WO2012136547A1 - Verfahren und vorrichtung zur erhöhung der datenübertragungskapazität in einem seriellen bussystem - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erhöhung der datenübertragungskapazität in einem seriellen bussystem Download PDF

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    • H04L2012/40215—Controller Area Network CAN

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for increasing the data transmission capacity between at least two subscribers in a serial bus system.
  • CAN Controller Area Network
  • TTCAN Time Triggered CAN
  • Subscriber stations can continue to determine the logical state (0 or 1) of the channel when sending a bit over the channel. If a value of the transmitted bit does not correspond to the determined logical state of the channel, then the subscriber station terminates the access to the channel.
  • the bitwise arbitration is usually done on the basis of an identifier within a message to be transmitted over the channel. After a
  • the Subscriber station has completely sent the identifier to the channel, it knows that it has exclusive access to the channel.
  • the end of transmission of the identifier corresponds to a beginning of a release interval within which the subscriber station can exclusively use the channel.
  • other subscriber stations are not allowed to be so long accessing the channel, that is, sending data to the channel until the sending subscriber station has transmitted a checksum field (CRC Field) of the message.
  • CRC Field checksum field
  • the bitwise arbitration thus achieves non-destructive transmission of those messages over the channel which the arbitration method has obtained.
  • the protocols of the CAN are particularly suitable for transmitting short messages under real-time conditions, whereby it can be ensured by suitable assignment of the identifier that particularly important messages almost always win the arbitration and are sent successfully.
  • Amounts of data and the latencies allowed during transmission are vehicle dynamics control systems, e.g. the electronic stability program ESP, driver assistance systems such. the automatic distance control ACC, or driver information systems such. the traffic sign recognition (see, for example, descriptions in "Bosch Automotive Manual", 27th edition, 2011, Vieweg + Teubner).
  • vehicle dynamics control systems e.g. the electronic stability program ESP
  • driver assistance systems such. the automatic distance control ACC
  • driver information systems such. the traffic sign recognition (see, for example, descriptions in "Bosch Automotive Manual", 27th edition, 2011, Vieweg + Teubner).
  • the present invention is based on the transmission of messages with a logical structure according to the CAN standard ISO 11898-1 in one
  • Bus system with at least two participating data processing units, wherein the logical structure comprises a start-of-frame bit, an arbitration field, a control field, a data field, a CRC field, an acknowledge field and an end-of-frame sequence, and wherein the control field comprises a data length code containing information about the length of the data field.
  • the invention achieves the effect, by providing a possibility for enlarging the data field of a transmitted message, that a larger amount of data can be transmitted with a single message via the bus compared to a standard CAN message by, in the presence of a first switching condition, the data field of the messages deviating from the CAN standard ISO 11898-1, it can contain more than eight bytes,
  • the values of the bits of the data length code are at least partially interpreted differently from the CAN standard ISO 11898-1.
  • ObOOOl to OblOOO of the data length code correspond to the standard CAN
  • Identification is evaluated in the participating data processing units for determining the second switching condition, and the receiving process is adapted to the size of the data field depending on the second switching condition. It may be advantageous with respect to the modification effort compared to the standard CAN protocol that the second identifier occurs only in messages whose arbitration field has the format of a CAN message in the extended format and / or matches the identifier of the extended format.
  • modified method is transmitted to send the message without informing the recipient in advance about the method used.
  • the checksums for checking the correct data transmission are available for both methods and can be evaluated as needed.
  • the present switching conditions are communicated to the receivers by means of one or more identifications.
  • the identifications it is particularly advantageous if at least one of the identifications takes place by means of a first identifier bit whose position lies between the last bit of the identifier and the first bit of the data length code and whose position translates into messages according to CAN standard ISO 11898 -1 is a bit with a set value.
  • Bus system further increased.
  • an identification of the messages with a shortened bit length is carried out in this case by a flag bit in the control field. This allows the switching of the bit length independently of the switching of the CRC calculation or the size of the data field and it can be flexibly respond to circumstances of the bus system.
  • Control units of the motor vehicle which are connected via a suitable data bus. But it is equally advantageous to use during the manufacture or maintenance of a motor vehicle for the transmission of data between one for the purpose of programming with a suitable
  • Control unit of the motor vehicle which is connected to the data bus. It is also advantageous to use in the industrial sector, if larger amounts of data must be transmitted, for example, for control purposes. In particular, if due to the length of the transmission path during the arbitration a reduced data rate must be applied so that all participants have the opportunity to obtain access to the bus, by the method, in particular in combination with the switching of the length of the data field and the Bit length reduction, higher
  • a further advantage is that a standard CAN controller only has to be changed minimally in order to be able to work according to the invention.
  • An inventive communication controller which can also work as a standard CAN controller, is only slightly larger than a conventional standard CAN controller.
  • the associated application program does not need to be changed, and even then advantages in the speed of data transmission are achieved.
  • considerable parts of the CAN conformance test (ISO 16845) can be adopted.
  • the transfer method according to the invention can be combined with the additions of the TTCAN (ISO 11898-4).
  • Figure la shows the two alternatives for the construction of messages in the CAN format according to the CAN standard ISO 11898-1 from the prior art.
  • FIG. 1b shows the two analogous alternatives for the format of the messages modified according to the invention.
  • Figure 2 illustrates various ways in which the content of the data length code according to the invention can be interpreted differently from the CAN standard ISO 11898-1.
  • Figure 3 shows schematically an embodiment of the invention
  • Receive process on a subscriber station of the bus system is.
  • FIG. 4 schematically shows a further exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows two examples of the format of messages modified according to the invention, in which a different bit length is additionally used in fixed areas within the message.
  • FIG. 1 a shows the structure of messages as used on a CAN bus for data transmission.
  • the two different Formats “Standard” and “Extended” are shown.
  • the inventive method is equally applicable to both formats.
  • the message begins with a "Start of Frame” (SOF) bit signaling the beginning of the message, followed by a section which is primarily used to identify the message, and by which the bus system participants decide whether they receive the message or not, this section is called “Arbitration Field” and contains the identifier.
  • SOF Start of Frame
  • Control Field contains, among other things, the Data Length Code
  • the Data Length Code contains information about the size of the data field of the message, followed by the actual data field "Data Field”, which is between the participants of the bus system contains data to be exchanged.
  • CRC Field with the 15-bit check sum and a delimiter, followed by two "Acknowledge” (ACK) bits, which serve to signal the successful receipt of a message to the sender.
  • the message is completed by an "End of Frame” (EOF) sequence.
  • EEF End of Frame
  • the data field may contain a maximum of 8 bytes, that is to say 64 bits of data.
  • the data length code comprises four bits according to the standard, so it can take 16 different values. From this range of values in today's bus systems, only eight different values are used for the different sizes of the data field from 1 byte to 8 bytes.
  • a data field of 0 bytes is not recommended in the CAN standard, sizes above 8 bytes are not permitted.
  • the assignment of the values of the data length code to the sizes of the data field is shown in FIG. 2 in the column CAN standard.
  • FIG. 1b shows, in an analogous representation, the modified messages to be transmitted according to the invention, each derived from the two standard formats.
  • Data field also contain more than 8 bytes, namely in the illustrated
  • the maximum size of the data field K in this variant reaches the value 24.
  • the value DLC ObOOOO is used in this embodiment by remote frames.
  • a remote frame is sent with the same value of the DLC as the message sent in response to the remote frame.
  • the modification described here ensures that it is not possible to send remote frames with different DLC and the same identifier, which (see ISO 11898-1, Section 10.8.8) can lead to irreconcilable collisions.
  • the assignment of the values from ObOOOl to OblOOO of the data length code corresponds to sizes of the data field between 1 byte and 8 bytes of the assignment in the standard CAN.
  • Bus system operates according to standards, while in a modified according to the invention bus system allows larger data fields in the messages. However, it is also possible to perform a completely new assignment of the possible values of the data length code to permissible variables of the data field.
  • DLC 4 also in Figure 2. The reached
  • Maximum size K of the data field in this case is 30 bytes.
  • Possibility for this is to use a reserved bit within the arbitration field or the control field for identification, so that from this first identifier Kl the communication controller can derive a first switching condition UB1, depending on which he
  • the second bit of the control field designated rO in FIG. 1b can be used for identification.
  • the definition can also be selected depending on the identifier format.
  • a way of characterizing the messages according to the invention is the insertion of a recessive bit (EDL bit, Extended Data Length) into the control field at the position of the rO bit which is always dominant in the standard CAN.
  • EDL bit Extended Data Length
  • the recessive EDL bit in the Control Field can enter the position of the rl bit that is always dominant in the standard CAN.
  • receiving bus participants is also dominant accepted. It is also possible to evaluate bit combinations for determining the first switching condition UB1.
  • Transmission method prescribe the use of the Extended Format.
  • Messages in the extended format are recognized by the bus users at the value of the IDE bit (see Figure la) and this bit could simultaneously represent the first switching condition UB1, so that the modified transmission method is always used for extended messages.
  • the reserved bit rl as the first Identification Kl or to derive the first switching condition UB1 to use.
  • the reserved bit can also, as explained below, be used to derive a second switching condition UB2 for switching between more than two different sizes of the data field or assignments between values of the data length code and data field sizes.
  • Such a second switching condition or several other switching conditions can flexibly ind
  • Communication controllers are used, which are not designed for standard CAN communication. In this case, the determination of said first switching condition UB1, for example, depending on a suitable label Kl of the messages omitted. Rather, the communication controllers operate in this case exclusively according to one of the methods described and accordingly can only be used in bus systems in which only such communication controllers according to the invention are used.
  • the data field of messages is increased, then it may be useful to also adapt the method used for the Cyclic Redundancy Check (CRC) in order to obtain sufficient error security.
  • CRC Cyclic Redundancy Check
  • FIG. 1b illustrates that, in the example shown, the CRC field of the messages according to the invention has a length of L bits, wherein L may differ from the standard CAN be unequal, in particular greater than 15.
  • a modified method for calculating the CRC checksum can be signaled to the bus subscribers by means of a third identifier K3, which represents a third switchover condition UB3.
  • this identifier K3 and the third switchover condition UB3 can also be used with the first identifier K1 and / or switchover condition UB1
  • the reserved bit r0 of FIG. 1b may be used for identification, or the SRR bit may be used. It is also possible to use the IDE bit in conjunction with the use of the method in extended messages, or even the bit rl.
  • the CRC code of CAN messages to be transmitted is generated by means of a feedback shift register, in whose input the serially transmitted bits of the message are sequentially fed.
  • the width of the shift register corresponds to the order of the CRC polynomial.
  • the CRC coding is performed by linking the register
  • the CRC coding can be changed in such a way that the stuff bits within the message are also included in the calculation or checking of the CRC code. That is, in this embodiment, the stuff bits belonging to the Arbitration Field, Control Field, and Data Field become part of the treated by the Cyclic Redundancy Check data to be protected.
  • the stuff bits of the CRC field are hidden as in the CAN standard.
  • the communication controller is designed so that it has compatibility with the standard CAN, ie works in a standard CAN bus system according to standards, while allowing in a modified bus system according to the invention larger data fields in the news and on the other hand, the adapted calculation and testing of CRC code.
