CN121844544A - 用于串行总线系统的指挥官用户站、用于串行总线系统的响应者用户站和在串行总线系统中通信的方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于串行总线系统（1）的指挥官用户站（100）、用于串行总线系统（1）的响应者用户站（101…101N）和用于在串行总线系统（1）中通信的方法。指挥官用户站（100）具有：通信控制装置（11），其用于控制用户站（100）与总线系统（1）的响应者用户站（101；102；…101N）的通信，并且用于根据帧（450；460）来评估从总线系统（1）的总线（40）接收的至少一个信号（VDIFF；RxD），在所述帧中第一通信阶段（451）中的位时间（t_bt1）能够区别于第二通信阶段（452）中的位时间（t_bt2）；以及同步模块（15），其用于将通信控制装置（11）与从总线（40）接收的信号（VDIFF；RxD）同步，其中，同步模块（15）设计用于，当预先确定的帧（460）的第一通信阶段（451）的位时间（t_bt1）具有对应于大于预先确定的位率的位率的预先确定的值时，并且当通信控制装置（11）应该作为预先确定的帧（460）的发送方起作用，使得指挥官用户站（100）是从总线（40）接收的信号（VDIFF；RxD）的发送方时，关断同步模块的同步功能。

Description

用于串行总线系统的指挥官用户站、用于串行总线系统的响 应者用户站和在串行总线系统中通信的方法

技术领域

本发明涉及用于串行总线系统的指挥官用户站、用于串行总线系统的响应者用户站以及用于在串行总线系统中通信的方法。

背景技术

在许多技术领域中使用总线系统，以用于在技术设备、诸如传感器和控制设备之间进行通信。

已知的是，为了在交通工具中的设备之间通信和/或在其他技术装置的情况下使用经典CAN和/或CAN FD，这两者均在国际标准ISO 11898-1:2015中被标准化。

这样的总线系统的用户站也被称为节点。这种用户站具有微控制器，所述微控制器支持用于经典CAN和/或CAN FD的上述标准的所有功能。

在这样的总线系统中，能够存在至少一个用户站，所述至少一个用户站仅须执行（一个或多个）非常简单的功能，诸如在另一用户站的微控制器的控制下能够接通或关断和/或根据需求应该改变其颜色的信号灯、尤其是发光二极管（LED）。此外，能够存在并且能够操控传感器，所述传感器应该不时地将其检测数据提供给另一用户站的微控制器。这种用于执行简单功能的用户站也能够被称为响应者。具有控制响应者的微控制器的用户站也被称为指挥官（Commander）。

为了更成本低地将响应者连接到CAN总线系统上，目前协调CAN协议变体“CAN FDLight”的规范。“CAN FD Light”也简称为FDL，并且指定在指挥官和至少一个响应者之间的通信。在FDL通信中，应该在无位率切换的情况下使用帧。FDL目前在文档CiA604-1中被指定，并且也应该被接纳到ISO 11898-1的下一版本中。

FDL是特定于CAN总线系统的，其中指挥官CAN用户站控制多个响应者CAN用户站的（一个或多个）功能。FDL不支持仲裁。因此，为了与响应者通信，指挥官使用原理“轮询”，这也被称为“polling”。指挥官是具有其上运行应用软件的微控制器的控制设备。该微控制器包含CAN控制器，所述CAN控制器能够根据ISO 11898-1:2015发送和接收CAN FD帧。也通过发送CANFD帧进行轮询。

响应者是专用集成电路，所述专用集成电路也被称为ASIC，并且所述专用集成电路具有FDL控制器。响应者具有少量本地计算能力，或者根本不具有本地计算能力，并且如上所述能够实施简单的功能，例如操控发光二极管（LED）开/关、发光二极管（LED）颜色。仅当由指挥官通过轮询为此要求响应者时，所述响应者才发送CAN FD帧。因此响应者CAN用户站（响应者）在指挥官的轮询之后将其功能信息、例如传感器值等通过CANFD消息发送到指挥官CAN用户站（指挥官）上。

为了使得能够在混合半导体工艺中成本低地将响应者集成在单个ASIC上，诸如（一个或多个）双极晶体管和（一个或多个）CMOS晶体管和（一个或多个）DMOS晶体管（BCD技术），在响应者中集成FDL控制器。与CAN FD控制器相比，FDL控制器显著简化。

也就是说，在FDL规范中省略CAN FD协议的一些功能，如其在ISO 11898-1：2015中指定的那样。例如省去错误限制（故障包容），针对所述错误限制设置有错误计数器（Error-Counter）并且在需要时能够创建并且能够发送错误帧（ErrorFrames）。此外，响应者不设计用于参与CAN仲裁。指挥官如此控制通信，使得避免对CAN总线的访问冲突。

在FDL通信中，仅使用采用FBFF格式的帧，其中，使用11位的识别符并且不使用位率切换。这节省另外的ASCI-面积并且便于从CAN比特流进行定时恢复，以便在响应者中省去石英振荡器。

不利的是，目前对于使用根据ISO 11898-1：2015的CAN控制器的指挥官而言，针对在总线上与响应者的通信无法实现比2Mbit/s要高的位率。

为了在未来某个时候能够实现更高的位率，在文档CiA604-3中描述了用于指挥官的一些与ISO 11898-1：2015不同的功能。这些功能是，切断总线监测（busmonitoring）、停用对于响应者的消息来发送指挥官的确认应答（ACK响应）的必要性、并且停用发送错误帧（Error Frames）和过载帧（Overload Frames）。

然而问题在于，这些功能不足以实际上实现在总线上以比2 Mbit/s要高、例如直至8 Mbit/s位率进行通信。

发明内容

因此，本发明的任务是提供解决上述问题的用于串行总线系统的指挥官用户站、用于串行总线系统的响应者用户站以及用于在串行总线系统中通信的方法。尤其是，应该提供用于串行总线系统的指挥官用户站、用于串行总线系统的响应者用户站以及用于在串行总线系统中通信的方法，其中能够在串行总线系统中不仅以大的抗错强健性而且也以比到目前为止要高的位率以及高的净数据传输速率实现通信。

