DE102014215468A1

DE102014215468A1 - Teilnehmerstation für ein Bussystem und Verfahren zur breitbandigen CAN-Kommunikation

Info

Publication number: DE102014215468A1
Application number: DE102014215468.5A
Authority: DE
Inventors: Patrick Nickel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-08-05
Filing date: 2014-08-05
Publication date: 2016-02-11
Also published as: US20160043947A1; CN105337827B; US9900248B2; CN105337827A

Abstract

Es ist eine Teilnehmerstation (20; 30) für ein Bussystem (1) und ein Verfahren zur breitbandigen CAN-Kommunikation bereitgestellt. Die Teilnehmerstation (20; 30) umfasst eine Kommunikationssteuereinrichtung (11) zum Erstellen oder Lesen zumindest einer Nachricht (3, 32-1, 32-2, ... 32-N) für/von mindestens eine/r weiteren Teilnehmerstation des Bussystems (1), bei welchem zumindest zeitweise ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation (10, 20, 30) auf einen Bus (40) des Bussystems (1) gewährleistet ist, und eine Datenverschachtelungseinrichtung (12) zur Verschachtelung von Datenpaketen (32-1, 32-2, ... 32-N) von mindestens zwei Nachrichten in einer Nachricht (3), so dass die Datenpakete (32-1, 32-2, ... 32-N) in einem Datensegment (32) der Nachricht (3) angeordnet sind, und die Nachricht (3) vor dem Datensegment (32) einen für die Datenpakete (32-1, 32-2, ... 32-N) gemeinsamen äußeren Rahmenkopf (31) und nach dem Datensegment (32) ein für die Datenpakete (32-1, 32-2, ... 32-N) gemeinsames äußeres Rahmenende (33) aufweist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Teilnehmerstation für ein Bussystem und ein Verfahren zur breitbandigen CAN-Kommunikation, bei welchen eine Kommunikation in einem CAN Bussystem für höhere Geschwindigkeiten über CAN-FD hinaus möglich ist und bei welchem eine Verschachtelung kurzer Datenpakete zum Erreichen einer effizienten Übertragung bei Nutzung eines hochratigen Datensegments zum Einsatz kommt.
Stand der Technik
Für die Kommunikation zwischen Sensoren und Steuergeräten hat das CAN-Bussystem eine weite Verbreitung gefunden. Beispielsweise wird es in Automobilen eingesetzt. Beim CAN-Bussystem werden Nachrichten mittels des CAN-Protokolls übertragen, wie es in der CAN-Spezifikation in der ISO11898 beschrieben ist. Insbesondere automobile Bussysteme entwickeln sich kontinuierlich zu höheren Bandbreiten, niedrigeren Latenzzeiten und strengerer Echtzeitfähigkeit. In jüngerer Zeit wurden hierfür zudem Techniken vorgeschlagen, wie beispielsweise CAN-FD, bei welchem Nachrichten entsprechend Spezifikation „CAN with Flexible Data-Rate, Specification Version 1.0" (Quelle http://www.semiconductors.bosch.de) übertragen werden, usw. Bei solchen Techniken wird die maximal mögliche Datenrate durch Einsatz einer höheren Taktung im Bereich der Datenfelder über einen Wert von 1 MBit/s hinaus gesteigert.
Die Erweiterung des CAN-Standards wurde neben vorrangig funktionalen Ergänzungen, wie z. B. TTCAN, in jüngerer Zeit mit CAN-FD besonders hinsichtlich der möglichen (höheren) Datenrate und der nutzbaren Datenpaketgröße erweitert, wobei die ureigenen CAN-Eigenschaften besonders in Form der Arbitrierung erhalten wurden. Weiterhin wurde die Signaldarstellung im Datenteil im Wesentlichen durch eine höhere Schaltfrequenz der Signalzustände (high/low = hoch/niedrig) geändert.
Die DE 10 2009 026 961 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zum Übertragen von Daten zwischen Teilnehmerstationen eines Bussystems. Hier ist eine Erweiterung des existierenden CAN-Signals und der zugehörigen Kommunikationseinrichtung hinsichtlich der Nutzung hochfrequenter Signale beschrieben, welche in beliebiger Form, beispielsweise zeitlich parallel oder eingebettet, zu einem CAN-Datenstrom auf die Busleitung geprägt wird. Hierbei wird besonders eine Abstimmung des Signals, sei es Synchronisationssignal, Triggersignal, mit dem CAN-Signal vorgeschlagen.
