使用帶通調(diào)制的高速can通信系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 以下描述涉及控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)通信系統(tǒng)，并且更具體地，涉及一種高速CAN 通信系統(tǒng)，其中，利用調(diào)制的信號來發(fā)送現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)CAN傳輸信號，以便在保持與現(xiàn)有的CAN 通信系統(tǒng)的兼容性的同時獲得更高的傳輸速率。
【背景技術(shù)】
[0002] 控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)通信系統(tǒng)是用于在汽車中的各種測量和控制設(shè)備之間提供 數(shù)字串行通信的車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。CAN系統(tǒng)通過用高效的串行通信線更換汽車中的電組件的 復(fù)雜的電布線和繼電器來減小重量和復(fù)雜性。在1980年使用用于汽車的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議開發(fā)了 CAN系統(tǒng)。其協(xié)議具有優(yōu)異的實(shí)時控制性能，易于實(shí)施，并且被廣泛地應(yīng)用于制造行業(yè)、航 空，鐵路和車輛。CAN由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（I SO)建立為標(biāo)準(zhǔn)I SO 11898。
[0003] 如圖1中例示的，CAN消息的典型結(jié)構(gòu)包括1比特的幀開始(SOF)字段、12比特的仲 裁字段、6比特的控制字段、最大64位數(shù)據(jù)字段、16比特的循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)字段、2比特的 確認(rèn)(ACK)字段、7比特的幀結(jié)束(EOF)字段和3比特的幀間間隔。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)來指派每個字 段中的比特的編號。圖1的CAN消息的一個幀中的由0和1指定的比特在CAN總線上被發(fā)送具 有該標(biāo)準(zhǔn)中所指定的值。該標(biāo)準(zhǔn)允許通過添加18比特到11比特的仲裁字段來使用總共29比 特的標(biāo)識符。
[0004] 首先發(fā)送SOF字段以指示幀的開始。繼SOF字段之后的仲裁字段包括11比特的標(biāo)識 符或29比特的擴(kuò)展標(biāo)識符中的任一個和遠(yuǎn)程傳輸請求(RTR)比特。標(biāo)識符字段指定在CAN中 通信時發(fā)送的CAN消息幀的處理優(yōu)先級。為了便于仲裁字段確定優(yōu)先級，唯一的標(biāo)識符或識 另IJ號被指派用于在每個CAN控制器中生成的CAN數(shù)據(jù)的每個消息。當(dāng)RTR比特具有"0"（默認(rèn)） 的值時，它意指CAN消息包含數(shù)據(jù)幀，并且當(dāng)RTR比特具有"Γ的值時，它意指在CAN消息包含 遠(yuǎn)程幀。在CAN總線上的一個節(jié)點(diǎn)請求來自另一節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送時使用遠(yuǎn)程幀，并且遠(yuǎn)程幀 不包含數(shù)據(jù)字段。
[0005] 控制字段被配置為6比特，該6比特包括指示數(shù)據(jù)字段的字節(jié)數(shù)的數(shù)據(jù)長度碼 (DLC)的4比特以及隨后要使用的值為"0"的保留比特R1和R2。
[0006] 數(shù)據(jù)字段包含要從一個節(jié)點(diǎn)發(fā)送到另一個節(jié)點(diǎn)的在長度上最大為64比特的數(shù)據(jù)。 CRC字段被用于檢查循環(huán)冗余，并且包括15比特的代碼和指示結(jié)束的值為"Γ的一個定界符 比特。ACK字段包括2比特。接收到有效消息的接收器通過在第一時隙比特期間發(fā)送"0"的值 來將其正確地報告給發(fā)送器。第二比特具有"Γ的值。
[0007] EOF字段被配置為7比特，該7比特全部具有T的值。全部具有T的值的3比特的 幀間間隔緊隨EOF字段之后。在3比特幀間間隔之后，尋求發(fā)送的任何節(jié)點(diǎn)都可以使用CAN總 線。尋求發(fā)送的節(jié)點(diǎn)可以嘗試通過發(fā)送SOF字段來確?？偩€。繼SOF字段之后，11比特或29比 特的標(biāo)識符被發(fā)送到CAN幀?；谠摌?biāo)識符，唯一相關(guān)的接收節(jié)點(diǎn)被允許接收，而除非發(fā)生 諸如錯誤這樣的特殊情況，否則其它節(jié)點(diǎn)變?yōu)橥Ｓ谩?br>[0008] 兩個或多個節(jié)點(diǎn)可以同時開始發(fā)送。在這種情況下，CAN標(biāo)準(zhǔn)提供了 CAN總線上的 多個存取仲裁方案。在CAN標(biāo)準(zhǔn)中，針對多路訪問，使用利用按位仲裁的載波偵聽多路訪問 (CSMA/BA)方法。每個節(jié)點(diǎn)在SOF發(fā)送之后發(fā)送標(biāo)識符，并且利用根據(jù)識別符的值的邏輯電 平0或1來驅(qū)動CAN總線。邏輯電平0被稱為顯性，并且邏輯電平1被稱為隱性。例如，假定第一 節(jié)點(diǎn)在顯性情況下驅(qū)動標(biāo)識符比特，并且第二節(jié)點(diǎn)在隱性情況下驅(qū)動標(biāo)識符比特。因此，當(dāng) 兩個節(jié)點(diǎn)同時在顯性和隱性情況下驅(qū)動標(biāo)識符比特時，總線的狀態(tài)變?yōu)轱@性狀態(tài)。第二節(jié) 點(diǎn)檢測到所發(fā)送的比特和從總線接收的比特不同，指示其消息具有較低的優(yōu)先級，并且隨 后停止總線的驅(qū)動。結(jié)果，可以看出，標(biāo)識符(ID)的值小的消息具有更高的優(yōu)先級。
