專利名稱：基于can通信控制器及提高數(shù)據(jù)吞吐量的通信系統(tǒng)的建立方法及設(shè)備的制作方法
基于CAN通信控制器及提高數(shù)據(jù)吞吐量的通信系統(tǒng)的建立方法及設(shè)備
本發(fā)明關(guān)于在通信系統(tǒng)中傳遞報(bào)文的方法，通信系統(tǒng)帶有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 帶有至少一個(gè)CAN控制器。
此外，本發(fā)明關(guān)于帶有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的通信系統(tǒng)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)帶有至少一個(gè)CAN控制
器°
本文中所使用的術(shù)語和縮略語與"控制器局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)"(簡稱"CAN"系統(tǒng))體系中使用的 術(shù)語相對(duì)應(yīng)。
在汽車領(lǐng)域但也在其它領(lǐng)域中使用很多電子控制單元(ECUs)，這要求具有高數(shù)據(jù)吞吐量 的通信系統(tǒng)。迄今為止，由德國Bosch公司引入且在"CAN Specification Version 2.0, Sept. 1991" 中說明的控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)能夠廣泛滿足數(shù)據(jù)通信的要求。上述說明書可從例如 http:〃www.can.bosch.com/docu/can2spec.pdf等地方免費(fèi)下載。電子元件新功能的實(shí)施例(例如 車輛控制系統(tǒng))要求的通信功能超出現(xiàn)有CAN系統(tǒng)的極限。由于總線驅(qū)動(dòng)器和數(shù)據(jù)線有延遲現(xiàn) 象，當(dāng)前的CAN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)速率廣為受到限制。具體說來，限制因素是需要使所有位于CAN 總線上的CAN通信節(jié)點(diǎn)同步至誤差小于一個(gè)位元持續(xù)時(shí)間的一小部分。所有CAN通信節(jié)點(diǎn)必 須遵照Can Specification Version 2.0;其中說明的數(shù)個(gè)協(xié)議特征，要求CAN通信節(jié)點(diǎn)的CAN協(xié) 議一致動(dòng)作同時(shí)發(fā)生。這尤其適用于CAN協(xié)議常見的收到告知(所謂的應(yīng)答)以及仲裁。


圖1示意了傳統(tǒng)CAN通信系統(tǒng)中的CAN報(bào)文傳遞過程。傳遞方向以箭頭表示。多個(gè)CAN 通信節(jié)點(diǎn)KKl, KK2通過CAN總線同時(shí)傳遞其"CAN幀"，此CAN幀由帶有"標(biāo)識(shí)符部分"的仲裁 域ARB開始。由此，它們共同決定各個(gè)CAN通信節(jié)點(diǎn)KK1,KK2之中實(shí)際授權(quán)哪個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送完 整的CAN報(bào)文NAR。在這樣經(jīng)授權(quán)的CAN通信節(jié)點(diǎn)KK1傳遞了CAN報(bào)文NAR的數(shù)據(jù)內(nèi)容 DATA及校驗(yàn)和CRC以后，在總線上操作中的所有CAN通信節(jié)點(diǎn)KK2通過在報(bào)文NAR的應(yīng)答 階段發(fā)出顯性電平PEG確認(rèn)校驗(yàn)和的正確性。這里，術(shù)語"應(yīng)答階段"與應(yīng)答域(ACKfield)或應(yīng) 答間隙(ACKslot)同義。如果接收器識(shí)別出傳遞中的錯(cuò)誤，節(jié)點(diǎn)則產(chǎn)生并發(fā)送錯(cuò)誤幀。
傳統(tǒng)CAN通信系統(tǒng)的最大缺點(diǎn)是能夠達(dá)到的數(shù)據(jù)速率大多受制于由應(yīng)答過程和仲裁過程 以及在這些階段內(nèi)的雙向報(bào)文交換所產(chǎn)生的同步要求。
因此，本發(fā)明的目的是克服上述缺點(diǎn)。本發(fā)明使用引言中提到的一類方法達(dá)到這一目的根據(jù)本發(fā)明，仲裁決定在比CAN報(bào)文 傳遞更高的協(xié)議層次進(jìn)行；CAN報(bào)文在由發(fā)報(bào)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)出時(shí)已在ACK域中帶有顯性電 平；接收CAN報(bào)文的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)既不發(fā)送ACK域中的顯性電平又不發(fā)送完整的錯(cuò)誤幀。
