ES2300772T3 - Sistema de comunicaion disparado en el tiempo y metodo para el inicio sincronizado de un red de dos canales. - Google Patents

Sistema de comunicaion disparado en el tiempo y metodo para el inicio sincronizado de un red de dos canales. Download PDF

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ES2300772T3 ES04731988T ES04731988T ES2300772T3 ES 2300772 T3 ES2300772 T3 ES 2300772T3 ES 04731988 T ES04731988 T ES 04731988T ES 04731988 T ES04731988 T ES 04731988T ES 2300772 T3 ES2300772 T3 ES 2300772T3
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Abstract

Un sistema de comunicación desencadenado o disparado en el tiempo, que comprende al menos dos canales (A, B) y al menos un primer y un segundo nodos del tipo de "nodo de inicio en frío", caracterizado por que - un primer controlador de comunicación (2) comprende una interfaz (4) de controlador-sistema anfitrión, un motor o máquina de protocolo (3) y un generador de señal de reloj, y está asignado al primer canal (A), y un segundo controlador de comunicación (6) comprende una interfaz (8) de controlador-sistema anfitrión, un motor o máquina de protocolo (7) y un generador de señal de reloj, y está asignado al segundo canal (B), - los generadores de señal de reloj del primer y del segundo controladores de comunicación (2, 6) son relojes locales, de tal modo que dichos relojes locales son independientes uno de otro, - existe una interfaz (1a, 1b) para la comunicación entre canales, dispuesta entre el primer controlador de comunicación (2) y el segundo controlador de comunicación (6), de manera que en dicha interfaz (1a, 1b) el estado de uno de los controladores de comunicación se transmite al otro controlador de comunicación de tal modo que uno de los buses de datos se inicia y detiene dependiendo del otro bus de datos, - ambos controladores de comunicación (2, 6) tienen medios para generar, enviar, recibir y almacenar al menos una de entre una señal de estado de "ultimación" y una señal de estado de "cancelación", y - ambos controladores de comunicación (2, 6) comprenden medios configurables diferentemente para generar un temporizador de arranque que se abre cuando el controlador de comunicación desea llevar a cabo una operación de inicio, - ambos controladores de comunicación (2, 6) tienen medios para llevar a cabo la operación de inicio únicamente si ambos controladores de comunicación (2, 6) se encuentran en el estado de "ultimación".

Description

Sistema de comunicación disparado en el tiempo y método para el inicio sincronizado de una red de dos canales.
La invención se refiere a redes o sistemas de comunicación que comprenden dos canales y al menos dos nodos. La invención concierne, en particular, a sistemas de comunicación desencadenados o disparados en el tiempo.
Las arquitecturas o estructuras convencionales en las que un único controlador de comunicación (CC) controla dos canales, son propensas a errores en la medida en que un único error en este controlador de comunicación o un fallo completo del mismo conduce a una comunicación defectuosa o desactiva la comunicación por bus con ambos canales. Sin medidas adicionales de reducción de los errores, un único controlador de comunicación defectuoso sería capaz de impedir la comunicación por ambos canales por una transmisión defectuosa (el denominado "idiota balbuciente" -"Bubbling Idiot").
En aplicaciones relevantes de cara a la seguridad, los datos son transmitidos por el método de canal doble con el fin de asegurarse, por medio de la redundancia, de que los datos enviados dos veces llegan al menos una vez al destinatario y se procesan o tratan correctamente allí. Como se ha mencionado aquí, en lo anterior, un único controlador de comunicación que accede a dos canales no puede alcanzar este grado de fiabilidad, ya que podría estar sujeto a un fallo completo.
En una red de canal doble relevante de cara a la seguridad, se transfieren los mismos datos por los dos canales y se comprueba la conformidad por parte del sistema anfitrión; en consecuencia, es de importancia decisiva que la comunicación de los datos sea sincrónica. A este respecto, el término "sincrónico" se ha de interpretar con el significado de que la transmisión de los datos por ambos canales es exactamente simultánea o está desplazada en el tiempo dentro de una cierta ventana temporal. En tanto en cuanto el controlador de comunicación recurre al mismo generador de señal de reloj para el bus de datos de cada canal, se consigue la conformidad en el tiempo.