[0009]通過標(biāo)識符競爭來獲得使用總線的權(quán)限的節(jié)點(diǎn)可以在數(shù)據(jù)字段期間發(fā)送最多64 比特。為了確定在比特間隔期間的抽樣時間，接收器檢測從邏輯電平0到1或者從邏輯電平1 到O的比特轉(zhuǎn)變。為了確?？偸窃陬A(yù)定間隔內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)變，當(dāng)發(fā)送相同的五個或更多個比特 時，在5個連續(xù)相同的比特發(fā)送之后插入不同的值的比特轉(zhuǎn)變。例如，當(dāng)連續(xù)地發(fā)送5個"Γ 的比特時，"0"的單個比特發(fā)送在5比特發(fā)送之后在CAN總線上被發(fā)送，并且在接收器中被去 除。接收器使用比特發(fā)送的變化來檢測邊緣，并且通過在預(yù)定的偏移時間之后進(jìn)行取樣來 執(zhí)行比特檢測。應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的延遲等來將偏移量設(shè)置為適當(dāng)?shù)闹怠?br>[0010]最近，針對尤其在包括多媒體裝置的車輛等中的高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笳谠黾印?可以考慮引入額外的高速標(biāo)準(zhǔn)傳輸方法來代替現(xiàn)有CAN接口。然而，新的方案需要增加車輛 重量和制造成本的額外的線纜安裝。因此，最近，已經(jīng)提出了基于CAN標(biāo)準(zhǔn)增加數(shù)據(jù)傳輸速 率的方法。
[0011] 第一，為了在保持CAN通信系統(tǒng)中的為IMbps的傳輸速率的同時提高數(shù)據(jù)傳輸效 率，已經(jīng)提出了通過信道延遲分析的高效調(diào)度方法，另外，已經(jīng)提出了用于按照超頻以高速 度發(fā)送數(shù)據(jù)的方法。在這些方法中，數(shù)據(jù)速率在超頻期間增加。然而，與其它標(biāo)準(zhǔn)CAN傳輸周 期相比，對于高數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹芷跍p小。因此，總的傳輸速率沒有顯著地增加。為了執(zhí)行通過 按照超頻增加數(shù)據(jù)發(fā)送間隔的高速傳輸，已經(jīng)提出了與具有靈活的數(shù)據(jù)速率(CAN-FD)的 CAN有關(guān)的技術(shù)。該技術(shù)是在通過在SOF和標(biāo)識符發(fā)送獲取總線權(quán)限之后在數(shù)據(jù)字段中利用 最大16MHz來執(zhí)行超頻的技術(shù)。在完成數(shù)據(jù)字段發(fā)送之后，使速率返回到IMbps的現(xiàn)有CAN速 率。當(dāng)CAN-Π )裝置與現(xiàn)有的CAN裝置一起操作時，現(xiàn)有的CAN接收器按照CAN標(biāo)準(zhǔn)在Iys的一 比特間隔內(nèi)檢測多個邊緣，并且報告錯誤，由于不能保持與現(xiàn)有的CAN接收器的相容性，因 此應(yīng)該在支持CAN-FD方法的節(jié)點(diǎn)之間使用CAN-FD方案。
[0012] 已經(jīng)提出了一種用于在通過像CAN-FD方法一樣的超頻的高速傳輸期間保持與現(xiàn) 有的CAN接收器的相容性的方法。在這種方法中，超過Iys的整個比特間隔不發(fā)送高速時鐘。 相反，時鐘僅在現(xiàn)有的CAN節(jié)點(diǎn)為了保持兼容性而不執(zhí)行邊緣檢測的灰色地帶中增加。然 而，由于超過整個比特間隔不以高速發(fā)送數(shù)據(jù)，因此速率低于CAN-FD方案中的速率。
[0013] 所有上述方法都按照超頻來增加速率。然而，由于存在通過根據(jù)CAN標(biāo)準(zhǔn)的邊緣檢 測和采樣增加傳輸方法中的時鐘的限制，并且高頻帶的響應(yīng)由于信道的一般頻率特性而受 到限制，因此難以確保在使用高速時鐘時的可靠接收。為了便于接收器執(zhí)行邊緣檢測和采 樣，接收器應(yīng)當(dāng)接收盡可能接近矩形波形的波形。當(dāng)使用高速時鐘時，接收器難以完整地接 收矩形波形，并因此使邊緣檢測和比特檢測性能惡化。因此，目前正被提出的CAN-Π )的最大 速率約為16Mbps。
[0014] 本發(fā)明是以下的方法:在該方法中，除了按照與CAN標(biāo)準(zhǔn)相同的方式發(fā)送的現(xiàn)有的 CAN信號以外，還發(fā)送用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸ㄕ{(diào)制信號，并且在實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r 保持與現(xiàn)有的CAN的兼容性。
