專利名稱：集群耦合器單元和使時間觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)中多個集群同步的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種時間觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)中的集群耦合器單元，其中該網(wǎng) 絡(luò)包括每個都具有多個節(jié)點的多個通信集群。本發(fā)明還涉及時間觸發(fā) 網(wǎng)絡(luò)以及使得時間觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)中的多個集群同步的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常不是由單個通信域組成。相反，多個這 樣的通信域可連接到使用不同的通信協(xié)議的每個通信域。
當前的汽車網(wǎng)絡(luò)通常是由網(wǎng)關(guān)節(jié)點或集群耦合器單元互連的多
個CAN (汽車自動化網(wǎng)絡(luò))集群和LIN (本地互連網(wǎng)絡(luò))集群組成。 這些協(xié)議并不是準備用于實時交換安全相關(guān)信息。由于用于在汽車內(nèi) 實現(xiàn)的安全相關(guān)功能的需求增加，所以將安全相關(guān)節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)連接的 需要進一步增加。因此，安全相關(guān)協(xié)議需要被并入這種網(wǎng)絡(luò)中。尤其 是，不得不將多個安全相關(guān)通信集群互連。
當在相同環(huán)境(例如汽車)下使用多個通信集群而沒有進一步 協(xié)調(diào)時，每個通信集群都具有其自身時序，意味著每個周期長度不同 并且周期啟動沒有同步。即使在同樣配置通信集群時，由于分布式啟 動和集群內(nèi)部時鐘同步的特點或者由于振蕩器不精確的原因，這些參 數(shù)會漂移，導(dǎo)致非同步集群。然而，安全相關(guān)的實時傳輸需要嚴格同 步的集群。
使用通信單元或傳統(tǒng)集群耦合器來連接這樣不同的通信集群。 能對所有這樣的通信集群進行訪問的這種傳統(tǒng)集群耦合器自然能分 發(fā)將使得通信集群對準或同步的信息，但是由于不能干擾正在進行的 通信，這些機構(gòu)運行緩慢。因此，它們不太適于最初同步，而更適于 保持多通信集群同步，防止它們的時鐘同步機構(gòu)將其打亂。尤其是，如果用于最初同步所需要的時間會導(dǎo)致在應(yīng)用功能中的用戶可察覺 的延遲，那么對于這種系統(tǒng)的可接受度會很低。
因此，問題包括防止在啟動期間已經(jīng)存在的多個通信集群的速 率和偏移出現(xiàn)極大差異。那么，通信集群從開始就可以進行相互通信 并且可以啟動依賴于這種通信的全部應(yīng)用程序。那么，其他傳統(tǒng)機構(gòu) 就可以防止通信集群同步遭到破壞。
然而，以限定而不能確定最大執(zhí)行時間的方式正常啟動。特定 信道上的噪聲或該通信集群上的節(jié)點相互影響相比其他通信集群可 能會延遲或加速特定通信集群的啟動。
常用的方案是首先啟動一個通信集群，隨后令連接到該第一通 信集群的節(jié)點針對其他通信集群對該通信集群進行初始化，從而將第 一通信集群的時序施加到其他通信集群。這存在嚴重的缺點，即第二 以及隨后的通信集群只能在第一通信集群已經(jīng)建立通信之后才能啟 動，從而使得在全部通信集群能進行通信之前所需的最小時間至少加 倍。
連接時間觸發(fā)通信集群的網(wǎng)關(guān)、交換機或傳統(tǒng)集群耦合器，是 針對較低等待時間和沒有緩沖空間或者具有有限緩沖空間的操作，需 要單獨集群的同步。像時間觸發(fā)FlexRay之類的協(xié)議提供了應(yīng)用外部 時鐘校準的手段以實現(xiàn)最初非同步集群的同步。但是由于這種方法在 典型配置和針對典型應(yīng)用的實踐中消耗太多時間，因此這種方法是受 限制的。因此，通信集群必須同步啟動。
然而，啟動取決于在本地媒介上察覺到的激勵。因此，即使同 時啟動全部集群，通常它們也不會同步啟動。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種使得通信集群同步的集群耦 合器單元和方法，能夠在啟動期間在最短時間內(nèi)使得相連接的通信集 群同步。
通過獨立權(quán)利要求的特征實現(xiàn)了本目的。
本發(fā)明基于下述思想從時間觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)的信道上的最初傳輸信
