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1、(10)申请公布号 CN 103370700 A(43)申请公布日 2013.10.23CN103370700A*CN103370700A*(21)申请号 201180068129.0(22)申请日 2011.12.15102010063797.1 2010.12.21 DEG06F 13/42(2006.01)(71)申请人罗伯特博世有限公司地址德国斯图加特(72)发明人 F.哈特维希 C.霍尔斯特R.麦克豪尔 T.罗伦斯 F.维茨(74)专利代理机构中国专利代理(香港)有限公司 72001代理人梁冰 杨国治(54) 发明名称用于具有附加插入的数据的串行数据传输的方法和装置(57) 摘要本发。
2、明提出一种方法和一种装置，用以使附加数据能够在总线系统的至少两个用户之间进行传输。该任务根据本发明通过如下方式解决，即所传输的数据帧具有根据CAN标准ISO11898-1的逻辑结构，并且在至少几个CAN位的时间位长度内如此地插入至少两个附加短位，使得至少针对实际的CAN位的两个可能的值中的一个值，将插入到CAN位中的附加位中的第一位以与所述值反向的总线电平进行传输。(30)优先权数据(85)PCT申请进入国家阶段日2013.08.21(86)PCT申请的申请数据PCT/EP2011/072966 2011.12.15(87)PCT申请的公布数据WO2012/084696 DE 2012.06.。
3、28(51)Int.Cl.权利要求书2页 说明书6页 附图5页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书6页 附图5页(10)申请公布号 CN 103370700 ACN 103370700 A1/2页21. 用于在网络中进行数据传输的方法，所述网络具有至少两个参与的数据处理单元，所述数据处理单元经由所述网络来交换数据帧，其中，所发送的数据帧具有根据CAN标准ISO 11898-1的逻辑结构，其中，在预设的或者能够预设的数据帧的至少几个CAN位的时间位长度（DL）内插入至少两个附加短位，其特征在于，至少针对实际的CAN位的两个可能的值中的一个值，将插入到所述。
4、CAN位中的附加位中的第一位以与所述值反向的总线电平进行传输。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少针对如下情况，即所述实际的CAN位与一隐性的总线电平相应，将插入到所述CAN位中的附加位中的第一位以显性的总线电平进行传输。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，至少针对如下情况，即所述实际的CAN位与一显性的总线电平相应，将插入到所述CAN位中的附加位中的第一位以显性的总线电平进行传输。4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，至少针对如下情况，即所述实际的CAN位与一显性的总线电平相应，将插入到所述CAN位中的附加位中的第一位以隐性的总线电平进行传输。5. 根据权利要求1至。
5、4中任一项所述的方法，其特征在于，所述附加短位的时间位长度（D0）不大于所述CAN位的时间位长度的六分之一。6. 根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，至少在所述CAN标识符的CAN位中不插入附加短位。7. 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，仅在隶属于数据域或隶属于CRC域的CAN位中插入附加短位。8. 根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，插入到预设的或者能够预设的数据帧的至少几个CAN位中的附加短位至少部分地用于按照预设的、与CAN协议不同的协议来传输附加的数据信息，其中，至少针对实际的CAN位的两个可能的值中的一个值，以与所述值反向的总线电平插入的。