Un controlador de comunicación comprende esencialmente una interfaz de controlador-sistema anfitrión, un motor o máquina de protocolo y un generador de señal de reloj.
Una red típica desencadenada o disparada en el tiempo y tolerante a los fallos consiste en dos canales a los que están conectados nodos de comunicación. Cada uno de estos nodos consiste en dispositivos de accionamiento de bus, un controlador de comunicación, un sistema anfitrión y, finalmente, en caso necesario, un dispositivo guardián de
bus.
El dispositivo de accionamiento de bus transmite los bits y los bytes que son proporcionados por el controlador de comunicación, al canal conectado, y proporciona al controlador de comunicación, en el orden apropiado, la información que recibe por el canal. En una red tolerante ante los fallos, el controlador de comunicación está conectado con ambos canales, suministra datos relevantes al sistema anfitrión y recibe datos desde el sistema anfitrión, los cuales ensambla, en el orden adecuado, formando tramas, y suministra al dispositivo de accionamiento de bus.
El disparo en el tiempo o control temporal significa que el tiempo se divide en ciclos periódicos. Cada uno de estos ciclos consiste en una pluralidad de segmentos. Cada nodo de red determina el comienzo de un nuevo ciclo de acuerdo con su propio generador de señal de reloj incorporado o integrado. Al menos uno de los segmentos se divide en un número fijo de ranuras. Cada ranura se asigna a exactamente un controlador de comunicación, y únicamente ese controlador de comunicación tiene derecho a transmitir. Pueden utilizarse otros segmentos de un ciclo para la configuración dinámica u otros propósitos.
En un conjunto de configuración, se especifican las ranuras y los controladores de comunicación asociados. Un guardián de bus opcional, con un conjunto independiente de datos de configuración, permite la transmisión por el bus únicamente durante estos periodos.
El sistema anfitrión contiene la fuente de datos y el sumidero de datos, y generalmente no toma parte en las actividades del protocolo de bus.
El sistema de comunicación se inicia por un único nodo, el denominado nodo de inicio "en frío". Este nodo se selecciona, bien por configuración o bien, si están disponibles una pluralidad de nodos como nodos de inicio en frío, por la aplicación de un algoritmo, al final del cual queda un solo nodo. El controlador de comunicación del nodo de inicio en frío seleccionado ha de permanecer a la escucha de ambos canales y transmitir simultáneamente todos los datos para el inicio en frío a ambos canales. Dentro de un controlador de comunicación, tan sólo una única lógica de control para llevar a cabo el inicio en frío está disponible para ambos canales.
Cada nodo permanece a la escucha de ambos canales. Si un nodo recibe una trama específica que indica el inicio de la comunicación, entonces adelantará el programa u horario en el tiempo de la transmisión observada y lo integrará en su propio sistema.
El sistema que aquí se describe para iniciar un sistema de comunicación corresponde, por ejemplo, a la "Especificación TTP/C", Versión 0.5, Edición 0.1, de 21 de julio de 1999, TT Tech Computertechnik AG; http://www.ttech.com; o la "Especificación de Requisitos FlexRay" ("FlexRay Requirements Specification"), Versión 2.0.2, de abril de 2002, FlexRay, Consortium; www.flexray.com.
El documento US-B-6.467.003 describe una red con un único nodo que comprende dos controladores de interfaz de bus (BICs -"Bus Interface Controllers"), que están, ambos, conectados a todas las líneas o conducciones de datos de la red. El propósito de los BICs es gestionar todas las transferencias de datos entre el bus y la memoria asociada con el procesador del sistema anfitrión. El BIC formatea datos que se han de transmitir convirtiéndolos en mensajes, y los transmite por el bus durante ranuras temporales designadas únicamente para ello. Uno de los BICs permite la transmisión del otro BIC. Dos BICs de un nodo forman un par de BICs que se sincroniza con otros pares de BICs de otros nodos. Ambos BICs transmiten por las mismas líneas de bus de datos.