6息中提取用于啟動同步的信息。用于啟動同步的相關(guān)信息的提取是在 預(yù)定時間內(nèi)進行的和/或受到應(yīng)用程序主機的控制。由于僅提取了啟 動期間用于同步的相關(guān)信息，所以同步邏輯非常簡單。在節(jié)點啟動之 后，同步邏輯可以被禁用或者可以可選擇地用于在運行網(wǎng)絡(luò)期間保持 節(jié)點之間的同步。
各個從屬權(quán)利要求陳述了本發(fā)明的另外的有利實現(xiàn)方式和實施例。
本發(fā)明提出了一種用于在啟動期間使得通信集群同步的集群耦 合器單元和方法。提供了在集群耦合器單元內(nèi)的協(xié)議引擎之間用于交
換相關(guān)同步信息的裝置。
對于每個耦合器，作為連接到多個集群的節(jié)點的集群耦合器包
含一個協(xié)議引擎。該協(xié)議引擎可以用于不同的目的，例如用于連接應(yīng) 用程序主機或者不同集群的路由器。智能集群耦合器中的協(xié)議引擎通 過附加同步邏輯電路相連接，設(shè)計該附加同步邏輯電路，使得集群耦 合器中的協(xié)議引擎的全部相關(guān)啟動和同步信息分布在所有集群上。盡 管集群耦合器中的協(xié)議引擎主要是進行彼此同 步，但是在每個集群中 的其他傳統(tǒng)節(jié)點必須并入來自集群耦合器中的協(xié)議引擎的傳輸信息。 傳統(tǒng)節(jié)點僅用于消息交換，并非用于啟動或同步。因此，按照通信集 群的全部其他節(jié)點根本不發(fā)起啟動或者配置大量延遲來給中央集群 耦合器首先啟動的機會的方式，配置全部附接通信集群的全部其他節(jié) 點。而且，必須以類似方式配置全部通信集群，使得周期長度、時隙 長度和幀長度彼此兼容。
集群耦合器通常還被稱為網(wǎng)關(guān)節(jié)點，但并非限制于該特定應(yīng)用， 它還可以僅用于同步通信集群而不用在它們之間交換附加信息。
本發(fā)明使得作為全部通信集群中的一部分的中央集群耦合器能 夠容易地使啟動同步，而無需修改底層協(xié)議。其實現(xiàn)方式和驗證非常 簡單，這是由于不需要改變協(xié)議引擎的現(xiàn)有IP模塊的硬件配置。本 發(fā)明的概念非常適于自然訪問多個通信集群并且需要它們進行同步 來同時使用于集群間通信的傳輸延遲和必要的消息緩沖存儲器最小 化的網(wǎng)關(guān)節(jié)點。另外，本發(fā)明還解決了在正確配置通信集群的情況下保持啟動后的多個通信集群的同步問題。
根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，提出了分層同步結(jié)構(gòu)，其中集群耦 合器的協(xié)議引擎彼此同步并且從開始就將它們的時序施加于單獨的 集群。
根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，提出了用于在集群耦合器中對附接 到不同集群來執(zhí)行理想的啟動同步的協(xié)議引擎的共模接收。
根據(jù)本發(fā)明的第三實施例，提出挑選特定的附接的通信集群作 為主機并且在其他集群上執(zhí)行其時序。
在需要將多個通信集群同步的情況下，通常存在訪問全部通信 集群的單個或多個冗余部件網(wǎng)關(guān)或集群耦合器。通過利用本發(fā)明，有 可能通過利用兩級處理來使得全部附接的通信集群同步啟動，其中首 先將集群主機同步并且其次將它們的同步施加于單獨的集群。


以下參考所附示意圖來具體描述本發(fā)明，其中
圖1示出了具有多個通信集群的網(wǎng)絡(luò)；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的節(jié)點的框圖3示出了傳統(tǒng)集群耦合器單元的框圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的集群耦合器單元的框圖5示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的集群耦合器單元；
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的可替代的集群耦合器單元；
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的集群耦合器單元；
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的集群耦合器單元。
具體實施例方式
圖l所示的典型容錯時間觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)由連接到節(jié)點11的兩個或多