根據(jù)本發(fā)明的方案不太費(fèi)力地使CAN總線系統(tǒng)可達(dá)到的吞吐量增加了好幾倍，同時(shí)保持 與同樣在總線上監(jiān)測的CAN測試系統(tǒng)的兼容性。根據(jù)本發(fā)明的方案，報(bào)文傳遞總是僅朝一個(gè) 方向進(jìn)行，即從發(fā)送器到接收器。本發(fā)明可簡單地通過當(dāng)前常用的CAN控制器實(shí)現(xiàn)，大多幾 乎不需要任何可見的額外成本。
同時(shí)，為使報(bào)文能夠傳遞更長的傳遞距離，可提供一報(bào)文分發(fā)裝置，其利用報(bào)文傳播方 向僅朝一個(gè)方向進(jìn)行這一事實(shí)，在電平和/或時(shí)間響應(yīng)方面在CAN總線上重新產(chǎn)生電子信號(hào)。
使用導(dǎo)言中說明的一類通信系統(tǒng)也可達(dá)到上述目的。根據(jù)本發(fā)明建立的通信系統(tǒng)，在比 CAN報(bào)文(NAR)傳遞更高的協(xié)議層次進(jìn)行仲裁決定，決定授權(quán)哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送；發(fā)送在由 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)出時(shí)己在ACK域中帶有顯性電平的CAN報(bào)文；阻止接收CAN報(bào)文的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送 完整的錯(cuò)誤幀或在ACK域中產(chǎn)生顯性電平。
本發(fā)明以及它的其它優(yōu)點(diǎn)將如圖所示在下文以非限制性的最佳實(shí)施例詳細(xì)說明。在圖中，
圖2示意了根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟，
圖3示意了根據(jù)本發(fā)明的通信系統(tǒng)的第一種形式，以及
圖4示意了根據(jù)本發(fā)明的通信系統(tǒng)的第二種形式。
根據(jù)圖2，在比CAN報(bào)文傳遞更高的協(xié)議層中，根據(jù)本發(fā)明的方法做出了仲裁決定。CAN 報(bào)文NAR'在由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)KK1'發(fā)送時(shí)已經(jīng)在ACK域中帶有顯性電平PEG,接收CAN報(bào)文的網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)KK2既不在ACK域中發(fā)送顯性電平又不發(fā)送完整錯(cuò)誤幀。
如圖3和4所示，根據(jù)按照本發(fā)明的通信系統(tǒng)SYS的變化，CAN報(bào)文的傳遞網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)KK1' 被更改，以致它發(fā)送已經(jīng)擁有顯性應(yīng)答位的CAN報(bào)文。同時(shí)，報(bào)文的接收器KK2'被更改，以 致它們不試圖通過在應(yīng)答域中設(shè)置顯性電平以確認(rèn)收到報(bào)文的正確性。這樣更改的節(jié)點(diǎn)KK1， KK2'被用于在更高協(xié)議層中進(jìn)行仲裁的環(huán)境，例如時(shí)控系統(tǒng)和主從系統(tǒng)中。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)KK1'和 KK2'盡管可能具有不同的物理形式，但其在功能結(jié)構(gòu)方面互相對(duì)應(yīng)。例如，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)KK1'或 KK1"中的一個(gè)可如圖3所示的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，而第二個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)KK2'或KK2"可例如根據(jù)圖4 所示的實(shí)施例設(shè)計(jì)。
在根據(jù)本發(fā)明的方案中，(物理)報(bào)文流在CAN報(bào)文傳遞期間(與現(xiàn)有技術(shù)的方法或通信系 統(tǒng)相反)僅朝一個(gè)方向進(jìn)行，即從傳遞節(jié)點(diǎn)KK1', KK1"至接收節(jié)點(diǎn)KK2', KK2"。根據(jù)本發(fā)明的通信節(jié)點(diǎn)KK1', KK2'， KK1", KK2"撥送器準(zhǔn)收器)的更改具有以下效果
a) 與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，總線信號(hào)的時(shí)序明顯地變得更加不重要。在傳統(tǒng)CAN系統(tǒng)中，通過 兩個(gè)總線驅(qū)動(dòng)器的總渡越時(shí)間決定最大數(shù)據(jù)速率。在本發(fā)明使用的系統(tǒng)中，下降沿和上升沿 的總渡越時(shí)間的差異決定最大數(shù)據(jù)速率。這在一般的總線驅(qū)動(dòng)器中比總渡越時(shí)間要小得多， 從而提高了能夠達(dá)到的數(shù)據(jù)速率。