In einem weiteren Ansatz wurden bei der Anmelderin Möglichkeiten zur Weiterentwicklung des CAN-Busses zu höheren Datenraten überlegt, wobei wesentliche Anwendungsmerkmale im Einklang zu bestehenden CAN-Prinzipien stehen sollen. Hierbei soll eine Kompatibilität zu existierenden CAN-Teilnehmern, die auch CAN-Knoten genannt werden, nach erweiterter Spezifikation für die Koexistenz, und ein Migrationspfad des CAN-Systems erreicht werden. Daher werden gemäß einer von der Anmelderin entwickelten Möglichkeit, die Strukturen des CAN-Bussignals besonders im Kopf und am Ende eines CAN-Rahmens beibehalten und durch eine komplexere Übertragungsform im mittleren Segment des CAN-Rahmens ergänzt, um eine hohe Nettodatenrate zu erhalten. Die komplexere Übertragungsform im mittleren Segment wird durch einen Einsatz hochstufiger Modulation für eine höhere Datenrate im CAN-Datensegment erreicht. Besonders wird durch eine höhere Anzahl an Nutzdaten im Datensegment bei gleicher zeitlicher Rahmenlänge eine sehr hohe Nettodatenrate ermöglicht. Aufgrund der möglichen Reflexionen auf der Busleitung werden im Empfänger Verfahren für die Signalentzerrung vorgesehen und in der Auslegung des Rahmenformates berücksichtigt.
Problematisch ist jedoch weiterhin, dass sich trotz hoher Datenrate im Datensegment (Bruttodatenrate) bei nur wenigen Payload-Daten bzw. Nutzdaten, z. B. 1–8 Byte, eine geringe Nettodatenrate einstellt. Es besteht also auch für diese kurzen Nutzdaten oder „Datenpakete” der Bedarf, eine effiziente Übertragung bei Nutzung eines hochratigen Datensegmentes zu erreichen. Hierbei soll auch die Einhaltung bestehender CAN-Mechanismen zur Planung der Kommunikationsmatrix und zur Unterstützung von sehr kleinen Zykluszeiten berücksichtigt werden.
Offenbarung der Erfindung
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Teilnehmerstation für ein Bussystem und ein Verfahren bereitzustellen, welche die zuvor genannten Probleme lösen. Insbesondere sollen eine Teilnehmerstation für ein Bussystem und ein Verfahren bereitgestellt werden, welche eine Weiterentwicklung der CAN-Signalstrukturen und notwendigen Kommunikationseinrichtungen zu höheren Datenraten ermöglichen und diese auch für geringe Nutzdaten von 1 bis 8 Byte vorteilhaft und effizient nutzbar machen.
Die Aufgabe wird durch eine Teilnehmerstation für ein Bussystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Teilnehmerstation umfasst eine Kommunikationssteuereinrichtung zum Erstellen oder Lesen zumindest einer Nachricht für/von mindestens eine/r weiteren Teilnehmerstation des Bussystems, bei welchem zumindest zeitweise ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation auf einen Bus des Bussystems gewährleistet ist, und eine Datenverschachtelungseinrichtung zur Verschachtelung von Datenpaketen von mindestens zwei Nachrichten in einer Nachricht, so dass die Datenpakete in einem Datensegment der Nachricht angeordnet sind, und die Nachricht vor dem Datensegment einen für die Datenpakete gemeinsamen äußeren Rahmenkopf und nach dem Datensegment ein für die Datenpakete gemeinsames äußeres Rahmenende aufweist.
Mit der Teilnehmerstation wird eine Nutzung von neuartigen Kommunikationsformaten im mittleren Segment des CAN-Rahmens möglich und auch für geringe Nutzdaten von 1 bis 8 Byte vorteilhaft und effizient einsetzbar.
Bei der Kommunikation wird hierfür insbesondere kein zusätzliches System parallel betrieben, sondern die eigentliche CAN-Struktur ist in mehreren Ansätzen und Realisierungsvorschlägen für hohe Datenraten weiterentwickelt.
Bei der Teilnehmerstation kann auch bei der Verschachtelung kurzer Datenpakete für die breitbandige CAN-Kommunikation eine Einhaltung bestehender CAN-Mechanismen zur Planung der Kommunikationsmatrix und zur Unterstützung von sehr kleinen Zykluszeiten realisiert werden. Die Teilnehmerstation ermöglicht, mittels hochratiger Datensegmente mehrere CAN-Nachrichten zu bündeln.
Darüber hinaus ist mit der Teilnehmerstation das CAN Bussystem für höhere Geschwindigkeiten über CAN-FD hinaus so weiterentwickelt, dass wesentliche Anwendungsmerkmale im Einklang zu bestehenden CAN-Prinzipien stehen. Dadurch ist ein Mischbetrieb möglich, bei welchem die für die höheren Geschwindigkeiten ausgelegten Teilnehmerstationen in gemischten Netzwerken mit bestehenden CAN-Teilnehmerstationen oder CAN-Knoten betrieben werden.