这个任务通过具有权利要求1的特征的用于串行总线系统的指挥官用户站来解决。指挥官用户站具有：通信控制装置，其用于控制用户站与总线系统的响应者用户站的通信，并且用于根据帧来评估从总线系统的总线接收的至少一个信号，在所述帧中，第一通信阶段中的位时间能够区别于第二通信阶段中的位时间；以及同步模块，其用于将通信控制装置与从总线接收的信号同步，其中，同步模块设计用于，当预先确定的帧的第一通信阶段的位时间具有对应于大于预先确定的位率的位率的预先确定的值时，并且当通信控制装置应该作为预先确定的帧的发送方起作用，使得指挥官用户站是从总线接收的信号的发送方时，关断其同步功能。

描述的指挥官用户站能够用于以比目前可行的位率要高的位率与响应者用户站进行FDL通信。特别地，位率大于2 Mbit/s，尤其直至8 Mbit/s。对于位率至2Mbit/s能够使用车辆中和/或其他的技术装置中已经存在的CAN控制器和CAN收发器，其针对CAN FD按照国际标准ISO 11898-1：2015指定。特别地，能够使用CANSIC收发器，其能够实现直至8Mbit/s的位率。

所描述的指挥官用户站因此支持超过一种帧格式。因此指挥官用户站能够设计用于，从至少两个不同的帧格式挑选出一种帧格式，在所述帧格式中将下一帧发送到总线上。所描述的指挥官用户站因此能够针对性地根据需求关断或者接通其针对预先确定的帧或者说采用预先确定的帧格式的帧的同步功能。

由此指挥官用户站也能够非常有利地在下述应用中使用，在所述应用中应该在指挥官用户站与通过总线连接的至少一个响应者用户站之间以比到目前为止要短的时间交换数据。

总的来说，所描述的用户站有助于，更成本低廉地设计总线系统，然而，尽管如此仍能够实现稳健的或者说可靠的CAN通信。

在从属权利要求中提出了用户站的有利的另外的设计方案。

同步模块可以具有设计用于将通信控制装置与从总线接收的信号同步的同步块，以及配置块，在所述配置块中存储用于至少一个同步配置位的值，所述值指出所述位率是否大于预先确定的位率。

同步模块此外可以具有用于评估至少一个配置位的值的评估块，以及用于基于评估块的评估来接通或者关断同步块的同步的开关块。

指挥官用户站能够是CAN FD用户站，其中，预先确定的帧是采用FBFF格式的CANFD帧。

预先确定的位率能够是2 Mbit/s。

先前所提及的任务此外通过具有权利要求6的特征的用于串行总线系统的响应者用户站来解决。响应者用户站具有：通信控制装置，其用于控制用户站与总线系统的指挥官用户站的通信，并且用于根据预先确定的帧来评估从总线系统的总线接收的至少一个信号，在所述预先确定的帧中，第一通信阶段中的位时间能够区别于第二通信阶段中的位时间；以及同步模块，其用于将通信控制装置与从总线接收的信号同步，其中，同步模块设计用于，当通信控制装置应该作为帧的发送方起作用，使得响应者用户站是从总线接收的信号的发送方时，关断其同步功能。

在响应者用户站中，同步模块能够设计用于，当预先确定的帧的第一通信阶段的位时间具有对应于大于预先确定的位率的位率的预先确定的值时，并且当通信控制装置应该作为帧的发送方起作用，使得响应者用户站是从总线接收的信号的发送方时，关断其同步功能。

能设想到的是，同步模块具有设计用于将通信控制装置与从总线接收的信号同步的同步块，以及配置块，在所述配置块中存储用于至少一个同步配置位的值，所述值指出所述位率是否大于预先确定的位率。

同步模块此外可以具有用于评估至少一个配置位的值的评估块，以及用于基于评估块的评估来接通或者关断同步块的同步的开关块。

响应者用户站能够是设计用于按照CAN FD进行通信的用户站，其中，预先确定的帧是采用FBFF格式的CANFD帧。

关于响应者用户站，预先确定的位率也能够是2 Mbit/s。

先前描述的指挥官用户站和至少一个先前描述的响应者用户站能够是总线系统的部分，所述总线系统具有总线和至少两个用户站，所述至少两个用户站通过总线如此彼此连接，使得所述至少两个用户站能够串行地彼此通信，其中，至少两个用户站中的每个用户站此外具有发送/接收装置，其用于将发送信号发送到总线系统的总线上和/或用于从总线系统的总线接收信号。

总线系统此外能够具有至少一个第三用户站，所述至少一个第三用户站设计用于根据帧来发送和/或接收信号，其中，至少一个第三用户站具有通信控制装置，所述通信控制装置设计用于，在帧的第一通信阶段中与指挥官用户站协商：是第三用户站或者还是指挥官用户站在接下来的第二通信阶段中至少暂时地得到对总线排他性的、无冲突的访问。

先前提到的任务此外通过根据权利要求14的用于在串行总线系统中通信的方法来解决。该方法利用先前描述的指挥官用户站和先前描述的响应者用户站来执行。

该方法提供与先前关于用户站提到的相同的优点。

本发明的其他可能的实现还包括先前或在下面关于实施例描述的特征或实施方式的未明确提到的组合。在此，本领域技术人员还将添加各个方面作为对本发明的相应基本形式的改善或补充。

附图说明

下面参考所附附图并且根据实施例更详尽地描述本发明。

图1示出根据第一实施例的总线系统的简化框图；

图2针对消息示出根据先前提到的标准ISO 11898-1:2015的CAN FD帧的格式，所述消息能够由根据第一实施例的总线系统的用户站的发送/接收装置发送；

图3针对消息示出无位率切换的采用FDL格式、尤其FBFF格式的CAN FD帧的格式，所述消息替代于图2的CAN FD帧能够由根据第一实施例的总线系统的用户站的发送/接收装置发送；