Es un propósito de la invención proporcionar una red de canal doble y desencadenada o disparada en el tiempo, del tipo descrito en el párrafo inicial, que se haya desarrollado adicionalmente en el aspecto de la tolerancia ante los fallos. Es también un propósito de la invención proporcionar un método que haga posible el inicio en frío sincrónico de una red de canal doble y disparada en el tiempo, del tipo que se ha descrito en el párrafo inicial.
Este propósito se consigue, de acuerdo con la invención, por medio de un sistema de comunicación desencadenado o disparado en el tiempo, según se reivindica en la reivindicación 1. La arquitectura o estructura de canal único descrita en ella significa que cada uno de los dos canales es accionado, en uno o más nodos del sistema de comunicación controlado en el tiempo, por medio de un controlador de comunicación a él asignado. Si dos controladores de comunicación operan en paralelo en un nodo, es decir, en cada caso, se asigna un controlador de comunicación a uno de los dos canales, por los cuales se transmite información redundante que es comparada por los destinatarios, es esencial que los datos sean transmitidos de tal modo que se encuentren en conformidad temporal, ya que no puede garantizarse que las dos señales de reloj locales de los dos controladores de comunicación sean sincrónicas. Por esta razón, de acuerdo con la invención, al iniciar el sistema de transmisión, el estado de uno de los controladores de comunicación se transmite al otro, de tal modo que se inicia uno de los buses de datos y, en caso necesario, se detiene de nuevo, dependiendo del otro. En el sistema de comunicación de acuerdo con la invención, la protección ante fallos se incrementa, sin embargo, puesto que el nodo de inicio en frío único para ambos canales es reemplazado por dos nodos de inicio en frío independientes. La invención describe el modo como dos nodos de inicio en frío pueden llegar a un "acuerdo" durante la realización del procedimiento de inicio en frío, con lo que se garantiza que dicho inicio en frío tiene lugar de forma sustancialmente simultánea en ambos canales.
Ambos controladores de comunicación tienen medios configurables de forma diferente para generar un temporizador de arranque. El nodo de inicio en frío abre un temporizador de arranque cuando desea llevar a cabo una operación de inicio. Durante este periodo de tiempo, éste permanece a la escucha del canal asociado y de la interfaz entre canales.
Preferiblemente, ambos controladores de comunicación comprenden medios para recibir una señal de inicio o una señal de cancelación. Esta señal es generada dependiendo de ciertos parámetros e indica el modo como ha de comportarse el nodo.
De acuerdo con una realización de la invención, ambos controladores de comunicación están dispuestos en un circuito integrado o chip común, y la interfaz está también integrada en este chip. Esto proporciona la ventaja de que únicamente ha de montarse y ponerse en contacto eléctrico el alojamiento.
De acuerdo con aún otra realización, ambos controladores de comunicación están dispuestos, cada uno de ellos, en un chip propio, y la interfaz está instalada externamente. Como resultado de ello, se omite el dominio por defecto "chip común". En el caso de que, por ejemplo, un fallo de sobre-tensión o tensión excesiva, es posible que uno de los dos chips permanezca sin daños. Como resultado, la red estará funcionando por un solo canal. Además, el fallo de uno de los chips no puede conducir, en general, al fallo de ambos canales, debido al fenómeno conocido como "idiota balbuciente".
El propósito de la invención se resuelve también por medio de un método según se reivindica en la reivindicación 6. En virtud del hecho de que cada controlador de comunicación envía por mensaje su estado a los otros, los dos nodos de inicio en frío pueden casi llegar a un acuerdo sobre el comienzo de la operación de inicio en frío.
Se genera una señal de ultimación tan pronto como todas las condiciones para llevar a cabo la operación de inicio en frío son apropiadas para el nodo de inicio en frío en cuestión, y se genera una señal de cancelación tan pronto como se produce un fallo en el nodo de inicio en frío en cuestión. Dicho fallo puede ser, por ejemplo, ruido en el canal o una indicación de que otro nodo está llevando a cabo, o ha llevado a cabo, una operación de inicio en frío.
De acuerdo con una realización preferida, los estados de los controladores de comunicación se comparan de forma continua o al menos a intervalos de tiempo que son lo suficientemente cortos. Estos intervalos de tiempo han de determinarse por la duración máxima del inicio en frío y ascender tan sólo a una fracción de esta duración. De esta forma, se garantiza que se tienen en cuenta los cambios en los parámetros.