個通信信道Channel A， Channel B組成。圖2示出了在時間觸發(fā)網(wǎng)絡(luò) 中使用的節(jié)點11。這些節(jié)點11中的每一個都包括總線驅(qū)動器17、通 信控制器15、用于每個總線驅(qū)動器17的最終的總線監(jiān)控裝置14和 應(yīng)用程序主機13?？偩€驅(qū)動器17傳送通信控制器15在其連接信道上提供的位和字節(jié)并且將在該信道上接收的信息按順序提供給通信 控制器15。通信控制器15連接到兩個信道并且將相關(guān)數(shù)據(jù)傳遞到應(yīng) 用程序主機13并且從應(yīng)用程序主機13接收按順序組合成幀的數(shù)據(jù)，
并且傳遞到總線驅(qū)動器17。通信控制器15主要是由協(xié)議引擎12和 控制器主機接口 (未示出)組成?？刂破髦鳈C接口負責(zé)在應(yīng)用程序主 機13和通信控制器15之間的緩沖管理和數(shù)據(jù)傳送。協(xié)議引擎12采 用硬件來實現(xiàn)。
對于本發(fā)明，在集群耦合器IO中只有通信控制器15是重要的。 總線驅(qū)動器17、總線監(jiān)控裝置14和主機設(shè)備13只是被列出以便于 更好的縱覽，在其前后關(guān)系中可能會使用本發(fā)明。本發(fā)明并不由這些 裝置存在與否來限制或約束。
那些網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是至少部分時間觸發(fā)的，這意味著時間被分割成 循環(huán)周期，其中每個周期由幾個時間段組成。每個節(jié)點ll都根據(jù)其 自身的內(nèi)置時鐘來確定新周期的開始。至少一個時間段被分成固定數(shù) 量的時隙，其中每個時隙最多被分配給節(jié)點11的一個通信控制器15，
其中通信控制器15有權(quán)單獨傳輸。該周期的其他時間段可用于動態(tài) 仲裁機制或其他目的。
總線監(jiān)控裝置14為具有獨立配置數(shù)據(jù)集的裝置，使得只能在配 置數(shù)據(jù)集所指定的那些時隙內(nèi)在總線上進行傳輸。
應(yīng)用程序主機13包括數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)接收器并且通常不涉及協(xié)議 活動。應(yīng)用程序主機13做出通信控制器15不能單獨做出的那些決定。
被稱為冷啟動節(jié)點的單個節(jié)點11發(fā)起通信調(diào)度。根據(jù)本發(fā)明， 該冷啟動節(jié)點是集群耦合器10。通過確定幾個潛在節(jié)點/集群中的哪 一個執(zhí)行啟動的配置或一些算法來選擇該集群耦合器10。該算法通 常包括只要還沒檢測到現(xiàn)有的通信調(diào)度就在附接的信道上傳送幀或 類似結(jié)構(gòu)。
因此(潛在)冷啟動節(jié)點11的通信控制器15不得不監(jiān)聽全部 附接的信號并且不得不同時在全部附接的(潛在冗余)信道上傳輸其 啟動數(shù)據(jù)。集群內(nèi)的每個節(jié)點11都監(jiān)聽其附接的信道。如果接收到 指示啟動的特定幀或類似結(jié)構(gòu)，那么它將采用來自察覺到通信的時序
9方案并且并入該網(wǎng)絡(luò)。
符合該描述的兩個系統(tǒng)是TTP (時間觸發(fā)協(xié)議)規(guī)范和FlexRay 協(xié)議。
圖3示出了連接到多個集群A-X的傳統(tǒng)集群耦合器或傳統(tǒng)網(wǎng)關(guān)。 不包括在啟動期間用于同步的裝置。因此，在消耗大量時間的應(yīng)用層 上按照傳統(tǒng)方式執(zhí)行啟動同步。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明的集群耦合器10。由于集群A-X連接到集 群耦合器10，所以存在許多協(xié)議引擎12。通常，集群耦合器IO包括 均被實現(xiàn)為協(xié)議引擎的三個通信控制器，另外它們還可以根據(jù)需要包 括控制器主機接口。而且，應(yīng)用程序主機13被描述成提供激勵用于 開始啟動同步。在接收到激勵之后，協(xié)議引擎中的至少一個開始將指 示啟動的幀傳送到其連接的集群A-X。然而，還可等待預(yù)定時間，例 如執(zhí)行啟動算法。在把指示啟動的幀傳送到其連接的集群A-X之后， 同步邏輯20將該幀分配給其他集群。由于回送功能，在其他協(xié)議引 擎的RxD引腳中也接收到啟動/同步幀?；厮凸δ軐⑤敵龅臄?shù)據(jù)傳送 回發(fā)送輸出的RxD引腳并且另外傳送到集群總線。同步邏輯20接收 啟動/同步幀或指示啟動過程的其他信息。它將該信息分配給其他協(xié) 議引擎12用于同時啟動集群A-X。在同步集群之后，可以通過時序 控制21禁用同步邏輯20。另一可能的方法是在預(yù)定時刻激活同步邏 輯20來監(jiān)測并保持在操作期間集群之間的同步。
