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      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

      文檔序號:7677833閱讀:320來源:國知局
      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)中傳遞報文的方法,通信系統(tǒng)帶有多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點,每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 帶有至少一個CAN控制器。
      此外,本發(fā)明關(guān)于帶有多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的通信系統(tǒng),每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點帶有至少一個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等地方免費下載。電子元件新功能的實施例(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)動器和數(shù)據(jù)線有延遲現(xiàn) 象,當前的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)點同步至誤差小于一個位元持續(xù)時間的一小部分。所有CAN通信節(jié)點必 須遵照Can Specification Version 2.0;其中說明的數(shù)個協(xié)議特征,要求CAN通信節(jié)點的CAN協(xié) 議一致動作同時發(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報文傳遞過程。傳遞方向以箭頭表示。多個CAN 通信節(jié)點KKl, KK2通過CAN總線同時傳遞其"CAN幀",此CAN幀由帶有"標識符部分"的仲裁 域ARB開始。由此,它們共同決定各個CAN通信節(jié)點KK1,KK2之中實際授權(quán)哪個節(jié)點發(fā)送完 整的CAN報文NAR。在這樣經(jīng)授權(quán)的CAN通信節(jié)點KK1傳遞了CAN報文NAR的數(shù)據(jù)內(nèi)容 DATA及校驗和CRC以后,在總線上操作中的所有CAN通信節(jié)點KK2通過在報文NAR的應(yīng)答 階段發(fā)出顯性電平PEG確認校驗和的正確性。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。如果接收器識別出傳遞中的錯誤,節(jié)點則產(chǎn)生并發(fā)送錯誤幀。
      傳統(tǒng)CAN通信系統(tǒng)的最大缺點是能夠達到的數(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。本發(fā)明使用引言中提到的一類方法達到這一目的根據(jù)本發(fā)明,仲裁決定在比CAN報文 傳遞更高的協(xié)議層次進行;CAN報文在由發(fā)報的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點發(fā)出時已在ACK域中帶有顯性電 平;接收CAN報文的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點既不發(fā)送ACK域中的顯性電平又不發(fā)送完整的錯誤幀。
      根據(jù)本發(fā)明的方案不太費力地使CAN總線系統(tǒng)可達到的吞吐量增加了好幾倍,同時保持 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,報文傳遞總是僅朝一個 方向進行,即從發(fā)送器到接收器。本發(fā)明可簡單地通過當前常用的CAN控制器實現(xiàn),大多幾 乎不需要任何可見的額外成本。
      同時,為使報文能夠傳遞更長的傳遞距離,可提供一報文分發(fā)裝置,其利用報文傳播方 向僅朝一個方向進行這一事實,在電平和/或時間響應(yīng)方面在CAN總線上重新產(chǎn)生電子信號。
      使用導言中說明的一類通信系統(tǒng)也可達到上述目的。根據(jù)本發(fā)明建立的通信系統(tǒng),在比 CAN報文(NAR)傳遞更高的協(xié)議層次進行仲裁決定,決定授權(quán)哪個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點發(fā)送;發(fā)送在由 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點發(fā)出時己在ACK域中帶有顯性電平的CAN報文;阻止接收CAN報文的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點發(fā)送 完整的錯誤幀或在ACK域中產(chǎn)生顯性電平。
      本發(fā)明以及它的其它優(yōu)點將如圖所示在下文以非限制性的最佳實施例詳細說明。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 報文NAR'在由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點KK1'發(fā)送時已經(jīng)在ACK域中帶有顯性電平PEG,接收CAN報文的網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點KK2既不在ACK域中發(fā)送顯性電平又不發(fā)送完整錯誤幀。
      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報文的傳遞網(wǎng)絡(luò)節(jié)點KK1' 被更改,以致它發(fā)送已經(jīng)擁有顯性應(yīng)答位的CAN報文。同時,報文的接收器KK2'被更改,以 致它們不試圖通過在應(yīng)答域中設(shè)置顯性電平以確認收到報文的正確性。這樣更改的節(jié)點KK1, KK2'被用于在更高協(xié)議層中進行仲裁的環(huán)境,例如時控系統(tǒng)和主從系統(tǒng)中。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點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)方面互相對應(yīng)。例如,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點KK1'或 KK1"中的一個可如圖3所示的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點實現(xiàn),而第二個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點KK2'或KK2"可例如根據(jù)圖4 所示的實施例設(shè)計。
      在根據(jù)本發(fā)明的方案中,(物理)報文流在CAN報文傳遞期間(與現(xiàn)有技術(shù)的方法或通信系 統(tǒng)相反)僅朝一個方向進行,即從傳遞節(jié)點KK1', KK1"至接收節(jié)點KK2', KK2"。根據(jù)本發(fā)明的通信節(jié)點KK1', KK2', KK1", KK2"撥送器準收器)的更改具有以下效果