[0015] 根據(jù)用于車輛和控制器的帶寬要求的增加，不能由現(xiàn)有的CAN通信系統(tǒng)支持的多 媒體應(yīng)用正在增加。為了解決這個問題而安裝高速網(wǎng)絡(luò)是非常昂貴的。特別是在車輛的情 況下，由于額外線纜的安裝而導(dǎo)致車輛在重量和成本方面的增加可能是令人難以承受的。
[0016] 隨著車輛變得更加的復(fù)雜，電子控制設(shè)備和多媒體設(shè)備增加，并且需要大量的布 線以使這些單獨(dú)的設(shè)備彼此連接。線纜占據(jù)了整個車輛重量和制造成本的顯著部分，構(gòu)成 了在可靠性和組件質(zhì)量管理方面的問題。因此，需要根本的措施以迎接挑戰(zhàn)。
[0017] 圖2例示了在常規(guī)車輛等中使用的CAN通信系統(tǒng)。CAN通信系統(tǒng)上的每個節(jié)點(diǎn)包括 CAN控制器，并且CAN控制器可以執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)CAN比特流的發(fā)送和接收，并用于生成標(biāo)準(zhǔn)CAN幀， 處理標(biāo)識符，發(fā)送數(shù)據(jù)并執(zhí)行錯誤處理，而CAN收發(fā)器用于將具有顯性比特和隱性比特的實(shí) 際比特加載到CAN總線上。通常，差分信號被用于針對錯誤的魯棒性。一般而言，當(dāng)發(fā)送隱性 比特時，相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)不驅(qū)動總線，并因此總線的狀態(tài)被設(shè)置為返回到默認(rèn)值。當(dāng)另一節(jié)點(diǎn)驅(qū) 動該狀態(tài)下的總線時，總線的狀態(tài)改變?yōu)樵擈?qū)動節(jié)點(diǎn)指定的狀態(tài)。
[0018] 圖3例示了在圖2中例示的CAN收發(fā)器的總線驅(qū)動信號。顯性信號與比特0對應(yīng)，并 且隱性信號與比特1對應(yīng)。當(dāng)發(fā)送顯性信號時，相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)將該信號發(fā)送到總線，并且當(dāng)發(fā) 送隱性信號時，相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)不將該信號加載到總線上。當(dāng)CAN節(jié)點(diǎn)在同一比特間隔內(nèi)同時驅(qū) 動顯性和隱性時，CAN總線的狀態(tài)變成顯性狀態(tài)。在仲裁期間，發(fā)送顯性比特的節(jié)點(diǎn)獲得在 總線上發(fā)送數(shù)據(jù)的權(quán)限，而發(fā)送隱性比特的節(jié)點(diǎn)等待，直到總線稍后可用為止。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0019] 技術(shù)問題
[0020] 為了解決上述問題，本發(fā)明的目的旨在提供一種高速控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)通信 系統(tǒng)，其中，現(xiàn)有的CAN傳輸比特在標(biāo)準(zhǔn)CAN信號中被發(fā)送，并且高速數(shù)據(jù)比特在通過在通帶 內(nèi)對利用標(biāo)準(zhǔn)CAN信號合成的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制而獲得的帶通CAN信號中被發(fā)送，合成的信號被 遞送到CAN總線，并且在保持與現(xiàn)有的CAN通信系統(tǒng)的兼容性的同時數(shù)據(jù)傳輸速率增加。
[0021] 技術(shù)解決方案
[0022] 本發(fā)明的一方面提供了一種與現(xiàn)有的CAN通信系統(tǒng)兼容的高速控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò) (CAN)通信系統(tǒng)。使用帶通調(diào)制的高速CAN通信系統(tǒng)包括:CAN控制器，該CAN控制器提供標(biāo)準(zhǔn) CAN傳輸比特流和高速CAN傳輸比特流；以及CAN發(fā)送器，該CAN發(fā)送器將標(biāo)準(zhǔn)CAN信號和通過 在通帶內(nèi)對高速CAN傳輸比特進(jìn)行調(diào)制而獲得的帶通CAN信號進(jìn)行合成，并且將它們遞送到 CAN總線。
[0023] 此外，高速CAN接收器在總線上接收合成的高速CAN信號，并且對它們當(dāng)中的帶通 信號進(jìn)行解調(diào)，支持高數(shù)據(jù)速率。
[0024]有益效果
[0025] 與現(xiàn)有的控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)系統(tǒng)相比，下面要描述的技術(shù)顯著地提高了數(shù)據(jù) 傳輸速率，同時該技術(shù)由于其與現(xiàn)有的CAN系統(tǒng)的兼容性而不會導(dǎo)致顯著的成本增加，導(dǎo)致 對目標(biāo)CAN系統(tǒng)的重量減少和數(shù)據(jù)速率增