參考圖5、圖6，示出了根據(jù)第一實施例的集群耦合器10。它連 接到每個均由標準協(xié)議引擎12提供服務(wù)的幾個通信集群A、 B、 X， 協(xié)議引擎12被實現(xiàn)為硬件IP模塊。協(xié)議引擎12包括有關(guān)啟動、通 信調(diào)度、媒體訪問等的一般協(xié)議知識。協(xié)議引擎12具有多個輸入端 和輸出端，而圖中僅示出了其中的兩個。RxD引腳表示信道的接收 路徑，而TxD引腳表示信道的發(fā)送路徑。通常，但是并不排除兩個 都是在"0"和"1"狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的串行接口。對于FlexRay協(xié)議， 發(fā)送路徑具有用于附接三態(tài)物理層所需的額外的"啟動"引腳，這將 采取類似于TxD信號(未示出)的方式處理。同步邏輯電路50、 51、 52使得協(xié)議引擎12能夠彼此同步。假定通過回送功能信道上的全部
10傳送信息也經(jīng)由各個Rxd引腳被接收。這使得每個協(xié)議引擎12還在 他們的信道上接收結(jié)合在同步邏輯電路50、 52中的其他協(xié)議引擎12 的有關(guān)啟動的傳送信息。如果不可能進行回送，則必須采取額外的措 施來把協(xié)議引擎12的有關(guān)啟動傳送消息也直接饋送到Rxd輸入端。 在圖5、圖6中，僅描述了每個協(xié)議引擎12中的單個附接的信
道。然而，本發(fā)明并非限于這種單信道系統(tǒng)?？梢匀菀椎刂С侄嘈诺?。 如果每個協(xié)議引擎均連接到相同數(shù)量的信道，則這些信道可以編號為
l-x?，F(xiàn)在針對每組信道利用相同的標號分別完成在同步電路中邏輯 組合。
根據(jù)所使用的協(xié)議和物理層，尤其是空閑狀態(tài)的表現(xiàn)，可以使 用適合的"與運算"。FlexRay協(xié)議基于低電平(0)占主導(dǎo)的邏輯。 因此，這是"與運算"的一般定義，意味著按照低電平(0)占主導(dǎo) 的方式來組合多個偏離輸入。
在高電平(1)占主導(dǎo)的邏輯協(xié)議中，"或運算"電路應(yīng)當用于 將一個協(xié)議引擎12的輸出信號提供給其他協(xié)議引擎12的其他傳送路 徑以將啟動幀分配給全部集群。
集群耦合器IO的全部協(xié)議引擎12可以從例如集群耦合器10中 的應(yīng)用程序主機13或者從較高協(xié)議層裝置接收命令以同時啟動。
經(jīng)由協(xié)議引擎的輸出端傳送的啟動和同步幀被組合在一起并且 被饋送到集群中的每一個。因為它們通過信道共享彼此的啟動和/或 同步數(shù)據(jù)，所以它們將根據(jù)"標準"啟動過程進行同步?？刂齐娐?51依賴于協(xié)議并且負責(zé)對傳送信息進行過濾，使得只有有關(guān)啟動和 時鐘同步相關(guān)信息通過通信集群被分配，而并非由集群耦合器10的 協(xié)議引擎12生成的其他任何幀或類似結(jié)構(gòu)。
對于FlexRay協(xié)議，該控制電路將分配在"冷啟動沖突解決" 狀態(tài)下發(fā)送的最初CAS標志和全部啟動幀，而不是其他的幀。必須 以防止耦合器的協(xié)議引擎發(fā)送的幀或類似結(jié)構(gòu)發(fā)生沖突的方式自然 地配置全部的通信集群。對于FlexRay，這將意味著保持耦合器協(xié)議 引擎的啟動幀內(nèi)的關(guān)鍵時隙未被其他傳統(tǒng)集群的節(jié)點占據(jù)。
如果集群耦合器IO包括至少兩個協(xié)議引擎，則對于啟動過程不需要集群中的其他傳統(tǒng)節(jié)點。更優(yōu)選地是，除了集群耦合器10沒有其他節(jié)點參與啟動過程，意味著整個通信網(wǎng)絡(luò)依賴于在集群耦合器10中的協(xié)議引擎12的傳送的存在。這防止了在集群內(nèi)傳統(tǒng)節(jié)點11的不一致啟動嘗試的問題以及對耦合器中的協(xié)議引擎的啟動嘗試的干擾。同樣優(yōu)選地是，除了集群耦合器之外沒有其他節(jié)點允許傳送同步幀以避免不同節(jié)點接收不同的啟動幀組。這會使得驗證啟動算法的校正功能變得復(fù)雜。
為了防止集群耦合器的會引起通信集群的不啟動的單次故障，優(yōu)選地是存在多個這樣的耦合器。集群耦合器必須共享集群中之一的至少一個信道從而彼此能夠同步。集群耦合器優(yōu)選地共享包含多個信道的那些集群的多個信道以提供冗余的集群間連接和冗余的集群間同步。在冗余的集群耦合器的情況下，多個集群耦合器可能或者可能不連接到相同的通信集群。如果另外只有由"啟動主機"通過上述機構(gòu)發(fā)送到全部通信集群的幀或類似結(jié)構(gòu)用于時鐘同步，則在網(wǎng)絡(luò)運行期間在整個通信集群上進行了近乎完美的同步。