图4示出根据第一实施例的总线系统的第一用户站（指挥官）的简化示意性框图；

图5示出在第一用户站的情况下在总线系统的运行中数字发送信号的时间变化过程，所述第一用户站与至少一个第二用户站连接到总线系统的同一总线上；

图6示出根据第一实施例在第一用户站的情况下总线信号CAN_H和CAN_L的时间变化过程；

图7示出根据第一实施例在第一用户站的情况下总线信号CAN_H和CAN_L的差电压VDIFF的时间变化过程；

图8示出第一或第二用户站由从总线接收的信号产生的数字接收信号的时间变化过程，所述从总线接收的信号基于第一用户站的发送信号；并且

图9示出根据第一实施例的总线系统的第二用户站（响应者）的简化示意性框图。

在图中，只要无另外说明，相同或功能相同的元件设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1作为示例示出总线系统1，所述总线系统尤其是基本上被设计用于CAN总线系统、CAN FD总线系统和/或其修改，如下描述的。能够在交通工具、尤其是机动车辆、飞机等中或者在医院等中使用总线系统1。

在图1中，总线系统1具有总线40，指挥官用户站100和多个响应者用户站101、102、103…10N分别连接到所述总线上。N是大于或者等于1的自然数。1至N个响应者用户站101、102、103…10N能够连接到总线40上。总线40能够具有在图1中未被示出的第一总线芯线41（图4）和第二总线芯线42（图4）。总线芯线也能够称为CAN_H和CAN_L，并且用于在发送状态下对于信号在耦合输入显性电平或产生隐性电平或其他电平之后进行电信号传输。

指挥官用户站100例如是机动车辆或者其他的技术装备的控制器，如下面更详尽地描述的。响应者用户站101、102、103…10N例如能够具有机动车辆或者其他的技术装备的至少一个传感器、至少一个显示设备、至少一个促动器、至少一个发射器等，如下面更详尽地描述的。

如在图1中示出的，指挥官用户站100具有通信控制装置11、发送/接收装置12和同步模块15。响应者用户站101、102、103…10N中的每个响应者用户站具有通信控制装置21、发送/接收装置22和同步模块25。用户站101…10N的发送/接收装置12、22分别直接连接到总线40上，尽管这在图1中没有示出。

指挥官用户站100设计用于，以信号的形式创建消息45、46。然而，指挥官用户站100设计用于，以信号的形式仅将消息46通过总线40发送到用户站101…10N中的一个用户站上。消息46很大程度上以与消息45相同的方式构造，如关于图2和图3还要详尽地描述的。

图1中的用户站101…10N设计用于，以信号的形式创建消息46，并且通过总线40发送到指挥官用户站100上。消息46能够串行地在用户站100与用户站101至10N中的一个用户站之间传递。

通信控制装置11、21分别用于控制用户站100通过总线40与用户站101…10N中的一个用户站的通信。通信控制装置11、21在需要时创建发送信号TxD，接下来关于图5更详尽地描述所述发送信号。此外，通信控制装置11、21、31读取或者说解码接收信号RxD，接下来关于图8更详尽地描述所述接收信号。

通信控制装置11能够至少部分地如根据ISO 11898-1：2015的传统的CAN控制器那样实施，也就是说如CANFD控制器或者兼容CAN FD的经典CAN控制器那样实施。在CAN FD消息45中能够包括0直至64的数量的数据字节，所述数据字节为此还以比经典CAN消息中明显更快的数据速率进行传递。

通信控制装置11实施用于，根据需求提供CAN FD消息45、46或者从用户站101…101N接收FDL消息46。为了发送并且接收FDL消息46而使用相应的同步模块15、25。FDL消息46基于FDL格式构造，所述FDL格式关于图3更详细地描述。

通信控制装置11创建并且因此读取第一消息45或者第二消息46，其中，第一和第二消息45、46区别在于其数据传输标准，即在这种情况下为CAN FD和FDL。如先前已经关于现有技术提到的，在FDL通信中尤其仅使用没有位率切换的帧。此外，在FDL通信中不实施仲裁，在所述仲裁中在消息45的仲裁阶段中协商：哪个用户站在随后的数据阶段中具有对总线40的排他性的访问。

通信控制装置21实施为FDL控制器。此外，存在同步模块25，所述同步模块具有与同步模块15的功能相兼容的功能。通信控制装置21创建第二消息46、例如FDL消息46并且设计用于读取消息45、46。

为了与用户站101…100N中的一个用户站进行通信，用户站100通过总线40将轮询发送到所期望的用户站101…100N上。轮询通过发送基于图3中示出的FDL帧的消息46来进行。只有当用户站100通过轮询已经要求用户站101…100N进行发送时，响应者用户站101…100N才将基于按照图3的FDL-帧的消息46通过总线40发送到指挥官用户站100上。

因此用户站100具有指令给出者/查询者的功能，并且用户站101…101N具有应答者的功能。因此用户站100接下来也被称为FDL指挥官，并且用户站101…101N被称为FDL响应者。

图2示出了能够由用户站100创建的、用于采用CAN FD FEFF格式的具有直至64个数据字节的消息45的帧450。CANFD帧450能够由通信控制装置11、即编码在数字的发送信号TxD中，针对配属的发送/接收装置12进行提供，以用于通过总线40发送到另外的未被示出的CAN FD用户站上。

帧450被划分成两个通信阶段，所述通信阶段被称为仲裁阶段451（第一通信阶段）和数据阶段452（第二通信阶段）。帧450在仲裁阶段451中开始和结束。帧450以SOF位开始并且具有仲裁字段453（Arbitration field）、控制字段454（Controlfield）、数据字段455（Data field）、校验和字段456（CRCfield）、确认字段457（ACK＝Acknowledge）和帧结束字段EOF（EOF＝End of Frame）。

帧450的仲裁阶段451中的位可能具有比数据阶段452中的位更长的位时间，如图2中作为示例阐明的。从具有仲裁阶段451的位时间的位到具有数据阶段452的位时间的位的切换在BRS位中进行，如在图2中用SP表示。