      a) 與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比,總線信號的時序明顯地變得更加不重要。在傳統(tǒng)CAN系統(tǒng)中,通過 兩個總線驅(qū)動器的總渡越時間決定最大數(shù)據(jù)速率。在本發(fā)明使用的系統(tǒng)中,下降沿和上升沿 的總渡越時間的差異決定最大數(shù)據(jù)速率。這在一般的總線驅(qū)動器中比總渡越時間要小得多, 從而提高了能夠達到的數(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)動器。帶有顯性/顯性電平的總線驅(qū)動器通常比帶有顯性/隱性電平 的總線驅(qū)動器具有較短的延遲及較不傾斜的延遲位置。能夠達到的數(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CAN控制器CONl,CON2的本發(fā)明實施例。根據(jù)此實施例,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 K幻'帶有一個微控制器MIC和兩個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)動器BUT置于CAN總線BUS上。現(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幀的時序因更多應(yīng)答位引致失真,在這 時候通過允許傳遞線TxEn阻止通信系統(tǒng)中的所有其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點KK2'的傳訊。
      在更高協(xié)議層次進行的仲裁結(jié)果可在微控制器MIC中得到,產(chǎn)生相應(yīng)的允許傳遞信號作 為仲裁結(jié)果的函數(shù)。進行仲裁所根據(jù)的算法對本發(fā)明的物理實施例的重要性是次要的,這里 唯一必不可少的是仲裁結(jié)果獨立于CAN控制器得到,因為允許傳遞信號的值依仲裁結(jié)果而定。 只有不要特定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點KK1'發(fā)送任何報文NAR時,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點KK1'的允許傳遞信號才被激活。 當不要網(wǎng)絡(luò)節(jié)點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報文NAR,這種情況下BUS驅(qū)動器BUT不發(fā)出報文NAR。相反地,如果要傳 遞CAN報文NAR,與顯性電平相對應(yīng)的允許傳遞信號由微控制器MIC產(chǎn)生。允許傳遞信號和 邏輯AND連接AND的輸出信號現(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"時間點及在給定時間 點產(chǎn)生應(yīng)答位而產(chǎn)生。除應(yīng)答位的產(chǎn)生方式外,此變化和第一個變化完全相同。這是非常節(jié)約成本的本發(fā)明的實現(xiàn)方法,其可用傳統(tǒng)微控制器實現(xiàn)。
      第三個變化使用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和CRC的CAN報文時不把應(yīng)答位置于總線上。
      為了使報文能傳遞較長距離,提供了報文分發(fā)裝置NVT,該裝置在電平和/或時間響應(yīng)方 面在CAN總線上重新生成電子信號。報文分發(fā)裝置NVT利用報文NAR的傳播方向只朝一個方 向發(fā)生這一事實。
      權(quán)利要求
      1. 在通信系統(tǒng)(SYS)中通過CAN總線(BUS)傳遞CAN報文(CAN)的方法,系統(tǒng)帶有多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(KK1,KK2,KK1′,KK2′,KK1",KK2"),每個節(jié)點有一CAN控制器(CON,CON1,CON2),其中進行授權(quán)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(KK1,KK2,KK1′,KK2′,KK1",KK2")發(fā)送CAN報文(NAR)的仲裁,其特征在于仲裁決定在比CAN報文(NAR)傳遞更高的協(xié)議層次進行,并且CAN報文(NAR)在由發(fā)報的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(KK1,KK2,KK1′)發(fā)出時已在ACK域中帶有顯性電平,其中接收CAN報文(NAR)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(KK2′,KK1",KK2")既不發(fā)送在ACK域中的顯性電平又不發(fā)送完整的錯誤幀。
      2. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法,其特征在于報文分發(fā)裝置(NVT)利用報文(NAR)傳播方向僅朝一個 方向進行這一事實,在電平和/或時間響應(yīng)方面在CAN總線(BUS)上重新生成電子信號。
      3. 通信系統(tǒng)(SYS),其帶有多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(KK1, KK2, KK1', KK2', KK1", KK2"),每個網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點帶有至少一個CAN控制器(CON, CONl, CON2),其中該通信系統(tǒng)(SYS)被設(shè)置以對于授權(quán) 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(KKl, KK2, KK1', KK2', KK1", KK2")發(fā)送CAN報文(NAR)進行仲裁,其特征在于通 信系統(tǒng)(SYS)被設(shè)置為在比CAN報文(NAR)傳遞更高的協(xié)議層次進行仲裁決定,決定授權(quán)哪 個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(KKl, KKK2, KK1', KK2', KK1", KK2")發(fā)送CAN報文(NAR);發(fā)送由發(fā)報的網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(KK1,KK2,KK1')發(fā)出時己在ACK域中帶有顯性電平的CAN報文(NAR);阻止接收CAN報 文(NAR)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(KK2', KK1", KK2")發(fā)送完整的錯誤幀或在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文分發(fā)裝置(NVT),其利用報文 (NAR)的傳播方向僅朝一個方向進行這一事實,在電平和/或時間響應(yīng)方面在CAN總線(BUS)上重新生成電子信號。 '
      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報文(NAR)的方法,通信系統(tǒng)(SYS)包括多個各自帶有至少一個CAN控制器(CON,CON1,CON2)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(KK1,KK2,KK1′,KK2′,KK1″,KK2″)。根據(jù)所述方法,對于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(KK1,KK2,KK1′,KK2′,KK1″,KK2″)發(fā)送CAN報文的授權(quán)進行仲裁,仲裁決定在比CAN報文(NAR)傳遞更高的協(xié)議層次進行,并且CAN報文(NAR)在由發(fā)報的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(KK1,KK2,KK1′)發(fā)出時,后者已提供所述報文在ACK域中的顯性電平。接收CAN報文的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(KK2′,KK1″,KK2″)既不在ACK域中產(chǎn)生顯性電平,又不發(fā)送完整的錯誤幀。
      文檔編號H04L12/413GK101507193SQ200780025411
      公開日2009年8月12日 申請日期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 申請人:Tttech電腦技術(shù)股份公司
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