6、附加短位不携带数据信息。9. 根据权利要求2至8中任一项所述的方法，其特征在于，插入到隐性的CAN位中的、根据本发明以显性的总线电平传输的附加短位的第一位在所述CAN位内的适当的时间点并且以足够的位长度进行插入，从而所述第一位至少能够由所参与的、按照标准CAN协议工作的数据处理单元来用于同步位定时。10. 根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，仅在隐性CAN位中插入附加短位。11. 根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，仅在显性CAN位中插入附加短位。12. 根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，所插入的附加短位在一数据帧的至少几个CAN位中的存在是通过一。
7、标记至少向接收的数据处理单元发送信号的，所述标记在同一数据帧中在时间上在具有插入的权 利 要 求 书CN 103370700 A2/2页3附加短位的第一CAN位之前进行传输。13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，针对所述标记，在CAN数据帧中的控制域内采用保留位。14. 根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其特征在于，在运行所述总线系统时，在根据 ISO 11898-4 （TTCAN）的时间受控的模式中至少在如下的数据帧中，也在CAN标识符或者控制域的CAN位中插入附加短位，所述数据帧在独占时间窗口中进行传输。15. 用于在网络中进行数据传输的装置（402），所述网络具有至少两个。
8、参与的数据处理单元和一个用于传输数据帧的连接装置，其中，所发送的数据帧具有根据CAN标准ISO 11898-1的逻辑结构，其中，设置器件，从而在预设的或者能够预设的数据帧的至少几个CAN位的时间位长度（DL）内插入至少两个附加短位，其特征在于，所述器件如此设置，使得至少针对实际的CAN位的两个可能的值中的一个值，将插入到所述CAN位中的附加位中的第一位以与所述值反向的总线电平进行传输。16. 根据权利要求15所述的装置，其特征在于，设置合适的器件，用以实施权利要求1至15中至少一项所述的方法。17. 根据权利要求15或16中任一项所述的装置，其特征在于，设置用于联接到一合适的总线联接单元（40。
9、3）上的器件，所述器件包括一附加的控制出口，用以将所述总线联接单元（403）的行为与根据本发明的方法进行匹配。权 利 要 求 书CN 103370700 A1/6页4用于具有附加插入的数据的串行数据传输的方法和装置技术领域0001 本发明涉及一种用于在总线系统的至少两个用户之间传输数据的方法以及装置，其中，所传输的数据帧具有根据CAN-标准ISO 11898-1的逻辑结构，其中，在至少几个CAN位的时间位长度内如此地插入至少两个附加短位，使得至少针对实际的CAN位的两个可能的值中的一个值将插入到CAN位中的附加位中的第一位以与所述值反向的总线电平进行传输。背景技术0002 例如从标准系列ISO。
10、 11898中公开了控制域网络（CAN）以及该CAN的被称作“时间触发CAN”（TTCAN）的扩展。在CAN的情况下使用的媒体访问控制方法基于一种逐位仲裁（bitweisen Arbitrierung）。在所述逐位仲裁的情况下多个用户站可以经由总线系统的通道同时传输数据，不会由此干扰数据传输。所述用户站还可以在经由所述通道发送位或者说比特时求得所述通道的逻辑状态（0或1）。如果所发送的位的值与所求得的所述通道的逻辑状态不一致，则结束该用户站对所述通道的访问。在CAN的情况下所述逐位仲裁通常在待经由所述通道传输的数据帧内的仲裁域中进行。在一用户站已经将所述仲裁域完全发送到所述通道上之后，该用户站。