在图2中在其底线处用粗线条示出的位在帧450中作为显性或“0”被发送。在图2中在其顶线处用粗线条示出的位在帧450中作为隐性或“1”被发送。在图2中用粗线条示出的这种位在帧450中具有预先确定的固定的或规定的值。

仲裁字段453在基本ID字段和ID-ext字段中包括帧450的标识符（Identifier）。该标识符具有29位。在基本ID字段和ID-ext字段之间设置SRR位和IDE位。RRS位布置在仲裁字段453的结束处。图2示出具有29位“扩展标识符”的FEFF格式。

控制字段454以FDF位开始，随后是res位。接下来是BRS位和ESI位。ESI位在帧450中因此是具有数据阶段452的位时间的第一位。

控制字段454以DLC字段结束，其中对后续数据字段455的长度进行编码。对于帧450，必须以逻辑值0、换句话说作为（逻辑）0、即显性地发送res位。

如果控制字段453的DLC字段具有值0，则数据字段455不存在。数据字段455具有与在DLC字段中编码的值相对应的长度。如先前提及的，该值能够为高达64字节。

校验和字段456在字段SBC中包含根据位填充规则插入到帧450中的填充位模8的数量，即分别在五个相同的位之后能够插入与之相反的位。此外，校验和字段456在CRC字段中包含CRC校验和，其也能够被称为CRC-Checksumme，并且以随后的CRC定界符CRC-Del结束。

从具有数据阶段452的位时间的位到具有仲裁阶段451的位时间的位的切换在位CRC-Del中进行，如在图2中用SP表示。

确认字段457包含位ACK时隙，其中当前仅是帧450的接收方而不是帧的发送方的用户站能够确认或不确认从总线40对帧450的正确接收。确认字段457以位ACK-Del结束，其也被称为ACK定界符。

在帧结束字段EOF中设置标记帧450的结束的位序列。因此，结束字段（EOF）的位序列用于表征帧450的结束。结束字段（EOF）与ACK定界符一起引起，在帧450的结束处发送数量为8个隐性位。这是在帧450内不能出现的位序列。由此，能够由用户站100、101…10N可靠地识别帧450的结束。

在具有7位的结束字段（EOF）之后，在帧450中接着是帧间间隔（IFS-Inter FrameSpace），其在图2中未示出。在CANFD的情况下帧间间隔（IFS）根据ISO 11898-1:2015被设计。帧间间隔（IFS-Inter FrameSpace）具有至少3个位。

此外，所提到的字段和位从ISO 11898-1:2015中是已知的，并且因此在这里不再更详细地描述。

在CAN FD的仲裁阶段451中借助于具有仲裁字段453中的例如位ID28至ID18的标识符（ID）在用户站100或者其他的CANFD用户站之间在总线40上逐位地协商：哪个用户站100想要以最高优先级发送消息45，并且因此为下一次为了在随后的数据阶段452中进行发送而获得对总线系统1的总线40的排他性访问。在仲裁阶段451中，如在CAN和CAN FD情况下那样使用物理层。物理层对应于已知的OSI模型（开放系统互连模型）的位传输层或层1。作为FDL响应者用户站的用户站101…10N不支持仲裁，如先前提及的并且如下面还要更详尽地描述的。

为了无CAN仲裁也行，其中当两个CAN节点（用户站）同时启动消息时已知的CSMA/CR方法解决冲突，指挥官必须预先给定：哪个响应者何时能够发送消息。也就是说，如果指挥官已经通过轮询要求特定的响应者用于发送，则在指挥官发送任何其他消息之前，指挥官等待直至响应者已经应答。如果已经得以轮询但尚未开始其应答的响应者看到在CAN总线40上另一消息开始，则所述响应者认为其轮询已完成并且不开始其消息46。文档CiA604-1指定响应者能够用消息应答轮询的尽可能早的时间点。如果响应者需要更多时间来准备发送数据，则能够延迟该发送开始。在CAN系统中各个响应者的应答时间对于指挥官是已知的。

在FDL响应者（用户站101…10N）与指挥官（用户站100）或可能存在的包含仲裁功能的其他CAN FD节点（例如用户站100）之间的冲突也能够通过以下方式被避免，即向响应者分派具有较高仲裁优先级的标识符用于发送。由此如果其他节点同时以响应者启动消息，则所述其他节点将失去仲裁并且变成接收方。

仅当作为发送方的用户站100赢得仲裁并且作为发送方的用户站100因此具有对总线系统1的总线40的排他性访问用于发送时，作为消息45、46的发送方的用户站100才开始将数据阶段452的位发送到总线40上。则同样内容适用于连接到总线40上并且想要将消息45、46发送到总线40上的每个CAN FD用户站10。

图3针对消息46示出如由用户站（响应者）101…10N或其通信控制装置21、即以在数字发送信号TxD中编码的方式为所属的发送/接收装置22提供用于发送到总线40上的FDL帧460。在此情况下，通信控制装置21在本实施例的情况下作为与CAN FD兼容地创建帧460，如也在图3中阐明的。

根据图3，FDL帧460为了在总线40上的CAN通信也被划分成不同的通信阶段451、452，即仲裁阶段451和数据阶段452。帧460在起始位（SOF）之后具有仲裁字段463、控制字段464、数据字段465、校验和字段466以及确认字段467。其后是帧结束字段EOF，如在根据图2的帧450的情况下那样。

FDL格式对应于来自ISO 11898-1:2015中的FBFF格式。在该格式中，发送方能够决定：该发送方是将BRS位设置为1还是0，其中BRS=BitRate Switch或位率切换。如果BRS位被设置为1，则在数据阶段452中增加位率或者缩短位时间。如果BRS位被设置为0，则在两个通信阶段451、452中位率或位时间是相同的。在FDL中目前规定，在帧460内不切换位率。因此发送BRS=0。在这种情况下，指挥官（用户站100）必须在给响应者（用户站101…10N之一）的消息46中将BRS位设置为0，以便响应者理解所述指挥官。