La red de canal doble de acuerdo con la invención se utiliza preferiblemente en el control de un vehículo de motor, en el que se aplica para controlar procedimientos relevantes de cara a la seguridad.
Éstos y otros aspectos de la invención se ponen de manifiesto a partir de la(s) realización (realizaciones) que se describe(n) en lo que sigue, y se aclararán con referencia a la(s) misma(s).
En los dibujos:
la Figura 1 muestra un ejemplo de una arquitectura de un único canal con interfaz externa,
la Figura 2 muestra un ejemplo de una arquitectura de un único canal con una interfaz integrada en el chip,
la Figura 3 muestra un diagrama temporal de un inicio sincronizado, en el caso de una primera combinación de condiciones,
la Figura 4 muestra un diagrama temporal de un inicio sincronizado, en el caso de una segunda combinación de condiciones,
la Figura 5 muestra un diagrama temporal de un inicio sincronizado, en el caso de una tercera combinación de condiciones.
La Figura 1 ilustra un ejemplo de una arquitectura o estructura de un único canal con una interfaz externa Ia. El primer controlador de comunicación 2 comprende al menos un motor o máquina de protocolo 3 y una interfaz 4 entre el controlador de comunicación 2 y un sistema anfitrión 5. El primer controlador de comunicación 2 envía y recibe por un canal A de una red de canal doble, que no se muestra con mayor detalle.
El segundo controlador de comunicación 6 comprende al menos una máquina de protocolo 7 y una interfaz 8 entre el controlador de comunicación 6 y el sistema anfitrión 5. El segundo controlador de comunicación 6 envía y recibe por un canal B de una red de canal doble, que no se muestra con mayor detalle.
Los primer y segundo controladores de comunicación 2, 6 están dispuestos, cada uno de ellos, respectivamente, en unos primer y segundo circuitos integrados o chips 9, 10 independientes. La comunicación local entre canales tiene lugar a través de la interfaz externa 1a. El ejemplo que se muestra en la Figura 1 presenta una duplicación completa en comparación con el controlador de comunicación de arquitectura de canal doble habitual. Este ejemplo tiene la ventaja de que, en el caso de fallo de uno de los chips, es muy probable que el otro chip resulte sin daños y, por tanto, al menos uno de los controladores de comunicación funcione correctamente.
La Figura 2 muestra un ejemplo de una arquitectura de un único canal, en la que una interfaz 1b está integrada en el chip. El primer controlador de comunicación 2 comprende al menos una máquina de protocolo 3 y una interfaz 4 entre el controlador de comunicación 2 y un sistema anfitrión 5. El primer controlador de comunicación 2 envía y recibe por el canal A de una red de canal doble, que no se muestra con mayor detalle.
El segundo controlador de comunicación 6 comprende al menos una máquina de protocolo 7 y una interfaz 8 entre el controlador de comunicación 6 y un sistema anfitrión 5. Dicho segundo controlador de comunicación 6 envía y recibe por el canal B de una red de canal doble, que no se muestra con mayor detalle.
Los primer y segundo controladores de comunicación 2, 6 están dispuestos, ambos, en un chip común 11. La comunicación local entre canales tiene lugar a través de la interfaz 1b integrada en este chip 11. El ejemplo que se muestra en la Figura 2 presenta una duplicación reducida en comparación con un controlador de comunicación de arquitectura de canal doble habitual. Este ejemplo tiene la ventaja de que tan sólo requiere el montaje de un único alojamiento.