11、知道，其具有了对于所述通道的独占访问权。因此，所述仲裁域的传输的结束相应于一释放间隔（Freigabeintervalls）的开始，在所述释放间隔内该用户站可以独占地使用所述通道。根据CAN的协议规范，其它用户站不允许访问所述通道，也就是说不允许将数据发送到所述通道，直到进行发送的用户站已经传输了所述数据帧的校验域（CRC域）。因此，所述CRC域的传输的结束时间点相应于所述释放间隔的结束。0003 通过所述逐位仲裁实现了所述数据帧经由所述通道的无破坏的传输。由此得出了CAN的好的实时特性，相反，在媒体访问控制方法的情况下由一个用户站发送的数据帧会由于与由另一个站发送的另一个数据帧在经由所述通道。
12、进行传输期间的碰撞而遭到破坏，在此情况下具有明显更不利的实时特性，因为由于所述碰撞且由此需要的所述数据帧的新的传输而导致数据传输的延迟。0004 所述CAN协议特别适合于在实时条件下传输较短的讯息。如果要经由CAN域传输更大的数据块，则所述通道的相对较小的位率会成为限定的因素。为了确保逐位仲裁的正确工作，必须在仲裁期间针对位的传输，主要与总线系统的扩张、在通道上的信号传播速度以及在总线用户的接口模式中的固有处理时间相关地维持最小持续时间，因为所有的总线用户必须具有统一的总线状态（0或1）的图像以及对于该总线状态的相同许可的访问权。因此，通过单个的位的持续时间的减小，所述位率毫无疑问不被提高。0。
13、005 为了仍然能够将为控制单元的程序化所需的比较大的数据块经由专门的用于联接到CAN域上所设置的通讯接口进行足够快地传输，DE 101 53 085 A1建议，用于传输数据块的通讯接口短暂地切换到另一通讯模式中，其中，不实施逐位仲裁且因此能够实现比较高的位率。当然在此情况下必须将以CAN协议的通讯针对一定的时间进行中断。如果例如由于错误而不再接收到总线系统按照CAN协议的运行，则导致总线系统的失灵。此外，通说 明 书CN 103370700 A2/6页5过比较大的数据块的传输会导致随后的根据CAN协议所采取的传输的大大延迟，从而影响CAN实时特性。0006 DE 103 11 395 A1描。
14、述了一种系统，在该系统的情况下，不同步的串行通讯能够替选地经由不对称的物理的或者经由对称的物理的CAN协议来进行，且由此能够实现针对不同步的通讯的更高的数据传输率或数据传输安全性。0007 Ziermann等人在“Proceedings of Design, Automation and Test in Europe （2009年）”, IEE E Computer Society, Nice, France, 第1088-1093页, 四月20-24, 2009中建议了另一种方法，用以实现更高的数据传输能力：在CAN数据帧的被称作“S区”的释放间隔内，在所谓的“灰色区”内向单个的CAN位插入。
15、附加短位，其中，在所述释放间隔中一个用户站独占地使用所述通道。0008 从所引用的文献可知，现有技术不是在每个方面都能提供满意的结果。发明内容0009 在由Ziemann等人所建议的方法中，应实现按照CAN标准工作的总线用户与使用新的所建议的通讯方法的总线用户的混合运行。附加的待传输的数据被划分成附加短位的包。所述附加短位的包分别在“灰色区”中插入到单个的CAN位中，所述灰色区如此敷设，使得其在CAN位的采样时间点之前结束。按照CAN标准工作的总线用户在理想情况下察觉不到所述短位的插入。0010 按照CAN标准工作的总线用户参照施加在数据总线上的从隐性至显性的信号边沿对其内部的位定时（Bit-。
16、Timing）进行再同步（参见ISO 11898-1，第12.4.2章节）。通过在“灰色区”插入所述附加位而产生的边沿会导致所述再同步进程或者说所述总线用户的同步的故障且因此导致所述数据通讯的歪曲或中断。0011 因此，本发明的任务在于，描述一种方法，通过所述方法能够在CAN网络中如此地传输具有附加地插入的数据的数据帧，使得所述总线用户的为仲裁所需的同步通过适当的措施得以维持。0012 所描述的任务通过所介绍的具有权利要求1的特征的数据传输方法以及通过在独立权利要求中描述的装置来解决。0013 发明优点所描述的任务根据本发明通过如下方式解决，在预设地或可预设地发送的数据帧中，在至少几个CAN位。