然而，在仲裁阶段451中，在与帧460的FDL通信中，由响应者不实施先前关于图2描述的仲裁。换言之，通信控制装置21作为FDL响应者被设计用于，将已经指派给响应者的识别符（ID）写入到帧460中。例如，如果用户站101（响应者）从用户站100（指挥官）接收轮询，那么用户站101将按照图3的FDL帧460或者说消息46通过总线40发送到用户站100上。在CAN通信中并且在FDL中，识别符（ID）是发送方地址或者说内容说明，但是不是接收方地址。每个识别符仅允许由预先确定的用户站100至10N发送，因此指挥官识别出多个或者说一个相应的发送方。如果用户站100至10N能够发送不同的数据包，那么该用户站并且仅该用户站为了发送所述数据也使用不同的识别符（ID）。然而，为了简单起见，指挥官能够以不同的识别符（ID）查询（轮询）响应者。替代地，指挥官能够以通常具有查询识别符（ID）的帧460查询（轮询）响应者，并且而后在该帧460中在数据字段465中编码，指的是哪个响应者。所指的响应者而后进行应答，其中，它们中的每个在此使用其自身的识别符（ID）。

在变换到数据阶段452中时，在帧460中不发生位率切换。也就是说，仲裁阶段451和数据阶段452的位的位时间是相同的。然而可能的是，第一通信阶段（仲裁阶段）451中的位时间能够不同于第二通信阶段（数据阶段）452中的位时间。

在数据阶段452中，除了帧460的控制字段464的一部分之外，还发送来自数据字段465的消息46或FDL帧460的有效数据以及校验和字段466。在校验和字段466的结束处或在确认字段467之前，根据图3从数据阶段452再次被转入仲裁阶段451。

如在图3中所示的，相应的用户站101…10N在作为第一通信阶段的仲裁阶段451中部分地、尤其是直至FDF位（包括在内）使用根据ISO 11898-1：2015的从CAN/CANFD已知的格式，如图2中所示。而相应的用户站101自FDF位起在第一通信阶段中以及在作为第二通信阶段的数据阶段452中使用下面描述的FDL格式。如在CAN FD的情况下那样，在FDL数据阶段452中使用隐性和显性电平用于在总线40上传输。

一般而言，在产生帧460时应用两种不同的填充规则。直到仲裁字段463中的FDF位之前，CAN FD的或用于图2的帧450的动态位填充规则适用，使得能够在5个相同的位之后随后插入一个逆填充位。在直到SBC字段之前的数据阶段452中，固定的填充规则适用，使得在固定数量的位之后能够插入固定的填充位。可替代地，代替仅一个填充位，能够插入数量为2个或更多位作为固定的填充位。

DLC字段和数据字段465如先前对于图2描述的那样来设计。尤其是，当控制字段463的DLC字段具有值0时，数据字段465具有0字节的长度。

在数据字段465之后，在帧460中接着是校验和字段466，其如在CAN FD的情况下那样构建，如图2中所示。

接下来是确认字段467，其如在CAN FD的情况下那样构建，如也在图2中所示。确认字段467包含位ACK时隙，其中当前仅是帧460的接收方而不是帧的发送方的用户站能够确认或不确认从总线40对帧460的正确接收。确认字段467以位ACK-Del结束，其也被称为ACK定界符。

在确认字段467之后，帧460中接着是结束字段（EOF=End of Frame），如在根据图2的CANFD的情况下那样。

结束字段（EOF）是7个隐性位长。

在结束字段（EOF）之后，在帧460中接着是帧间间隔（IFS-Inter Frame Space），如先前关于图2的帧450所解释的。

图4示出用户站100的基本结构，其具有通信控制装置11、发送/接收装置12以及是通信控制装置11的一部分的同步模块15。

根据图4，除了通信控制装置11和发送/接收装置12之外，用户站100具有分配有通信控制装置11的微控制器13以及系统ASIC 16（ASIC＝AnwendungsspezifischeIntegrierte Schaltung），其可替代地能够是系统基础芯片（SBC），在所述系统基础芯片上能够联合对于用户站100的电子组件需要的功能。系统ASIC 16尤其是具有应用161，其能够被设计为计算机程序（App）或软件。这样的应用是技术应用161。应用161例如是交通工具中的任意应用。尤其是，该应用是挡风玻璃清洗设施和/或驾驶员辅助系统等。例如，挡风玻璃清洗设施在使用雨传感器和/或风传感器和或速度传感器和/或光传感器的数据的情况下操控至少一个挡风玻璃刮水器（促动器）的运动和/或能够接通或关断警告灯（促动器）。然而，该应用不限于挡风玻璃清洗设施或其部分。

除了发送/接收装置12之外，在系统ASIC 16中安装有能量供应装置17，其给发送/接收装置12供应电能。能量供应装置17通常提供5V的电压CAN_Supply。然而，根据需求，能量供应装置17能够提供具有其他值的其他电压。附加地或可替代地，能量供应装置17能够被设计为电源。

如果通信控制装置11作为FDL指挥官起作用，那么通信控制装置11可能创建其中不进行位率切换/位率变换的帧460，和/或评估这样的帧460。

同步模块15具有同步块151、配置块152、评估块153和开关块154。在配置块152中尤其能够存储用于至少一个同步配置位1521的值。同步块151能够是通信控制装置11的位-定时-控制单元BTL。

同步模块15、尤其评估块153和开关块154，能够至少部分地实施为软件。

同步块151具有在ISO 11898-1：2015和按照CiA文档CiA604-3的FDL规范中描述的同步功能。然而，该同步功能能够根据需求进行开关，如接下来还要更详尽地描述的。

除了同步模块16之外，发送/接收装置12此外具有发送模块121和接收模块122。即使下面总是谈及发送/接收装置12，可替代地可能的是，将接收模块122设置在发送模块121外部的单独装置中。发送模块121和接收模块122能够如在传统的发送/接收装置22情况下那样构建。发送模块121尤其是能够具有至少一个运算放大器和/或晶体管。接收模块122尤其是能够具有至少一个运算放大器和/或晶体管。

