WO2020244986A1 - 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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WO2020244986A1
WO2020244986A1 PCT/EP2020/064673 EP2020064673W WO2020244986A1 WO 2020244986 A1 WO2020244986 A1 WO 2020244986A1 EP 2020064673 W EP2020064673 W EP 2020064673W WO 2020244986 A1 WO2020244986 A1 WO 2020244986A1
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bus
txd
signal
subscriber station
transmission
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Florian Hartwich
Steffen Walker
Arthur Mutter
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Robert Bosch Gmbh
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    • H04L2012/40215—Controller Area Network CAN

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 that works with a high data rate and great error resistance.
  • a bus system is often provided in a technical system, which enables communication between sensors and control devices of the system.
  • a bus system is often used in which data is transmitted as messages in the ISO11898-1: 2015 standard as a CAN protocol specification with CAN FD.
  • the messages are transmitted between the bus participants in the bus system, such as sensors, control units, transmitters, etc.
  • CAN FD In order to be able to transmit data with a higher bit rate than with CAN, an option for switching to a higher bit rate within a message was created in the CAN FD message format. With such techniques the maximum possible data rate increased by using a higher clock rate in the area of the data fields beyond a value of 1 MBil / s.
  • Such messages are also referred to below as CAN FD frames or CAN FD messages.
  • CAN FD With CAN FD, the useful data length is extended from 8 to up to 64 bytes and the data transmission rates are significantly higher than with CAN.
  • An advantage of a communication network based on CAN or CAN FD is, for example, its robustness against errors. However, such a network has a significantly lower speed compared to one
  • a subscriber station for a serial bus system and a method for communication in a serial bus system are to be provided, in which a high data rate and an increase in the amount of useful data per frame can be achieved with great error resistance.
  • 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 generating a transmission signal in order to control the exchange of messages between the subscriber station and at least one other subscriber station of the bus system, a
  • Communication control device to a transmitting / receiving device that is designed to send a signal to a bus of the bus system based on the transmitted signal, and a device for evaluating the transmitted signal and / or for evaluating a received signal that is received from the transmitting / receiving device signal received by the bus was generated, wherein the transmission signal is configured such that the transmission / Receiving device is to be switched in a first communication phase of the transmission signal to a first state for sending the transmission signal on the bus and in a second communication phase is to be switched to at least a second or third state for sending the transmission signal on the bus, and the device is configured is to output a first identifier to the transmitting / receiving device via the transmitting connection if the evaluation of the device shows that the transmitting / receiving device is to be switched from the second or third state to the first state.
  • Communication phases with different bit rates are used and the switchover between the two communication phases is reliably identified for the transmitting / receiving device.
  • the signaling also enables the transmitting / receiving device itself to
  • Transmission speed from transmitter to receiver can be achieved. At the same time, however, a high level of error resistance is guaranteed. This helps to achieve a net data rate of at least 10 Mbps.
  • the size of the user data can be up to 4096 bytes per frame.
  • the subscriber station implements the signaling to the transmitting / receiving device for the switchover from the second
  • the transceiver in addition to the first signaling option described above, it is also possible to give the transceiver a second signal for the switchover to be made between the two communication phases via the connection for the reception signal. As a result, the security of the switchover and thus the robustness of the communication in the bus system can be further increased.
  • the first described above offers
  • the device in the bus system therefore makes it possible, in particular, to maintain an arbitration known from CAN in a first communication phase, and yet to increase the transmission rate again considerably compared to CAN or CAN FD.
  • the method carried out by the device can also be used if the bus system also has at least one CAN FD-tolerant CAN subscriber station, which is designed in accordance with the standard of ISO 11898-1: 2015, and / or at least one CAN FD subscriber station / is that send / send messages according to the CAN protocol and / or CAN FD protocol.
  • the first identifier for switching from the second state to the first state is a pulse that is the inverse of a previous level of the transmission signal
  • the first identifier for switching from the third state to the first state has a level that is a Length of time that is longer than a period of directly successive pulses of the same level which can occur in the transmission signal in the third state.
  • bus states of the signal received from the bus in the first communication phase are generated with a different physical layer than bus states of the signal received in the second communication phase.
  • the first identifier for switching from the second state to the first state can have a duration that is less than a bit time of the first
  • Communication phase is and is greater than a bit time of the second
  • the device is designed to output the identifier to the transmitting / receiving device via the transmitting connection when the evaluation of the device shows that the level of the
  • Received signal is constant in the second communication phase for a predetermined period of time.
  • the device may be designed to compare the received signal with the transmitted signal in order to determine whether the first identifier is to be sent via the transmission connection, which indicates to the transmission / reception device a circuit in its first state for sending the signal on the bus.
  • the subscriber station can also have a receiving port for outputting the digital received signal from the transmitting / receiving device to the communication control device, the device being designed to compare the digital received signal with the digital transmitted signal in order to determine whether the data flow at the receiving port for the period of time of at least one bit is to be reversed in order to send a second identifier via the receiving connection which indicates to the transmitting / receiving device a switchover between its states for sending the signal on the bus.
  • the device is designed to cause the communication control device at the connection for the digital signal in the time in which the device reverses the data flow of the digital received signal
  • the second identifier can be a bit with a predetermined value.
  • the second identifier is a predetermined bit pattern.
  • the subscriber station described above can have the transmitting / receiving device, which optionally has a transmitting module for sending messages as the signal on the bus and a receiving module for receiving the signal from the bus, the transmitting / receiving device being configured to its transmission module lock, so that the transmission signal is not sent from the transmission connection to the bus when the transmission / reception device is switched to the second state.
  • the communication control device may have the device.
  • Communication phase gets an at least temporarily exclusive, collision-free access to the bus.
  • the subscriber station described above can be part of a bus system which also comprises a bus and at least two subscriber stations which are connected to one another via the bus in such a way that they can communicate with one another serially.
  • at least one of the at least two subscriber stations is a previously described subscriber station.
  • the aforementioned object is also achieved by a method for communication in a serial bus system according to claim 15.
  • the method is carried out with a subscriber station for a bus system that has a
  • a communication control device a transmission port and a device, the method comprising the steps of generating with the Communication control device, a transmission signal to control the exchange of messages between the subscriber station and at least one other subscriber station of the bus system, output with the
  • the transmission signal from the communication control device to a transmission / reception device which is designed to send a signal to a bus of the bus system based on the transmission signal, the transmission signal being designed such that the transmission / reception device is in a first communication phase the transmission signal is to be switched to a first state for sending the transmission signal on the bus and in a second communication phase is to be switched to at least a second or third state for sending the transmission signal on the bus, evaluating, with the device, of the transmission signal and / or a received signal that was generated by the transmitting / receiving device from the signal received from the bus, and outputting, with the device via the transmission port, a first identifier to the transmitting / receiving device, if the evaluation of the device shows that the transmitting / Receiving device from the second or third state to the first state nd to switch.
  • Subscriber station are called.
  • Fig. 1 shows a simplified block diagram of a bus system according to a first exemplary embodiment
  • Fig. 2 is a diagram to illustrate the structure of messages that are sent by a transceiver for a subscriber station of the
  • Bus system according to the first embodiment can be sent
  • FIG. 3 shows a simplified schematic block diagram of a subscriber station of the bus system according to the first exemplary embodiment in a first
  • FIG. 4 shows a simplified schematic block diagram of the subscriber station of FIG. 3 in a second operating mode
  • FIG. 5 shows an example of a time profile of a digital transmission signal TxD which is received from a subscriber station of the bus system according to the first
  • Embodiment is sent on a bus of the bus system
  • FIG. 6 shows a time profile of analog bus signals CAN-XL_H and CAN-XL_L, which occur on the bus in normal operation as a result of the transmit signal TxD from FIG. 5;
  • FIG. 7 shows a time profile of a differential voltage VDIFF, which results from the bus signals CAN-XL_H and CAN-XL_L from FIG. 6;
  • FIGS. 6 and 7 shows a time profile of a digital received signal RxD, which a subscriber station of the bus system receives from the bus and generates from the signals from FIGS. 6 and 7;
  • FIG. 9 shows an example of the time profile of signals when switching over the operating modes or operating states of the transmitting / receiving device of the subscriber station of FIGS. 3 and 4 between the different
  • 10 and 11 show an example of a time profile of signals RxDl, TxDl which a communication control device of the subscriber station according to the first exemplary embodiment drives at its connections TXD, RXD if the subscriber station is only the recipient of a message from the bus; and 12 and 13 show an example of a time profile of signals RxDl, TxDl which a communication control device of the subscriber station according to the first embodiment drives at its connections TXD, RXD when the subscriber station acts as a sender of a message on the bus.
  • FIG. 1 shows a bus system 1 which, in particular, is fundamentally designed for a CAN bus system, a CAN FD bus system, a CAN XL bus system, and / or modifications thereof, as described below.
  • the bus system 1 can be used in a vehicle, in particular a motor vehicle, an airplane, etc., or in a hospital, etc. use.
  • the bus system 1 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 differential 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 in communication on bus 40, as shown by the jagged black block arrow in FIG. 1, an error frame 47 (error flag) can 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
  • Subscriber station 20 has a communication control device 21 and a transmitting / receiving device 22.
  • Subscriber station 30 has one Communication control device 31, a transmitting / receiving device 32 and a switching signaling device 35.
  • 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 .
  • 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 device 11 creates and reads first messages 45, which are modified CAN messages 45, for example.
  • the modified CAN messages 45 are structured on the basis of a CAN XL format, which is described in more detail with reference to FIG. 2.
  • the communication control device 21 can be designed like a conventional CAN controller according to ISO 11898-1: 2015.
  • the communication control device 21 can be designed like a conventional CAN controller according to ISO 11898-1: 2015.
  • Communication control device 21 creates and reads second messages 46, for example Classical CAN messages 46.
  • Classical CAN messages 46 are structured according to the Classical basic format, in which message 46 can contain up to 8 data bytes.
  • the Classical CAN message 46 is structured as a CAN FD message, in which a number of up to 64 data bytes can be included, which are also transmitted at a significantly faster data rate than with the Classical CAN message 46.
  • the communication control device 21 is designed like a conventional CAN FD controller.
  • the communication control device 31 can be designed to provide a CAN XL message 45 or a Classical CAN message 46 for the transmitting / receiving device 32 or to receive it from it, as required.
  • the communication control device 31 thus creates and reads a first message 45 or second message 46, the first and second messages 44, 46 differing in their data transmission standard, namely in this case CAN XL or CAN.
  • the Classical CAN message 46 is a CAN FD Message established. In the latter case, the communication control device 31 is designed like a conventional CAN FD controller.
  • the transmitting / receiving device 12 can be designed as a CAN XL transceiver apart from the differences described in more detail below.
  • the transmitting / receiving device 22 can be designed like a conventional CAN transceiver or CAN FD transceiver.
  • the transmitting / receiving device 32 can be designed to provide messages 45 according to the CAN XL format or messages 46 according to the current CAN basic format for the communication control device 31 or to receive them from it, as required.
  • the transmitting / receiving devices 12, 32 can additionally or alternatively be designed like a conventional CAN FD transceiver.
  • FIG. 2 shows a CAN XL frame 450 for the message 45, as it is sent by the transmitting / receiving device 12 or the transmitting / receiving device 32.
  • the CAN XL frame 450 is divided into different communication phases 451 to 453 for the CAN communication on the bus 40, namely an arbitration phase 451, a data phase 452 and a
  • an identifier is used to negotiate bit by bit between the subscriber stations 10, 20, 30 which subscriber station 10, 20, 30 would like to send the message 45, 46 with the highest priority and therefore for the next time to send in the subsequent data phase 452 gets exclusive access to bus 40 of bus system 1.
  • the user data of the CAN XL frame or the message 45 are sent.
  • the useful data can have, for example, up to 4096 bytes or a larger value in accordance with the value range of a data length code.
  • a checksum field for the data of the data phase 452 including the stuff bits can be contained in a checksum field, which is sent by the sender of the message 45 after one
  • a predetermined number of identical bits in particular 10 identical bits, are inserted as the inverse bit.
  • a predetermined number of identical bits in particular 10 identical bits, are inserted as the inverse bit.
  • Frame end phase 453 must contain at least one acknowledge bit.
  • Acknowledge bit can be used to indicate whether a receiver has discovered an error in the received CAN XL frame 450 or message 45 or not.
  • a physical layer is used 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).
  • phase 451, 453 An important point during phases 451, 453 is that the known CSMA / CR method is used, which allows subscriber stations 10, 20, 30 to access bus 40 simultaneously without the higher-priority message 45, 46 being destroyed. As a result, further bus subscriber stations 10, 20, 30 can be added to bus system 1 relatively easily, which is very advantageous.
  • 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 does not begin sending bits of the data phase 452 on the bus 40 until the subscriber station 10 as the sender Arbitration has won and the subscriber station 10 as a transmitter so to
  • 3 and 4 show the basic structure of the subscriber station 10 with the communication control device 11, the transmitting / receiving device 12 and the switchover signaling device 15. Via a transmission connection
  • TXD which is also called TXD connection below, can use the
  • Communication control device 11 send a TxD signal and / or an identifier 455 to the transmitting / receiving device 12. Via a receiving connection RXD, which is also called RXD connection below, the transmitting / receiving device 12 can send an RxD signal to the
  • the communication control device 11 can send an identifier 457 to the transmitting / receiving device 12 via the RXD connection, as illustrated in FIG. 4.