  • Communication controller implemented two CRC shift registers that work in parallel. After receiving the CRC delimiter, when the CRC code is evaluated in the receiver, due to the third identifier K3 according to the invention or the third switching condition UB3 derived, for example, from the label or the content of the data length code, it is also clear which transmission method was used, and then the shift register assigned to this transmission method is evaluated.
  • the third switching condition UB3 can, as previously shown, with the first switching condition UB1, the size of the
  • the described implementation of two parallel operating CRC shift registers also allows a further improvement:
  • the CRC polynomial of the standard CAN protocol (xl5 + xl4 + xlO + x8 + x7 + x4 + x3 + 1) is designed for a message length of less than 127 bits. If messages transmitted according to the invention also use longer data fields, it makes sense to use another, in particular longer, CRC polynomial to maintain the transmission reliability. The messages transmitted according to the invention accordingly receive a changed,
  • Communication controller dynamically between the two CRC shift registers, so the standard CAN-compliant and the shift register according to the invention to use the appropriate polynomial.
  • Switching condition are triggered, which indicates a switch to longer data fields, for example according to DLC 1 in Figure 2, and an associated second CRC polynomial.
  • a second switching condition UB2 could be triggered, which switching to another set of data field sizes, such as DLC 3 of Figure 2, and a third CRC polynomial marks.
  • Data processing units can then receive the first
  • Umschaltbedingung adjust their transmission process accordingly and evaluate this further second, or more labeling or switching conditions and the transmission method to each of the Switching conditions and the contents of the Data Length Code
  • the first switching condition UB1 for example by the reserved bit r0 or the SRR bit, switches to the possibility of longer data fields and the corresponding interpretation of the content of the data length code, and that determination of the third switching condition UB3 and Consequently, the selection of the CRC polynomial to be evaluated for the CRC check is then dependent on the content of the data length code. Accordingly, the third switching condition UB3 can also assume more than two values.
  • the data field sizes could be selected according to DLC 3, that is, the values 0 (for remote frames) would be 1, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, and 24 bytes, and then three CRC polynomials could pass in parallel suitable shift registers are calculated, for example the standard CRC polynomial for data fields up to 8 bytes, a second CRC polynomial for data fields up to 16 bytes and a third CRC polynomial for data fields up to 24 bytes.
  • FIG. 3 shows a simplified representation of a detail of FIG
  • inventive receiving process as it runs on a subscriber station of the bus system. Shown here is the case in which a compatibility with the standard CAN is achieved by depending on the first
  • the subscriber station is initially in a bus scanning state, as long as there is no communication traffic on the bus. Inquiry 302 thus waits for a dominant bit on the bus. This bit marks the beginning of a new message.
  • the first checksum corresponds to the CRC calculation of the CAN standard
  • the second checksum is calculated according to the new method.
  • Embodiment included the stuff bits, while at the
  • step 306 the further bits of the message following the SOF bit, beginning with the arbitration field, are received. If several bus subscribers want to send a message, this is negotiated according to the usual from the standard CAN method among the bus participants, which bus station receives access to the bus.
  • the illustrated block 306 identifies receipt of all bits until the first tag K 1 has been received, or the first one
  • Switching condition UB1 is fixed.
  • the first switching condition UB1 is determined from the arbitration field, for example from the SRR bit or the IDE bit, or from the control field, for example from a reserved bit thereof (see FIG. Subsequently, in block 308, further bits of the message can be received, up to a certain bit of the message depending on the determined first
  • Switching condition UB1 is moved differently. This splitting into different procedures is ensured by an appropriate query or branch 310, as exemplified below.
  • the other bits of the control field are read in in step 312.
  • the data length code is evaluated from these bits in accordance with the CAN standard and then it is subsequently read
  • the corresponding amount of data, maximum 8 bytes, corresponding to the data field, is received in step 316.
  • the 15-bit CRC field is then received in step 320. If branch 324, the information is that the data transmitted by the transmitter and that transmitted by the transmitter Receiver self-determined CRC checksum, a dominant Acknowledge bit is sent in block 328. It should be noted that in In this case, the standard CRC checksum is compared because the
  • the acknowledge bit is sent recessively.
  • the further bits of the control field are read in block 314.
  • the data length code is determined according to the new interpretation, for which some examples are tabulated in FIG.
  • the corresponding amount of data that is for the example DLC 1 from the table in Figure 2 up to 15 bytes, for the example DLC 2 up to 16 bytes, for the example DLC 3 up to 24 bytes and for the example DLC 4 receive up to 30 bytes of data.
  • the inventively deviating, in particular longer CRC field is received. If branch 324 contains the information that the CRC checksum transmitted by the transmitter and that determined by the receiver itself match, in which case the
  • a dominant acknowledge bit is sent in block 328. Otherwise (block 330) the acknowledge bit is sent recessively. Subsequently, in step 332 and 334 respectively, the ACK delimiter and the EOF bits follow. This completes a receiving process for a message.
  • FIG. 3 shows the case in which the third switching condition UB3, which determines the CRC to be used, with the first
  • Switch condition UB1 which relates to the size of the data field and the interpretation of the data length code, matches. So it was before the reception
  • Switching condition UB3 has. As previously described, this information may have been determined, for example, from the corresponding third identifier or from the content of the data length code. in the
  • Switching condition UB3 is then read in blocks 420, 422 and 424 a different number of bits of the CRC field, for example, for the value A 15 bits, for the value B 17 bits and for the value C 19 bits.
  • FIG. 5 shows for further embodiments of the invention
  • Transmission method again the structure of messages in the two possible variants, the standard format and the extended format.
  • areas are plotted in FIG. 5 in which switching between two states, here designated Fast-Arbitration and Fast-CAN-Data, is performed.
  • This switching between the two states causes in this example, that after completion of the arbitration for a part of the message, in particular for the data field and the CRC field, the bit lengths shortened and thus the individual bits are transmitted faster over the bus.
  • the transmission time for a message can be shortened compared to the standard method.
  • the associated change of the temporal bit length can be realized, for example, by using at least two different scaling factors for setting the bus time unit relative to a smallest time unit or the oscillator clock during operation.
  • the switching of the bit length, as well as the corresponding change of the scaling factor are also shown by way of example in FIG.
  • the transition between the states Fast-CAN-Arbitration and Fast-CAN-Data can be effected as a function of a fourth switching condition UB4, which corresponds to a fourth identifier K4 of the messages, which signals to the subscribers of the data transmission that the shortened bit length is being applied.
  • a fourth switching condition UB4 corresponds to a fourth identifier K4 of the messages
  • Position of this identifier K4 is the "reserved bit" r0 which is transmitted before the data length code, ie it corresponds to a possible position of the first identifier K1 which corresponds to the first switchover condition UB1 and the possible use of longer data fields and a changed interpretation of the data length Code and also the third identifier K3, which corresponds to a modified CRC calculation.
  • FIG. 1 Another possibility for marking the messages according to the invention with shortened bit length is shown in FIG.
  • the messages with potentially longer data fields (belonging: first identification Kl) and changed CRC calculation (belonging: third identification K3) are characterized by a recessive EDL bit (Extended Data Length), which takes the place of one in standard CAN messages dominant bits transmitted and this bit is replaced or shifted one position backwards.
  • EDL bit Extended Data Length
  • the EDL bit enters the second position in the control field and shifts the always-dominant rO bit located there by one position.
  • the EDL bit in the example shown enters the first position of the control field and replaces the reserved rl bit located there, which is always transmitted dominant in the standard CAN.
  • the fourth identifier K4 which heralds the use of the shortened bit length, is achieved by inserting an additional, recessive BRS bit (Bit Rate switch) into the control field of messages according to the invention, which are identified by the EDL bit.
  • BRS bit Bit Rate switch
  • the position of the BRS bit is the fourth (standard)
  • Transmission methods transmit messages whose bit length is significantly shortened, whose data field size can be expanded to values above 8 bytes, and whose CRC is adapted to the larger data field. Significant increase in
  • the faster transfer begins in the example shown immediately after sending the associated tag and is terminated immediately after reaching the set for the return switch bit or when a reason for the start of an error frame has been detected.
  • FIG. 7 shows a comparison with respect to Figure 3 modified receiving process, in which additionally switched depending on the second identifier BRS between the states fast CAN arbitration and fast CAN data. If, at the branch 310, for example after reception of the second bit of the control field as the recessive bit EDL, the information that the communication method modified according to the invention is to be used is applied, then the next bits of the control field are read in block 408.
  • the state Fast-CAN-Data is assumed at the sample point of this bit, that is to say the abbreviated one Switched bit length (path "C") If the relevant bit has the inverse value, ie dominant in this example, the bit length is not shortened (path "B").
  • path "C" the abbreviated one Switched bit length
  • the CRC Delimiter returns to the Fast-Can Arbitration at ordinary bit rate in block 418
  • Transmission power of 293 bits in 160 microseconds which corresponds to a data transfer rate with the same assumed bus utilization, which is increased by a factor of 3.7 compared to the unmodified standard CAN transmission.
  • the ratio of user data (data field) to protocol overhead shifts in an advantageous manner.
  • the method is suitable in the normal operation of a motor vehicle for the transmission of data between at least two control units of the
  • Motor vehicle which are connected via a suitable data bus.
  • a suitable data bus it is equally advantageous to use during the manufacture or maintenance of a motor vehicle for the transmission of data between one for the purpose of programming with a suitable data bus
  • the method is a transmission method, which is characterized in that a standard CAN controller must be changed only minimally in order to work according to the invention.
  • An inventive Communication controller which can also work as a standard CAN controller, is only slightly larger than a conventional standard CAN controller.
  • the associated application program does not need to be changed, and even then advantages in the speed of data transmission are achieved.
  • the speed of data transmission can be further increased, the adjustments in the application software are minimal. Large parts of the CAN conformance test (ISO 16845) can be adopted. It is also possible, the transmission method according to the invention with the

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur seriellen Datenübertragung in einem Bussystem mit mindestens zwei teilnehmenden Datenverarbeitungseinheiten beschrieben, wobei die Datenverarbeitungseinheiten über den Bus Nachrichten austauschen, wobei die gesendeten Nachrichten einen logischen Aufbau gemäß der CAN- Norm ISO 11898-1 aufweisen, wobei der logische Aufbau ein Start-of- Frame- Bit, ein Arbitration Field, ein Control Field, ein Data Field, ein CRC Field, ein Acknowledge Field und eine End-of- Frame Sequenz umfasst, wobei das Control Field einen Data Length Code umfasst, der eine Information über die Länge des Data Fields enthält. Bei Vorliegen einer ersten Umschaltbedingung kann das Datenfeld der Nachrichten abweichend von der CAN-Norm ISO 11898-1 mehr als acht Bytes umfassen, wobei zur Feststellung der Größe des Datenfeldes bei Vorliegen der ersten Umschaltbedingung die Werte der vier Bits des Data Length Codes zumindest teilweise abweichend von der CAN-Norm ISO 11898-1 interpretiert werden.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung der Datenübertragungskapazität in einem seriellen Bussystem
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Erhöhung der Datenübertragungskapazität zwischen wenigstens zwei Teilnehmern in einem seriellen Bussystem.