发送/接收装置12连接到总线40上，更确切地说连接到其用于CAN_H的第一总线芯线41上和其用于CAN_L的第二总线芯线42上。能量供应装置17的电压供应经由至少一个端子43进行，以用于给第一和第二总线芯线41、42供应电能，尤其是供应电压CAN-Supply。通过端子44实现与地或CAN_GND的连接。第一和第二总线芯线41、42与终端电阻49端接。

即使连接在图4中为了简化未示出，第一和第二总线芯线41、42在发送/接收装置12中不仅与发送模块121（也称为发送器）连接而且与接收模块122（也称为接收器）连接。

在总线系统1的运行中，图4的发送模块121能够将通信控制装置11的发送信号TxD串行地转化为用于总线芯线41、42的CAN或CAN FD的对应的信号CAN_H、CAN_L，并且将用于CAN_H和CAN_L的端子处的这些信号发送到总线40上。通信控制装置11在时间t上（串行地）将图5的发送信号TxD经由端子TXD发送给发送模块121，如图4中所示。如作为示例在图5中示出的，发送信号TxD具有带有对应的电压U的电压状态H（High=高）和L（Low=低）。

根据图6的示例，信号CAN_H和CAN_L在仲裁阶段451中具有显性和隐性总线电平401、402，如从CAN已知的。在总线40上形成差信号VDIFF＝CAN_H-CAN_L，这在图7中针对仲裁阶段451示出。能够在仲裁阶段451和数据阶段452中利用例如0.7 V的接收阈值T_a来识别具有位时间t_bt1的信号VDIFF的各个位。在帧450的数据阶段452中，能够比在仲裁阶段451中更快地、即以更短的位时间t_bt2发送信号CAN_H和CAN_L的位，如先前提及的。因此，在用于帧450的CANFD的情况下在数据阶段452中信号CAN_H和CAN_L与传统的信号CAN_H和CAN_L至少在其更快的位率方面不同。

图5的发送信号TxD的状态H、L的序列和图6中的信号CAN_H、CAN_L的从中得到的状态401、402以及图7中的电压VDIFF的从中得到的变化过程仅用于阐明用户站100的功能。能够根据需求选择用于总线状态401、402的数据状态的序列。

接收模块122从如图6中所示的从总线40接收的信号CAN_H和CAN_L或者图7的差电压VDIFF中构成接收信号RxD。为了产生图8的数字接收信号RxD，接收模块122根据图6或图7在采样点AP处对从总线40接收的信号VDIFF或信号CAN_H、CAN_L中的至少一个进行采样，如已知那样。在图8中在无传播时间延迟的情况下示出接收信号RxD。如图4中所示，接收模块122将该接收信号RxD转交给所属的通信控制装置11。

对于基于帧460的消息46，图5至图8的信号相应地适用。

在总线系统1的运行中，用户站100（指挥官）、更确切地说是通信控制装置11执行总线监测（Bus Monitoring）。按照ISO 11898-1：2015，用户站100、尤其通信控制装置11在采样点AP（样本点）处将其按照帧450、460和发送信号TxD（图5）本身所发送的位与按照接收信号RxD（图8）在总线40上所观察的位进行比较。除了仲裁和ACK位之外，区别被视为错误。

然而，按照文档CiA604-3，用户站100（指挥官）、更确切地说是通信控制装置11针对较短的位时间t_bt1、t_bt2关断总线监测（Bus Monitoring）。特别地，位时间t_bt1、t_bt2是相等的，如先前描述的。这样的更短的位时间存在于超过2Mbit/s的更高的位率中，其中，用户站100（CAN节点）的所谓的回路延迟（Loop-Delay）到达位时间t_bt1、t_bt2或者更大的范围中。所谓的回路延迟说明了直至用户站100能够在内部将发送信号TxD的通过端子TXD发送的位视为接收信号RxD的通过端子RXD发送的位所经过的时间。

此外，在总线系统1的运行中，用户站100（指挥官）、更确切地说是通信控制装置11利用同步块151执行用于所有下述帧450、460的同步功能，所述帧具有带有针对直至2Mbit/s的位率的位时间t_bt1、t_bt2的位。

同步块151观察从隐性到显性或反之亦然的边沿，即图6或者说图7中的状态401、402或者402、401之间的变换。同步块151根据所观察的边沿来同步在位时间t_bt1、t_bt2之内的采样点AP（样本点）的位置。接收方因此与帧450、460的发送方同步。如果边沿理想地出现在位时间t_bt1、t_bt2的开始处，那么不需要同步。如果边沿出现在位时间t_bt1、t_bt2的开始与采样点（样本点）之间，那么存在所谓的滞后的边沿（“Late Edge”）。这引起同步，在所述同步中当前的位时间t_bt1、t_bt2被延长。如果边沿出现在采样点AP（样本点）与位时间t_bt1、t_bt2的结束之间，那么存在所谓的早的边沿（“EarlyEdge”）。这引起同步，在所述同步中当前的位时间t_bt1、t_bt2被缩短。

根据ISO 11898-1：2015并且根据引用该ISO按照CiA604-3的FDL规范，帧450、460的发送方也进行同步。然而，存在限制，即：发送显性位的用户站100不与滞后的边沿（“LateEdges”）同步。其原因在于，由于“回路延迟”，发送方滞后地（“Late”）看到所有本身所发送的位。因此与这些滞后的边沿（“Late Edges”）的同步会延长这些位并且使得位率失真。允许的与“早的边沿”的同步使得在帧450、460的开始处的CAN仲裁稳定。与ACK边沿的同步（发送方在该ACK边沿的情况下发送隐性位）使得总线系统1中的所有用户站与相同的边沿同步。

同步功能在ISO 11898-1：2015和按照CiA文档CiA604-3的FDL规范中被更详细地描述。

然而，同步块151的同步功能能够利用同步模块15根据需求进行开关，如接下来描述的。

评估块153设计用于，评估配置块152中的同步配置位1521。当用户站100（指挥官）、更确切地说是通信控制装置11应该以第一通信阶段451的位时间t_bt1发送帧450或者460时，设置同步配置位1521，所述位时间对应于大于预先确定的位率的位率。预先确定的位率尤其大于2Mbit/s。