b) 另外，可使用以顯性/顯性電平工作的總線驅(qū)動(dòng)器。在傳統(tǒng)的CAN系統(tǒng)中僅可使用帶 有顯性/隱性電平的總線驅(qū)動(dòng)器。帶有顯性/顯性電平的總線驅(qū)動(dòng)器通常比帶有顯性/隱性電平 的總線驅(qū)動(dòng)器具有較短的延遲及較不傾斜的延遲位置。能夠達(dá)到的數(shù)據(jù)速率也因此增加。
本發(fā)明可以各種方式得到體現(xiàn)。下文將提出三種變化。在所有的變化中，CAN總線的仲 裁皆在傳遞協(xié)議的較高層中控制。
圖3示意了使用兩個(gè)CAN控制器CONl,CON2的本發(fā)明實(shí)施例。根據(jù)此實(shí)施例，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) K幻'帶有一個(gè)微控制器MIC和兩個(gè)CAN控制器CONl, CON2。第一CAN控制器CONl傳遞并接 收幀。第二CAN控制器CON2位于與第一CAN控制器CONl同樣的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)KKl'中，其接收第 一CAN控制器CONl的傳遞電流。輸入線指定為RxD，輸出線指定為TxD。
第二CAN控制器CON2產(chǎn)生第一CAN控制器CONl的傳遞幀的應(yīng)答位。該應(yīng)答位由一邏輯 AND連接AND附接在傳遞幀上，然后由總線驅(qū)動(dòng)器BUT置于CAN總線BUS上?，F(xiàn)可在CAN總 線BUS上看見正確的CAN幀。為防止這樣產(chǎn)生的CAN幀的時(shí)序因更多應(yīng)答位引致失真，在這 時(shí)候通過允許傳遞線TxEn阻止通信系統(tǒng)中的所有其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)KK2'的傳訊。
在更高協(xié)議層次進(jìn)行的仲裁結(jié)果可在微控制器MIC中得到，產(chǎn)生相應(yīng)的允許傳遞信號(hào)作 為仲裁結(jié)果的函數(shù)。進(jìn)行仲裁所根據(jù)的算法對(duì)本發(fā)明的物理實(shí)施例的重要性是次要的，這里 唯一必不可少的是仲裁結(jié)果獨(dú)立于CAN控制器得到，因?yàn)樵试S傳遞信號(hào)的值依仲裁結(jié)果而定。 只有不要特定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)KK1'發(fā)送任何報(bào)文NAR時(shí)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)KK1'的允許傳遞信號(hào)才被激活。 當(dāng)不要網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)KK1傳遞吋，隱性電平存在于OR連接的輸出端。然而，由于必須存在顯性電 平才可傳遞CAN報(bào)文NAR，這種情況下BUS驅(qū)動(dòng)器BUT不發(fā)出報(bào)文NAR。相反地，如果要傳 遞CAN報(bào)文NAR，與顯性電平相對(duì)應(yīng)的允許傳遞信號(hào)由微控制器MIC產(chǎn)生。允許傳遞信號(hào)和 邏輯AND連接AND的輸出信號(hào)現(xiàn)被發(fā)送至一邏輯OR連接OR。
圖4顯示了使用CAN控制器CON和微控制器的比較/捕捉模塊CCM的本發(fā)明實(shí)施例。這種 情況下應(yīng)答位由微控制器MIC通過微控制器MIC測量傳遞幀的"幀開始"時(shí)間點(diǎn)及在給定時(shí)間 點(diǎn)產(chǎn)生應(yīng)答位而產(chǎn)生。除應(yīng)答位的產(chǎn)生方式外，此變化和第一個(gè)變化完全相同。這是非常節(jié)約成本的本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方法，其可用傳統(tǒng)微控制器實(shí)現(xiàn)。
第三個(gè)變化使用CAN控制器，其被設(shè)置(例如通過相關(guān)編程設(shè)置)以產(chǎn)生已帶有應(yīng)答位的 幀并在其接收到帶有一正確的校驗(yàn)和CRC的CAN報(bào)文時(shí)不把應(yīng)答位置于總線上。
為了使報(bào)文能傳遞較長距離，提供了報(bào)文分發(fā)裝置NVT，該裝置在電平和/或時(shí)間響應(yīng)方 面在CAN總線上重新生成電子信號(hào)。報(bào)文分發(fā)裝置NVT利用報(bào)文NAR的傳播方向只朝一個(gè)方 向發(fā)生這一事實(shí)。
權(quán)利要求