17、的时间位长度内插入至少两个附加短位，其中，所述数据帧具有根据CAN规范ISO 11898-1的逻辑结构，其中，至少针对实际的CAN位的两个可能的值中的一个值将插入到CAN位中的附加位中的第一位以与所述值反向的总线电平进行传输。0014 特别有利的是，所述附加短位中的第一位至少针对如下情况作为显性位进行传输，即实际的CAN位与隐性的总线电平相应。所述附加短位的包因此通过主导的、显性位来补充。0015 还有利的是，所述附加短位中的第一位针对如下情况始终作为隐性位进行传输，即实际的CAN位与显性的总线电平相应。在一种替选的实施方式中也可以特别有利的是，所述附加短位中的第一位针对如下情况始终作为显性位。
18、进行传输，即实际的CAN位与显性的总线电平相应。在第三种替选的实施方式中针对如下情况，即实际的CAN位与显性的总说 明 书CN 103370700 A3/6页6线电平相应，有利的是，所述附加短位中的第一位已经用于数据传输并且不具有固定值。0016 有利地，所述附加短位的时间位长度不大于所述CAN位的时间位长度的六分之一。有利地，向至少所述CAN标识符的CAN位中不插入附加短位。在一种特别有利的实施方式中，仅在隶属于数据域或隶属于CRC域的CAN位中插入附加短位。0017 有利的是，插入到预设的或可预设的数据帧的至少几个CAN位中的附加短位用于按照预设的、与CAN协议不同的协议来传输附加的数据信。
19、息。在此情况下有利地，至少针对实际的CAN位的两个可能的值（隐性/显性）中的一个值，以与该值反向的总线电平插入的附加短位不携带数据信息。0018 在一种有利的实施方式中，至少在隐性的总线电平的情况下插入到实际的CAN位中的附加短位中的第一位在一适当的时间点并且以足够的位长度在CAN位内部插入，其中，所述第一位以显性的总线电平进行传输，从而所述第一位能够至少由所参与的、按照标准CAN协议工作的数据处理单元来用于同步所述位定时。0019 还可以有利的是，所述方法如此设计，使得仅在隐性的CAN位中插入附加短位。替选地同样有利的可以是，所述方法如此设计，使得仅在显性的CAN位中插入附加短位。0020 。
20、此外在一种有利的实施方式中，所插入的附加短位在数据帧的至少几个CAN位中的存在是通过一标记至少向接收的数据处理单元进行信号传输的，所述标记在同一数据帧中在时间上在具有插入的附加短位的第一CAN位之前进行传输。0021 附加短位的插入有利地针对由事件控制的与仲裁的通讯，在进行了仲裁之后才进行。此外可行的是，附加短位的插入与TTCAN协议进行组合，因为在TTCAN中也将所有数据以CAN数据帧进行传输，它们的原理性的结构与ISO 11898-1的规定一致。在此情况下，可以至少在所述TTCAN矩阵的独占时间窗口中也将地址域和控制域完全地或者部分地以附加地插入的短位进行传输，其中，在所述独占时间窗口中所。
21、述总线访问被独占地分配。附图说明0022 下面借助于附图示例性详细阐释本发明。0023 图1示意性示出了具有不同的与本发明相关的区域的数据帧，以及在一种实施方式中设置的根据本发明的标记。0024 图2a示出了根据本发明的将一具有主导的显性位的附加短位插入到隐性的CAN位中的例子，图2b相对于现有技术的方法（不具有主导的显性位）示出了该例子。0025 图2c至2e示出了针对到显性的CAN位中的根据本发明的插入的不同的可能的替选方案。0026 图3示出了插入的包的隐性-显性-边缘由于CAN再同步而对于联接的总线用户的位定时的影响，图4示意性示出了针对具有在一种实施方式中设置的附加的用于切换收发器的。
22、控制导线的根据本发明的装置的一个例子。具体实施方式0027 下面描述针对根据本发明的方法和装置的实施例。这些具体的例子用于阐释实施说 明 书CN 103370700 A4/6页7方式，但不限制本发明思想的范围。0028 图1示出了根据CAN标准ISO11898的CAN数据帧。帧起始（SOF）、仲裁域（AF）、控制域（CF）、数据域（DF），CRC域（CRCF）、应答域（ACK）和帧结束（EOF）的区域是不同的。0029 在图1中示出了两个可能的变型方案，标准格式和扩展格式。针对两种变型方案示例性绘出了如下区域，在这些区域中根据本发明能够插入附加位。这在所示的情况下是如下的区域，在这些区域中一个。