  • the data flow at the RXD connection is controlled by the
  • Switching block can be implemented with at least one transistor.
  • the subscriber station 30 is constructed in a manner similar to that in FIG. 3 and FIG.
  • Communication control device 31 is integrated, but separately from the
  • Communication control device 31 and the transmitting / receiving device 32 is provided.
  • the subscriber station 30 and the device 35 are therefore not described separately.
  • the functions of the Switching signaling device 15 are in the
  • Switching signaling device 35 is identical.
  • the subscriber station 10 has in addition to the
  • Communication control device 11 the transmitting / receiving device 12 and the device 15 also have a microcontroller 13, which the
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • SBC system base chip
  • an energy supply device 17 is installed in the system ASIC 16, which supplies the transmitting / receiving device 12 with electrical energy.
  • Energy supply device 17 usually supplies a voltage
  • the energy supply device 17 can, however, deliver a different voltage with a different value. Additionally or alternatively, the energy supply device can be configured as a power source.
  • the transmission / reception device 12 also has a transmission module 121, a
  • the evaluation module 125 can be designed as a switching block, which in particular has at least one transistor. This is described in more detail below.
  • the transmitting / receiving device 12 is always referred to below, it is alternatively possible to provide the receiving module 122 in a separate device external to the transmitting module 121.
  • the transmission module 121 and the reception module 122 can as in a
  • Transmission module 121 can in particular have at least one operational amplifier and / or one transistor.
  • the receiving module 122 can
  • the transmitting / receiving device 12 is connected to the bus 40, more precisely its first bus core 41 for CAN_H or CAN-XL_H and its second bus core 42 for CAN_L or CAN-XL_L.
  • the voltage supply for the energy supply device 17 for supplying the first and second bus wires 41, 42 with electrical energy, in particular with the CAN supply voltage, takes place via at least one connection 43.
  • the connection to ground or CAN_GND is implemented via a connection 44.
  • the first and second bus wires 41, 42 are terminated with a terminating resistor 49.
  • the first and second bus wires 41, 42 are connected in the transmitting / receiving device 12 to the transmitting module 121, which is also referred to as a transmitter, and to the receiving module 122, which is also referred to as a receiver, even if the connection in FIG. 3 and Fig. 4 is not shown for simplicity.
  • the transmission module 121 sets a transmission signal TxD or TxD, which is shown in FIG. 5 and was generated by the communication control device 11, into corresponding signals CAN-XL_H and CAN-XL_L according to FIG. 6 for the bus wires 41, 42 and sends these signals CAN-XL_H and CAN-XL_L to the connections for CAN-XL_H and CAN-XL_L on bus 40.
  • TxD transmission signal
  • VDI FF CAN-XL_H - CAN-XL_L, which is illustrated in FIG. 7.
  • the receiving module 122 forms a received signal RxD, as shown in FIG. 8, from the signals CAN-XL_H and CAN-XL_L received from the bus 40 in accordance with FIG. 6 or their differential voltage VDI FF in accordance with FIG. 7, and outputs this to the communication control device 11 next.
  • the transmitting / receiving device 12 with the receiving module 122 always listens to a transmission of data or messages 45, 46 on the bus 40 in normal operation, regardless of whether the transmission - / receiving device 12 is the sender of the message 45 or not.
  • the bit rate in phases 451, 453, that is to say in the case of arbitration and the end of the frame has a value of at most 1 Mbit / s.
  • the bit rate in the data phase 452 can have the same value, as shown in FIGS. 6 to 6.
  • the bit rate in the data phase 452 can have a higher value than in the phases 451, 453, in particular 8 Mbit / s or 10 Mbit / s or even higher.
  • a bit time t_btl in phases 451, 453 is significantly longer than a bit time t_bt2 in data phase 452.
  • the signals CAN-XL_H and CAN-XL_L have the dominant and recessive bus levels 401, 402 in the aforementioned communication phases 451, 453, as known from CAN.
  • the signals CAN-XL_H and CAN-XL_L in the data phase 452 differ from the conventional signals CAN_H and CAN_L, as described in more detail below.
  • the transmission module 121 drives the dominant ones only in the aforementioned communication phases 451, 453
  • the bus levels on the bus wires 41, 42 for the recessive states 401 in the aforementioned communication phases 451, 453 are equal to the voltage Vcc or CAN supply of, for example, about 2.5 V.
  • Vcc voltage
  • VDI FF CAN -XL_H - CAN-XL_L for the recessive states 401 (logical '1' or H of the transmit signal TxD) a value of 0V and for the dominant states 402 (logical '0' or L des
  • Transmission signal TxD a value of approx. 2.0 V.
  • the transmitting / receiving device 12 detects the end of the arbitration phase 451, the transmitting / receiving device 12 is switched to a second operating mode.
  • the transmission module 121 of the transmitting / receiving device 12 changes from a state ZI in which the bus states 401, 402 according to the left part of FIG. 6 or FIG. 7 are generated, switched to a second state Z2 for the data phase 452, in which the transmitting / receiving device 12 is in the following data phase 452 only acts as a receiver.
  • the transmitting / receiving device 12, more precisely its receiving module 122 is thus switched from a first operating mode to a second operating mode.
  • the transmission module 121 of the transmitting / receiving device 12 is switched to a state Z3 in the second operating mode, in which the data states Data_0 or L and Data_l or H of the transmit signal TXD of FIG. 5, the bus states U_D0, U_D1 are generated according to the right part of FIG. 6 and FIG. 7, respectively.
  • the transmitting / receiving device 12, more precisely its transmitting module 121 is thus switched from a first operating mode to a second operating mode or from a state ZI to a state Z2 and / or to a state Z3.
  • the transmission signal TxD and thus the resulting bus states U_D0, U_D1 can be selected as required.
  • bus levels between approximately -0.6 V and approximately -2 V are present on the bus line of bus 40 in the Data_0 state and between approximately 0.6 V and approximately 2 V in the Data_l state.
  • the differential voltage VDI FF CAN-XL_H-CAN-XL_L has a maximum amplitude of approximately 1.4 V, even if FIG. 7 shows an amplitude for VDI FF as 2 V in a special example.
  • the transmission module 121 generates a first data state, for example Data_0 or L, as a bus state 402 with different bus levels for two bus wires 41, 42 of the bus line and a second data state, for example Data_l or H, in a first operating mode.
  • a first data state for example Data_0 or L
  • a second data state for example Data_l or H
  • a bus state 403 is established, for example.
  • the transmission module 121 forms the first and second data status Data_0, Data_l as bus status U_D0, U_D1 with different bus levels for the two bus wires for the temporal progressions of the signals CAN-XL_H, CAN-XL_L in a second operating mode, which includes data phase 452 41, 42 of the bus line of bus 40. This is shown in FIGS. 6 and 7.
  • Reception threshold T_a in particular with the typical position of 0.7 V according to ISO11898-2: 2016, in order to be able to reliably identify the bus states 401, 402 in the first operating mode.
  • the receiving module 122 uses a receiving threshold T_d, which is approximately 0 V, in the data phase 452. Additional reception thresholds can be used as an option.
  • the switchover signaling device 15 of FIGS. 3 and 4 is designed to recognize in a message 45 received from the bus 40 when between the communication phases 451, 452 or between the
  • Switchover signaling device 15 at least partially interpret the communication protocol used in bus system 1 for messages 45, more precisely for frame 450 of FIG. 2.
  • the communication protocol used in bus system 1 for messages 45, more precisely for frame 450 of FIG. 2.
  • Switchover signaling device 15 with the identifier 457 signal different states ZI, Z2, Z3 into which the transmitting / receiving device 12 is to be switched when switching.
  • the evaluation module 125 evaluates the identifiers 457_Z1, 457_Z2, 457_Z3 in order to / Receiving device 12 to switch to the respective states ZI, Z2, Z3, which are specified by the identifier 457, 457_Z1, 457_Z2, 457_Z3.
  • the signal TxD is a transmission signal TxD for a frame 450 at the transition to the data phase 452 at the TXD connection of the
  • the signal RxD is the resulting received signal RxD, which the transmitting / receiving device 12 sends to the communication control device 11 via the connection RXD.
  • the signal RxDJ is on
  • Received signal RxDJ which the transmitting / receiving device 12 sees at the connection RXD, since the communication control device 11 is following
  • Reversal of the RXD connection sends an identifier 457_Z3 via the RXD connection with a signal RxD1 (FIG. 12).
  • the identifier 457_Z3 is the identifier 457 in which the transmitting / receiving device 12 is to be switched from the state ZI to the state Z3.
  • the transmitting / receiving device 12 uses a physical layer 451_P both in the arbitration phase 451 and in the frame end phase 453.
  • the transceiver 12 uses a physical layer 452_P in the data phase 452, which differs from the physical layer 451_P, as already described above and illustrated in FIGS. 6 and 7
  • the resXL bit is always sent with an L or 0 level in the frame 450.
  • the resXL bit may be used differently in subsequent formats to frame 450.
  • the device 15 Since the device 15 recognizes on the basis of the H level of the FDF bit and the XLF bit in the example of FIG. 9 that a switch is to be made to the data phase 452, the device 15 reverses the data flow at the connection RXD for the received signal RxD and during a bit AH sends the identifier 457 in a signal RxD1 via the connection RXD, as shown in FIG. 10 or FIG. In the example of FIG. 9, the identifier 457_Z3 is sent in the signal RxD1.
  • the identifier 457 has one bit if the transceiver 12 is from the state ZI during
  • Arbitration phase 451 for the data phase 452 is to be switched to the state Z2.
  • subscriber station 10 is only a receiver in data phase 452, has thus lost the arbitration and is therefore not allowed to transmit in data phase 452.
  • the transmitting / receiving device 12 therefore locks its driver or the transmission module 121 and switches the CAN wire pair
  • CAN_H / CAN_L for example high resistance.
  • Reception thresholds T_a, T_d adjusted as described above. Such a switchover and the state Z2 are illustrated in FIGS. 10 and 11.
  • the identifier 457 has two bits when the transceiver 12 is to be switched from the state ZI to the state Z3.
  • the evaluation module 125 causes the transmitter / receiver device 12 to switch from the state ZI to the state Z2 after the first pulse and then to the state Z3 after the second pulse. In the state Z3 the
  • Subscriber station 10 sends its message 45 in data phase 452, has thus won the arbitration and is therefore sender of message 45 in data phase 452.
  • Such a switchover and state Z3 are illustrated in FIG. 9 as well as in FIGS. 12 and 13 .
  • the state ZI can alternatively be referred to as the arbitration phase mode.
  • the state Z2 can alternatively be referred to as Rx data phase mode.
  • the state Z3 can alternatively be referred to as Tx data phase mode. If the evaluation shows that it is currently not (or no longer) to switch, the device 15 ends the reversal of the data flow at the connection RXD for the received signal RxD, so that the operating mode of FIG. 3 is again present.
  • the switchover signaling device 15 again provides signaling with an identifier 457 via the connection RXD.
  • the subscriber stations 10, 20, 30 may no longer be able to receive a signal from the bus 40 and thus no more generate valid signal RxD more. If the subscriber station 10 is a receiving subscriber station 10, which has thus lost the arbitration and is only the recipient of the frame 450 in the data phase 452, the subscriber station 10 is switched to the state Z2 in the data phase 452, as shown in FIG. In the case of the state Z2, the transmission signal TxD1 is held, for example, at the level H in the data phase 452, as shown in FIG. The subscriber station 10 is not allowed to transmit.
  • the transmission signal TxD1 can be kept at the L level in the data phase 452.
  • the at least one reception threshold T_d is adapted for the data mode as a receiver. In the case of an error in FIG. 10, the switchover of the physical layer 452_P of the data phase 452 to the physical layer 451_P cannot take place with the switchover described above using the identifier 457.
  • the communication control device 11 sends the identifier 455 if no more valid signal RxD is received at the connection RXD in the data phase 452 for a predetermined period of time TI.
  • the identifier 455 has a duration T2.
  • the transmitting / receiving device 12 switches from the state Z2 to the state ZI. Therefore, the physical layer 452_P of the data phase 452 is switched to the physical layer 451_P of the phases 451, 453.
  • the duration T2 of the identifier 455, that is to say of its at least one pulse, could for example be 200 ns.
  • the identifier 455 would thus be longer than a data bit in the data phase 452 and thus robustly to be received by the transceiver 12 at the connection TXD.
  • such an identifier 455 is significantly shorter than the shortest permitted arbitration bit time of 1000 ns, and can therefore be easily hidden in a bit.
  • the transmitting / receiving device 12 does not transmit the identifier 455 on the bus 40.
  • the transmitting / receiving device 12 can be the switching condition
  • the transmitting / receiving device 12 can also include the length or duration T2 of the identifier 455 or of the at least one pulse.
  • a minimum length or minimum duration T2 may be necessary here in order to prevent accidental switching.
  • the receiving subscriber station 10 does not normally transmit anything, which is why its signal TxD1 is constant. If, however, the transmission signal TxD1 changes due to the identifier 455, which has at least one pulse, then the transmitting / receiving device 12 must switch back to the state ZI, as shown in FIG. 11.