Beispielsweise aus den Normen der Familie ISO 11898-1 bis -5 ist das Controller Area Network (CAN) sowie eine als„Time Triggered CAN" (TTCAN) bezeichnete Erweiterung des CAN bekannt, im Folgenden auch als Norm CAN bezeichnet. Das beim CAN verwendete Medienzugriffssteuerverfahren beruht auf einer bitweisen Arbitrierung. Bei der bitweisen Arbitrierung können mehrere
Teilnehmerstationen gleichzeitig Daten über den Kanal des Bussystems übertragen, ohne dass hierdurch die Datenübertragung gestört wird. Die
Teilnehmerstationen können weiterhin beim Senden eines Bits über den Kanal den logischen Zustand (0 oder 1) des Kanals ermitteln. Entspricht ein Wert des gesendeten Bits nicht dem ermittelten logischen Zustand des Kanals, dann beendet die Teilnehmerstation den Zugriff auf den Kanal. Bei CAN wird die bitweise Arbitrierung üblicherweise anhand eines Identifiers innerhalb einer über den Kanal zu übertragenden Nachricht vorgenommen. Nachdem eine
Teilnehmerstation den Identifier vollständig an den Kanal gesendet hat, weiß sie, dass sie exklusiven Zugriff auf den Kanal hat. Somit entspricht das Ende der Übertragung des Identifiers einem Beginn eines Freigabeintervalls, innerhalb dessen die Teilnehmerstation den Kanal exklusiv nutzen kann. Gemäß der Protokollspezifikation des CAN dürfen andere Teilnehmerstationen so lange nicht auf den Kanal zugreifen, das heißt Daten an den Kanal senden, bis die sendende Teilnehmerstation ein Prüfsummenfeld (CRC Field) der Nachricht übertragen hat. Somit entspricht ein Endzeitpunkt der Übertragung des CRC Fields einem Ende des Freigabeintervalls.
Durch die bitweise Arbitrierung wird also eine zerstörungsfreie Übertragung derjenigen Nachrichten über den Kanal erreicht, die das Arbitrierungsverfahren gewonnen hat. Die Protokolle des CAN eignen sich besonders zum Übertragen kurzer Meldungen unter Echtzeitbedingungen, wobei durch geeignete Zuweisung der Identifier sichergestellt werden kann, dass besonders wichtige Nachrichten nahezu immer die Arbitrierung gewinnen und erfolgreich gesendet werden.
Mit der zunehmenden Vernetzung moderner Fahrzeuge und dem Einzug zusätzlicher Systeme zur Verbesserung beispielsweise der Fahrsicherheit oder des Fahrkomforts wachsen die Anforderungen an die zu übertragenden
Datenmengen und die bei der Übertragung zulässigen Latenzzeiten. Beispiele sind Fahrdynamikregelsysteme wie z.B. das elektronische Stabilitätsprogramm ESP, Fahrerassistenzsysteme wie z.B. die automatische Abstandsregelung ACC, oder Fahrerinformationssysteme wie z.B. die Verkehrszeichenerkennung (vgl. beispielsweise Beschreibungen in„Bosch Kraftfahrtechnisches Handbuch", 27. Auflage, 2011, Vieweg+Teubner).
DE 103 11 395 AI beschreibt ein System, bei welchem asynchrone, serielle Kommunikation alternativ über ein asymmetrisches physikalisches oder über das symmetrische physikalische CAN-Protokoll erfolgen kann, und dadurch eine höhere Datenübertragungsrate oder -Sicherheit für die asynchrone
Kommunikation erzielbar ist.
DE 10 2007 051 657 AI schlägt vor, in den exklusiven Zeitfenstern des TTCAN Protokolls eine asynchrone, schnelle, nicht CAN-konforme Datenübertragung anzuwenden, um die übertragene Datenmenge zu erhöhen.
G. Cena und A. Valenzano behandeln in„Overclocking of Controller area networks" (Electronics Letters, Vol. 35, No. 22 (1999), S. 1924) die Auswirkungen einer Übertaktung der Busfrequenz in Teilbereichen der Nachrichten auf die effektiv erzielte Datenrate.
Es zeigt sich, dass der Stand der Technik nicht in jeder Hinsicht befriedigende Ergebnisse liefert.
Offenbarung der Erfindung
Im Folgenden wird die Erfindung mit ihren Vorteilen anhand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen beschrieben. Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die dargestellten und geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung geht aus von der Übertragung von Nachrichten mit einem logischen Aufbau nach dem CAN Standard ISO 11898-1 in einem
Bussystem mit mindestens zwei teilnehmenden Datenverarbeitungseinheiten, wobei der logische Aufbau ein Start-of- Frame- Bit, ein Arbitration Field, ein Control Field, ein Data Field, ein CRC Field, ein Acknowledge Field und eine End-of- Frame Sequenz umfasst, und wobei das Control Field einen Data Length Code umfasst, der eine Information über die Länge des Data Fields enthält.
Die Erfindung erzielt durch die Bereitstellung einer Möglichkeit zur Vergößerung des Datenfeldes einer übertragenen Nachricht den Effekt, dass gegenüber einer normgemäßen CAN Nachricht eine größere Menge an Daten mit einer einzigen Nachricht über den Bus übermittelt werden kann, indem bei Vorliegen einer ersten Umschaltbedingung das Datenfeld der Nachrichten abweichend von der CAN-Norm ISO 11898-1 mehr als acht Bytes umfassen kann,
wobei zur Feststellung der Größe des Datenfeldes bei Vorliegen der ersten Umschaltbedingung die Werte der Bits des Data Length Codes zumindest teilweise abweichend von der CAN-Norm ISO 11898-1 interpretiert werden. Somit steigt in vorteilhafter Weise das Verhältnis von Datenmenge zu
Kontrollinformation in einer Nachricht, und somit auch die mittlere
Datenübertragungsrate über das Bussystem. Durch das Aufstellen einer eindeutigen Zuordnung zwischen dem Inhalt des Data Length Code und der Länge des Datenfeldes wird in vorteilhafter Weise eine hohe Flexibilität bezüglich der darstellbaren Größe des Datenfeldes erreicht.
Es ist weiterhin von Vorteil, dass für die im Norm CAN üblicherweise genutzten Werte ObOOOl bis OblOOO des Data Length Code die dem Norm CAN
entsprechenden Größen des Datenfeldes, also 1 Byte bis 8 Byte zugeordnet werden und die restlichen Werte des Data Length Code für die weiteren zulässigen Größen des Datenfeldes bis zur maximal möglichen Größe genutzt werden. Dies verringert den Anpassungsaufwand von Anwendungssoftware bei der Umstellung auf das erfindungsgemäße Verfahren in kostensparender Weise.
Die Vergrößerung des Datenfeldes und die Anpassung der Interpretation des Inhaltes des Data Length Code erfolgt in Abhängigkeit von einer ersten
Umschaltbedingung, so dass bei Vorliegen der ersten Umschaltbedingung das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung kommt, während sonst die Datenübertragung gemäß dem normalen CAN Standard erfolgt. Dadurch können erfindungsgemäßen Vorrichtungen sowohl in Standard CAN Bussystemen eingesetzt werden, als auch in neuen, erfindungsgemäßen Bussystemen mit potenziell größeren Datenfeldern.
Zusätzlich kann vorgesehen werden, dass bei Vorliegen einer zweiten
Umschaltbedingung die Bits des Data Length Codes zumindest teilweise abweichend von der CAN-Norm ISO 11898-1 und auch abweichend von der Zuordnung, wenn diese zweite Umschaltbedingung nicht vorliegt, interpretiert werden. Die derartig übertragenen Nachrichten können durch eine zweite Kennzeichnung im Arbitration Field und/oder im Control Field erkennbar gemacht werden. Dadurch wird eine noch höhere Flexibilität bezüglich der Auswahl an gültigen Größen des Datenfeldes erreicht. Die zweite
Kennzeichnung wird in den teilnehmenden Datenverarbeitungseinheiten zur Ermittlung der zweiten Umschaltbedingung ausgewertet, und es wird abhängig von der zweiten Umschaltbedingung der Empfangsprozess an die Größe des Datenfeldes angepasst wird. Es kann von Vorteil hinsichtlich des Änderungsaufwandes gegenüber dem Norm CAN Protokoll sein, dass die zweite Kennzeichnung nur in Nachrichten, deren Arbitration Field das Format einer CAN-Nachricht im Extended Format aufweist, auftritt und/oder mit der Kennzeichnung des Extended Format übereinstimmt.
Weiterhin ist es möglich, im Falle, dass das Datenfeld erfindungsgemäß vergrößert ist, ein geändertes Polynom zur Berechnung der Checksumme heranzuziehen und im CRC Feld zu übertragen. Dies hat den Vorteil, dass die Sicherheit der Fehlererkennung auch für größere übertragene Datenmengen erhalten bleibt. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden zu Beginn einer Nachricht parallel mehrere Berechnungen von Checksummen gestartet und es wird abhängig vom Vorliegen einer, eventuell derselben
Umschaltbedingung und oder dem Inhalt des Data Length Code entschieden welches Ergebnis einer dieser Berechnungen verwendet beziehungsweise im CRC Feld übertragen wird. Dadurch ist es möglich, die Information darüber, ob eine Nachricht nach dem Norm-gemäßen Verfahren oder nach dem
erfindungsgemäß modifizierten Verfahren übertragen wird, mit der Nachricht zu versenden, ohne die Empfänger im Voraus über das verwendete Verfahren zu informieren. Die Checksummen zur Prüfung der korrekten Datenübertragung liegen für beide Verfahren vor und können nach Bedarf ausgewertet werden.
Die vorliegenden Umschaltbedingungen werden durch eine oder mehrere Kennzeichnungen den Empfängern mitgeteilt. Hier ist es besonders vorteilhaft, wenn wenigstens eine der Kennzeichnungen durch ein erstes Kennzeichen-Bit erfolgt, dessen Position zwischen dem letzten Bit des Identifiers und dem ersten Bit des Data Length Code liegt und an dessen Position sich in Nachrichten gemäß der CAN-Norm ISO 11898-1 ein Bit mit einem festgelegten Wert befindet.
Es ist weiter von Vorteil, dass eventuell vorhandene Stuff-Bits, welche vor dem CRC Feld in der Nachricht auftreten, in die Berechnung der Checksumme mit aufgenommen werden. Hierdurch wird die Sicherheit der Datenübertragung beziehungsweise die Erkennungswahrscheinlichkeit für Datenübertragungsfehler weiter verbessert. Kombiniert man das Verfahren weiter mit einer Umschaltung der Bitlänge beispielsweise für zumindest die Bits des Datenfeldes und des CRC Feldes, so erzielt man den weiteren Vorteil, dass eine größere Menge an Daten
beschleunigt übertragen wird, als dies bei einer Begrenzung des Datenfeldes auf 8 Byte der Fall ist. Dadurch wird die mittlere Datenübertragungsrate des
Bussystems weiter gesteigert. In einer vorteilhaften Ausprägung erfolgt in diesem Fall eine Kennzeichnung der Nachrichten mit verkürzter Bitlänge durch ein Kennzeichen-Bit im Control Field. Dadurch kann die Umschaltung der Bitlänge unabhängig von der Umschaltung der CRC Berechnung beziehungsweise der Größe des Datenfeldes erfolgen und es kann flexibel auf Gegebenheiten des Bussystems reagiert werden.