如果评估块153的评估得到同步配置位1521被设置，那么评估块153校验用户站100（指挥官）、更确切地说是通信控制装置11，（目前）是否应该作为发送方起作用，即是否应该将帧460发送到总线40上的响应者处。同步配置位1521例如连同位率配置一起被设置，要么通过软件要么通过固定连线来实现。在总线系统1的运行中，该位则是恒定的。

如果评估块153的评估得到用户站100（指挥官）、更确切地说是通信控制装置11应该作为发送方起作用并且应该将帧460发送到总线40上的响应者处，那么评估块151指示开关块154关断同步块151。因此，针对由用户站100作为指挥官应该发送到总线40上的帧460的所有位，直至结束字段（EOF）的最后一位，开关块154关闭或者说关断同步块151并且因此关闭或者说关断其先前描述的同步功能。

通过关断同步块151，防止发送方与其本身发送的边沿同步，所述发送方不是在发送的位之内、而是在接下来的位时间之一中看到所述边沿。其结果是，同步也不会在总线系统的其他的用户站101…10N中引起接收错误。

在发送的帧的结束字段（EOF）的最后一位之后，图4的开关块154又接通同步块151并且因此又接通其先前描述的同步功能。

根据图9，除了通信控制装置21和发送/接收装置22之外，响应者用户站101具有分配有通信控制装置21的简单控制单元（FSM）或可选地微控制器23以及系统ASIC 26（ASIC＝AnwendungsspezifischeIntegrierte Schaltung），其能够可替代地是系统基础芯片（SBC），其上联合了多个对于用户站101的电子组件必要的功能。系统ASIC 26尤其是具有应用261，其能够被设计为计算机程序（App）。这样的应用是技术应用261。应用261例如是用于由指挥官用户站100的应用161（图4）操控或者应该为应用161提供数据的传感器或发射器或致动器等的操控装置。

除了发送/接收装置22之外，在系统ASIC 26中还安装有能量供应装置27，其给发送/接收装置22供应电能。能量供应装置27通常提供5V的电压CAN_Supply。然而，根据需求，能量供应装置27能够提供具有其他值的其他电压。附加地或可替代地，能量供应装置27能够被设计为电源。

通信控制装置21创建其中不进行位率切换或位率变换的帧460和/或根据从指挥官用户站100接收的帧460来评估这样的帧460。通信控制装置21也能够被称为FDL响应者。装置21、22只能根据指挥官用户站100的请求（轮询）将这样的帧460发送到总线40上。

此外，图9的发送模块222以与先前针对图4的发送模块122描述的相同方式构建。

图9的同步模块25具有同步块251、配置块252、评估块253和开关块253。在配置块252中存储有至少一个配置位2521、2522。

同步模块25也能够针对由用户站101发送的帧460或者说消息46实行对同步的关断，如先前关于图4针对同步模块15针对帧450、460所描述的。因此同步模块25针对由用户站101发送的帧460或者说消息46在高的位率的情况下始终关断同步。高的位率例如大于2Mbit/s。

不同于图4的同步模块15，图9的同步模块25可选地设计用于，根据需要在配属的响应者中即使在低的位率的情况下也关断同步针对由用户站101发送的帧460或者说消息46。为此，例如能够设置附加的配置位2522。低的位率例如小于或者等于2 Mbit/s。这种关断对指挥官用户站100与相应的响应者用户站101…10N之间的通信没有大的影响。

由此能够选择，图9的同步模块25可选地设计用于，针对由用户站101发送的帧460或者说消息46，不仅在低的位率的情况下而且也在高的位率的情况下、即不依赖于位率地关断其同步功能。换句话说，由此能够选择，图9的同步模块25设计用于，针对由用户站101发送的帧460或者说消息46，不依赖于位率地关断其同步功能。

用户站101…10N能够放弃这种同步，因为在FDL中不进行仲裁，并且在更高的位率的情况下也不发送ACK位。

此外同步模块25以与先前针对同步模块15描述的相同的方式构建。

同步模块15、25因此引起，即使在位率大于或者等于2 Mbit/s的情况下也能够实现与CAN FD Light或者说FDL的通信。

用户站100、101…10N、总线系统1以及其中执行的方法的所有先前描述的设计方案能够单独地或者以所有可能的组合被使用。尤其是先前描述的实施例和/或其修改的所有特征能够任意地被组合。附加地或可替代地，尤其是以下修改是能设想的。

尽管先前以CAN总线系统为例描述了本发明，但是能够在其中使用两个不同的通信阶段的每种通信网络和/或通信方法的情况下使用本发明，在所述通信阶段中为不同的通信阶段产生的总线状态能够不同。

尤其是根据实施例的总线系统1能够是其中能够以两种不同位率串行地传输数据的通信网络。有利的是，但不是强制性的前提条件：在总线系统1的情况下，至少在特定的时间间隔内保证用户站100、101…10N对公共信道的排他性无冲突的访问。

实施例的总线系统1中的用户站100、101…10N的数量和布置是任意的。可能的是，在总线系统1中存在用户站100中的一个或多个。可能的是，在总线系统1中存在多于一个的用户站100，至少一个用户站101…10N被分配给该用户站100，如先前描述的。为了不干扰总线40上的用户站100之间的仲裁，用户站101…10N（响应者）的消息46因此具有识别符（ID），所述识别符比用户站100或者其他的CAN FD用户站的识别符（ID）具有更高的优先级。

尤其仅存在一个用户站100（指挥官）和至少一个用户站101…10N（响应者），如图1中示出的。

能设想到的是，在用户站100中，模块15与通信控制装置11分开地布置。能设想到的是，在用户站100、101…10N中的至少一个用户站中，模块25与通信控制装置21分开地布置。

Claims (14)