對于FlexRay，這將意味著除了上述集群耦合器之外沒有其他節(jié)點被允許發(fā)送同步幀。因為每個集群耦合器會在啟動中為首，所以只有與其他集群耦合器中的協(xié)議引擎共享信道的集群耦合器的協(xié)議引擎允許在啟動過程中為首，因為它們能解決不同集群耦合器之間的冷啟動沖突。結(jié)果，全部通信集群將與至少一個這樣的集群耦合器對準。全部集群耦合器的相互通信保證了所有這些集群耦合器在時序方面彼此一致，并且集群上的全部傳統(tǒng)節(jié)點與耦合器節(jié)點的時序一致。唯一差異源于物理層的不同拓撲結(jié)構(gòu)，當定義用于全部通信集群的一般假定精度時，可以考慮這種差異。
圖5和圖6表示用于根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的集群耦合器10的不同實現(xiàn)方式。如圖可以容易看出，圖5中的電路比圖6中的更復(fù)雜。在圖5中，存在另外的邏輯電路52，用于在由控制電路51激活的情況下將發(fā)送路徑的輸入進行組合。因此，當協(xié)議引擎12中的一個傳送啟動/同步幀時，控制電路51將該信號提供給另外的邏輯電路52。根據(jù)協(xié)議，以在一個輸入的情況下將該輸入提供給其他協(xié)議引擎
1212的其他全部同步電路50的方式組合這些信號。因此，啟動/同步幀在相同的開始時刻被提供給全部通信集群。
在圖6中，每個協(xié)議引擎12的輸出端TxD可由控制邏輯61啟用以將啟動/同步幀同時饋送到其他全部發(fā)送路徑。其他數(shù)據(jù)僅被提供到自身集群的發(fā)送路徑。
現(xiàn)在將參考圖7來描述本發(fā)明的第二實施例。在第二實施例中，全部附接的通信集群的其他全部節(jié)點需要被配置成它們根本不能發(fā)起通信啟動或者具有被配置的大量延遲來給中央節(jié)點(集群耦合器)首先啟動的機會。而且，全部通信集群必須被同樣配置，使得周期長度彼此相同。第三，假定全部附接的通信集群處于原有狀態(tài)，意味著它們當前不能通信，而只能等待啟動。對于系統(tǒng)啟動來說這是有效的假定。如果集群耦合器IO需要在已經(jīng)進行了通信的同時重啟，那么它通常必須對其協(xié)議引擎12的每一個進行求和并且試圖在使用外部時鐘校準后再次對通信集群進行同步。
集群耦合器10的全部協(xié)議引擎12可以例如通過應(yīng)用程序主機13 (未示出)接收命令來同時啟動。利用同步電路70、 72來結(jié)合協(xié)議引擎12的全部接收輸入端RxD，從而對全部協(xié)議引擎12進行相同的激勵。由于協(xié)議引擎12接收到相同的激勵并且還可以同樣地執(zhí)行，所以它們將總是得到是否啟動和如何啟動的相同結(jié)論。在單個通信集群上的任何激勵以相同方式影響了該集群耦合器10的全部協(xié)議引擎12，該激勵通常只是延遲或加速了該通信集群的啟動。因此，協(xié)議引擎12將在相同時間點開始通信，并且由此保證全部通信集群A-X以完全同步的方式啟動。
圖7示出了集群耦合器IO如何連接到每個都由標準協(xié)議引擎12提供服務(wù)的幾個通信集群A-X。協(xié)議引擎12按照與第一實施例相同的方式構(gòu)建。
根據(jù)第二實施例的集群耦合器10包括在全部協(xié)議引擎12的RxD輸入路徑中的同步邏輯電路70、 72，用于將輸入結(jié)合到它們中?？刂七壿?1接收輸入(未示出)，告知協(xié)議引擎的啟動狀態(tài)。該輸入將最有可能是從應(yīng)用程序主機13或者主機接口模塊(這里未示出)
13提供的，盡管也可以直接從協(xié)議引擎12中提取出來。
在圖7中，僅描繪了每個協(xié)議引擎中的單個附接的信道。然而，
如上所述，容易支持多個信道。
根據(jù)使用的協(xié)議和物理層，在低電平(0)占主導(dǎo)的邏輯情況下
使用適合的"與運算"。在高電平(1)占主導(dǎo)的情況下使用邏輯"或
運算"電路。對于FlexRay協(xié)議，這將是"與運算"的一般定義，意味著按照低電平占主導(dǎo)的方式結(jié)合多個偏離輸入。
根據(jù)使用的協(xié)議的啟動算法，控制邏輯71在便利的時間點禁用在同步邏輯電路70、 72中RxD引腳的結(jié)合。隨后，接收數(shù)據(jù)僅被提供到相連的協(xié)議引擎。
通常，剛好在(第一)協(xié)議引擎開始之前，發(fā)送是適當?shù)臅r間點，不會對任何協(xié)議造成不便。對于FlexRay協(xié)議，這可以是進入"冷啟動沖突解決"狀態(tài)的入口。為了進一步增加全部通信集群A-X同步啟動的機會，可以對分離集群A-X的時刻進行更多的延遲。