  • Transmit module 121 active in transmitter / receiver device 12 in order to drive the corresponding bus states for level 0 or 1 onto bus 40 in data phase 452, depending on the level of transmit signal TxD3.
  • Such an error can occur in particular due to a crash of the software of the communication control device 11 or due to the resetting of the hardware (hardware reset).
  • the communication control device 11 therefore sets the connection TXD to level 1, at least after the hardware and / or software has been restarted or when the hardware failure occurs, as shown in FIG. 13. If the transmitting / receiving device 12 at the connection TXD receives the level 1 for a predetermined period of time T3, the transmitting / receiving device 12 evaluates this as an identifier 455 at the connection TXD in order to switch the transmitting / receiving device 12 from the state Z3 to the state ZI to switch. Therefore, the physical layer 452_P of the data phase 452 is switched to the physical layer 451_P of the phases 451, 453.
  • the predetermined time T3 can be several arbitration bit times.
  • the predetermined duration T3 can have a duration of 6
  • the predetermined time period is T3 a duration which is longer than a duration of directly successive pulses of the same level that can occur in the third state Z3 in the transmission signal TxD or TxD1.
  • the predetermined period of time T3 is intended to ensure that the transmitting / receiving device 12 detects a timeout (TimeOut) after which the transmitting / receiving device 12 is to be switched to the ZI state.
  • the subscriber station 10 sends a bit stream to the bus in normal operation, as shown in FIG. 13 with the send signal TxD3 at the beginning of the data phase 452. Due to the stuff bits in CAN, a 0/1 bit sequence with a different number of 0 and 1 is always output to the transmitting / receiving device 12 at the TXD connection. If, however, a constant level arrives at the transmitting / receiving device 12 via the connection TXD for a certain time T3, the evaluation module 125 or the transmitting / receiving device 12 evaluates this in such a way that the frame 450 either has ended or was aborted . Consequently, the transmitting / receiving device 12 must switch to the ZI state.
  • the device 15 thus only changes the data flow at the connection RXD for the received signal RxD for signaling the switchover. Therefore, as usual, at the connection for the received signal RxD, the data are passed from the transceiver 12, more precisely its receiver 122, to the communication control device 11.
  • the device 15 can optionally also use the evaluation that has already been carried out by the
  • Communication control device 11 is performed.
  • the plausibility of the evaluation result of device 15 can thereby be checked. If necessary, one of the evaluations can be rated higher than the other, so that the evaluation can implement different security levels for the detection of the switchover.
  • the device 15 makes the switch from the
  • the transmitting / receiving device 12 has the information about this point in time in order to be able to switch to the fast data phase 452.
  • Communication control device 11 transmits the point in time of the bit rate switchover to the transmitting / receiving device 12. That is to say, the device 15 advantageously does not require any additional connection that is connected to a
  • the device 15 makes it possible that no integration of a protocol controller functionality in the transmitting / receiving device 12 is required.
  • a protocol controller could, among other things, recognize the switchover phase of the message 45 and initiate the data phase 452 as a function thereof. Since such an additional protocol controller would, however, require a considerable amount of space in the transmitting / receiving device 12 or the ASIC 16, the device 15 effects which additionally or alternatively the already existing
  • Functionality of the communication control device 11 can use, a significant reduction in the resource requirement.
  • the device 15 and the evaluation unit 125 offer a very uncomplicated and inexpensive solution for making the transceiver 12 aware of the switchover between the communication phases 451, 452, 453.
  • Device 15 configured at the transition from data phase 452 to
  • Frame end phase 453 not to output any signaling via the connection RXD. Instead, only the signaling is output via the TXD connection.
  • the predetermined time T2 or T3 is selected accordingly for this.
  • the signaling can be output via the TXD connection if the DH2 bit and the DL2 bit have been received.
  • the identifier 455 can be configured as shown for the identifier 457_Z1 in FIG. 9.
  • the evaluation unit 125 and / or the device 15 can also observe the state on the bus 40 in order to recognize a switchover condition.
  • a switchover condition can also be derived from the RxD signal. Since the RxD signal is a digital signal and the state on bus 40 is defined by the analog levels of CAN_H and CAN_L or CAN-XL_H and CAN-XL_L, the state on bus 40 contains more information. In such a case, however, the evaluation unit 125 and / or the device 15 requires a protocol controller.
  • the switching back of the transmitting / receiving device 12 to the arbitration mode (state ZI) is achieved even more reliably in that a further switchover condition is introduced.
  • the transceiver 12 switches from any state Z2, Z3 to the arbitration mode ( Condition ZI).
  • Subscriber station 10, 20, 30 switches back to the arbitration mode (state ZI) at the end of a frame 450, at the latest in the EOF field. This ensures that the bus 40 is not accidentally blocked by a transmitting / receiving device 12, in particular because the transmitting / receiving device 12 is switched to state Z3.
  • the switching back of the transmitting / receiving device 12 of the sending bus subscriber that is to say here the
  • the transceiver 12 automatically switches to the state ZI when it detects a conflict on the bus 40.
  • a conflict is present when at least two transmitting / receiving devices 12, 32 drive different levels onto the bus and therefore the transmit signal TxD is not passed on to the receive signal RxD.
  • the reception threshold T_d shown in the figures is based on the assumption that in the bus system 1 the bus states U_D0, U_D1 are driven inversely with respect to one another with the same VDIFF levels. Alternatively, however, it is possible to adapt the reception threshold T_d accordingly in the case when the bus states U_D0 and U_D1 with e.g. two different positive VDIFF levels can be driven.
  • Communication methods are used in which two different communication phases are used, in which the bus states differ, which are generated for the different communication phases.
  • the invention can be used in the development of other serial communication networks, such as Ethernet and / or 100 Base-Tl Ethernet, field bus systems, etc.
  • bus system 1 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 1 of the exemplary embodiments is arbitrary.
  • the subscriber station 20 in the bus system 1 can be omitted. It is possible for one or more of the subscriber stations 10 or 30 to be present in the bus system 1. It is conceivable that all subscriber stations in the bus system 1 are configured identically, that is to say only subscriber station 10 or only
  • Subscriber station 30 are available.
  • bit duration t_bt2 in the data phase 452 compared to the bit duration t_btl which is used in the arbitration phase 451 and frame end phase 453. In this case it is in the data phase

Abstract

Es ist eine Teilnehmerstation (10; 30) für ein serielles Bussystem (1) und ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem (1) bereitgestellt. Die Teilnehmerstation (10; 30) hat eine Kommunikationssteuereinrichtung (11; 31) zum Erzeugen eines Sendesignals (TxD; TxD1), um den Austausch von Nachrichten (45; 46) zwischen der Teilnehmerstation (10; 30) und mindestens einer anderen Teilnehmerstation (10; 20; 30) des Bussystems (1) zu steuern, einen Sendeanschluss (TXD) zum Ausgeben des Sendesignals von der Kommunikationssteuereinrichtung (11; 31) an eine Sende-/Empfangseinrichtung (12; 32), die ausgestaltet ist, basierend auf dem Sendesignal (TxD) ein Signal auf einen Bus (40) des Bussystems (1) zu senden, und eine Einrichtung (15; 35) zur Auswertung des Sendesignals (TxD; TxD1) und/oder zur Auswertung eines Empfangssignals (RxD; RxD1), das von der Sende-/Empfangseinrichtung (12; 32) aus dem von dem Bus (40) empfangenen Signal erzeugt wurde, wobei das Sendesignal (TxD; TxD1), derart ausgestaltet ist, dass die Sende-/Empfangseinrichtung (12; 32) in einer ersten Kommunikationsphase (451, 453) des Sendesignals (TxD; TxD1) in einen ersten Zustand (Z1) zum Senden des Sendesignals (TxD) auf den Bus (40) zu schalten ist und in einer zweiten Kommunikationsphase (452) in mindestens einen zweiten oder dritten Zustand (Z2, Z3) zum Senden des Sendesignals (TxD) auf den Bus (40) zu schalten ist, und wobei die Einrichtung (15; 35) ausgestaltet ist, über den Sendeanschluss (TXD) eine erste Kennung (455) an die Sende-/Empfangseinrichtung (12; 32) auszugeben, wenn die Auswertung der Einrichtung (15; 35) ergibt, dass die Sende-/Empfangseinrichtung (12; 32) von dem zweiten oder dritten Zustand (Z2, Z3) in den ersten Zustand (Z1) zu schalten ist.

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, das mit hoher Datenrate und großer Fehlerrobustheit arbeitet.
Stand der Technik
In einer technischen Anlage ist heutzutage häufig ein Bussystem vorgesehen, das eine Kommunikation zwischen Sensoren und Steuergeräten der Anlage ermöglicht. Insbesondere in Fahrzeugen, wird häufig 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 Busteilnehmern des Bussystems, wie Sensor, Steuergerät, Geber, usw., übertragen.
Oft ist gewünscht, dass technische Anlagen immer mehr Funktionen bieten. Dies gilt insbesondere für Fahrzeuge. Die zunehmende Anzahl der Funktionen bedingt, dass auch der Datenverkehr im Bussystem zunimmt. Noch dazu ist es oft gefordert, dass die Daten schneller vom Sender zum Empfänger zu übertragen sind als bisher. Folge davon ist, dass die geforderte Bandbreite des Bussystems weiter steigen wird.
Um Daten mit höherer Bitrate übertragen zu können als bei CAN, wurde im CAN FD Nachrichten- Format eine Option zur Umschaltung auf eine höhere Bitrate innerhalb einer Nachricht geschaffen. Bei solchen Techniken wird die maximal mögliche Datenrate durch Einsatz einer höheren Taktung im Bereich der Datenfelder über einen Wert von 1 MBil/s hinaus gesteigert. Solche Nachrichten werden nachfolgend auch als CAN FD-Rahmen oder CAN FD-Nachrichten bezeichnet. Bei CAN FD ist die Nutzdatenlänge von 8 auf bis zu 64 Bytes erweitert und sind die Datenübertragungsraten deutlich höher als bei CAN.
Vorteilhaft an einem CAN oder CAN FD basiertes Kommunikationsnetzwerk ist beispielsweise seine Robustheit gegen Fehler. Jedoch hat ein solches Netzwerk doch eine deutlich geringere Schnelligkeit im Vergleich zu einer
Datenübertragung bei zum Beispiel 100 Base-Tl Ethernet. Außerdem ist die bisher mit CAN FD erreichte Nutzdatenlänge von bis zu 64 Bytes für einige Anwendungen zu gering.
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, bei welchen bei großer Fehlerrobustheit eine hohe Datenrate und eine Steigerung der Menge der Nutzdaten pro Rahmen realisiert werden kann.
Die Aufgabe wird durch eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Teilnehmerstation hat eine
Kommunikationssteuereinrichtung zum Erzeugen eines Sendesignals, um den Austausch von Nachrichten zwischen der Teilnehmerstation und mindestens einer anderen Teilnehmerstation des Bussystems zu steuern, einen
Sendeanschluss zum Ausgeben des Sendesignals von der
Kommunikationssteuereinrichtung an eine Sende-/Empfangseinrichtung, die ausgestaltet ist, basierend auf dem Sendesignal ein Signal auf einen Bus des Bussystems zu senden, und eine Einrichtung zur Auswertung des Sendesignals und/oder zur Auswertung eines Empfangssignals, das von der Sende- /Empfangseinrichtung aus dem von dem Bus empfangenen Signal erzeugt wurde, wobei das Sendesignal, derart ausgestaltet ist, dass die Sende- /Empfangseinrichtung in einer ersten Kommunikationsphase des Sendesignals in einen ersten Zustand zum Senden des Sendesignals auf den Bus zu schalten ist und in einer zweiten Kommunikationsphase in mindestens einen zweiten oder dritten Zustand zum Senden des Sendesignals auf den Bus zu schalten ist, und wobei die Einrichtung ausgestaltet ist, über den Sendeanschluss eine erste Kennung an die Sende-/Empfangseinrichtung auszugeben, wenn die Auswertung der Einrichtung ergibt, dass die Sende-/Empfangseinrichtung von dem zweiten oder dritten Zustand in den ersten Zustand zu schalten ist.
Mit der Teilnehmerstation ist es insbesondere möglich, in einer ersten
Kommunikationsphase eine von CAN bekannte Arbitration beizubehalten und dennoch die Übertragungsrate gegenüber CAN oder CAN FD nochmals beträchtlich zu steigern. Dies kann dadurch erreicht werden, dass zwei
Kommunikationsphasen mit unterschiedlicher Bitrate verwendet werden und die Umschaltungen zwischen den beiden Kommunikationsphasen für die Sende- /Empfangseinrichtung sicher kenntlich gemacht wird. Dabei ermöglicht die Signalisierung auch, dass die Sende-/Empfangseinrichtung selbst bei
Fehlerfällen, wo die normale Zurückschaltung in den Arbitrationszustand aufgrund von starken Störungen nicht funktioniert hat, sicher von der zweiten Kommunikationsphase in die erste Kommunikationsphase umschalten kann. Als Folge davon ist eine deutliche Steigerung der Bitrate und damit der
Übertragungsgeschwindigkeit von Sender zum Empfänger realisierbar. Hierbei ist jedoch gleichzeitig eine große Fehlerrobustheit gewährleistet. Dies trägt mit dazu bei, eine Nettodaten rate von mindestens 10 Mbps zu realisieren. Noch dazu kann die Größe der Nutzdaten bis zu 4096 Byte pro Rahmen betragen.