23、总线用户具有对于总线的独占访问权，即DLC、数据域、CRC和CRC定界符。但所述区域也可以另外地选择，例如也可以仅使用数据域。0030 最后在图1中还示出了针对在本发明的优选的表现形式中设置的标记的实施例。根据本发明的标记的所选位置在此位于“保留位”R0中，其在所述DLC之前被传输。针对所述标记的其它可能性例如是用于具有插入的短位的数据帧的固定的地址区域的分配。0031 在图2a中示出了将附加位插入到以隐性CAN位示例的一CAN位中。0032 所述CAN位具有长度DL，例如针对500kBit/s的传输率具有DL=2微秒的长度。在所述CAN位开始之后的时间间隔TW，插入所述附加短位的包。所述包具。
24、有T0的长度。在所示的例子中，所述包5包括短位。所述短位的第一位被命名为具有BS的同步位并且根据本发明表现为显性。之后联接4个超频数据位B0。所述位中的每一个都具有D0的长度。所述长度在所示的例子中具有D0=T0/5的值。在所述CAN位开始之后的时间间隔TS具有用于CAN位的采样点（Sample Point）。为了确保经由根据标准的CAN协议的正常工作的通讯，并且特别是能够实现具有根据标准的数据处理单元的混合运行，在采样点处，所述总线必须可靠地具有与各CAN位相应的电平。否则的话，必须如所示那样，所述附加短位的包的开始具有与位于之前的边沿的足够的时间间隔TW，其必要时用信号传输CAN位的变换并。
25、且用于由参与的数据处理单元同步所述位定时。因此必须适用：TW+ T0 TS。0033 在图2a中示出的实施例中，在隐性位开始之后的时间间隔TW传输显性的同步位Bs。根据CAN规范中对于同步化的规定，这种隐性-显性-边沿导致了总线用户的位定时的同步化。如果与本发明不同，所述位偶尔也隐性地进行传输且例如其它的超频数据位的最后一个超频数据位被显性之后，其它的总线用户才能够将该后来的隐性-显性-边沿视为显性的CAN位的开始并且相应地匹配它们的位定时。这样，所述同步化可以进行完成。在不利的情况下，CAN位被漏看且由此在CAN数据帧中识别到明显的错误，以及CAN固有的后果（错误帧等等）。通过根据本发明的事。
26、实，隐性CAN位中的同步位总是被显性地传输，避免了上述情况。这将结合图3进一步详细说明。0034 在图2c至2e中还示出了针对将附加短位插入到显性CAN位中的不同的替选方案：图2c示出了主导的隐性同步位。图2d示出了主导的显性同步位。最后图2e示出了如下情况，在显性CAN位中附加短位的包在不具有主导的同步位的前提下被插入，从而所有的位都可以用作超频数据位。0035 适宜地但不是必需地，所有的超频数据位和所述同步位具有相同的长度D0。例如也可以适宜地，所述同步位以例如相对于所述超频数据位的双倍的长度进行传输，用以确保联接的总线用户的再同步机制（其将结合图3进一步详细说明）可靠地对所配属的隐性-显。
27、性-边沿做出响应。0036 关于超频数据位的概念还要补充的是，所传输的短位按照这里未详细说明的协议被组合成例如物理值、图像数据、控制数据等等。根据所使用的协议的不同，这里除了真正说 明 书CN 103370700 A5/6页8的有效数据之外，当然还必须传输校验、控制位等等。超频数据位的概念表示如下的位，其有助于根据协议的待传输的信息的整体性。与此相反，所述同步位对此没有帮助，因为其总是以确定的值进行传输。0037 图3示出了每个传输的位在位时间段中的划分，所述位时间段的长度以总线时间单位来测量，并且还示出了附加短位对于联接的总线用户的位定时的影响。在同步段、传输时间段以及相位缓冲段1和2中的划。
28、分通常在每个总线用户中进行配置，并且基本上用于在采用时钟或振荡器的情况下来平衡对于总线的信号延迟以及公差。在所示的隐性CAN位中，类似于图2插入五个短位。0038 在同步位开始时所述隐性-显性-边沿由联接的总线用户在所示的例子中在同步段之后、即在传播时间段中进行接收。如图所示，作为对于该接收的反应，内部的位时间重启。（为此的条件是，根据CAN规范，在总线时间单元中的偏差小于参数“再同步跳转宽度”。）所述采样点由此向后、但在所示的情况下如此地移动，使得探测到所述（隐性的）CAN位的正确值。相反，如果主导的同步位缺失，则要么可以通过同步化将所述采样点迁移到所述CAN位的末端之后，要么所述总线定时通。