如果附加邏輯(未示出)保證集群耦合器的協(xié)議引擎12的發(fā)送沒有被結(jié)合到共同信道示圖(例如，當所討論的協(xié)議引擎發(fā)送時(對于FlexRay，易于通過監(jiān)測txen引腳來確定)，禁止特定協(xié)議引擎12的RxD輸入到結(jié)合示圖)，只有在剛進入"冷啟動一致性校驗"狀態(tài)才需要停止結(jié)合(與運算)。在此情況下，優(yōu)選地是，集群耦合器的全部協(xié)議引擎12被分配相同的關(guān)鍵時隙ID號碼以防止這一階段的不一致性。在稍后單個通信集群取消啟動的情況下，同時其他通信集群還在繼續(xù)，該協(xié)議引擎必須通過在其稍后再次嘗試啟動時實施常規(guī)一致性來使用具體的方法。在集群耦合器(重新)啟動時單個或
多個通信集群已經(jīng)通信的情況下，很難確定這一點，這是由于多個集群的集合后的輸出可能不會導(dǎo)致可決定的通信元素。在通信集群在不
久之前同步的情況下，它們不能彼此偏離太多。為了處理好再次求和的這種特殊情況，可以將特定時隙或時間段唯一地分配給每個通信集群，使得在與其他集群通信結(jié)合時不會打亂該時隙內(nèi)的通信。這允許發(fā)起和同步多個附接的通信集群的通信的網(wǎng)關(guān)的快速再求和，但是基于某些原因不得不復(fù)位/重啟。
14參考圖8，具體描述本發(fā)明的第三實施例。集群耦合器10的協(xié)議引擎12a中的一個被挑選并確定為該時隙的主機。在全部附接集群上分配有關(guān)其全部啟動和同步的信息，同時其他協(xié)議引擎12b、 12x對所發(fā)送的信息進行求和并且僅負責(zé)消息交換，但是不負責(zé)啟動或同步。這示出了集群耦合器IO是如何連接到幾個通信集群A-X，每個集群都由標準協(xié)議引擎12a、 12b和12x提供服務(wù)。按照第一實施例和第二實施例的協(xié)議引擎相同的方式來構(gòu)成第三實施的協(xié)議引擎12。
集群耦合器IO另外包括控制邏輯81，基本上使得協(xié)議引擎12a在全部附接的通信集群中同時發(fā)送。通過使用回送功能，同樣通過RxD引腳接收信道上的全部傳輸信號。這使得分配給集群B到X的協(xié)議引擎12b、12x來在它們出現(xiàn)時在它們的信道上接收協(xié)議引擎12a的發(fā)送內(nèi)容。集群B和X的發(fā)送路徑均包括同步電路80，當控制電路81通過閉合開關(guān)啟用了啟動/同步幀的分配時，每個同步電路80均接收來自集群A的發(fā)送信息。因此，根據(jù)協(xié)議內(nèi)容，在同步邏輯80處所提供的信號被提供到連接的集群B和X。因此，啟動/同步信息被同時提供給其他集群B和X?？刂齐娐?1是基于協(xié)議的電路并且僅負責(zé)在通信集群上有分配有關(guān)啟動和時鐘同步的信息，而不負責(zé)把由標簽為"A"的協(xié)議引擎12a所發(fā)送的每個幀或相似的結(jié)構(gòu)分配到"主集群"。對于FlexRay協(xié)議，該邏輯分配在"冷啟動沖突解決"狀態(tài)下發(fā)送的初始CAS標簽，以及全部啟動幀，但沒有其他幀。
在協(xié)議不支持環(huán)回功能時，必須采用額外的措施來把協(xié)議引擎12a的有關(guān)啟動的傳輸信息直接饋送到協(xié)議引擎12b、 12x的RxD輸入端。
如針對第一實施例所說明的那樣，圖8中僅示出了每個引擎協(xié)議中單個附接的信道。然而，本發(fā)明并不限于這種單信道系統(tǒng)。容易
支持多信道。如果每個協(xié)議引擎均連接到相同數(shù)量的信道，則這些信道編號為從1到y(tǒng)?，F(xiàn)在針對具有相同標號的每組信道分別完成在同步電路80中的組合。
根據(jù)所使用的協(xié)議和物理層，特別是空閑信道的表現(xiàn)，使用了適合的"與運算"。對于FlexRay，這將是"與運算"的一般定義， 意味著按照低電平(0)占主導(dǎo)的方式來組合多個偏離輸入。在高電 平(1)占主導(dǎo)的邏輯協(xié)議中，"或運算"電路用于為其他協(xié)議引擎 12的其他發(fā)送路徑提供主機協(xié)議引擎12a的輸出信號以將啟動幀分 配給全部集群。
通過在集群耦合器10中使用本發(fā)明的電路，集群耦合器10的 全部協(xié)議引擎12a-12x被賦予命令以同時啟動。標記為"A"的協(xié)議 引擎12a可以被看作控制全部附接的通信集群B和X的啟動的"啟 動主機"。因此，也可以將通信集群"A"看作"主集群"而其余的 通信集群作為"從集群"。
標記為"A"的協(xié)議引擎丟棄了來自其他通信集群的潛在激勵， 并且確定是否以及如何僅在來自其自身的通信集群"A"的激勵上啟 動。
類似于第一實施例，必須自然配置全部通信集群A-X，從而防 止與由標記為"A"的協(xié)議引擎12a發(fā)送的幀或類似結(jié)構(gòu)發(fā)生沖突。 對于FlexRay，這意味著在"從集群"中保持協(xié)議引擎12a的關(guān)鍵時 隙(在發(fā)送啟動幀期間)未被占用。