1. 在通信系統(tǒng)(SYS)中通過CAN總線(BUS)傳遞CAN報(bào)文(CAN)的方法，系統(tǒng)帶有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(KK1，KK2，KK1′，KK2′，KK1＂，KK2＂)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有一CAN控制器(CON，CON1，CON2)，其中進(jìn)行授權(quán)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(KK1，KK2，KK1′，KK2′，KK1＂，KK2＂)發(fā)送CAN報(bào)文(NAR)的仲裁，其特征在于仲裁決定在比CAN報(bào)文(NAR)傳遞更高的協(xié)議層次進(jìn)行，并且CAN報(bào)文(NAR)在由發(fā)報(bào)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(KK1，KK2，KK1′)發(fā)出時(shí)已在ACK域中帶有顯性電平，其中接收CAN報(bào)文(NAR)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(KK2′，KK1＂，KK2＂)既不發(fā)送在ACK域中的顯性電平又不發(fā)送完整的錯(cuò)誤幀。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其特征在于報(bào)文分發(fā)裝置(NVT)利用報(bào)文(NAR)傳播方向僅朝一個(gè) 方向進(jìn)行這一事實(shí)，在電平和/或時(shí)間響應(yīng)方面在CAN總線(BUS)上重新生成電子信號(hào)。
3. 通信系統(tǒng)(SYS)，其帶有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(KK1， KK2, KK1', KK2'， KK1"， KK2")，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)帶有至少一個(gè)CAN控制器(CON, CONl， CON2)，其中該通信系統(tǒng)(SYS)被設(shè)置以對(duì)于授權(quán) 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(KKl, KK2, KK1', KK2', KK1", KK2")發(fā)送CAN報(bào)文(NAR)進(jìn)行仲裁，其特征在于通 信系統(tǒng)(SYS)被設(shè)置為在比CAN報(bào)文(NAR)傳遞更高的協(xié)議層次進(jìn)行仲裁決定，決定授權(quán)哪 個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(KKl, KKK2, KK1', KK2', KK1", KK2")發(fā)送CAN報(bào)文(NAR);發(fā)送由發(fā)報(bào)的網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)(KK1,KK2,KK1')發(fā)出時(shí)己在ACK域中帶有顯性電平的CAN報(bào)文(NAR);阻止接收CAN報(bào) 文(NAR)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(KK2', KK1", KK2")發(fā)送完整的錯(cuò)誤幀或在ACK域中發(fā)送顯性電平。
4. 按照權(quán)利要求3的通信系統(tǒng)(SYS)，其特征在于提供了報(bào)文分發(fā)裝置(NVT)，其利用報(bào)文 (NAR)的傳播方向僅朝一個(gè)方向進(jìn)行這一事實(shí)，在電平和/或時(shí)間響應(yīng)方面在CAN總線(BUS)上重新生成電子信號(hào)。 '
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通過通信系統(tǒng)(SYS)中的CAN總線(BUS)傳遞CAN報(bào)文(NAR)的方法，通信系統(tǒng)(SYS)包括多個(gè)各自帶有至少一個(gè)CAN控制器(CON，CON1，CON2)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(KK1，KK2，KK1′，KK2′，KK1″，KK2″)。根據(jù)所述方法，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(KK1，KK2，KK1′，KK2′，KK1″，KK2″)發(fā)送CAN報(bào)文的授權(quán)進(jìn)行仲裁，仲裁決定在比CAN報(bào)文(NAR)傳遞更高的協(xié)議層次進(jìn)行，并且CAN報(bào)文(NAR)在由發(fā)報(bào)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(KK1，KK2，KK1′)發(fā)出時(shí)，后者已提供所述報(bào)文在ACK域中的顯性電平。接收CAN報(bào)文的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(KK2′，KK1″，KK2″)既不在ACK域中產(chǎn)生顯性電平，又不發(fā)送完整的錯(cuò)誤幀。
文檔編號(hào)H04L12/413GK101507193SQ200780025411
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2007年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月5日
發(fā)明者亞歷山大·博格納 申請(qǐng)人:Tttech電腦技術(shù)股份公司