La Figura 3 muestra un diagrama temporal de una operación de inicio sincronizada en el caso de una primera combinación de condiciones. El eje vertical izquierdo A1 se refiere al primer controlador de comunicación 2, el eje vertical derecho A2 se refiere al segundo controlador de comunicación 6. Ambos controladores de comunicación 2, 6 comprenden medios para generar una ventana de arranque. La primera combinación de condiciones se refiere al caso en que los controladores de comunicación, tras abrir ambos una ventana de arranque, incluso en instantes diferentes de tiempo, reciben una señal de inicio. Con el fin de asegurarse de que ambos controladores de comunicación llevan a cabo la operación de inicio, inducida por la señal de inicio, de una manera comparativa sincrónica, los dos canales se enlazan. Esto se consigue de la manera que sigue: cada controlador de comunicación genera, al recibir la señal de inicio, una señal de estado de "ultimación" y envía esta señal al otro controlador de comunicación, y, adicionalmente, comprueba si ha sido ya recibida una señal de estado de "ultimación" desde el otro controlador de comunicación. Ambos controladores de comunicación comprenden medios adecuados para generar, enviar, recibir y almacenar señales de estado tales como señales de estado de "ultimación" y señales de estado de "cancelación". Tan pronto como cada uno de los controladores de comunicación tiene la información acerca del estado de "ultimación" del otro controlador de comunicación, ambos llevan a cabo la operación de inicio. El desplazamiento temporal corresponde esencialmente tan sólo al tiempo que transcurre durante la transmisión de la señal de estado de "ultimación".
"Llevar a cabo la operación de inicio" significa, a este respecto, que ambos nodos son capaces de llevar a cabo un inicio en frío, y se lleva a cabo un inicio en frío de la red, por ejemplo, enviando tramas de sincronización (a las que se hace referencia también como tramas sync). La "señal de inicio" constituye una petición por parte del controlador de comunicación correspondiente para llevar a cabo un inicio en frío del sistema de comunicación, por ejemplo, en el TTP o en la técnica de flexray.
La Figura 4 muestra un diagrama temporal de un inicio sincronizado de una segunda combinación de condiciones. El eje vertical izquierdo A1 se refiere al primer controlador de comunicación 2, el eje vertical derecho A2 se refiere al segundo controlador de comunicación 6. Ambos controladores de comunicación 2, 6 comprenden medios para generar un temporizador de arranque. La segunda combinación de condiciones se refiere al caso en que uno de los controladores de comunicación (en la Figura, el primero) recibe en primer lugar una señal de inicio y, tras enviar la información de estado de "ultimación", una señal de cancelación. El otro controlador de comunicación ya había recibido dentro de esta ventana de arranque una señal de inicio, así como la señal de estado de "ultimación", y, por tanto, había comenzado a llevar a cabo la operación de arranque. Los parámetros se comprueban, ventajosamente, de forma continua o al menos en ciertos intervalos de tiempo. De esta manera, también son tratados los cambios en el estado. En el caso de la combinación de condiciones que se muestra aquí, el controlador de comunicación que primero ha recibido una señal de inicio, recibe en una etapa ulterior también una señal de cancelación. A través de la interfaz entre canales, el estado de "cancelación" vigente en ese momento se envía como mensaje al otro controlador de comunicación. La comprobación continua de las condiciones hace que se tenga en cuenta el estado cambiado del otro controlador de comunicación, de tal manera que el controlador de comunicación que ya ha comenzado la operación de inicio, provoca que esta sea cancelada o interrumpida. La operación de inicio se restablece tan pronto como los dos controladores de comunicación se encuentren de nuevo en el estado de "ultimación".
A este respecto, la expresión "señal de cancelación" significa que las condiciones para llevar a cabo la operación de inicio no son, o ya no son, favorables. Tales condiciones se explican, por ejemplo, en el TTP o en la técnica de flexray.
La Figura 5 muestra un diagrama temporal de un inicio sincronizado, en el caso de una tercera combinación de condiciones. En este ejemplo, ha de garantizarse que el fallo en uno de los canales provoca también que el otro canal se detenga, incluso si ambos se han embarcado en la operación de inicio, por lo que se garantiza que, en una etapa ulterior, los dos se inician comparativamente al mismo tiempo cuando ambos se encuentran en el estado de "ultimación". Esto permite una operación comparativamente simultánea. Con el fin de hacer esto posible, ambos controladores de comunicación, de forma continua o a intervalos de tiempo concretos, comprueban el estado del otro controlador de comunicación relevante.
En virtud del sistema de comunicación desencadenado o disparado en el tiempo que se ha descrito aquí, se incrementa la fiabilidad de las redes relevantes por lo que respecta a la seguridad.