Das Verfahren ist vorteilhaft einsetzbar im normalen Betrieb eines
Kraftfahrzeuges zur Übertragung von Daten zwischen wenigstens zwei
Steuergeräten des Kraftfahrzeuges, welche über einen geeigneten Datenbus verbunden sind. Es ist aber gleichermaßen vorteilhaft einsetzbar während der Fertigung oder Wartung eines Kraftfahrzeuges zur Übertragung von Daten zwischen einer zum Zwecke der Programmierung mit einem geeigneten
Datenbus verbundenen Programmierungseinheit und wenigstens einem
Steuergerät des Kraftfahrzeuges, welches mit dem Datenbus verbunden ist. Es ist ebenfalls vorteilhaft einsetzbar im industriellen Bereich, wenn größere Datenmengen beispielsweise zu Steuerungszwecken übertragen werden müssen. Insbesondere, wenn aufgrund der Länge der Übertragungsstrecke während der Arbitrierung eine reduzierte Datenrate angewendet werden muss, damit alle Teilnehmer die Möglichkeit haben, den Zugriff auf den Bus zu erhalten, kann durch das Verfahren, insbesondere in Kombination mit der Umschaltung der Länge des Datenfeldes und der Reduktion der Bitlänge, eine höhere
Datenübertragungsrate erzielt werden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass ein Norm-CAN Controller nur minimal geändert werden muss, um erfindungsgemäß arbeiten zu können. Ein erfindungsgemäßer Kommunikationscontroller, der auch als Norm-CAN Controller arbeiten kann, ist nur unwesentlich größer als ein herkömmlicher Norm-CAN Controller. Das zugehörige Anwendungs-Programm muss nicht geändert werden, und schon dann werden Vorteile in der Geschwindigkeit der Datenübertragung erzielt. Es können in vorteilhafter Weise erhebliche Teile des CAN-Conformance-Tests (ISO 16845) übernommen werden. In einer vorteilhaften Ausprägung kann das erfindungsgemäße Übertragungsverfahren mit den Ergänzungen des TTCAN (ISO 11898-4) kombiniert werden.
Zeichnungen
Die Erfindung wird im Weiteren anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Figur la zeigt die zwei Alternativen für den Aufbau von Nachrichten im CAN Format gemäß der CAN-Norm ISO 11898-1 aus dem Stand der Technik. Figur lb zeigt die zwei analogen Alternativen für das Format der demgegenüber erfindungsgemäß modifizierten Nachrichten.
Figur 2 stellt verschiedene Möglichkeiten dar, wie der Inhalt des Data Length Code erfindungsgemäß abweichend von der CAN-Norm ISO 11898-1 interpretiert werden kann. Figur 3 stellt schematisch ein Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen
Empfangsprozess auf einer Teilnehmerstation des Bussystems dar.
Figur 4 stellt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel für den
erfindungsgemäßen Empfangsprozess auf einer Teilnehmerstation des Bussystems dar.
Figur 5 zeigt zwei Beispiele für das Format von erfindungsgemäß modifizierten Nachrichten, bei denen zusätzlich in festgelegten Bereichen innerhalb der Nachricht eine unterschiedliche Bitlänge verwendet wird.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur la ist der Aufbau von Nachrichten, wie sie auf einem CAN Bus zur Datenübertragung verwendet werden, dargestellt. Die beiden unterschiedlichen Formate„Standard" und„Extended" sind dargestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf beide Formate gleichermaßen anwendbar.
Die Nachricht beginnt mit einem„Start of Frame"(SOF)-Bit, das den Beginn der Nachricht signalisiert. Es schließt sich ein Abschnitt an, der in erster Linie zur Identifizierung der Nachricht dient, und anhand dessen die Teilnehmer des Bussystems entscheiden, ob sie die Nachricht empfangen oder nicht. Dieser Abschnitt wird mit„Arbitration Field" bezeichnet und enthält den Identifier. Es folgt ein„Control Field", das unter anderem den Data Length Code enthält. Der Data Length Code enthält Informationen über die Größe des Datenfeldes der Nachricht. Hieran schließt sich das eigentliche Datenfeld„Data Field" an, das die zwischen den Teilnehmern des Bussystems auszutauschenden Daten enthält. Es folgt das„CRC Field" mit der 15 Bit umfassenden Checksumme und einem Delimiter, und anschließend zwei„Acknowledge"(ACK)-Bits, die dazu dienen, den erfolgreichen Empfang einer Nachricht an den Sender zu signalisieren.
Abgeschlossen wird die Nachricht durch eine„End of Frame"(EOF)-Sequenz.
Bei dem CAN Übertragungsverfahren nach der Norm darf das Datenfeld maximal 8 Byte, also 64 Bit an Daten enthalten. Der Data Length Code umfasst gemäß der Norm vier Bits, kann also 16 verschiedene Werte annehmen. Benutzt werden aus diesem Wertebereich in heutigen Bussystemen lediglich acht verschiedene Werte für die unterschiedlichen Größen des Datenfeldes von 1 Byte bis zu 8 Byte. Ein Datenfeld von 0 Byte ist im Norm CAN nicht empfohlen, Größen oberhalb von 8 Byte sind nicht zulässig. Die Zuordnung der Werte des Data Length Code zu den Größen des Datenfeldes ist in Figur 2 in der Spalte CAN Norm dargestellt.
In Figur lb sind in analoger Darstellung die erfindungsgemäß zu übertragenden, modifizierten Nachrichten, jeweils abgeleitet von den beiden Norm- Formaten, gegenübergestellt.
Bei dem erfindungsgemäß modifizierten Übertragungsverfahren darf das
Datenfeld auch mehr als 8 Byte enthalten, nämlich in der dargestellten
Ausprägung bis zu K Byte. Anders als im Norm CAN werden weitere Werte, die der Data Length Code einnehmen kann, ausgenutzt, um größere Datenfelder zu kennzeichnen. Beispielsweise können die vier Bits des Data Length Code benutzt werden, um die Werte von null bis 15 Byte darzustellen. Es können aber auch andere Zuordnungen getroffen werden, beispielsweise ist es eine
Möglichkeit, den in heutigen CAN-Nachrichten üblicherweise nicht genutzten Wert des Data Length Code DLC = ObOOOO für eine weitere mögliche Größe des Datenfeldes zu benutzen, beispielsweise für die Größe 16 Byte. Diese beiden Möglichkeiten sind in Figur 2 in Tabellenform als DLC 1 und DLC 2 dargestellt. Die Maximalgröße des Datenfeldes K hat in diesen Fällen den Wert 15 bzw. 16.
Eine weitere Möglichkeit ist es, dass für die Werte des Data Length Code größer OblOOO und bis Obllll die zugehörigen Größen des Datenfeldes um
beispielsweise jeweils 2 Byte anwachsen. Dieser Fall ist in der Tabelle als DLC 3 dargestellt. Die Maximalgröße des Datenfeldes K erreicht in dieser Variante den Wert 24. Durch Wahl eines größeren Inkrements, beispielsweise 4 Byte, wären entsprechend größere Datenfelder erreichbar.
Im Beispiel DLC3 ist außerdem noch eine weitere Modifikation vorgenommen: der Wert DLC = ObOOOO wird in diesem Ausführungsbeispiel von Remote- Frames verwendet. Im Norm CAN ist es demgegenüber vorgesehen, dass ein Remote- Frame mit demselben Wert des DLC gesendet wird, welchen die als Reaktion auf den Remote- Frame versendete Nachricht aufweist. Durch die hier beschriebene Modifikation wird sichergestellt, dass nicht Remote- Frames mit unterschiedlicher DLC und gleichem Identifier versendet werden können, was (vgl. ISO 11898-1, Kap. 10.8.8) zu unauflösbaren Kollisionen führen kann.
In den Ausprägungen des Verfahrens, die in Figur 2 in den Spalten DLC 1, DLC 2 und DLC 3 tabellenartig dargestellt sind, entspricht die Zuordnung der Werte von ObOOOl bis OblOOO des Data Length Code zu Größen des Datenfeldes zwischen 1 Byte und 8 Byte der Zuordnung im Norm CAN. Dadurch ist es in einfacher Weise möglich, Kompatibilität zum Norm CAN zu erreichen, also den Kommunikationscontroller so auszulegen, dass er in einem Norm CAN
Bussystem normgemäß arbeitet, während er in einem erfindungsgemäß modifizierten Bussystem größere Datenfelder in den Nachrichten zulässt. Es ist aber auch möglich, eine vollkommen neue Zuordnung der möglichen Werte des Data Length Code zu zulässigen Größen des Datenfeldes vorzunehmen. Ein Beispiel hierfür ist als DLC 4 ebenfalls in Figur 2 aufgeführt. Die erreichte
Maximalgröße K des Datenfeldes ist in diesem Fall 30 Bytes.
Um zu gewährleisten, dass ein solcher Kommunikationscontroller feststellen kann, in welcher Art er die Inhalte des Data Length Code zu interpretieren hat, ist vorteilhaft, dass er selbständig erkennt, ob die Kommunikation des Bussystems nach Norm CAN oder dem erfindungsgemäßen Verfahren abläuft. Eine
Möglichkeit hierzu besteht darin, ein reserviertes Bit innerhalb des Arbitration Field oder des Control Field zur Kennzeichnung heranzuziehen, so dass aus dieser ersten Kennzeichnung Kl der Kommunikationscontroller eine erste Umschaltbedingung UB1 ableiten kann, abhängig von der er das
Übertragungsverfahren auswählt. Beispielsweise kann das in Figur lb mit rO bezeichnete, zweite Bit des Control Field zur Kennzeichnung verwendet werden.
Die Festlegung kann auch abhängig vom Identifier- Format gewählt werden. Für Standard Adressierung ist so eine Möglichkeit zur Kennzeichnung der erfindungsgemäßen Nachrichten das Einfügen eines rezessiven Bits (EDL-Bit, Extended Data Length) in das Control Field an der Position des im Norm-CAN stets dominanten rO-Bits. Für Extended Adressierung kann das rezessive EDL- Bit im Control Field an die Position des im Norm-CAN stets dominanten rl-Bits treten.
Eine andere Möglichkeit ist, das SRR-Bit zu verwenden, welches im Norm CAN immer rezessiv gesendet werden muss, aber von den die Nachricht
empfangenden Busteilnehmern auch dominant akzeptiert wird. Es können auch Bitkombinationen zur Feststellung der ersten Umschaltbedingung UB1 ausgewertet werden.