29、过根据CAN规范来跟踪所述位定时参数使得相位缓冲段1和/或2受到干扰。0039 规律的CAN位的下一隐性-显性-边沿的接收在所示的情况下位于相位缓冲段2中。这里用于下一个位的位定时在所述隐性-显性-边沿处重启。只要所述时间间隔TW不是选择得过大，则附加短位的插入仅仅导致所述位时间的来回跳跃。TS相应地在配置所述位定时的情况下如此选择，使得尽管所述来回跳跃，所述采样点总是位于最后的超频数据位B0和所述CAN位的末端之间。0040 所插入的位的长度D0经受如下边界条件：典型地在一种可能的实施方式中，所述采样点位于所述CAN位的长度的大约3/4。为了确保如在前一段落中所描述的，所插入的短位以足够的间。
30、距TW相对于所述CAN位的起点开始，并且准时地在所述采样点前结束，所插入的短位的包的长度T0不大于所述CAN位长度DL的大约三分之一。为了这里具有至少两个短位位置，适宜的是，所述短位的位长度D0选择为不长于所述CAN位长度DL的六分之一。0041 下面的项目说明在第一实施例中介绍的方法针对数据传输率的使用：从8个字节的数据域的长度，具有11位寻址的标准格式的数据帧、以及500kBit/s的波特率为出发点。此外假设，针对数据域的每个CAN位传输四个附加的超频数据位B0和主导的同步化转数BS。在忽略可能的塞入位（Stuff-Bits）的情况下在该例子中针对每个数据帧传输111个CAN位（SOF、标。
31、识符、RTR、IDE、r0、DLC、数据、CRC、CRC定界符、ACK域、EOF、停止（Intermission）以及附加地在这些CAN位中的84个（DLC、数据、CRC、CRC定界符）中分别传输五个短位，其中有4个超频数据位。由此获得了在222微秒中的447位的有效的传输功率。其在相同地假设的总线利用率的情况下相应于一数据传输率，该数据传输率相对于未修改的标准CAN传输提高了系数4。由于主导的同步位，同时实现了所述总线用户保持同步且由此使得调节到总线上的发送访问权的仲裁过程正常地工作。0042 也可以有利地，仅在隐性CAN位或者仅在显性CAN位中插入根据本发明的短位。0043 针对如下情况，。
32、附加短位的插入在一TTCAN总线系统中使用，可以至少在所述TTCAN矩阵的独占时间窗口中也将地址域和控制域完全地或者部分地以附加地插入的短位进行传输，其中，在所述独占时间窗口中所述总线访问权被独占地分配。说 明 书CN 103370700 A6/6页90044 为了将根据本发明的总线用户连接到总线系统上，需要合适的总线联接单元（收发器），其能够实现足够快速地调节总线电平。为此可以例如针对至少所述CAN位的一附加电流的驱动通过在收发器中采用合适的终放极（Endstufe）而可以是一种适宜的措施，其中，在所述CAN位中插入附加的短位。由此可以至少将隐性电平比在常见的通过经由终端电阻的卸载电流的流动。
33、所实现的那样更快地进行调节。0045 图4示意性示出了总线用户400。其包括一微处理器401，作为根据本发明的装置的一通讯控制器402、以及一总线联接单元403，经由所述总线联接单元将所述总线用户借助于合适的接口联接到双线的CAN总线系统450上。所述通讯控制器402与所述总线联接单元403经由各一个发送和接收导线（RxD、TxD）410，以及经由其它的控制导线411进行连接，如从现有技术中已知的那样。在所示的实施方式中，所述装置402还具有一其它的出口，通过所述出口，所述装置能够与所述总线联接单元403的入口连接。在一种适当的表现形式中，所述总线联接单元403具有一附加的入口，其能够实现将所。
34、述总线联接单元403的行为在标准CAN行为和与根据本发明的方法相匹配的行为之间进行切换。所述装置402的附加的出口在图4中借助于连接装置402与所述总线联接单元403的附加的入口连接，这能够实现所述总线联接单元403在所述附加短位的传输期间的切换，例如为了通过一附加电流来驱动所述总线电平的调节，如上所示。0046 总而言之，通过所示的发明存在一种用于所提出的任务的解决方案，在CAN网络中如此地传输具有附加地插入的数据的数据帧，使得所述总线用户的为仲裁所需的同步通过适当的措施得以维持。说 明 书CN 103370700 A1/5页10图 1图 2a说 明 书 附 图CN 103370700 A10。