Claims (10)

1. Un sistema de comunicación desencadenado o disparado en el tiempo, que comprende al menos dos canales (A, B) y al menos un primer y un segundo nodos del tipo de "nodo de inicio en frío", caracterizado porque
- un primer controlador de comunicación (2) comprende una interfaz (4) de controlador-sistema anfitrión, un motor o máquina de protocolo (3) y un generador de señal de reloj, y está asignado al primer canal (A), y un segundo controlador de comunicación (6) comprende una interfaz (8) de controlador-sistema anfitrión, un motor o máquina de protocolo (7) y un generador de señal de reloj, y está asignado al segundo canal (B),
- los generadores de señal de reloj del primer y del segundo controladores de comunicación (2, 6) son relojes locales, de tal modo que dichos relojes locales son independientes uno de otro,
- existe una interfaz (1a, 1b) para la comunicación entre canales, dispuesta entre el primer controlador de comunicación (2) y el segundo controlador de comunicación (6), de manera que en dicha interfaz (1a, 1b) el estado de uno de los controladores de comunicación se transmite al otro controlador de comunicación de tal modo que uno de los buses de datos se inicia y detiene dependiendo del otro bus de datos,
- ambos controladores de comunicación (2, 6) tienen medios para generar, enviar, recibir y almacenar al menos una de entre una señal de estado de "ultimación" y una señal de estado de "cancelación", y
- ambos controladores de comunicación (2, 6) comprenden medios configurables diferentemente para generar un temporizador de arranque que se abre cuando el controlador de comunicación desea llevar a cabo una operación de inicio,
- ambos controladores de comunicación (2, 6) tienen medios para llevar a cabo la operación de inicio únicamente si ambos controladores de comunicación (2, 6) se encuentran en el estado de "ultimación".
2. Un sistema de comunicación disparado en el tiempo, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque cada uno de los dos relojes locales es impulsado por un respectivo oscilador.
3. Un sistema de comunicación disparado en el tiempo, de acuerdo con la reivindicación 1 ó la reivindicación 2, caracterizado porque ambos controladores de comunicación (2, 6) comprenden medios para recibir una señal de inicio o una señal de cancelación.
4. Un sistema de comunicación disparado en el tiempo, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque ambos controladores de comunicación (2, 6) están dispuestos en un único circuito integrado o chip (11), y la interfaz (1b) está también integrada en este chip (11).
5. Un sistema de comunicación disparado en el tiempo, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque ambos controladores de comunicación (2, 6) están dispuestos en un chip (9, 10) propio, y la interfaz (1a) está dispuesta externamente.
6. Un método para llevar a cabo un arranque en frío sincrónico en un sistema de comunicación desencadenado o disparado en el tiempo, en particular, un sistema de comunicación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende las etapas de:
- generar una señal de estado de "ultimación" y/o una señal de estado de "cancelación" en cada controlador de comunicación (2, 6) dependiendo de ciertos parámetros,
- transmitir la señal de estado al otro controlador de comunicación relevante (2, 6) a través de una interfaz (1a, 1b),
- comparar, por parte de cada uno de los controladores de comunicación (2, 6), su propio estado con el del otro controlador de comunicación relevante (2, 6), y
- llevar a cabo un inicio en frío si, y siempre y cuando, ambos controladores de comunicación (2, 6) se encuentren en un estado de "ultimación".
7. Un método de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque se genera una señal de ultimación si se dan todas las condiciones para llevar a cabo el inicio en frío para el nodo de inicio en frío en cuestión, y se genera una señal de cancelación si se produce un fallo en el nodo de inicio en frío relevante.
8. Un método de acuerdo con la reivindicación 6 ó la reivindicación 7, caracterizado porque los estados se comparan de forma continua o al menos en ciertos intervalos de tiempo.
9. El uso de un sistema de comunicación disparado en el tiempo, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el control de un vehículo de motor.
10. Un programa que se ejecuta por un procesador y que contiene instrucciones para implementar un método para llevar a cabo un inicio en frío sincrónico en un sistema de comunicación disparado en el tiempo, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8.
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