Die Teilnehmerstation realisiert die Signalisierung an die Sende- /Empfangseinrichtung für die Umschaltung von der zweiten
Kommunikationsphase in die erste Kommunikationsphase über den Anschluss für ein Sendesignal. Dies ist besonders robust, weil dieser Anschluss oder die daran angeschlossene Leitung von einem Mikrokontroller der Teilnehmerstation getrieben wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass kein zusätzlicher
Anschluss zwischen dem Mikrokontroller und der Sende-/Empfangseinrichtung benötigt wird und diese Lösung damit sehr günstig zu realisieren ist. Noch dazu ist es bei der zuvor beschriebenen Ausgestaltung möglich, der Sende-/Empfangseinrichtung zusätzlich zu der zuvor beschriebenen ersten Signalisierungsmöglichkeit auch über den Anschluss für das Empfangssignal eine zweite Signalisierung für die vorzunehmende Umschaltung zwischen den beiden Kommunikationsphasen zu geben. Dadurch kann die Sicherheit der Umschaltung und damit die Robustheit der Kommunikation im Bussystem noch weiter erhöht werden. Insbesondere bietet die zuvor beschriebene erste
Signalisierungsmöglichkeit eine Notfallrückschaltung von der zweiten
Kommunikationsphase in die erste Kommunikationsphase.
Noch dazu kann der Puls für die zuvor beschriebene erste
Signalisierungsmöglichkeit verglichen mit einer Bitzeit in der zweiten
Kommunikationsphase oder einer Datenbitzeit lang sein. Dies gestaltet die Signalisierung unkritisch, so dass die Signalisierung günstig zu implementieren ist.
Daher ermöglicht die Einrichtung in dem Bussystem insbesondere, in einer ersten Kommunikationsphase eine von CAN bekannte Arbitration beizubehalten und dennoch die Übertragungsrate gegenüber CAN oder CAN FD nochmals beträchtlich zu steigern.
Das von der Einrichtung durchgeführte Verfahren kann auch zum Einsatz kommen, wenn in dem Bussystem auch mindestens eine CAN FD tolerante CAN-Teilnehmerstation, die gemäß dem Standard der ISO 11898-1:2015 ausgestaltet ist, und/oder mindestens eine CAN FD Teilnehmerstation vorhanden sind/ist, die Nachrichten nach dem CAN-Protokoll und/oder CAN FD Protokoll senden/sendet.
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Teilnehmerstation sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einer Option ist die erste Kennung zum Umschalten von dem zweiten Zustand in den ersten Zustand ein Puls, der invers zu einem bisherigen Pegel des Sendesignals ist, und die erste Kennung zum Umschalten von dem dritten Zustand in den ersten Zustand hat einen Pegel, der eine Zeitdauer hat, die länger als eine Zeitdauer von direkt aufeinanderfolgenden Pulsen gleichen Pegels ist, die in dem dritten Zustand in dem Sendesignal auftreten können.
Optional sind Buszustände des in der ersten Kommunikationsphase von dem Bus empfangenen Signals mit einem anderen Physical Layer erzeugt als Buszustände des in der zweiten Kommunikationsphase empfangenen Signals.
Möglicherweise haben Bits des Sendesignals in der ersten
Kommunikationsphase eine Bitzeit, die um mindestens den Faktor 10 größer als eine Bitzeit von Bits der zweiten Kommunikationsphase ist. Hierbei kann die erste Kennung zum Umschalten von dem zweiten Zustand in den ersten Zustand eine Zeitdauer haben, die kleiner als eine Bitzeit der ersten
Kommunikationsphase ist und größer als eine Bitzeit der zweiten
Kommunikationsphase ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung ausgestaltet, über den Sendeanschluss die Kennung an die Sende-/Empfangseinrichtung auszugeben, wenn die Auswertung der Einrichtung ergibt, dass der Pegel des
Empfangssignals in der zweiten Kommunikationsphase für eine vorbestimmte Zeitdauer konstant ist.
Möglicherweise ist die Einrichtung ausgestaltet, das Empfangssignal mit dem Sendesignal zu vergleichen, um zu bestimmen, ob über den Sendeanschluss die erste Kennung zu senden ist, welche der Sende-/Empfangseinrichtung eine Schaltung in ihren ersten Zustand zum Senden des Signals auf den Bus anzeigt.
Die Teilnehmerstation kann zudem einen Empfangsanschluss haben zum Ausgeben des digitalen Empfangssignals von der Sende-/Empfangseinrichtung an die Kommunikationssteuereinrichtung, wobei die Einrichtung ausgestaltet ist, das digitale Empfangssignal mit dem digitalen Sendesignal zu vergleichen, um zu bestimmen, ob der Datenfluss am Empfangsanschluss für die Zeitdauer von mindestens einem Bit umzukehren ist, um über den Empfangsanschluss eine zweite Kennung zu senden, welche der Sende-/Empfangseinrichtung eine Umschaltung zwischen ihren Zuständen zum Senden des Signals auf den Bus anzeigt. Optional ist die Einrichtung ausgestaltet, die Kommunikationssteuereinrichtung zu veranlassen, in der Zeit, in welcher die Einrichtung den Datenfluss des digitalen Empfangssignals umkehrt, an dem Anschluss für das digitale
Empfangssignal die zweite Kennung mit einem vorbestimmten Wert an die Sende-/Empfangseinrichtung zu senden. Hierbei kann die zweite Kennung ein Bit mit einem vorbestimmten Wert sein. Alternativ oder zusätzlich ist die zweite Kennung ein vorbestimmtes Bitmuster.
Die zuvor beschriebene Teilnehmerstation kann die Sende-/Empfangseinrichtung aufweisen, welche optional ein Sendemodul zum Senden von Nachrichten als das Signal auf den Bus und ein Empfangsmodul zum Empfang des Signals von dem Bus aufweist, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung ausgestaltet ist, ihr Sendemodul zu verriegeln, so dass das Sendesignal von dem Sendeanschluss nicht auf den Bus gesendet wird, wenn die Sende-/Empfangseinrichtung in den zweiten Zustand geschaltet ist.
Möglicherweise weist die Kommunikationssteuereinrichtung die Einrichtung auf.
Denkbar ist, dass in der ersten Kommunikationsphase ausgehandelt wird, welche der Teilnehmerstationen des Bussystems in der nachfolgenden zweiten
Kommunikationsphase einen zumindest zeitweise exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus bekommt.
Die zuvor beschriebene Teilnehmerstation kann Teil eines Bussystems sein, das zudem einen Bus und mindestens zwei Teilnehmerstationen umfasst, welche über den Bus derart miteinander verbunden sind, dass sie seriell miteinander kommunizieren können. Hierbei ist mindestens eine der mindestens zwei Teilnehmerstationen eine zuvor beschriebene Teilnehmerstation.
Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem nach Anspruch 15 gelöst. Das Verfahren wird mit einer Teilnehmerstation für ein Bussystem ausgeführt, die eine
Kommunikationssteuereinrichtung, einen Sendeanschluss und eine Einrichtung aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, Erzeugen, mit der Kommunikationssteuereinrichtung, eines Sendesignals, um den Austausch von Nachrichten zwischen der Teilnehmerstation und mindestens einer anderen Teilnehmerstation des Bussystems zu steuern, Ausgeben, mit dem
Sendeanschluss, des Sendesignals von der Kommunikationssteuereinrichtung an eine Sende-/Empfangseinrichtung, die ausgestaltet ist, basierend auf dem Sendesignal ein Signal auf einen Bus des Bussystems zu senden, wobei das Sendesignal, derart ausgestaltet ist, dass die Sende-/Empfangseinrichtung in einer ersten Kommunikationsphase des Sendesignals in einen ersten Zustand zum Senden des Sendesignals auf den Bus zu schalten ist und in einer zweiten Kommunikationsphase in mindestens einen zweiten oder dritten Zustand zum Senden des Sendesignals auf den Bus zu schalten ist, Auswerten, mit der Einrichtung, des Sendesignals und/oder eines Empfangssignals, das von der Sende-/Empfangseinrichtung aus dem von dem Bus empfangenen Signal erzeugt wurde, und Ausgeben, mit der Einrichtung über den Sendeanschluss einer ersten Kennung an die Sende-/Empfangseinrichtung, wenn die Auswertung der Einrichtung ergibt, dass die Sende-/Empfangseinrichtung von dem zweiten oder dritten Zustand in den ersten Zustand zu schalten ist.
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 einer Sende-/Empfangseinrichtung für eine Teilnehmerstation des
Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gesendet werden können;
Fig. 3 ein vereinfachtes schematisches Blockschaltbild einer Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer ersten
Betriebsart;
Fig. 4 ein vereinfachtes schematisches Blockschaltbild der Teilnehmerstation von Fig. 3 in einer zweiten Betriebsart;
Fig. 5 ein Beispiel für einen zeitlichen Verlauf eines digitalen Sendesignals TxD, das von einer Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel auf einen Bus des Bussystems gesendet wird;
Fig. 6 einen zeitlichen Verlauf von analogen Bussignalen CAN-XL_H und CAN- XL_L, die sich im Normalbetrieb in Folge des Sendesignals TxD von Fig. 5 auf dem Bus einstellen;
Fig. 7 einen zeitlichen Verlauf einer Differenzspannung VDIFF, die aus den Bussignalen CAN-XL_H und CAN-XL_L von Fig. 6 resultiert;
Fig. 8 einen zeitlichen Verlauf eines digitalen Empfangssignals RxD, das eine Teilnehmerstation des Bussystems von dem Bus empfängt und aus den Signalen von Fig. 6 und Fig. 7 erzeugt;
Fig. 9 ein Beispiel für den zeitlichen Verlauf von Signalen beim Umschalten der Betriebsarten bzw. Betriebszustände der Sende-/Empfangseinrichtung der Teilnehmerstation von Fig. 3 und Fig. 4 zwischen den verschiedenen
Kommunikationsphasen einer Nachricht;
Fig. 10 und Fig. 11 ein Beispiel für einen zeitlichen Verlauf von Signalen RxDl, TxDl, welche eine Kommunikationssteuereinrichtung der Teilnehmerstation gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel an ihren Anschlüssen TXD, RXD treibt, wenn die Teilnehmerstation nur Empfänger einer Nachricht von dem Bus ist; und Fig. 12 und Fig. 13 ein Beispiel für einen zeitlichen Verlauf von Signalen RxDl, TxDl, welche eine Kommunikationssteuereinrichtung der Teilnehmerstation gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel an ihren Anschlüssen TXD, RXD treibt, wenn die Teilnehmerstation als Sender einer Nachricht auf den Bus agiert.
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 1, das insbesondere grundlegend für ein CAN-Bussystem, ein CAN FD-Bussystem, ein CAN XL-Bussystem, und/oder Abwandlungen davon, ausgestaltet ist, wie nachfolgend beschrieben. Das Bussystem 1 kann in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, einem Flugzeug, usw., oder im Krankenhaus usw. Verwendung finden.
In Fig. 1 hat das Bussystem 1 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 Differenz- 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 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 Umschaltsignalisierungseinrichtung 15. Die Teilnehmerstation 20 hat dagegen eine Kommunikationssteuereinrichtung 21 und eine Sende- /Empfangseinrichtung 22. Die Teilnehmerstation 30 hat eine Kommunikationssteuereinrichtung 31, eine Sende-/Empfangseinrichtung 32 und eine Umschaltsignalisierungseinrichtung 35. 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 Kommunikationssteuereinrichtung 11 erstellt und liest erste Nachrichten 45, die beispielsweise modifizierte CAN Nachrichten 45 sind. Hierbei sind die modifizierten CAN Nachrichten 45 auf der Grundlage eines CAN XL-Formats aufgebaut, das in Bezug auf Fig. 2 detaillierter beschrieben ist.
Die Kommunikationssteuereinrichtung 21 kann wie ein herkömmlicher CAN- Controller nach ISO 11898-1:2015 ausgeführt sein. Die
Kommunikationssteuereinrichtung 21 erstellt und liest zweite Nachrichten 46, beispielsweise Classical CAN-Nachrichten 46. Die Classical CAN-Nachrichten 46 sind gemäß dem Classical Basisformat aufgebaut, bei welchem in der Nachricht 46 eine Anzahl von bis zu 8 Datenbytes umfasst sein können. Alternativ ist die Classical CAN-Nachricht 46 als CAN FD Nachricht aufgebaut, bei welcher eine Anzahl von bis zu 64 Datenbytes umfasst sein können, die noch dazu mit einer deutlich schnelleren Datenrate als bei der Classical CAN-Nachricht 46 übertragen werden. Im letzteren Fall ist die Kommunikationssteuereinrichtung 21 wie ein herkömmlicher CAN FD-Controller ausgeführt.