1. 用于串行总线系统（1）的指挥官用户站（100），所述指挥官用户站具有：

通信控制装置（11），其用于控制所述用户站（100）与所述总线系统（1）的响应者用户站（101；102；…101N）的通信，并且用于根据帧（450；460）来评估从所述总线系统（1）的总线（40）接收的至少一个信号（VDIFF；RxD），在所述帧中第一通信阶段（451）中的位时间（t_bt1）能够区别于第二通信阶段（452）中的位时间（t_bt2），以及

同步模块（15），其用于将所述通信控制装置（11）与从所述总线（40）接收的信号（VDIFF；RxD）同步，

其中，所述同步模块（15）设计用于，当预先确定的帧（460）的第一通信阶段（451）的位时间（t_bt1）具有对应于大于预先确定的位率的位率的预先确定的值时，并且当所述通信控制装置（11）应该作为所述预先确定的帧（460）的发送方起作用时，关断所述同步模块的同步功能，使得所述指挥官用户站（100）是从所述总线（40）接收的信号（VDIFF；RxD）的发送方。

2. 根据权利要求1所述的指挥官用户站（100），其中，所述同步模块（15）具有：

同步块（151），所述同步块设计用于将所述通信控制装置（11）与从所述总线（40）接收的信号（VDIFF；RxD）同步，以及

配置块（152），在所述配置块中存储有用于至少一个同步配置位（1521）的值，所述值指出所述位率是否大于预先确定的位率。

3. 根据权利要求2所述的指挥官用户站（100），其中，所述同步模块（15）此外具有：

评估块（153），其用于评估所述至少一个配置位（1521）的值，以及

开关块（154），其用于基于所述评估块（153）的评估来接通或者关断所述同步块（151）的同步。

4.根据前述权利要求中任一项所述的指挥官用户站（100），

其中，所述指挥官用户站（100）是CAN FD用户站，

其中，所述预先确定的帧（460）是采用FBFF格式的CAN FD帧。

5. 根据前述权利要求中任一项所述的指挥官用户站（100），其中，所述预先确定的位率为2 Mbit/s。

6. 用于串行总线系统（1）的响应者用户站（101；102；…101N），所述响应者用户站具有：

通信控制装置（21），其用于控制所述用户站（101；102；…101N）与所述总线系统（1）的指挥官用户站（100）的通信，并且用于根据预先确定的帧（460）来评估从所述总线系统（1）的总线（40）接收的至少一个信号（VDIFF；RxD），在所述帧中，第一通信阶段（451）中的位时间（t_bt1）能够区别于第二通信阶段（452）中的位时间（t_bt2），以及

同步模块（25），其用于将所述通信控制装置（21）与从所述总线（40）接收的信号（VDIFF；RxD）同步，

其中，所述同步模块（25）设计用于，当所述通信控制装置（21）应该作为所述帧（460）的发送方起作用，使得所述响应者用户站（101；102；…101N）是从所述总线（40）接收的信号（VDIFF；RxD）的发送方时，关断所述同步模块的同步功能。

7.根据权利要求6所述的响应者用户站（101；102；…101N），其中，所述同步模块（25）设计用于，当所述预先确定的帧（460）的第一通信阶段（451）的位时间（t_bt1）具有对应于大于预先确定的位率的位率的预先确定的值时，并且当所述通信控制装置（21）应该作为所述帧（460）的发送方起作用，使得所述响应者用户站（101；102；…101N）是从所述总线（40）接收的信号（VDIFF；RxD）的发送方时，关断所述同步模块的同步功能。

8. 根据权利要求7所述的响应者用户站（101；102；…101N），其中，所述同步模块（25）具有：

同步块（251），所述同步块设计用于将所述通信控制装置（21）与从所述总线（40）接收的信号（VDIFF；RxD）同步，以及

配置块（252），在所述配置块中存储有用于至少一个同步配置位（2521）的值，所述值指出所述位率是否大于预先确定的位率。

9. 根据权利要求7或8所述的响应者用户站（101；102；…101N），其中，所述同步模块（25）此外具有：

评估块（253），其用于评估所述至少一个配置位（2521）的值，以及

开关块（254），其用于基于所述评估块（253）的评估来接通或者关断所述同步块（251）的同步。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的响应者用户站（101；102；…101N），

其中，所述响应者用户站（101；102；…101N）是设计用于按照CAN FD进行通信的用户站，

其中，所述预先确定的帧（460）是采用FBFF格式的CAN FD帧。

11. 根据权利要求7至10中任一项所述的响应者用户站（101；102；…101N），其中，所述预先确定的位率为2 Mbit/s。

12. 总线系统（1），其具有：

总线（40），和

至少两个用户站（100；101…10N），所述至少两个用户站通过所述总线（40）如此彼此连接，使得所述至少两个用户站能够串行地彼此通信，并且其中一个用户站是根据权利要求1至5中任一项所述的指挥官用户站（100），并且其中至少一个用户站是根据权利要求6至11中任一项所述的响应者用户站（101…101N），

其中，所述至少两个用户站（100；101…10N）中的每个用户站此外具有发送/接收装置（12；22），其用于将发送信号（TxD）发送到所述总线系统（1）的总线（40）上和/或用于从所述总线系统（1）的总线（40）接收信号（VDIFF）。

13.根据权利要求12所述的总线系统（1），

其此外具有至少一个第三用户站（100），所述至少一个第三用户站设计用于根据帧（450；460）来发送和/或接收信号，

其中，所述至少一个第三用户站（100）具有通信控制装置（11），所述通信控制装置设计用于，在所述帧（450；460）的第一通信阶段（451）中与所述指挥官用户站（100）协商：是第三用户站（100）还是指挥官用户站（100）在接下来的第二通信阶段（452）中至少暂时地得到对所述总线（40）的排他性的、无冲突的访问。

14.用于在串行总线系统（1）中进行通信的方法，其中，所述方法以根据权利要求1至5中任一项所述的指挥官用户站（100）和根据权利要求6至11中任一项所述的响应者用户站（101…101N）来实施。