Eine weitere Möglichkeit wäre, für das erfindungsgemäß modifizierte
Übertragungsverfahren die Verwendung des Extended Formates vorzuschreiben. Nachrichten im Extended Format werden von den Busteilnehmern am Wert des IDE-Bits erkannt (vgl. Figur la) und dieses Bit könnte gleichzeitig die erste Umschaltbedingung UB1 darstellen, so dass für Extended Nachrichten immer das modifizierte Übertragungsverfahren zur Anwendung kommt. Alternativ wäre es auch möglich, in Extended Nachrichten das reservierte Bit rl als erste Kennzeichnung Kl beziehungsweise zur Ableitung der ersten Umschaltbedingung UB1 zu verwenden. Das reservierte Bit kann aber auch, wie weiter unten ausgeführt, zur Ableitung einer zweiten Umschaltbedingung UB2 zur Umschaltung zwischen mehr als zwei verschiedenen Größen des Datenfeldes beziehungsweise Zuordnungen zwischen Werten des Data Length Code und Datenfeldgrößen genutzt werden. Eine solche zweite Umschaltbedingung oder auch mehrere weitere Umschaltbedingungen können flexibel ind
Es ist alternativ aber auch möglich, das Verfahren in dazu geeigneten
Kommunikationscontrollern zur Anwendung zu bringen, die nicht auch zur normgemäßen CAN Kommunikation ausgelegt sind. In diesem Fall kann auch die Festlegung der genannten ersten Umschaltbedingung UB1, beispielsweise abhängig von einer geeigneten Kennzeichnung Kl der Nachrichten, entfallen. Die Kommunikationscontroller arbeiten in diesem Fall vielmehr ausschließlich gemäß einem der beschriebenen Verfahren und sind dementsprechend nur in Bussystemen einsetzbar, in welchen ausschließlich solche erfindungsgemäßen Kommunikationscontroller im Einsatz sind.
Wird, wie in der Erfindung vorgesehen, das Datenfeld von Nachrichten vergrößert, so kann es sinnvoll sein, auch das verwendete Verfahren zum Cyclic Redundancy Check (CRC) anzupassen, um eine ausreichende Fehlersicherheit zu erhalten. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, ein anderes CRC-Polynom, beispielsweise mit höherer Ordnung, zu verwenden und entsprechend eine CRC Field abweichender Größe in den erfindungsgemäß modifizierten Nachrichten vorzusehen. Dies ist in Figur lb dadurch dargestellt, dass das CRC Field der erfindungsgemäßen Nachrichten im dargestellten Beispiel eine Länge von L Bit aufweist, wobei L abweichend vom Norm CAN ungleich, insbesondere größer als 15 sein kann.
Die Verwendung eines modifizierten Verfahrens zur Berechnung der CRC Checksumme kann durch eine dritte Kennzeichnung K3, welche eine dritte Umschaltbedingung UB3 darstellt, den Busteilnehmern signalisiert werden. Diese Kennzeichnung K3 und die dritte Umschaltbedingung UB3 kann aber auch mit der ersten Kennzeichnung Kl und / oder Umschaltbedingung UB1
übereinstimmen. Auch hier kann, wie weiter oben beschrieben, beispielsweise das reservierte Bit rO aus Figur lb zur Kennzeichnung dienen, oder es kann das SRR-Bit verwendet werden. Auch eine Verwendung des IDE-Bit in Verbindung mit der Anwendung des Verfahrens in Extended Nachrichten, oder auch des Bit rl kommt in Frage.
In den Norm CAN-Controllern wird der CRC-Code von zu sendenden CAN- Nachrichten mittels eines rückgekoppelten Schieberegisters erzeugt, in dessen Eingang die seriell gesendeten Bits der Nachricht sequenziell eingespeist werden. Die Breite des Schieberegisters entspricht der Ordnung des CRC- Polynoms. Die CRC-Codierung erfolgt durch eine Verknüpfung des Register-
Inhalts mit dem CRC-Polynom während der Shift-Operationen. Wenn CAN- Nachrichten empfangen werden, werden entsprechend die seriell empfangenen Bits der Nachricht in das CRC-Schieberegister geschoben. Der CRC-Test ist erfolgreich, wenn am Ende des CRC- Feldes alle Bits des Schieberegisters auf Null stehen. Die CRC-Code-Generierung im Sendefall und der CRC-Test im
Empfangsfall erfolgen beide in Hardware, ohne dass ein Eingriff der Software notwendig ist. Eine Modifikation der CRC-Codierung hat also keine Auswirkung auf die Anwendungs-Software. Im Norm CAN-Protokoll werden die Stuff-Bits innerhalb des CAN-Nachrichten
(vgl. ISO 11898-1, Kap. 10.5) nicht in die Berechnung oder Prüfung des CRC- Codes miteinbezogen (vgl. ISO 11898-1, Kap. 10.4.2.6:„... the bit stream given by the destuffed bit sequence ..."). Das hat zur Folge, dass in seltenen Fällen zwei Bit-Errors in einer Nachricht nicht erkannt werden, obwohl der CRC eigentlich bis zu fünf zufällig verteilte Bit-Errors in einer Nachricht erkennen sollte. Dies kann vorkommen, wenn sich durch die Bit-Fehler Stuff-Bits in Daten- Bits verwandeln, und umgekehrt (vgl. Unruh, Mathony und Kaiser: "Error Detection Analysis of Automotive Communication Protocols", SAE International Congress, Nr. 900699, Detroit, USA, 1990).
Im erfindungsgemäß modifizierten Übertragungsverfahren kann die CRC- Codierung demgegenüber so geändert werden, dass auch die Stuff-Bits innerhalb der Nachricht bei der Berechnung oder Prüfung des CRC-Codes miteinbezogen werden. Das heißt, es werden in dieser Ausführungsform die zum Arbitration Field, Control Field und Data Field gehörenden Stuff-Bits als Teil der durch den Cyclic Redundancy Check zu schützenden Daten behandelt. Die Stuff- Bits des CRC-Fields werden wie im Norm CAN ausgeblendet.
In einer möglichen Ausführungsform wird der Kommunikationscontroller so ausgelegt, dass er Kompatibilität zum Norm CAN aufweist, also in einem Norm CAN Bussystem normgemäß arbeitet, während er in einem erfindungsgemäß modifizierten Bussystem einerseits größere Datenfelder in den Nachrichten zulässt und andererseits auch die angepasste Berechnung und Prüfung des CRC-Code durchführt.
Da am Anfang des Empfanges einer Nachricht noch nicht feststeht, ob eine Norm-konforme CAN-Nachricht oder eine erfindungsgemäß modifizierte
Nachricht empfangen wird, werden in einem erfindungsgemäßen
Kommunikationscontroller zwei CRC-Schieberegister implementiert, die parallel arbeiten. Nach dem Empfang des CRC Delimiter, wenn der CRC-Code im Empfänger ausgewertet wird, steht aufgrund der erfindungsgemäßen dritten Kennzeichnung K3 beziehungsweise der beispielsweise aus der Kennzeichnung oder dem Inhalt des Data Length Code abgeleiteten dritten Umschaltbedingung UB3 auch fest, welches Übertragungsverfahren angewendet wurde, und es wird dann das diesem Übertragungsverfahren zugeordnete Schieberegister ausgewertet. Die dritte Umschaltbedingung UB3 kann, wie früher bereits dargestellt, mit der ersten Umschaltbedingung UB1, die die Größe des
Datenfeldes und die Interpretation des Data Length Code betrifft,
übereinstimmen.
Am Anfang des Sendens einer Nachricht steht zwar für den Sender bereits fest, nach welchem Übertragungsverfahren gesendet werden soll. Da es jedoch vorkommen kann, dass die Arbitration um den Buszugriff verloren wird und die begonnene Nachricht nicht gesendet, sondern stattdessen eine andere Nachricht empfangen wird, werden auch hier beide CRC-Schieberegister parallel angesteuert.
Die beschriebene Implementation zweier parallel arbeitender CRC- Schieberegister ermöglicht auch eine weitere Verbesserung: Das CRC-Polynom des Norm CAN-Protokolls (xl5 + xl4 + xlO + x8 + x7 + x4 + x3 + 1) ist für eine Nachrichten-Länge von weniger als 127 Bits ausgelegt. Wenn erfindungsgemäß übertragene Nachrichten auch längere Datenfelder verwenden, ist es sinnvoll, zur Aufrechterhaltung der Übertragungssicherheit ein anderes, insbesondere längeres CRC-Polynom zu verwenden. Die erfindungsgemäß übermittelten Nachrichten erhalten dementsprechend ein geändertes,
insbesondere längeres CRC Field. Im laufenden Betrieb wechseln die
Kommunikationscontroller dynamisch zwischen den beiden CRC- Schieberegistern, also dem Norm CAN-gemäßen und dem erfindungsgemäßen Schieberegister, um das jeweils passende Polynom zu verwenden.
Natürlich können auch mehr als zwei Schieberegister und dementsprechend mehr als zwei CRC-Polynome abgestuft in Abhängigkeit von der Länge des Datenfeldes oder der gewünschten Übertragungssicherheit zum Einsatz kommen. In diesem Fall muss, sofern eine Kompatibilität zum Norm CAN erhalten bleiben soll, die entsprechende Kennzeichnung und die damit verbundene Umschaltbedingung angepasst werden. Beispielsweise könnte durch das reservierte Bit rO oder das SRR-Bit in Figur lb eine erste
Umschaltbedingung ausgelöst werden, welche ein Umschalten auf längere Datenfelder, beispielsweise gemäß DLC 1 auf Figur 2, und ein zugehöriges zweites CRC-Polynom kennzeichnet. Zusätzlich könnte, beispielsweise für Nachrichten im Extended Format durch das reservierte Bit rl oder das IDE-Bit in Figur lb, eine zweite Umschaltbedingung UB2 ausgelöst werden, welche die Umschaltung auf einen weiteren Satz von Datenfeldgrößen, beispielsweise DLC 3 aus Figur 2, und ein drittes CRC-Polynom kennzeichnet. Es können aber auch durch weitere, entsprechende Umschaltbedingungen und Kennzeichnungen, die nach der ersten Kennzeichnung Kl in die Nachricht eingefügt beziehungsweise aufgenommen werden, die Variationsmöglichkeiten hinsichtlich der verfügbaren gültigen Datenfeldgrößen weiter vergrößert werden. Die teilnehmenden
Datenverarbeitungseinheiten können dann nach Empfang der ersten
Kennzeichnung beziehungsweise Auswertung der zugehörigen
Umschaltbedingung ihren Übertragungsprozess entsprechend anpassen und diese weitere zweite, oder weitere Kennzeichnungen oder Umschaltbedingungen auswerten und das Übertragungsverfahren an an die jeweils aus den Umschaltbedingungen und dem Inhalt des Data Length Code ermittelte
Datenfeldgröße anpassen.