Die Kommunikationssteuereinrichtung 31 kann ausgeführt sein, um je nach Bedarf eine CAN XL-Nachricht 45 oder eine Classical CAN-Nachricht 46 für die Sende-/Empfangseinrichtung 32 bereitzustellen oder von dieser zu empfangen. Die Kommunikationssteuereinrichtung 31 erstellt und liest also eine erste Nachricht 45 oder zweite Nachricht 46, wobei sich die erste und zweite Nachricht 44, 46 durch ihren Datenübertragungsstandard unterscheiden, nämlich in diesem Fall CAN XL oder CAN. Alternativ ist die Classical CAN-Nachricht 46 als CAN FD Nachricht aufgebaut. Im letzteren Fall ist die Kommunikationssteuereinrichtung 31 wie ein herkömmlicher CAN FD-Controller ausgeführt.
Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 kann bis auf die nachfolgend noch genauer beschriebenen Unterschiede als CAN XL-Transceiver ausgeführt sein. Die Sende-/Empfangseinrichtung 22 kann wie ein herkömmlicher CAN Transceiver oder CAN FD Transceiver ausgeführt sein. Die Sende-/Empfangseinrichtung 32 kann ausgeführt sein, um je nach Bedarf Nachrichten 45 gemäß dem CAN XL- Format oder Nachrichten 46 gemäß dem derzeitigen CAN-Basisformat für die Kommunikationssteuereinrichtung 31 bereitzustellen oder von dieser zu empfangen. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 32 sind zusätzlich oder alternativ wie ein herkömmlicher CAN FD Transceiver ausführbar.
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 für die Nachricht 45 einen CAN XL Rahmen 450, wie er von der Sende-/Empfangseinrichtung 12 oder der Sende-/Empfangseinrichtung 32 gesendet wird. Der CAN XL-Rahmen 450 ist für die CAN-Kommunikation auf dem Bus 40 in unterschiedliche Kommunikationsphasen 451 bis 453 unterteilt, nämlich eine Arbitrationsphase 451, eine Datenphase 452 und eine
Rahmenendphase 453.
In der Arbitrationsphase 451 wird mit Hilfe eines Identifizierers bitweise zwischen den Teilnehmerstationen 10, 20, 30 ausgehandelt, welche Teilnehmerstation 10, 20, 30 die Nachricht 45, 46 mit der höchsten Priorität senden möchte und daher für die nächste Zeit zum Senden in der anschließenden Datenphase 452 einen exklusiven Zugriff auf den Bus 40 des Bussystems 1 bekommt.
In der Datenphase 452 werden die Nutzdaten des CAN XL-Rahmens bzw. der Nachricht 45 gesendet. Die Nutzdaten können entsprechend dem Wertebereich eines Datenlängecodes beispielsweise bis zu 4096 Bytes oder einen größeren Wert aufweisen. In der Rahmenendphase 453 kann beispielsweise in einem Prüfsummenfeld eine Prüfsumme über die Daten der Datenphase 452 einschließlich der Stuffbits enthalten sein, die vom Sender der Nachricht 45 nach jeweils einer
vorbestimmten Anzahl von gleichen Bits, insbesondere 10 gleichen Bits, als inverses Bit eingefügt werden. Zudem kann in einem Endefeld in der
Rahmenendphase 453 mindestens ein Acknowledge-Bit enthalten sein.
Außerdem kann eine Folge von 11 gleichen Bits vorhanden sein, welche das Ende des CAN XL-Rahmens 450 anzeigen. Mit dem mindestens einen
Acknowledge-Bit kann mitgeteilt werden, ob ein Empfänger in dem empfangenen CAN XL-Rahmen 450 bzw. der Nachricht 45 einen Fehler entdeckt hat oder nicht.
In der Arbitrationsphase 451 und der Rahmenendphase 453 wird 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).
Ein wichtiger Punkt während der Phasen 451, 453 ist, dass das bekannte CSMA/CR-Verfahren Verwendung findet, 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 1 relativ einfach weitere Bus-Teilnehmerstationen 10, 20, 30 hinzugefügt werden, was sehr vorteilhaft ist.
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 beginnt ein Senden von Bits der Datenphase 452 auf den Bus 40 erst, wenn die Teilnehmerstation 10 als der Sender die Arbitration gewonnen hat und die Teilnehmerstation 10 als Sender damit zum
Senden einen exklusiven Zugriff auf den Bus 40 des Bussystems 1 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 ggf. Anpassung bewährter Eigenschaften, die für die Robustheit und Anwenderfreundlichkeit von CAN und CAN FD verantwortlich sind, insbesondere Rahmenstruktur mit Identifier und Arbitrierung nach dem CSMA/CR- Verfahren,
b) Steigerung der Netto-Datenübertragungsrate auf etwa 10 Megabit pro Sekunde, c) Anheben der Größe der Nutzdaten pro Rahmen auf etwa 4kbyte.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen den grundlegenden Aufbau der Teilnehmerstation 10 mit der Kommunikationssteuereinrichtung 11, der Sende-/Empfangseinrichtung 12 und der Umschaltsignalisierungseinrichtung 15. Über einen Sendeanschluss
TXD, der nachfolgend auch TXD-Anschluss genannt wird, kann die
Kommunikationssteuereinrichtung 11 ein TxD-Signal und/oder eine Kennung 455 an die Sende-/Empfangseinrichtung 12 senden. Über einen Empfangsanschluss RXD, der nachfolgend auch RXD-Anschluss genannt wird, kann die Sende- /Empfangseinrichtung 12 ein RxD-Signal an die
Kommunikationssteuereinrichtung 11 senden, wie in Fig. 3 veranschaulicht.
Zudem kann die Kommunikationssteuereinrichtung 11 über den RXD-Anschluss eine Kennung 457 an die Sende-/Empfangseinrichtung 12 senden, wie in Fig. 4 veranschaulicht. Hierfür wird der Datenfluss an dem RXD-Anschluss von der
Richtung gemäß Fig. 3 zeitweise umkehrt. Die Umkehrung des Datenflusses am Anschluss RXD für das Signal RxD ist insbesondere mit einem Schalter oder
Schaltblock mit mindestens einem Transistor ausführbar.
Die Teilnehmerstation 30 ist in ähnlicher Weise aufgebaut, wie in Fig. 3 und Fig.
4 gezeigt, außer dass die Umschaltsignalisierungseinrichtung 35 nicht in die
Kommunikationssteuereinrichtung 31 integriert ist, sondern separat von der
Kommunikationssteuereinrichtung 31 und der Sende-/Empfangseinrichtung 32 vorgesehen ist. Daher werden die Teilnehmerstation 30 und die Einrichtung 35 nicht separat beschrieben. Die nachfolgend beschriebenen Funktionen der Umschaltsignalisierungseinrichtung 15 sind bei der
Umschaltsignalisierungseinrichtung 35 identisch vorhanden.
Gemäß Fig. 3 und Fig. 4 hat die Teilnehmerstation 10 zusätzlich zu der
Kommunikationssteuereinrichtung 11, der Sende-/Empfangseinrichtung 12 und der Einrichtung 15 zudem einen Mikrocontroller 13, welchem die
Kommunikationssteuereinrichtung 11 zugeordnet ist, und eine System-ASIC 16 (ASIC = Anwendungsspezifische Integrierte Schaltung), die alternativ ein System Basis-Chip (SBC) sein kann, auf dem mehrere für eine Elektronik-Baugruppe der Teilnehmerstation 10 notwendige Funktionen zusammengefasst sind. In dem System-ASIC 16 ist zusätzlich zu der Sende-/Empfangseinrichtung 12 eine Energieversorgungseinrichtung 17 eingebaut, welche die Sende- /Empfangseinrichtung 12 mit elektrischer Energie versorgt. Die
Energieversorgungseinrichtung 17 liefert üblicherweise eine Spannung
CAN_Supply von 5 V. Je nach Bedarf kann die Energieversorgungseinrichtung 17 jedoch eine andere Spannung mit einem anderen Wert liefern. Zusätzlich oder alternativ kann die Energieversorgungseinrichtung als Stromquelle ausgestaltet sein.
Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 hat zudem ein Sendemodul 121, ein
Empfangsmodul 122, und ein Auswertemodul 125. Das Auswertemodul 125 kann als Schaltblock ausgestaltet sein, der insbesondere mindestens einen Transistor aufweist. Dies ist nachfolgend noch genauer beschrieben.
Auch wenn nachfolgend immer von der Sende-/Empfangseinrichtung 12 gesprochen ist, ist es alternativ möglich, das Empfangsmodul 122 in einer separaten Einrichtung extern von dem Sendemodul 121 vorzusehen. Das Sendemodul 121 und das Empfangsmodul 122 können wie bei einer
herkömmlichen Sende-/Empfangseinrichtung 22 aufgebaut sein. Das
Sendemodul 121 kann insbesondere mindestens einen Operationsverstärker und/oder einen Transistor aufweisen. Das Empfangsmodul 122 kann
insbesondere mindestens einen Operationsverstärker und/oder einen Transistor aufweisen. Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 ist an den Bus 40 angeschlossen, genauer gesagt dessen erste Busader 41 für CAN_H oder CAN-XL_H und dessen zweite Busader 42 für CAN_L oder CAN-XL_L. Über mindestens einen Anschluss 43 erfolgt die Spannungsversorgung für die Energieversorgungseinrichtung 17 zum Versorgen der ersten und zweiten Busader 41, 42 mit elektrischer Energie, insbesondere mit der Spannung CAN-Supply. Die Verbindung mit Masse bzw. CAN_GND ist über einen Anschluss 44 realisiert. Die erste und zweite Busader 41, 42 sind mit einem Abschlusswiderstand 49 terminiert.
Die erste und zweite Busader 41, 42 sind in der Sende-/Empfangseinrichtung 12 mit dem Sendemodul 121, das auch als Transmitter bezeichnet wird, und mit dem Empfangsmodul 122 verbunden, das auch als Receiver bezeichnet wird, auch wenn die Verbindung in Fig. 3 und Fig. 4 zur Vereinfachung nicht gezeigt ist.
Im Betrieb des Bussystems 1 setzt das Sendemodul 121 ein Sendesignal TxD oder TxD, das in Fig. 5 gezeigt ist und von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 erzeugt wurde, in entsprechende Signale CAN-XL_H und CAN-XL_L gemäß Fig. 6 für die Busadern 41, 42 um und sendet diese Signale CAN-XL_H und CAN-XL_L an den Anschlüssen für CAN-XL_H und CAN-XL_L auf den Bus 40. Auf dem Bus 40 bildet sich in Folge der Signale von Fig. 6 eine
Differenzspannung VDI FF = CAN-XL_H - CAN-XL_L aus, die in Fig. 7 veranschaulicht ist.
Das Empfangsmodul 122 bildet aus den von dem Bus 40 empfangenen Signalen CAN-XL_H und CAN-XL_L gemäß Fig. 6 bzw. deren Differenzspannung VDI FF gemäß Fig. 7 ein Empfangssignal RxD, wie in Fig. 8 gezeigt, und gibt dieses an die Kommunikationssteuereinrichtung 11 weiter.
Mit Ausnahme eines Leerlauf- oder Bereitschaftszustands (Idle oder Standby), hört die Sende-/Empfangseinrichtung 12 mit dem Empfangsmodul 122 im Normalbetrieb immer auf eine Übertragung von Daten bzw. Nachrichten 45, 46 auf dem Bus 40 und zwar unabhängig davon, ob die Sende- /Empfangseinrichtung 12 Sender der Nachricht 45 ist oder nicht. Auch wenn dies in Fig. 5 bis Fig. 8 nicht explizit angegeben ist, hat die Bitrate in den Phasen 451, 453, also bei Arbitration und Rahmenende, einen Wert von maximal 1 Mbit/s. Dagegen kann die Bitrate in der Datenphase 452 den gleichen Wert haben, wie in Fig. 6 bis Fig. 6 gezeigt. Alternativ kann die Bitrate in der Datenphase 452 einen höheren Wert als in den Phasen 451, 453 haben, insbesondere 8 Mbit/s oder 10 Mbit/s oder noch höher. Bei einer solchen
Alternative ist eine Bitzeit t_btl in den Phasen 451, 453 deutlich länger als eine Bitzeit t_bt2 in der Datenphase 452.
Gemäß dem Beispiel von Fig. 6 haben die Signale CAN-XL_H und CAN-XL_L in den zuvor genannten Kommunikationsphasen 451, 453 die dominanten und rezessiven Buspegel 401, 402, wie von CAN bekannt. Dagegen unterscheiden sich die Signale CAN-XL_H und CAN-XL_L in der Datenphase 452 von den herkömmlichen Signalen CAN_H und CAN_L, wie nachfolgend noch genauer beschrieben.
Wie aus dem linken Teil von Fig. 6 ablesbar, treibt das Sendemodul 121 nur in den zuvor genannten Kommunikationsphasen 451, 453 die dominanten
Zustände 402 der differentiellen Signale CAN-XL_H und CAN-XL_L
unterschiedlich. Dagegen sind die Buspegel auf den Busadern 41, 42 für die rezessiven Zustände 401 in den zuvor genannten Kommunikationsphasen 451, 453 gleich der Spannung Vcc bzw. CAN-Supply von beispielsweise etwa 2,5 V. Somit ergibt sich für eine Spannung VDI FF = CAN-XL_H - CAN-XL_L für die rezessiven Zustände 401 (logische ,1‘ bzw. H des Sendesignals TxD) ein Wert von 0V und für die dominanten Zustände 402 (logische ,0‘ bzw. L des
Sendesignals TxD) ein Wert von ca. 2,0 V.
