems (100) gemäß der Planung einer
Zeitplanungseinheit (15; 25; 35), welche einen zeitlichen Zugriff der Teilnehmerstation (10; 20; 30; 1 bis 4) auf den Bus (40) in mindestens einem Zeitschlitz (S1 bis S4) einer Runde (C) von zeitlich
aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen (S1 bis S4) plant,
wobei in einer Runde (C) für jede Teilnehmerstation (10; 20; 30;
1 bis 4) des Busses (40) zum Senden ihres Sendesignals (TX1; TX2; TX3; TX4) mindestens ein Zeitschlitz (S1 bis S4) vorgesehen ist und sich die Runde (C) zyklisch wiederholt, und
wobei die Zeitplanungseinheit (15; 25; 35) unter Verwendung mindestens einer von dem Bus (40) empfangenen Information in der Lage ist eine Zuordnung zu bestimmen, die festlegt, welchen Zeitschlitz (S1 bis S4) der Runde (C) die Sende-/Empfangseinrichtung (12; 22; 32) zum Senden des Rahmens (450; 460) für das Sendesignal (TX1; TX2; TX3; TX4) auf den Bus (40) verwenden darf.
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