Es ist im übrigen auch möglich, dass die erste Umschaltbedingung UB1, etwa durch das reservierte Bit rO oder das SRR-Bit, auf die Möglichkeit längerer Datenfelder und die entsprechende Interpretation des Inhaltes des Data Length Code umschaltet, und dass Ermittlung der dritten Umschaltbedingung UB3 und damit einhergehend die Auswahl des für die CRC-Prüfung auszuwertenden CRC-Polynoms dann abhängig vom Inhalt des Data Length Code erfolgt. Die dritte Umschaltbedingung UB3 kann dementsprechend auch mehr als zwei Werte annehmen. Beispielsweise könnten die Datenfeldgrößen gemäß DLC 3 ausgewählt werden, also die Werte 0 (für Remote- Frames) 1, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 und 24 Byte annehmen, und es könnten dann drei CRC-Polynome parallel über geeignete Schieberegister gerechnet werden, zum Beispiel das Norm CRC-Polynom für Datenfelder bis zu 8 Byte, ein zweites CRC-Polynom für Datenfelder bis zu 16 Byte und ein drittes CRC-Polynom für Datenfelder bis zu 24 Byte.
Figur 3 zeigt in vereinfachter Darstellung einen Ausschnitt des
erfindungsgemäßen Empfangsprozesses, wie er auf einer Teilnehmerstation des Bussystems abläuft. Dargestellt ist hier der Fall, bei welchem eine Kompatibilität zum Norm CAN erreicht wird, indem abhängig von der ersten
Umschaltbedingung UB1 das Verhalten des Kommunikationscontrollers angepasst wird. Obwohl in Figur 3 eine für die Beschreibung von
Programmabläufen in Software übliche Darstellung gewählt wurde, ist das Verfahren gleichermaßen vollständig zur Implementierung in Hardware geeignet.
Die Teilnehmerstation befindet sich zunächst in einem den Bus abtastenden Zustand, so lange auf dem Bus kein Kommunikationsverkehr herrscht. Die Abfrage 302 wartet also auf ein dominantes Bit auf dem Bus. Dieses Bit kennzeichnet den Beginn einer neuen Nachricht.
Sobald der Beginn einer neuen Nachricht festgestellt wurde beginnt im Block 304 die Berechnung der wenigstens zwei parallel zu berechnenden Checksummen. Die erste Checksumme entspricht der CRC Berechnung des Norm CAN, während die zweite Checksumme nach dem neuen Verfahren berechnet wird. Bei der Berechnung der zweiten Checksumme werden im dargestellten
Ausführungsbeispiel die Stuff-Bits miteinbezogen, während dies bei der
Berechnung gemäß Norm CAN nicht der Fall ist. Es ist aber auch möglich, analog zum Norm CAN die Stuff-Bits auch für die Berechnung der zweiten Checksumme nicht zu berücksichtigen.
Es werden anschließend ab dem Schritt 306 die weiteren, auf das SOF-Bit folgenden Bits der Nachricht, beginnend mit dem Arbitration Field, empfangen. Falls mehrere Busteilnehmer eine Nachricht versenden wollen, wird hierbei nach dem aus dem Norm CAN üblichen Verfahren unter den Busteilnehmern ausgehandelt, welcher Busteilnehmer den Zugriff auf den Bus erhält. Der dargestellte Block 306 kennzeichnet den Empfang aller Bits, bis die erste Kennzeichnung Kl empfangen wurde beziehungsweise die erste
Umschaltbedingung UB1 feststeht. In den aufgeführten Beispielen wird die erste Umschaltbedingung UB1 aus dem Arbitration Field, beispielsweise aus dem SRR-Bit oder dem IDE-Bit, oder aus dem Control Field, beispielsweise aus einem reservierten Bit desselben, ermittelt (vgl. Figur 1). Anschließend können in Block 308 noch weitere Bits der Nachricht empfangen werden, bis ab einem bestimmten Bit der Nachricht abhängig von der ermittelten ersten
Umschaltbedingung UB1 unterschiedlich verfahren wird. Diese Aufspaltung in unterschiedliche Verfahrensweisen wird durch eine entsprechende Abfrage oder Verzweigung 310 gewährleistet, wie im Folgenden beispielhaft dargestellt.
Liegt bei der Verzweigung 310, beispielsweise nach Empfang der ersten zwei Bits des Control Field, die Information vor, dass gemäß der ersten
Umschaltbedingung UB1 die Kommunikation nach Norm CAN erfolgt (der mit„l" bezeichnete Pfad der Figur 3), so werden im Schritt 312 die weiteren Bits des Control Field eingelesen. Aus diesen Bits wird gemäß Norm CAN der Data Length Code ausgewertet und es wird anschließend in Schritt 316 die zugehörige Menge an Daten, maximal 8 Byte, entsprechend dem Datenfeld, empfangen. Im Schritt 320 wird dann das 15 Bit umfassende CRC Feld empfangen. Liegt bei der Verzweigung 324 die Information vor, dass die die vom Sender übermittelte und die vom Empfänger selbst ermittelte CRC Checksumme übereinstimmen, wird in Block 328 ein dominantes Acknowledge-Bit gesendet. Es ist zu beachten, dass in diesem Fall die normgemäße CRC Checksumme verglichen wird, da die
Kommunikation nach Norm CAN erfolgt. Wird keine Übereinstimmung
festgestellt, wird (Block 330) das Acknowledge-Bit rezessiv gesendet.
Anschließend folgen ACK Delimiter und EOF Bits (siehe Figur lb, in Figur 3 nicht dargestellt).
Liegt hingegen bei der Verzweigung 310, beispielsweise nach Empfang der ersten zwei Bits des Control Field, die Information vor, dass gemäß der ersten Umschaltbedingung UB1 das erfindungsgemäß modifizierte
Kommunikationsverfahren anzuwenden ist (der mit„2" bezeichnete Pfad der
Figur 3), so werden im Block 314 die weiteren Bits des Control Field eingelesen. Aus dem Ergebnis wird der Data Length Code nach der neuen Interpretation, für die einige Beispiele tabellenartig in Figur 2 aufgeführt sind, ermittelt. Im Block 318 wird die entsprechende Menge an Daten, also für das Beispiel DLC 1 aus der Tabelle in Figur 2 bis zu 15 Byte, für das Beispiel DLC 2 bis zu 16 Byte, für das Beispiel DLC 3 bis zu 24 Byte und für das Beispiel DLC 4 bis zu 30 Byte Daten empfangen. Im Block 322 wird das erfindungsgemäß abweichende, insbesondere längere CRC Feld empfangen. Liegt bei der Verzweigung 324 die Information vor, dass die vom Sender übermittelte und die vom Empfänger selbst ermittelte CRC Checksumme übereinstimmen, wobei in diesem Fall der
Vergleich auf der erfindungsgemäß abweichenden CRC Checksumme basiert, wird in Block 328 ein dominantes Acknowledge-Bit gesendet. Andernfalls wird (Block 330) das Acknowledge-Bit rezessiv gesendet. Anschließend folgen in Schritt 332 beziehungsweise 334 der ACK Delimiter und die EOF Bits. Damit ist ein Empfangsprozess für eine Nachricht beendet.
In Figur 3 wurde der Fall dargestellt, in welchem die dritte Umschaltbedingung UB3, welche die zu verwendende CRC bestimmt, mit der ersten
Umschaltbedingung UB1, die die Größe des Datenfeldes und die Interpretation des Data Length Code betrifft, übereinstimmt. Es wurde also vor dem Empfang
320 beziehungsweise 322 der CRC Checksummen nicht nochmals abgefragt, welche CRC gemäß der dritten Umschaltbedingung UB3 zu empfangen und für die Verzweigung 324 auszuwerten ist. Durch eine einfache Modifikation des Ablaufdiagrammes aus Figur 3 ist diese zusätzliche Abfrage in den Ablauf aufnehmbar, wie in Figur 4 dargestellt ist. Bei dem derartig modifizierten Empfangsprozess gemäß Figur 4 wird nach Empfang der gemäß der Information aus dem Data Length Code erwarteten Anzahl von Datenbytes des Datenfeldes in Block 316 beziehungsweise 318 in der Abfrage oder Verzweigung 410 ermittelt, welchen Wert die dritte
Umschaltbedingung UB3 aufweist. Diese Information kann, wie früher beschrieben, beispielsweise aus der entsprechenden dritten Kennzeichnung, oder aus dem Inhalt des Data Length Code ermittelt worden sein. Im
dargestellten Beispiel gibt es drei verschiedene Werte für die dritte
Umschaltbedingung UB3, nämlich A, B und C. Abhängig vom Wert der
Umschaltbedingung UB3 wird dann in den Blöcken 420, 422 und 424 eine unterschiedliche Anzahl von Bits des CRC Field eingelesen, beispielsweise für den Wert A 15 Bits, für den Wert B 17 Bits und für den Wert C 19 Bits.
Anschließend wird bei der Verzweigung 324 analog zu Figur 3 geprüft, ob die vom Sender übermittelte und die vom Empfänger selbst ermittelte CRC
Checksumme übereinstimmen und abhängig davon weiter verfahren.
Figur 5 zeigt für weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen
Übertragungsverfahrens nochmals die Struktur von Nachrichten in den zwei möglichen Varianten, dem Standard Format und dem Extended Format. Für beide Varianten sind in Figur 5 Bereiche eingezeichnet, in denen zwischen zwei Zuständen, hier bezeichnet mit Fast-CAN-Arbitration und Fast-CAN-Data umgeschaltet wird. Diese Umschaltung zwischen den beiden Zuständen bewirkt in diesem Beispiel, dass nach Abschluss der Arbitrierung für einen Teil der Nachricht, insbesondere für das Datenfeld und das CRC Feld, die Bitlängen verkürzt und somit die einzelnen Bits schneller über den Bus übertragen werden. Dadurch kann die Übertragungszeit für eine Nachricht gegenüber dem normgemäßen Verfahren verkürzt werden. Der zugehörige Wechsel der zeitlichen Bitlänge kann beispielsweise durch Verwendung mindestens zweier unterschiedlicher Skalierungsfaktoren zur Einstellung der Bus-Zeiteinheit relativ zu einer kleinsten Zeiteinheit oder dem Oszillatortakt im laufenden Betrieb realisiert werden. Die Umschaltung der Bitlänge, sowie die entsprechende Veränderung des Skalierungsfaktors sind in Figur 5 ebenfalls beispielhaft dargestellt. Der Übergang zwischen den Zuständen Fast-CAN-Arbitration und Fast-CAN- Data kann abhängig von einer vierten Umschaltbedingung UB4 erfolgen, welche mit einer vierten Kennzeichnung K4 der Nachrichten korrespondiert, die den Teilnehmern der Datenübertragung signalisiert, dass die verkürzte Bitlänge angewendet wird. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die gewählte
Position dieser Kennzeichnung K4 das„reserved bit" rO, das vor dem Data Length Code übertragen wird. Sie entspricht also einer möglichen Position der ersten Kennzeichnung Kl, welche zur ersten Umschaltbedingung UB1 korrespondiert und die mögliche Verwendung längerer Datenfelder und einer geänderten Interpretation des Data Length Code kennzeichnet, und auch der dritten Kennzeichnung K3, welche zu einer geänderten CRC Berechnung korrespondiert.