如果不允許"從集群"B或X中的其他傳統(tǒng)節(jié)點發(fā)起啟動過程， 那么本發(fā)明運行得最理想，但是整個通信取決于協(xié)議引擎12a的發(fā)送 的存在。這防止了具有"從集群"和標記為"A"的協(xié)議引擎中之一 的節(jié)點的不一致啟動嘗試的問題。
通過提供具有主機協(xié)議引擎的多個這樣的集群耦合器，可以避 免集群耦合器的單次故障。這樣的多個集群耦合器僅負責(zé)全部通信集 群(包括"主集群")的啟動。然而，每個這樣的節(jié)點的"啟動主機" 必須連接到相同的通信集群。這防止了全部潛在的啟動不一致。如果 針對時鐘同步另外僅使用了通過上述機構(gòu)由"啟動主機"發(fā)送到全部 通信集群的幀或類似結(jié)構(gòu)，在全部通信集群上進行了近乎完美的同步。
對于FlexRay協(xié)議來說，這將意味著除了上述集群耦合器之外 沒有節(jié)點可以發(fā)送啟動/同步幀。結(jié)果，在沒有與至少一個這樣的集群耦合器對準的情況下，通信集群不能繼續(xù)通信。在"主集群"上的 全部集群耦合器的相互通信保證所有這樣的"啟動主機"在時序上相 互一致，因此全部"從集群"與"主集群" 一致。唯一差異可能源自 于物理層的不同拓撲結(jié)構(gòu)，在針對全部通信集群定義一般假定的精度 時可以考慮這一差異。
為了簡單起見，使用了具有含義的術(shù)語"啟動幀/數(shù)據(jù)"和"同 步幀/數(shù)據(jù)"。為了解決減小實現(xiàn)集群之間同步的時間的目的，可以
使用這兩個術(shù)語。FlexRay協(xié)議在這些術(shù)語之間是有區(qū)別的。啟動幀 用于啟動，而同步幀用于保持或恢復(fù)同步。
1權(quán)利要求
1. 一種時間觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)中的集群耦合器單元，其中該網(wǎng)絡(luò)包括多個通信集群(A-X)，每個通信集群都具有多個節(jié)點(11)，所述通信集群(A-X)在周期長度、時隙長度和幀長度方面互相兼容，其中集群耦合器單元(10)連接到至少兩個通信集群(A-X)，所述集群耦合器單元(10)包括與連接的通信集群一樣多的協(xié)議引擎(12)，每個協(xié)議引擎(12)都至少具有一個接收輸入端(RXD)和一個發(fā)送輸出端(TXD)，其中同步邏輯(20)連接到接收輸入端(RXD)和/或發(fā)送輸出端(TXD)中的至少一個，其中同步邏輯(20)將來自輸入/輸出信號的啟動/同步相關(guān)信息分配給全部相連接的集群，該信息用于在啟動期間使相連接的通信集群(A-X)同步。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集群耦合器單元，包括時序控制單元 (21， 51， 61， 71， 81)，用于確定在哪一時刻或在哪個時間段在通信集群(A-X)之間交換包含相關(guān)啟動/同步信息的輸入/輸出數(shù)據(jù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的集群耦合器單元，其中在相連接 的通信集群(A-X)中的其他所有節(jié)點(11)根本不能發(fā)起通信啟動， 或者具有被配置的大量延遲，來給集群耦合器單元(10)首先啟動的 機會。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中之一所述的集群耦合器單元，其中集群 耦合器單元(10)從應(yīng)用程序主機(13)接收啟動信號，其中至少一 個協(xié)議引擎(12)發(fā)起輸出數(shù)據(jù)的第一次發(fā)送，同步邏輯(20)將輸 出數(shù)據(jù)分配給全部相連接的集群(A-X)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中之一所述的用于連接多個通信集群 (A-X)的集群耦合器單元，其中每個協(xié)議引擎(12)的接收路徑 (RXD)耦合到同步邏輯(70， 72)，該同步邏輯(70， 72)根據(jù)來自相連接的集群中至少一個集群的至少一個接收信號來形成共用信 號，該共用信號被用于同時啟動全部通信集群的協(xié)議引擎(12)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中之一所述的用于連接多個通信集群的集 群耦合器單元，其中每個協(xié)議引擎(12)的發(fā)送路徑(TXD)耦合到 同步邏輯(50， 52， 60， 62)，該同步邏輯(50， 52， 60， 62)根據(jù)將要 從協(xié)議引擎(12)中至少一個協(xié)議引擎發(fā)送的至少一個信號來形成組 合信號，該組合信號用于同時將啟動信號發(fā)送給通信集群(A-X)用 于使通信集群(A-X)同步。