Erkennt die Sende/Empfangseinrichtung 12 das Ende der Arbitrationsphase 451, so wird die Sende/Empfangseinrichtung 12 in eine zweite Betriebsart umgeschaltet. In der zweiten Betriebsart wird das Sendemodul 121 der Sende- /Empfangseinrichtung 12, wenn die Teilnehmerstation 10 in der Phase 451 die Arbitration verloren hat und daher in der Datenphase 452 nicht senden darf, von einem Zustand ZI, in welchem die Buszustände 401, 402 gemäß dem linken Teil von Fig. 6 bzw. Fig. 7 erzeugt werden, für die Datenphase 452 in einen zweiten Zustand Z2 geschaltet, in welchem die Sende/Empfangseinrichtung 12 in der folgenden Datenphase 452 nur als Empfänger agiert. In diesem Fall wird die Sende-/Empfangseinrichtung 12, genauer gesagt ihr Empfangsmodul 122, somit von einer ersten Betriebsart in eine zweite Betriebsart umgeschaltet. Dagegen wird das Sendemodul 121 der Sende-/Empfangseinrichtung 12, wenn die Teilnehmerstation 10 die Arbitration gewonnen hat und daher ihre Nachricht 45 auf den Bus 40 senden darf, in der zweiten Betriebsart in einen Zustand Z3 umgeschaltet, in welchem aus den Datenzuständen Data_0 bzw. L und Data_l bzw. H des Sendesignals TXD von Fig. 5 die Buszustände U_D0, U_D1 gemäß dem rechten Teil von Fig. 6 bzw. Fig. 7 erzeugt werden. Die Sende- /Empfangseinrichtung 12, genauer gesagt ihr Sendemodul 121 wird somit von einer ersten Betriebsart in eine zweite Betriebsart oder von einem Zustand ZI in einen Zustand Z2 und/oder in einen Zustand Z3 umgeschaltet.
Die Abfolge der Datenzustände Data_0 bzw. L und Data_l bzw. H in dem
Sendesignal TxD von Fig. 5 und somit der daraus resultierenden Buszustände U_D0, U_D1 für die Signale CAN-XL_H, CAN-XL_L in Fig. 6 und der daraus resultierende Verlauf der Spannung VDI FF von Fig. 7 dient nur der
Veranschaulichung der Funktion der Sende-/Empfangseinrichtung 12. Die Abfolge der Datenzustände Data_0 bzw. L und Data_l bzw. H in dem
Sendesignal TxD und somit der daraus resultierenden Buszustände U_D0, U_D1 ist je nach Bedarf wählbar.
Bei den zuvor beschriebenen Zuständen sind auf der Busleitung des Busses 40 bei dem Zustand Data_0 Buspegel zwischen etwa -0,6 V und etwa -2 V und bei dem Zustand Data_l Buspegel zwischen etwa 0,6 V und etwa 2 V vorhanden.
Bei den Zuständen Data_0 und Data_l hat die Differenzspannung VDI FF = CAN- XL_H - CAN-XL_L also insbesondere eine maximale Amplitude von etwa 1,4 V, auch wenn Fig. 7 in einem speziellen Beispiel eine Amplitude für VDI FF als 2 V darstellt.
Mit anderen Worten erzeugt das Sendemodul 121 gemäß Fig. 6 in einer ersten Betriebsart einen ersten Datenzustand, beispielsweise Data_0 bzw. L, als Buszustand 402 mit unterschiedlichen Buspegeln für zwei Busadern 41, 42 der Busleitung und einen zweiten Datenzustand, beispielsweise Data_l bzw. H, als Buszustand 401 mit demselben Buspegel für die zwei Busadern 41, 42 der Busleitung des Busses 40.
Beim Umschalten zwischen der Arbitrationsphase 451 und der Datenphase 452 stellt sich beispielsweise ein Buszustand 403 ein.
Außerdem bildet das Sendemodul 121 für die zeitlichen Verläufe der Signale CAN-XL_H, CAN-XL_L in einer zweiten Betriebsart, welche die Datenphase 452 umfasst, den ersten und zweiten Datenzustand Data_0, Data_l jeweils als Buszustand U_D0, U_D1 mit unterschiedlichen Buspegeln für die zwei Busadern 41, 42 der Busleitung des Busses 40. Dies ist in Fig. 6 und Fig. 7 gezeigt.
Wie in Fig. 7 dargestellt, verwendet das Empfangsmodul 122 in den
Kommunikationsphasen 451, 453 die von CAN/CAN-FD bekannte erste
Empfangsschwelle T_a, insbesondere mit der typischen Lage von 0,7 V gemäß der ISO11898-2:2016, um die Buszustände 401, 402 in der ersten Betriebsart sicher erkennen zu können. Dagegen verwendet das Empfangsmodul 122 in der Datenphase 452 eine Empfangsschwelle T_d, welche bei etwa 0 V liegt. Optional sind zusätzliche Empfangsschwellen verwendbar.
Die Umschaltsignalisierungseinrichtung 15 von Fig. 3 und Fig. 4 ist ausgestaltet, in einer vom Bus 40 empfangenen Nachricht 45 zu erkennen, wann zwischen den Kommunikationsphasen 451, 452 oder zwischen den
Kommunikationsphasen 452, 453 umzuschalten ist. Hierfür kann die
Umschaltsignalisierungseinrichtung 15 das in dem Bussystem 1 verwendete Kommunikationsprotokoll für Nachrichten 45, genauer gesagt für Rahmen 450 von Fig. 2, zumindest teilweise interpretieren. Außerdem kann die
Umschaltsignalisierungseinrichtung 15 mit der Kennung 457 verschiedene Zustände ZI, Z2, Z3 signalisieren, in welche die Sende-/Empfangseinrichtung 12 beim Umschalten zu schalten ist. Hierfür verwendet die
Umschaltsignalisierungseinrichtung 15 und/oder die
Kommunikationssteuereinrichtung 11 nach Umkehrung des Signalflusses am RXD-Anschluss eine der Kennungen 457_Z1, 457_Z2, 457_Z3, wie nachfolgend in Bezug auf Fig. 9 bis Fig. 13 genauer beschrieben. Das Auswertemodul 125 wertet die Kennungen 457_Z1, 457_Z2, 457_Z3 aus, um die Sende- /Empfangseinrichtung 12 in die jeweiligen Zustände ZI, Z2, Z3 zu schalten, die von der Kennung 457, 457_Z1, 457_Z2, 457_Z3 vorgegeben werden.
Fig. 9 zeigt auf der linken Seite Signale TxD, RxD, RxDJ in einem ersten Umschaltabschnitt. Das Signal TxD ist ein Sendesignal TxD für einen Rahmen 450 am Übergang zur Datenphase 452 an dem TXD-Anschluss der
Teilnehmerstation 10. Das Signal RxD ist das resultierende Empfangssignal RxD, das die Sende-/Empfangseinrichtung 12 über den Anschluss RXD an die Kommunikationssteuereinrichtung 11 sendet. Das Signal RxDJ ist ein
Empfangssignal RxDJ, welches die Sende-/Empfangseinrichtung 12 an dem Anschluss RXD sieht, da die Kommunikationssteuereinrichtung 11 nach
Umkehrung des RXD-Anschlusses, wie in Fig. 4 gezeigt und zuvor beschrieben, mit einem Signal RxDl (Fig. 12) eine Kennung 457_Z3 über den RXD-Anschluss sendet. Die Kennung 457_Z3 ist die Kennung 457, bei welcher die Sende- /Empfangseinrichtung 12 von dem Zustand ZI in den Zustand Z3 umzuschalten ist.
Auf der rechten Seite von Fig. 9 ist der zweite Umschaltabschnitt des Signals TxD, RxD, RxDJ bei der Umschaltung von der Datenphase 452 in die
Rahmenendphase 453 gezeigt. Zwischen dem ersten und zweiten
Umschaltabschnitt von Fig. 9 ergeben sich die Pegel des Signals TxD und somit der resultierenden RxD, RxDJ aus den jeweils zu sendenden Nutzdaten, was mit gestrichelten Linien für die Signale TxD, RxD, RxDJ dargestellt ist
Wie in Fig. 9 gezeigt, verwendet die Sende-/Empfangseinrichtung 12 sowohl in der Arbitrationsphase 451 als auch in der Rahmenendphase 453 einen Physical Layer 451_P. Dagegen verwendet die Sende-/Empfangseinrichtung 12 in der Datenphase 452 einen Physical Layer 452_P, der sich von dem Physical Layer 451_P unterscheidet, wie bereits zuvor beschrieben und in Fig. 6 und Fig. 7 veranschaulicht
In dem Sendesignal TxD signalisieren die Pegel H oder 1 des FDF-Bits und des XLF-Bits, dass in die Datenphase 452 eines Rahmens 450 umzuschalten ist. Das resXL-Bit wird in dem Rahmen 450 immer mit einem Pegel L oder 0 gesendet. Das resXL-Bit kann in Nachfolgeformaten zu dem Rahmen 450 anders verwendet werden.
Da die Einrichtung 15 aufgrund der H-Pegel des FDF-Bits und des XLF-Bits bei dem Beispiel von Fig. 9 erkennt, dass eine Umschaltung in die Datenphase 452 vorzunehmen ist, kehrt die Einrichtung 15 den Datenfluss am Anschluss RXD für das Empfangssignal RxD um und sendet während eines Bits AH die Kennung 457 in einem Signal RxDl über den Anschluss RXD, wie in Fig. 10 oder Fig. 12 gezeigt. Bei dem Beispiel von Fig. 9 wird die Kennung 457_Z3 in dem Signal RxDl gesendet.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die Kennung 457 ein Bit, wenn die Sende-/Empfangseinrichtung 12 von dem Zustand ZI während der
Arbitrationsphase 451 für die Datenphase 452 in den Zustand Z2 umzuschalten ist. In dem Zustand Z2 ist die Teilnehmerstation 10 in der Datenphase 452 nur Empfänger, hat also die Arbitration verloren und darf somit in der Datenphase 452 nicht senden. Daher verriegelt die Sende-/Empfangseinrichtung 12 ihren Treiber bzw. das Sendemodul 121 und schaltet das CAN Adernpaar
CAN_H/CAN_L beispielsweise hochohmig. Außerdem werden die
Empfangsschwellen T_a, T_d angepasst, wie zuvor beschrieben. Eine derartige Umschaltung und der Zustand Z2 sind in Fig. 10 und Fig. 11 veranschaulicht.
Zudem hat die Kennung 457 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Bits, wenn die Sende-/Empfangseinrichtung 12 von dem Zustand ZI in den Zustand Z3 umzuschalten ist. Bei einer derartigen Kennung 457 bewirkt das Auswertemodul 125, dass die Sende-/Empfangseinrichtung 12 nach dem ersten Puls von dem Zustand ZI in den Zustand Z2 umschaltet und dann nach dem zweiten Puls in den Zustand Z3 umschaltet. In dem Zustand Z3 darf die
Teilnehmerstation 10 in der Datenphase 452 ihre Nachricht 45 senden, hat also die Arbitration gewonnen und ist somit in der Datenphase 452 Sender der Nachricht 45. Eine derartige Umschaltung und der Zustand Z3 sind in Fig. 9 sowie in Fig. 12 und Fig. 13 veranschaulicht. Der Zustand ZI kann alternativ als Arbitration-Phase-Mode bezeichnet werden. Der Zustand Z2 kann alternativ als Rx- Data- Phase- Mode bezeichnet werden. Der Zustand Z3 kann alternativ als Tx- Data- Phase- Mode bezeichnet werden. Ergibt die Auswertung, dass derzeit nicht (mehr) umzuschalten ist, beendet die Einrichtung 15 die Umkehrung des Datenflusses am Anschluss RXD für das Empfangssignal RxD, so dass wieder die Betriebsart von Fig. 3 vorliegt.
Erkennt die Einrichtung 15 aufgrund des Empfangs der Prüfsumme CRC und des darauffolgenden Empfangs der Bitfolge DH2, DL2 in dem Sendesignal TxDl, wie auf der rechten Seite von Fig. 9 gezeigt, dass eine Umschaltung von der Datenphase 452 zu der Rahmenendphase 453 vorzunehmen ist, nimmt die Umschaltsignalisierungseinrichtung 15 wieder eine Signalisierung mit einer Kennung 457 über den Anschluss RXD vor. Hierfür signalisiert die
Umschaltsignalisierungseinrichtung 15 am Ende der Datenphase 452 während einer Bitfolge AH mit einer Kennung 457_Z1 über den Anschluss RXD, dass die Sende-/Empfangseinrichtung 12 eine Umschaltung des Physical Layers 452_P der Datenphase 452 zu dem Physical Layer 451_P der Rahmenendphase 453 vorzunehmen hat.
Ganz allgemein wird für die Rückschaltung in den Zustand ZI am Ende der Datenphase 452 als Kennung 457 mindestens ein Puls mit inverser Polarität, verglichen mit den vorherigen Pulsen, von der Einrichtung 11 zu der Einrichtung 12 über den RXD Anschluss gesendet.