Eine andere Möglichkeit zur Kennzeichnung der erfindungsgemäßen Nachrichten mit verkürzter Bitlänge ist in Figur 6 dargestellt. Hier sind die Nachrichten mit potenziell längeren Datenfeldern (zugehörig: erste Kennzeichnung Kl) und geänderter CRC-Berechung (zugehörig: dritte Kennzeichnung K3) durch ein rezessives EDL-Bit (Extended Data Length) gekennzeichnet, welches an die Stelle eines in Norm CAN Nachrichten dominant übertragenen Bits tritt und dieses Bit ersetzt oder um eine Position nach hinten verschiebt. Für die
Standard-Adressierung tritt das EDL-Bit an die zweite Position im Control Field und verschiebt das dort befindliche, stets dominante rO-Bit um eine Position. Für die Extended Adressierung tritt das EDL-Bit im gezeigten Beispiel an die erste Position des Control Field und ersetzt das dort befindliche reservierte rl-Bit, das im Norm-CAN stets dominant übertragen wird.
Sofern mehrere unterschiedliche Zuordnungen zwischen dem Inhalt des Data Lenth Code und der Größe des Datenfeldes verwendbar sein sollen, können an Bit- Positionen innerhalb des Control Fields, die auf das EDL-Bit folgen, auch noch weitere Kennzeichnungen in die erfindungsgemäßen Nachrichten aufgenommen werden, die dann zur Auswahl der jeweiligen Zuordnung von Werten des Data Length Code zu Größen des Datenfeldes ausgewertet werden.
Die vierte Kennzeichnung K4, die die Verwendung der verkürzten Bitlänge ankündigt, ist durch das Einfügen eines zusätzlichen, rezessiven BRS-Bits (Bit Rate Switch) in das Control Field von erfindungsgemäßen Nachrichten, welche durch das EDL-Bit gekennzeichnet sind, dargestellt. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Position des BRS-Bits die vierte (Standard
Adressierung) bzw. dritte (Extended Adressierung) Position im Control Field.
Die Nachrichten tragen die Bezeichnung„CAN FD Fast". Für die zwei möglichen Adressierungsvarianten von Nachrichten, das Standard Format und das
Extended Format, sind in Figur 6 Bereiche eingezeichnet, in denen zwischen zwei Zuständen, bezeichnet mit Fast-CAN-Arbitration und Fast-CAN-Data umgeschaltet wird. Diese Umschaltung zwischen den beiden Zuständen bewirkt, wie bereits geschildert, dass für den entsprechenden Teil der Nachricht die Bitlängen verkürzt und somit die einzelnen Bits schneller über den Bus übertragen werden. Dadurch kann die Übertragungszeit für eine Nachricht gegenüber dem normgemäßen Verfahren verkürzt werden. Der Übergang zwischen den Zuständen Fast-CAN-Arbitration und Fast-CAN-Data erfolgt in Nachrichten, welche die erste bzw. dritte Kennzeichnung EDL aufweisen, abhängig von der vierten Kennzeichnung BRS, die den Teilnehmern der
Datenübertragung signalisiert, dass die verkürzte Bitlänge angewendet wird
In dem dargestellten Fall, in dem also auf die erste Kennzeichnung EDL die zweite Kennzeichnung BRS folgt, werden im erfindungsgemäßen
Übertragungsverfahren Nachrichten übertragen, deren Bitlänge deutlich verkürzt, deren Datenfeldgröße auf Werte oberhalb 8 Byte ausdehnbar, und deren CRC an das größere Datenfeld angepasst ist. Erhebliche Steigerung der
Übertragungskapazität über das Bussystem bei gleichzeitig verbesserter Übertragungssicherheit werden so erreicht.
Die schnellere Übertragung beginnt im dargestellten Beispiel unmittelbar nach Versenden der zugehörigen Kennzeichnung und wird unmittelbar nach Erreichen des für die Rückumschaltung festgelegten Bits beendet oder dann, wenn ein Grund zum Start eines Error-Frames erkannt wurde.
Figur 7 zeigt einen gegenüber Figur 3 modifizierten Empfangsprozess, bei welchem zusätzlich abhängig von der zweiten Kennzeichnung BRS zwischen den Zuständen Fast-CAN-Arbitration und Fast-CAN-Data umgeschaltet wird. Liegt bei der Verzweigung 310, beispielsweise nach Empfang des zweiten Bits des Control Field als rezessivem Bit EDL, die Information vor, dass das erfindungsgemäß modifizierte Kommunikationsverfahren anzuwenden ist, so werden im Block 408 die nächsten Bits des Control Field eingelesen. Wird das zur zweiten Kennzeichnung dienende Bit, beispielsweise das vierte Bit BRS des erfindungsgemäß erweiterten Control Field, mit dem vorgesehenen Wert, beispielsweise rezessiv, empfangen, so wird beispielsweise am Sample Point dieses Bits der Zustand Fast-CAN-Data eingenommen, also auf die verkürzte Bitlänge umgeschalten (Pfad„C"). Weist das betreffende Bit den umgekehrten Wert auf, also in diesem Beispiel dominant, so erfolgt keine Verkürzung der Bitlänge (Pfad„B"). In den Blöcken 412 beziehungsweise 414 erfolgt der
Empfang der verbleibenden Bits des Control Field inklusive des Data Length Code und der Empfang des Datenfeldes gemäß der Größeninformation aus dem Data Length Code. Im Block 412 wird mit normaler Bitlänge empfangen, im Block 414 mit der verkürzten Bitlänge. In den Blöcken 416 beziehungsweise 418 wird das erfindungsgemäß abweichende, insbesondere längere CRC Field
eingelesen. Am letzten Bit des CRC Field, dem CRC Delimiter wird im Block 418 wieder in den Zustand Fast-CAN-Arbitration mit gewöhnlicher Bitrate
umgeschalten. Anschließend wird bei der Verzweigung 324 analog zu Figur 3 geprüft, ob die vom Sender übermittelte und die vom Empfänger selbst ermittelte CRC Checksumme übereinstimmen und es wird abhängig davon weiter verfahren, wie schon in Figur 3.
Den Nutzen des in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiels in Kombination mit dem mit DLC 3 bezeichneten Ausführungsbeispiel des Verfahrens mit geänderter Größe des Datenfeldes hinsichtlich der erzielten Datenübertragungsrate veranschaulicht die folgende Rechnung: Es wird von einer Länge des
Datenfeldes von 24 Byte, von Datenrahmen im Standard Format mit 11 Bit Adressierung, sowie von einer Baudrate von 500 kBit s ausgegangen. Des weiteren wird angenommen, dass der Skalierungsfaktor nach dem„reserved bit" rO um einen Faktor vier erhöht wird. In diesem Fall würde die Bitlänge also nach dem„reserved bit" rO von 2 Mikrosekunden auf 0,5 Mikrosekunden reduziert. Es werden bei Vernachlässigung von möglichen Stuff-Bits in diesem Beispiel pro Datenrahmen 27 Bit (SOF, Identifier, RTR, IDE, rO, ACK-Field, EOF, Intermission) mit der normalen Bitlänge und 212 Bit (DLC, Data, CRC,
CRCDelimiter) mit der verkürzten Bitlänge übertragen, wobei hier noch von einer 15-Bit CRC ausgegangen wurde, welche aber erfindungsgemäß durch eine längere CRC ersetzt werden könnte.
Es ergibt sich unter den gegebenen Randbedingungen eine effektive
Übertragungsleistung von 293 Bit in 160 Mikrosekunden, was bei gleicher angenommener Busauslastung einer Datenübertragungsrate entspricht, die gegenüber der nicht modifizierten Norm CAN-Übertragung um einen Faktor 3,7 erhöht ist. Zusätzlich verschiebt sich das Verhältnis von Nutzdaten (Data Field) zu Protokoll-Overhead in vorteilhafter Weise.
Das Verfahren eignet sich im normalen Betrieb eines Kraftfahrzeuges zur Übertragung von Daten zwischen wenigstens zwei Steuergeräten des
Kraftfahrzeuges, welche über einen geeigneten Datenbus verbunden sind. Es ist aber gleichermaßen vorteilhaft einsetzbar während der Fertigung oder Wartung eines Kraftfahrzeuges zur Übertragung von Daten zwischen einer zum Zwecke der Programmierung mit einem geeigneten Datenbus verbundenen
Programmierungseinheit und wenigstens einem Steuergerät des
Kraftfahrzeuges, welches mit dem Datenbus verbunden ist.
Weiterhin ist es auch möglich, das Verfahren in der industriellen Automatisierung einzusetzen, also beispielsweise zur Übertragung von Steuerinformation zwischen verteilten, durch den Bus miteinander verbundenen Steuereinheiten, die den Ablauf eines industriellen Fertigungsablaufes steuern. In diesem Umfeld können auch sehr lange Busleitungen auftreten und es kann besonders sinnvoll sein, das Bussystem für die Arbitirierungsphase mit einer relativ langen Bitlänge zu betreiben, beispielsweise mit 16, 32 oder 64 Mikrosekunden, so dass die Bussignale sich während des Arbitirierungsvorganges wie erforderlich auf dem gesamten Bussystem ausbreiten können. Anschließend kann dann für einen Teil der Nachricht, wie beschrieben, auf kürzere Bitlängen umgeschalten werden, um die mittlere Übertragungsrate nicht zu klein werden zu lassen.
Insgesamt stellt das Verfahren ein Übertragungsverfahren dar, welches sich dadurch auszeichnet, dass ein Norm-CAN Controller nur minimal geändert werden muss, um erfindungsgemäß arbeiten zu können. Ein erfindungsgemäßer Kommunikationscontroller, der auch als Norm-CAN Controller arbeiten kann, ist nur unwesentlich größer als ein herkömmlicher Norm-CAN Controller. Das zugehörige Anwendungs-Programm muss nicht geändert werden, und schon dann werden Vorteile in der Geschwindigkeit der Datenübertragung erzielt. Durch Verwendung der erweiterten Größe des Datenfeldes und der zugehörigen DLC und CRC kann die Geschwindigkeit der Datenübertragung weiter gesteigert werden, die Anpassungen in der Anwendungs-Software sind minimal. Es können weite Teile des CAN-Conformance-Tests (ISO 16845) übernommen werden. Es ist auch möglich, das erfindungsgemäße Übertragungsverfahren mit den
Ergänzungen des TTCAN (ISO 11898-4) zu kombinieren.
Wo in der vorangegangenen Beschreibung der Erfindung auf ISO-Standards Bezug genommen wurde, ist jeweils die zum Anmeldezeitpunkt geltende
Fassung des entsprechenden ISO-Standards als Stand der Technik
zugrundezulegen.

Claims

Ansprüche
1) Verfahren zur seriellen Datenübertragung in einem Bussystem mit mindestens zwei teilnehmenden Datenverarbeitungseinheiten, die über den Bus Nachrichten austauschen,
wobei die gesendeten Nachrichten einen logischen Aufbau gemäß der CAN- Norm ISO 11898-1 aufweisen,
wobei der logische Aufbau ein Start-of- Frame- Bit, ein Arbitration Field, ein Control Field, ein Data Field, ein CRC Field, ein Acknowledge Field und eine End-of- Frame Sequenz umfasst,
wobei das Control Field einen Data Length Code umfasst, der eine Information über die Länge des Data Fields enthält,
dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen einer ersten Umschaltbedingung (UB1) das Datenfeld der Nachrichten abweichend von der CAN-Norm ISO 11898-1 mehr als acht Bytes umfassen kann,
wobei zur Feststellung der Größe des Datenfeldes bei Vorliegen der ersten Umschaltbedingung die Werte der Bits des Data Length Codes zumindest teilweise abweichend von der CAN-Norm ISO 11898-1 interpretiert werden.
2) Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit vom Wert der ersten
Umschaltbedingung jede der möglichen Wertekombinationen der Bits des Data Length Code einer der zulässigen Größen des Datenfeldes zugeordnet ist.
3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Nachrichten, in denen das Datenfeld der Nachrichten abweichend von der CAN-Norm ISO 11898-1 mehr als acht Bytes umfassen kann und zur Feststellung der Größe des Datenfeldes die Werte der Bits des Data Length Codes zumindest teilweise abweichend von der CAN-Norm ISO 11898-1 interpretiert werden, durch eine erste Kennzeichnung (Kl) im Arbitration Field und/oder im Control Field von CAN-normgemäßen Nachrichten unterscheidbar sind.
4) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kennzeichnung in den teilnehmenden Datenverarbeitungseinheiten zur Ermittlung der ersten Umschaltbedingung ausgewertet wird und abhängig von der ersten Umschaltbedingung der
Empfangsprozess an die Größe des Datenfeldes angepasst wird.
5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen der ersten Umschaltbedingung das Datenfeld 16 unterschiedliche Größen umfassen kann und den 16 unterschiedlichen Größen des Datenfeldes 16 Wertekominationen der Bits des Data Length Code zugeordnet sind.
6) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen der ersten Umschaltbedingung die maximal mögliche Größe des Datenfeldes größer als 16 Byte ist.
7) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Werte zwischen ObOOOl und OblOOO des Data Length Codes für die Größen des Datenfeldes zwischen 1 und 8 Bytes gemäß der CAN-Norm ISO 11898-1 genutzt werden und bei Vorliegen der ersten Umschaltbedingung die restlichen Werte des Data Length Code für die weiteren zulässigen Größen des Datenfeldes bis zur maximal möglichen Größe genutzt werden.
8) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen einer zweiten Umschaltbedingung (UB2) oder mehrere weiterer Umschaltbedingungen die Bits des Data Length Codes zumindest teilweise abweichend von der CAN-Norm ISO 11898-1 und abweichend von der Zuordnung, wenn die zweite Umschaltbedingung nicht vorliegt oder die weiteren Umschaltbedingungen nicht vorliegen, interpretiert werden. 9) Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Nachrichten, in denen bei Vorliegen einer zweiten Umschaltbedingung oder mehrerer weiterer Umschaltbedingungen die Bits des Data Length Codes zumindest teilweise abweichend von der CAN-Norm ISO 11898-1 und abweichend von der Zuordnung, wenn die zweite
Umschaltbedingung nicht vorliegt oder die weiteren Umschaltbedingungen nicht vorliegen, interpretiert werden sollen, durch eine zweite Kennzeichnung (K2) oder weitere Kennzeichnungen im Arbitration Field und/oder im Control Field erkennbar sind.
10) Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kennzeichnung oder die weiteren Kennzeichnungen in den teilnehmenden Datenverarbeitungseinheiten zur Ermittlung der zweiten Umschaltbedingung oder der weiteren
Umschaltbedingungen ausgewertet wird oder werden und abhängig vom
Ergebnis der Auswertung der Empfangsprozess an die Größe des Datenfeldes angepasst wird.
11) Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kennzeichnung nur in Nachrichten, deren Arbitration Field das Format einer CAN-Nachricht im Extended Format aufweist, auftritt und/oder mit der Kennzeichnung des Extended Format übereinstimmt.
12) Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kennzeichnung (Kl) durch ein erstes Kennzeichen-Bit (EDL) erfolgt, dessen Position zwischen dem letzten Bit des Identifiers und dem ersten Bit des Data Length Code liegt und an dessen Position sich in Nachrichten gemäß der CAN-Norm ISO 11898-1 ein Bit mit einem festgelegten Wert befindet.
13) Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass im Control Field für die zweite Kennzeichnung (K2) ein zweites Kennzeichen-Bit auf das erste Kennzeichen-Bit (EDL) folgt oder für die weiteren Kennzeichnungen weitere Kennzeichen-Bits auf das erste Kennzeichen-Bit (EDL) folgen.
14) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit vom Wert einer dritten
Umschaltbedingung (UB3) das CRC Field der Nachrichten wenigstens zwei unterschiedliche Anzahlen von Bits aufweisen kann, wobei wenigstens eine der gültigen Anzahlen von Bits im CRC Field eine von der CAN-Norm ISO 11898-1 abweichende Anzahl von Bits ist,
wobei zur Festlegung des Inhaltes eines solchen CRC Field, welches eine abweichende Anzahl von Bits aufweist, ein von der CAN-Norm ISO 11898-1 abweichendes Generator- Polynom verwendet wird.
15) Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass die Nachrichten, in denen in Abhängigkeit vom
Wert einer dritten Umschaltbedingung (UB3) das CRC Field der Nachrichten wenigstens zwei unterschiedliche Anzahlen von Bits aufweisen kann, durch eine dritte Kennzeichnung (K3) im Arbitration Field und/oder im Control Field erkennbar sind, wobei die dritte Kennzeichnung mit der ersten Kennzeichnung übereinstimmen kann.
16) Verfahren nach Anspruch 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der dritten Umschaltbedingung (U B3) in den teilnehmenden Datenverarbeitungseinheiten in Abhängigkeit von der dritten Kennzeichnung (K3) ermittelt wird oder mit der ersten Umschaltbedingung übereinstimmt oder aus der ersten Umschaltbedingung und / oder dem Inhalt des Data Length Code abgeleitet wird, wobei abhängig vom Wert der dritten
Umschaltbedingung der Empfangsprozess an die Größe des CRC Field angepasst wird.
17) Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn einer Nachricht die Berechnung von wenigstens zwei CRC Checksummen mittels unterschiedlicher Generator- Polynome parallel gestartet wird und abhängig vom Wert der dritten
Umschaltbedingung entschieden wird, welches Ergebnis aus einer der parallel gestarteten CRC-Berechnungen verwendet wird.
18) Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen der dritten Umschaltbedingung bei wenigstens einer durchgeführten CRC-Berechnung auch eventuelle Stuff-Bits innerhalb der Abschnitte der Nachricht, welche vor dem CRC Field liegen, berücksichtigt werden.
19) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit vom Wert einer vierten
Umschaltbedingung (UB4) die zeitliche Bitlänge innerhalb einer Nachricht mindestens zwei unterschiedliche Werte annehmen kann, wobei für wenigstens einen ersten vorgebbaren Bereich innerhalb der Nachricht die zeitliche Bitlänge größer oder gleich einem vorgegebenen Minimalwert von etwa einer
Mikrosekunde ist und in mindestens einem zweiten vorgebbaren Bereich innerhalb der Nachricht die zeitliche Bitlänge eine im Vergleich zum ersten Bereich reduzierten Wert aufweist.
20) Verfahren nach nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei unterschiedlichen Werte der zeitlichen Bitlänge innerhalb einer Nachricht durch Verwendung mindestens zweier unterschiedlicher Skalierungsfaktoren zur Einstellung der Bus-Zeiteinheit relativ zu einer kleinsten Zeiteinheit oder dem Oszillatortakt im laufenden Betrieb realisiert werden.
21) Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, dass die Nachrichten, in denen in Abhängigkeit vom Wert einer vierten Umschaltbedingung die zeitliche Bitlänge innerhalb einer Nachricht mindestens zwei unterschiedliche Werte annehmen kann, durch eine vierte Kennzeichnung im Arbitration Field und / oder im Control Field erkennbar sind, wobei die vierte Kennzeichnung mit der ersten und / oder dritten
Kennzeichnung übereinstimmen kann.
22) Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der vierten Umschaltbedingung in den teilnehmenden Datenverarbeitungseinheiten in Abhängigkeit von der vierten Kennzeichnung ermittelt wird oder mit der ersten Umschaltbedingung und / oder der dritten Umschaltbedingung übereinstimmt oder aus der ersten
Umschaltbedingung und / oder der dritten Umschaltbedingung abgeleitet wird, wobei abhängig vom Wert der vierten Umschaltbedingung der Empfangsprozess an die unterschiedlichen Werte der Bitlänge innerhalb einer Nachricht angepasst wird.
23) Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 22,
dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Kennzeichnung (K4) durch ein weiteres Kennzeichen-Bit (BRS) erfolgt, welches zwischen dem ersten
Kennzeichen-Bit (EDL) und dem ersten Bit des Data Length Code liegt.
24) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, dass die Nachrichten zeitgesteuert gemäß dem in der TTCAN-Norm ISO 11898-4 beschriebenen Verfahren übertragen werden.
25) Vorrichtung zur seriellen Datenübertragung in einem Bussystem mit mindestens zwei teilnehmenden Datenverarbeitungseinheiten, die über den Bus Nachrichten austauschen,
wobei die gesendeten Nachrichten einen logischen Aufbau gemäß der CAN- Norm ISO 11898-1 aufweisen,
wobei der logische Aufbau ein Start-of- Frame- Bit, ein Arbitration Field, ein Control Field, ein Data Field, ein CRC Field, ein Acknowledge Field und eine End-of- Frame Sequenz umfasst,
wobei das Control Field einen Data Length Code umfasst, der eine Information über die Länge des Data Fields enthält,
dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen einer ersten Umschaltbedingung (UB1) das Datenfeld der Nachrichten abweichend von der CAN-Norm ISO 11898-1 mehr als acht Bytes umfassen kann,
wobei zur Feststellung der Größe des Datenfeldes bei Vorliegen der ersten Umschaltbedingung die Werte der Bits des Data Length Codes zumindest teilweise abweichend von der CAN-Norm ISO 11898-1 interpretiert werden. 26) Vorrichtung nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung durch geeignete Mittel dafür eingerichtet ist, zumindest eines der Verfahren zur Datenübertragung gemäß Anspruch 2 bis 24 auszuführen.
27) Vorrichtung nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung durch eine ausreichende Anzahl von Schieberegistern zur Berechnung der wenigstens zwei CRC
Checksummen gemäß Anspruch 17 eingerichtet ist.
28) Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 24 im normalen Betrieb eines Kraftfahrzeuges oder einer industriellen Anlage zur Übertragung von Daten zwischen wenigstens zwei Steuergeräten des
Kraftfahrzeuges oder der industriellen Anlage, welche über einen geeigneten Datenbus verbunden sind.
29) Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 24 während der Fertigung oder Wartung eines Kraftfahrzeuges oder einer industriellen Anlage zur Übertragung von Daten zwischen einer zum Zwecke der Programmierung mit einem geeigneten Datenbus verbundenen
Programmierungseinheit und wenigstens einem Steuergerät des Kraftfahrzeuges oder der industriellen Anlage, welches mit dem Datenbus verbunden ist.
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