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的集群耦合器單元，其中控制電路 (51， 61， 71)在啟動期間以預(yù)定時間開始同步或者在操作通信集群期間以預(yù)定時間間隔開始同步。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中之一所述的用于連接多個通信集群的集 群耦合器單元，集群耦合器單元(10)包括與連接的通信集群一樣多 的協(xié)議引擎(12a, 12b-12x)，其中第一協(xié)議引擎(12a)運行作為將 輸出信號輸出到控制輸出端并且將啟動信號輸出到其發(fā)送路徑(TXD)的主機協(xié)議引擎(12a)，其中根據(jù)來自主機協(xié)議引擎(12a) 的控制信號，該啟動信號耦合到其他協(xié)議引擎(12b，12x)的發(fā)送路 徑(TXD)，其中其他協(xié)議引擎(12b，12x)的發(fā)送路徑(TXD)包 括同步電路(80)，用于將來自主機協(xié)議引擎(12a)的將要發(fā)送的 該啟動信號輸出到相連接的其他通信集群(B，X)，從而還使得其他 協(xié)議引擎(B-X)同步并且啟動。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于連接多個通信集群的集群耦合器 單元，其中集群耦合器單元(10)包括控制電路(81)，該控制電路是基于協(xié)議的，并且控制在相連接的通信集群之間的啟動和/或時鐘 同步信息的分配。
10. —種用于使時間觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)中的多個集群同步的方法，該網(wǎng)絡(luò) 包括連接到多個集群(A-X)的集群耦合器(10)，其中在集群耦合器(10)中已經(jīng)為每個集群指定了協(xié)議引擎(12)，用于轉(zhuǎn)換相連接的集群的協(xié)議，該方法包括步驟為集群耦合器(10)提供激勵；利用協(xié)議引擎之一將指示啟動同步的信息發(fā)送到集群；將指示包括在集群耦合器中的同步邏輯(20)的啟動同步的信息分配給集群耦合器(10)中的全部協(xié)議引擎(12);同時啟動連接到集群耦合器的集群。
11. 一種在時間觸發(fā)協(xié)議下運行的網(wǎng)絡(luò)，其中該網(wǎng)絡(luò)包括多個通信集群(A-X)，每個通信集群都具有多個節(jié)點(11)，所述通信集 群(A-X)在周期長度、時隙長度和幀長度方面互相兼容，其中集群 耦合器單元(10)連接到至少兩個通信集群(A-X)，集群耦合器單 元(10)包括與連接的通信集群一樣多的協(xié)議引擎(12)，每個協(xié)議 引擎(12)都至少具有一個接收輸入端(RXD)和一個發(fā)送輸出端 (TXD),其中同步邏輯(20)連接到協(xié)議引擎(12)的接收輸入端 (RXD)禾P/或發(fā)送輸出端(TXD)中的至少一個，其中同步邏輯(20) 將來自輸入/輸出信號的啟動/同步相關(guān)信息分配給全部相連接的集 群，該信息用于在啟動期間使相連接的通信集群(A-X)同步。
全文摘要
本發(fā)明涉及尤其在具有多個集群的汽車網(wǎng)絡(luò)中使用的時間觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)。每個集群(A-X)都包括多個節(jié)點(11)。為了節(jié)省啟動期間的時間，提出了時間觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)中的集群耦合器單元(10)，其中該網(wǎng)絡(luò)包括多個通信集群(A-X)，每個通信集群都具有多個節(jié)點(11)，通信集群(A-X)在周期長度、時隙長度和幀長度方面互相兼容，其中集群耦合器單元(10)連接到至少兩個通信集群(A-X)，集群耦合器單元(10)包括與連接的通信集群一樣多的協(xié)議引擎(12)，每個協(xié)議引擎(12)都至少具有一個接收輸入端(RXD)和一個發(fā)送輸出端(TXD)，其中同步邏輯(20)連接到協(xié)議引擎(12)的接收輸入端(RXD)和/或發(fā)送輸出端(TXD)中的至少一個，其中同步邏輯(20)分配來自輸入/輸出信號的信息，該信息用于在啟動期間使相連接的通信集群(A-X)同步。
文檔編號H04J3/06GK101512984SQ200780032997
公開日2009年8月19日 申請日期2007年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月6日
發(fā)明者彼得·富爾曼, 約恩·翁格曼, 約恩·范瓦格寧根, 馬庫斯·鮑邁斯特 申請人:Nxp股份有限公司