Tritt nun während der Übertragung eines Rahmens 450 in der Datenphase 452 ein Fehler auf, wie in Fig. 10 und Fig. 11 mit dem gezackten Pfeil gezeigt, können die Teilnehmerstationen 10, 20, 30 gegebenenfalls kein Signal mehr vom Bus 40 empfangen und somit kein gültiges Signal RxD mehr erzeugen. Ist die Teilnehmerstation 10 eine empfangende Teilnehmerstation 10, die also die Arbitration verloren hat und in der Datenphase 452 nur Empfänger des Rahmens 450 ist, ist die Teilnehmerstation 10 in der Datenphase 452 in den Zustand Z2 geschaltet, wie in Fig. 11 gezeigt. Bei dem Zustand Z2 wird das Sendesignal TxDl in der Datenphase 452 beispielsweise auf dem Pegel H gehalten, wie in Fig. 11 gezeigt. Die Teilnehmerstation 10 darf nicht senden. Alternativ kann das Sendesignal TxDl in der Datenphase 452 auf dem Pegel L gehalten werden. Außerdem ist die mindestens eine Empfangsschwelle T_d angepasst für den Datenmodus als Empfänger. Bei dem Fehlerfall von Fig. 10 kann die Umschaltung des Physical Layers 452_P der Datenphase 452 zu dem Physical Layer 451_P nicht mit der zuvor beschriebenen Umschaltung mittels der Kennung 457 erfolgen.
Daher sendet die Kommunikationssteuereinrichtung 11, wenn an dem Anschluss RXD in der Datenphase 452 für eine vorbestimmte Zeitdauer TI kein gültiges Signal RxD mehr empfangen wird, die Kennung 455. Die Kennung 455 kann insbesondere mindestens ein Puls 1=>0=>1 sein. Die Kennung 455 hat eine Zeitdauer T2. Aufgrund der Kennung 455 schaltet die Sende- /Empfangseinrichtung 12 von dem Zustand Z2 in den Zustand ZI um. Daher wird der Physical Layer 452_P der Datenphase 452 zu dem Physical Layer 451_P der Phasen 451, 453 umgeschaltet.
Die Zeitdauer T2 der Kennung 455, also ihres mindestens einen Pulses, könnte beispielsweise 200ns sein. Damit wäre die Kennung 455 länger als ein Datenbit in der Datenphase 452 und somit robust von der Sende-/Empfangseinrichtung 12 am Anschluss TXD zu empfangen. Zudem ist eine solche Kennung 455 deutlich kürzer als die kürzeste erlaubte Arbitrationsbitzeit von 1000ns, und kann somit gut in einem Bit versteckt werden.
Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 sendet die Kennung 455 nicht auf den Bus 40.
Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 kann als Umschaltbedingung die
Kombination aus beiden Flanken nehmen, also 1=>0 und anschließend 0=>1, oder nur die erste oder nur die zweite Flanke.
Alternativ kann die Sende-/Empfangseinrichtung 12 noch die Länge oder Zeitdauer T2 der Kennung 455 bzw. des mindestens einen Pulses einbeziehen. Hierbei kann eine Mindestlänge oder Mindestzeitdauer T2 notwendig sein, um ein versehentliches Umschalten zu verhindern.
Bei dem in Fig. 10 und Fig. 11 gezeigten Beispiel sendet die empfangende Teilnehmerstation 10 normalerweise nichts, weshalb ihr Signal TxDl konstant ist. Ändert sich jedoch das Sendesignal TxDl durch die Kennung 455, die mindestens einen Puls hat, so muss die Sende-/Empfangseinrichtung 12 in den Zustand ZI zurückschalten, wie in Fig. 11 gezeigt.
Bei dem in Fig. 12 und Fig. 13 gezeigten Beispiel tritt bei einem Zeitpunkt t2 in der Datenphase 452 bei der Teilnehmerstation 10 in dem Zustand Z3 ein Fehler auf, bei dem das Sendesignal TxD3 abbricht. In dem Zustand Z3 ist das
Sendemodul 121 in der Sende-/Empfangseinrichtung 12 aktiv, um in der Datenphase 452 je nach dem Pegel des Sendesignals TxD3 die entsprechenden Buszustände für die Pegel 0 oder 1 auf den Bus 40 zu treiben.
Ein solcher Fehler kann insbesondere durch einen Absturz der Software der Kommunikationssteuereinrichtung 11 oder durch das Rücksetzen der Hardware (Hardware- Reset) auftreten.
Auch bei dem Fehlerfall von Fig. 13 kann die Umschaltung des Physical Layers 452_P der Datenphase 452 zu dem Physical Layer 451_P nicht mit der zuvor beschriebenen Umschaltung mittels der Kennung 457 erfolgen.
Daher setzt die Kommunikationssteuereinrichtung 11, zumindest nach dem Wiederhochfahren der Hardware und/oder Software oder bei Auftreten des Hardwareausfalls, den Anschluss TXD auf den Pegel 1, wie in Fig. 13 gezeigt. Empfängt die Sende-/Empfangseinrichtung 12 an dem Anschluss TXD für eine vorbestimmte Zeitdauer T3 den Pegel 1, wertet die Sende-/Empfangseinrichtung 12 dies als Kennung 455 an dem Anschluss TXD, um die Sende- /Empfangseinrichtung 12 von dem Zustand Z3 in den Zustand ZI umzuschalten. Daher wird der Physical Layer 452_P der Datenphase 452 zu dem Physical Layer 451_P der Phasen 451, 453 umgeschaltet.
Die vorbestimmte Zeitdauer T3 kann mehrere Arbitrationsbitzeiten lang sein. Insbesondere kann die vorbestimmte Zeitdauer T3 eine Dauer von 6
Arbitrationsbitzeiten haben. Eine derartige Dauer entspricht bei einer Bitrate von IMbit/s in der Arbitrationsphase 451, bei der 1 Arbitrationsbitzeit 1 ps dauert, einer Zeitdauer T3 von 5 ps. Die Bitrate von IMbit/s entspricht der höchsten erlaubten Arbitrationsbitrate. Insbesondere hat die vorbestimmte Zeitdauer T3 eine Dauer, die länger als eine Zeitdauer von direkt aufeinanderfolgenden Pulsen gleichen Pegels ist, die in dem dritten Zustand Z3 in dem Sendesignal TxD oder TxDl auftreten können.
Die vorbestimmte Zeitdauer T3 soll bewirken, dass die Sende- /Empfangseinrichtung 12 einen Zeitablauf (TimeOut) erkennt, nach dem die Sende-/Empfangseinrichtung 12 in den Zustand ZI zu schalten ist.
Bei dem Zustand Z3 sendet die Teilnehmerstation 10 im Normalbetrieb einen Bitstrom auf den Bus, wie in Fig. 13 mit dem Sendesignal TxD3 am Anfang der Datenphase 452 gezeigt. Aufgrund der Stuff-Bits bei CAN wird am Anschluss TXD immer eine 0/1 Bitfolge mit unterschiedlich vielen 0 und 1 an die Sende- /Empfangseinrichtung 12 ausgegeben. Kommt aber für eine gewisse Zeit T3 ein konstanter Pegel über den Anschluss TXD an der Sende-/Empfangseinrichtung 12 an, so wertet das Auswertemodul 125 bzw. die Sende-/Empfangseinrichtung 12 dies derart, dass der Rahmen 450 entweder zu Ende ist oder abgebrochen wurde. Folglich muss die Sende-/Empfangseinrichtung 12 in den Zustand ZI schalten.
Somit nimmt die Einrichtung 15 nur für die Signalisierung der Umschaltung eine Änderung des Datenflusses am Anschluss RXD für das Empfangssignal RxD vor. Daher werden dann wie gewöhnlich am Anschluss für das Empfangssignal RxD die Daten von der Sende-/Empfangseinrichtung 12, genauer gesagt deren Empfänger 122, zu der Kommunikationssteuereinrichtung 11 geleitet.
Um zu erkennen, dass umzuschalten ist, kann die Einrichtung 15 optional zusätzlich die Auswertung verwenden, die bereits von der
Kommunikationssteuereinrichtung 11 durchgeführt wird. Dadurch kann das Auswerteergebnis der Einrichtung 15 plausibilisiert werden. Gegebenenfalls kann hier eine der Auswertungen höher bewertet werden als die andere, so dass die Auswertung verschiedene Sicherheitsstufen für die Erkennung des Umschaltens realisieren kann.
Auf diese Weise macht die Einrichtung 15 die Umschaltung von der
Arbitrationsphase 451 in die Datenphase 452 mit höherer Bitrate kenntlich. Damit liegt der Sende-/Empfangseinrichtung 12 die Information über diesen Zeitpunkt vor, um in die schnelle Datenphase 452 umschalten zu können.
Als Folge davon ist keine galvanische Verbindung durch jeweils einen zusätzlichen Anschluss an der Kommunikationssteuereinrichtung 11 und damit verbundenen Sende-/Empfangseinrichtung 12 erforderlich, damit die
Kommunikationssteuereinrichtung 11 den Zeitpunkt der Bitraten-Umschaltung an die Sende-/Empfangseinrichtung 12 übertragen. Das heißt, die Einrichtung 15 benötigt vorteilhaft keinen zusätzlichen Anschluss, der an einem
Standardgehäuse nicht verfügbar ist. Somit ist durch die Einrichtung 15 kein Wechsel auf ein anderes größeres und kostenintensives Gehäuse notwendig, um einen zusätzlichen Anschluss bereitzustellen.
Außerdem ermöglicht die Einrichtung 15, dass keine Integration einer Protokoll- Controller- Funktionalität in der Sende-/Empfangseinrichtung 12 erforderlich ist. Ein solcher Protocol-Controller, könnte unter anderem die Umschaltphase der Nachricht 45 erkennen und abhängig davon die Datenphase 452 einleiten. Da ein solcher zusätzlicher Protokoll-Controller jedoch beachtlich Fläche in der Sende-/Empfangseinrichtung 12 oder dem ASIC 16 benötigen würde, bewirkt die Einrichtung 15, welche zusätzlich oder alternativ die bereits vorhandene
Funktionalität der Kommunikationssteuereinrichtung 11 verwenden kann, eine deutliche Senkung des Ressourcenbedarfs.
Dadurch bieten die Einrichtung 15 und die Auswerteeinheit 125 eine sehr unaufwändige und kostengünstige Lösung, um der Sende-/Empfangseinrichtung 12 die Umschaltung zwischen den Kommunikationsphasen 451, 452, 453 kenntlich zu machen.
Bei einer Modifikation des vorangehenden Ausführungsbeispiels ist die
Einrichtung 15 ausgestaltet, am Übergang von Datenphase 452 zu
Rahmenendphase 453 keine Signalisierung über den Anschluss RXD auszugeben. Stattdessen wird immer nur die Signalisierung über den Anschluss TXD ausgegeben. Hierfür wird die vorbestimmte Zeit T2 oder T3 entsprechend gewählt. Alternativ kann die Signalisierung über den Anschluss TXD ausgegeben werden, wenn das DH2-Bit und das DL2-Bit empfangen wurde. Insbesondere kann die Kennung 455 ausgestaltet sein, wie für die Kennung 457_Z1 in Fig. 9 gezeigt.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel kann die Auswerteeinheit 125 und/oder die Einrichtung 15 auch den Zustand auf dem Bus 40 beobachten, um eine Umschaltbedingung zu erkennen. In diesem Fall kann zusätzlich eine Umschaltbedingung aus dem RxD-Signal abgeleitet werden. Da das RxD-Signal ein digitales Signal ist und der Zustand auf dem Bus 40 durch die analogen Pegel von CAN_H und CAN_L bzw. CAN-XL_H und CAN-XL_L definiert ist, enthält der Zustand auf dem Bus 40 mehr Information. In einem solchen Fall benötigt die Auswerteeinheit 125 und/oder die Einrichtung 15 jedoch einen Protokoll-Controller.
Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel wird die Zurückschaltung der Sende- /Empfangseinrichtung 12 in den Arbitrations-Modus (Zustand ZI) noch sicherer dadurch erreicht, dass eine weitere Umschaltbedingung eingeführt ist.
Demzufolge schaltet die Sende-/Empfangseinrichtung 12, wenn der Zustand des Busses 40 bzw. des Signals RxD für eine vorbestimmte Zeitdauer T_C konstant ist, beispielsweise für die vorbestimmte Zeitdauer TI oder T3, von einem beliebigen Zustand Z2, Z3 in den Arbitrations-Modus (Zustand ZI).
Die vorbestimmte Zeitdauer Zeit T_C ist so zu wählen, das bei keiner sinnvollen Bitrate in der Datenphase 452 so eine lange Zeit der gleiche Zustand auf dem Bus vorhanden ist. Flankenwechsel sind automatisch durch die bei CAN vorhandenen Stuff-Bits gegeben. Beispielsweise kann T_C = 6ps gewählt werden, wie zuvor in Bezug auf Fig. 12 und Fig. 13 beschrieben.
Der Vorteil dieser zusätzlichen Umschaltbedingung ist, dass jede
Teilnehmerstation 10, 20, 30 am Ende eines Rahmens 450, spätestens im EOF- Feld in den Arbitrations-Modus (Zustand ZI) zurück schaltet. Damit wird sichergestellt, dass der Bus 40 nicht versehentlich durch eine Sende- /Empfangseinrichtung 12 blockiert wird, insbesondere, weil die Sende- /Empfangseinrichtung 12 in den Zustand Z3 geschaltet ist. Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel wird die Zurückschaltung der Sende- /Empfangseinrichtung 12 des sendenden Busteilnehmers, also hier die
Teilnehmerstation 10, aus dem Zustand Z3 in den Arbitrations-Modus (Zustand ZI) dadurch erreicht, dass die Sende-/Empfangseinrichtung 12 selbsttätig in den Zustand ZI schaltet, wenn sie einen Konflikt auf dem Bus 40 erkennt. Ein solcher Konflikt liegt vor, wenn mindestens zwei Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 32 unterschiedliche Pegel auf den Bus treiben und daher das Sendesignal TxD nicht auf das Empfangssignal RxD weitergeleitet wird.
Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Einrichtungen 15, 35, der Teilnehmerstationen 10, 20, 30, des Bussystems 1 und des darin ausgeführten Verfahrens 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.
Die in den Figuren gezeigte Empfangsschwelle T_d basiert auf der Annahme, dass in dem Bussystem 1 die Buszustände U_D0, U_D1 invers zueinander mit betragsmäßig gleichen VDIFF-Pegeln getrieben werden. Alternativ ist es jedoch möglich, die Empfangsschwelle T_d in dem Fall entsprechend anzupassen, wenn die Buszustände U_D0 und U_D1 mit z.B. zwei unterschiedlichen positiven VDIFF-Pegeln getrieben werden.
Auch wenn die Erfindung zuvor am Beispiel des CAN-Bussystems beschrieben ist, kann die Erfindung bei jedem Kommunikationsnetzwerk und/oder
Kommunikationsverfahren eingesetzt werden, bei welchem zwei verschiedene Kommunikationsphasen verwendet werden, in denen sich die Buszustände unterscheiden, die für die unterschiedlichen Kommunikationsphasen erzeugt werden. Insbesondere ist die Erfindung bei Entwicklungen von sonstigen seriellen Kommunikationsnetzwerken, wie Ethernet und/oder 100 Base-Tl Ethernet, Feldbussystemen, usw. einsetzbar.
Insbesondere kann das Bussystem 1 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 1 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 1 der Ausführungsbeispiele ist beliebig. Insbesondere kann die Teilnehmerstation 20 in dem Bussystem 1 entfallen. Es ist möglich, dass eine oder mehrere der Teilnehmerstationen 10 oder 30 in dem Bussystem 1 vorhanden sind. Denkbar ist, dass alle Teilnehmerstationen in dem Bussystem 1 gleich ausgestaltet sind, also nur Teilnehmerstation 10 oder nur
Teilnehmerstation 30 vorhanden sind.
Zudem ist es möglich, die Bitzeitdauer t_bt2 in der Datenphase 452 im Vergleich zu der Bitzeitdauer t_btl zu verkürzen, die in der Arbitrationsphase 451 und Rahmenendphase 453 verwendet wird. In diesem Fall wird in der Datenphase
452 mit einer größeren Bitrate gesendet als in der Arbitrationsphase 451 und Rahmenendphase 453. Auf diese Weise lässt sich die
Übertragungsgeschwindigkeit im Bussystem 1 noch weiter steigern.

Claims

Ansprüche
1) Teilnehmerstation (10; 30) für ein serielles Bussystem (1), mit
einer Kommunikationssteuereinrichtung (11; 31) zum Erzeugen eines Sendesignals (TxD; TxDl), um den Austausch von Nachrichten (45; 46) zwischen der Teilnehmerstation (10; 30) und mindestens einer anderen Teilnehmerstation (10; 20; 30) des Bussystems (1) zu steuern, einem Sendeanschluss (TXD) zum Ausgeben des Sendesignals von der Kommunikationssteuereinrichtung (11; 31) an eine Sende- /Empfangseinrichtung (12; 32), die ausgestaltet ist, basierend auf dem Sendesignal (TxD) ein Signal auf einen Bus (40) des Bussystems (1) zu senden, und
einer Einrichtung (15; 35) zur Auswertung des Sendesignals (TxD; TxDl) und/oder zur Auswertung eines Empfangssignals (RxD; RxDl), das von der Sende-/Empfangseinrichtung (12; 32) aus dem von dem Bus (40) empfangenen Signal erzeugt wurde,
wobei das Sendesignal (TxD; TxDl), derart ausgestaltet ist, dass die Sende-/Empfangseinrichtung (12; 32) in einer ersten
Kommunikationsphase (451, 453) des Sendesignals (TxD; TxDl) in einen ersten Zustand (ZI) zum Senden des Sendesignals (TxD) auf den Bus (40) zu schalten ist und in einer zweiten Kommunikationsphase (452) in mindestens einen zweiten oder dritten Zustand (Z2, Z3) zum Senden des Sendesignals (TxD) auf den Bus (40) zu schalten ist, und wobei die Einrichtung (15; 35) ausgestaltet ist, über den
Sendeanschluss (TXD) eine erste Kennung (455) an die Sende- /Empfangseinrichtung (12; 32) auszugeben, wenn die Auswertung der Einrichtung (15; 35) ergibt, dass die Sende-/Empfangseinrichtung (12; 32) von dem zweiten oder dritten Zustand (Z2, Z3) in den ersten Zustand (ZI) zu schalten ist.
2) Teilnehmerstation (10; 30) nach Anspruch 1, wobei die erste Kennung (455) zum Umschalten von dem zweiten Zustand (Z2) in den ersten Zustand (ZI) ein Puls ist, der invers zu einem bisherigen Pegel des Sendesignals (TxD; TxDl) ist, und
wobei die erste Kennung (455) zum Umschalten von dem dritten Zustand (Z3) in den ersten Zustand (ZI) einen Pegel hat, der eine Zeitdauer (T3) hat, die länger als eine Zeitdauer von direkt
aufeinanderfolgenden Pulsen gleichen Pegels ist, die in dem dritten Zustand (Z3) in dem Sendesignal (TxD; TxDl) auftreten können.
3) Teilnehmerstation (10; 30) nach Anspruch 1 oder 2, wobei Buszustände (401, 402) des in der ersten Kommunikationsphase (451; 453) von dem Bus (40) empfangenen Signals mit einem anderen Physical Layer erzeugt sind als Buszustände des in der zweiten Kommunikationsphase (452) empfangenen Signals.
4) Teilnehmerstation (10; 30) nach Anspruch 1, wobei Bits des
Sendesignals (TxD; TxDl) in der ersten Kommunikationsphase (451; 453) eine Bitzeit haben, die um mindestens den Faktor 10 größer als eine Bitzeit von Bits der zweiten Kommunikationsphase (452) ist.
5) Teilnehmerstation (10; 30) nach Anspruch 4, wobei die erste Kennung (455) zum Umschalten von dem zweiten Zustand (Z2) in den ersten Zustand (ZI) eine Zeitdauer (T2) hat, die kleiner als eine Bitzeit der ersten Kommunikationsphase (451; 453) ist und größer als eine Bitzeit der zweiten Kommunikationsphase (452) ist.
6) Teilnehmerstation (10; 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung (15; 35) ausgestaltet ist, über den
Sendeanschluss (TXD) die Kennung (455) an die Sende- /Empfangseinrichtung (12; 32) auszugeben, wenn die Auswertung der Einrichtung (15; 35) ergibt, dass der Pegel des Empfangssignals (RxD) in der zweiten Kommunikationsphase (452) für eine vorbestimmte Zeitdauer (TI; T3) konstant ist. 7) Teilnehmerstation (10; 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung (15; 35) ausgestaltet ist, das Empfangssignal (RxD) mit dem Sendesignal (TxD; TxDl) zu vergleichen, um zu bestimmen, ob über den Sendeanschluss (TXD) die erste Kennung (455) zu senden ist, welche der Sende-/Empfangseinrichtung (12; 32) eine Schaltung in ihren ersten Zustand (ZI) zum Senden des Signals auf den Bus (40) anzeigt.
8) Teilnehmerstation (10; 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, zudem mit einem Empfangsanschluss (RXD) zum Ausgeben des digitalen Empfangssignals (RxD) von der Sende-/Empfangseinrichtung (12; 32) an die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 31),
wobei die Einrichtung (15; 35) ausgestaltet ist, das digitale Empfangssignal (RxD) mit dem digitalen Sendesignal (TxD; TxDl) zu vergleichen, um zu bestimmen, ob der Datenfluss am
Empfangsanschluss (RXD) für die Zeitdauer von mindestens einem Bit umzukehren ist, um über den Empfangsanschluss (RXD) eine zweite Kennung (457) zu senden, welche der Sende-/Empfangseinrichtung (12; 32) eine Umschaltung zwischen ihren Zuständen (ZI, Z2, Z3) zum Senden des Signals auf den Bus (40) anzeigt.
9) Teilnehmerstation (10; 30) nach Anspruch 8, wobei die Einrichtung (15;
35) ausgestaltet ist, die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 31) zu veranlassen, in der Zeit, in welcher die Einrichtung (15; 35) den
Datenfluss des digitalen Empfangssignals (RxD) umkehrt, an dem Anschluss für das digitale Empfangssignal (RxD) die zweite Kennung (457) mit einem vorbestimmten Wert an die Sende- /Empfangseinrichtung (12; 32) zu senden.
10) Teilnehmerstation (10; 30) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die zweite Kennung (457) ein Bit mit einem vorbestimmten Wert ist und/oder ein vorbestimmtes Bitmuster ist.
11) Teilnehmerstation (10; 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, zudem mit der Sende-/Empfangseinrichtung (12; 32), welche ein
Sendemodul (121) zum Senden von Nachrichten (45; 46) als das Signal auf den Bus (40) und ein Empfangsmodul (122) zum Empfang des Signals von dem Bus (40) aufweist,
wobei die Sende-/Empfangseinrichtung (12; 32) ausgestaltet ist, ihr Sendemodul (121) zu verriegeln, so dass das Sendesignal (TxDl) von dem Sendeanschluss (TXD) nicht auf den Bus (40) gesendet wird, wenn die Sende-/Empfangseinrichtung (12; 32) in den zweiten Zustand (Z2) geschaltet ist.
12) Teilnehmerstation (10; 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 31) die Einrichtung (15; 35) aufweist.
13) Teilnehmerstation (10; 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in der ersten Kommunikationsphase (451, 453) ausgehandelt wird, welche der Teilnehmerstationen (10, 20, 30) des Bussystems (1) in der nachfolgenden zweiten Kommunikationsphase (452) einen zumindest zeitweise exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus (40) bekommt.
14) Bussystem (1), mit
einem Bus (40), und
mindestens zwei Teilnehmerstationen (10; 20; 30), welche über den Bus (40) derart miteinander verbunden sind, dass sie seriell miteinander kommunizieren können und von denen mindestens eine Teilnehmerstation (10; 30) eine Teilnehmerstation (10; 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche ist.
15) Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem (1), wobei das Verfahren mit einer Teilnehmerstation (10; 30) für ein Bussystem (1) ausgeführt wird, die eine Kommunikationssteuereinrichtung (11; 31), einen Sendeanschluss (TXD) und eine Einrichtung (15; 35) aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, Erzeugen, mit der Kommunikationssteuereinrichtung (11; 31), eines Sendesignals (TxD; TxDl), um den Austausch von Nachrichten (45; 46) zwischen der Teilnehmerstation (10; 30) und mindestens einer anderen Teilnehmerstation (10; 20; 30) des Bussystems (1) zu steuern, Ausgeben, mit dem Sendeanschluss (TXD), des Sendesignals von der Kommunikationssteuereinrichtung (11; 31) an eine Sende- /Empfangseinrichtung (12; 32), die ausgestaltet ist, basierend auf dem Sendesignal (TxD) ein Signal auf einen Bus (40) des Bussystems (1) zu senden, wobei das Sendesignal (TxD; TxDl), derart ausgestaltet ist, dass die Sende-/Empfangseinrichtung (12; 32) in einer ersten
Kommunikationsphase (451, 453) des Sendesignals (TxD; TxDl) in einen ersten Zustand (ZI) zum Senden des Sendesignals (TxD) auf den Bus (40) zu schalten ist und in einer zweiten Kommunikationsphase (452) in mindestens einen zweiten oder dritten Zustand (Z2, Z3) zum Senden des Sendesignals (TxD) auf den Bus (40) zu schalten ist,
Auswerten, mit der Einrichtung (15; 35), des Sendesignals (TxD; TxDl) und/oder eines Empfangssignals (RxD; RxDl), das von der Sende-/Empfangseinrichtung (12; 32) aus dem von dem Bus (40) empfangenen Signal erzeugt wurde, und
Ausgeben, mit der Einrichtung (15; 35) über den Sendeanschluss (TXD) einer ersten Kennung (455) an die Sende-/Empfangseinrichtung (12; 32), wenn die Auswertung der Einrichtung (15; 35) ergibt, dass die Sende-/Empfangseinrichtung (12; 32) von dem zweiten oder dritten Zustand (Z2, Z3) in den ersten Zustand (ZI) zu schalten ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102010030422A1 (de) * 2010-06-23 2011-12-29 Robert Bosch Gmbh Verfahren, Vorrichtung und Schnittstelle zur Datenübertragung mit variabler Datenrate
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