Die zuvor beschriebene Teilnehmerstation ist je nach Bedarf für den Einsatz auch bei Systemen geeignet, die Datenraten über CAN-FD hinaus verarbeiten können.
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Teilnehmerstation sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wurden die in dem Datensegment der Nachricht angeordneten Datenpakete von der Teilnehmerstation erstellt. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wurden die in dem Datensegment der Nachricht angeordneten Datenpakete von der Teilnehmerstation und mindestens einer weiteren Teilnehmerstation des Bussystems erstellt.
Optional ist es denkbar, dass mindestens eines der im Datensegment verschachtelten Datenpakete eine Trainingssequenz umfasst, welche Informationen zur Bestimmung der Kanalcharakteristik zwischen der Teilnehmerstation und einer weiteren Teilnehmerstation des Bussystems umfasst, an welche das im Datensegment verschachtelte Datenpaket zu senden ist.
Möglicherweise hat die Teilnehmerstation eine Korrektureinrichtung zur Korrektur einer von der Teilnehmerstation in Form eines Signals empfangenen Nachricht auf der Grundlage der Trainingssequenz.
Der Rahmenkopf und das Rahmenende können gemäß dem CAN-Protokoll und Erweiterungen in Bezug auf die Datenverschachtelung gebildet sein.
Denkbar ist, die Datenverschachtelungseinrichtung derart auszustatten, dass der Rahmenkopf zudem mindestens ein Signalisierungsbit zur Signalisierung einer Datenverschachtelung im Datensegment aufweist, und/oder dass das Rahmenende eine Checksumme der Daten im Rahmenkopf und/oder Datensegment umfasst.
Gemäß einer Ausgestaltung kann die Datenverschachtelungseinrichtung derart ausgestaltet sein, dass sie die zu verschachtelnden Datenpakete in Gruppen einteilt, wobei jede Gruppe eine feste Nachrichtenlänge aufweist, welche im üblichen CAN-Format und mit dem mindestens einen Signalisierungsbit übertragen wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die feste Nachrichtenlänge der Gruppen für die einzelnen Gruppen unterschiedlich sein.
Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung ist es möglich, dass jede Gruppe eine festgelegte Zykluszeit hat, um die Aussendung einer anderen Teilnehmerstation mit einer Nachricht der gleichen Gruppe abzuwarten.
Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung ist es auch möglich, dass die Datenverschachtelungseinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie für die Priorisierung und Gruppierung von zu verschachtelnden Nachrichten die Nachrichten mit gleicher Priorität, Nachrichtenlänge und Zykluszeit in eine Gruppe der Gruppen einteilt.
Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung ist es auch möglich, dass in einem Kontrollfeld des Rahmenkopfes die Gruppengröße angegeben ist.
Die Datenverschachtelungseinrichtung kann auch derart ausgestaltet sein, dass im Rahmenkopf der vollständige CAN-Identifizierer der Nachricht gesendet wird, welche die Aussendung der Nachricht initiert und daher den äußeren Rahmenkopf und das äußere Rahmenende der Nachricht sendet.
Die zuvor beschriebene Teilnehmerstation kann Teil eines Bussystems sein, das zudem eine Busleitung und mindestens zwei Teilnehmerstationen umfasst, welche über die Busleitung derart miteinander verbunden sind, dass sie miteinander kommunizieren können. Hierbei ist mindestens eine der mindestens zwei Teilnehmerstationen eine zuvor beschriebene Teilnehmerstation.
Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur breitbandigen CAN-Kommunikation nach Patentanspruch 10 gelöst. Das Verfahren umfasst die Schritte: Erstellen oder Lesen, mit einer Kommunikationssteuereinrichtung, zumindest einer Nachricht für/von mindestens eine/r weiteren Teilnehmerstation des Bussystems, bei welchem zumindest zeitweise ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation auf einen Bus des Bussystems gewährleistet ist, und Verschachteln, mit einer Datenverschachtelungseinrichtung, von Datenpaketen von mindestens zwei Nachrichten in einer Nachricht, so dass die Datenpakete in einem Datensegment der Nachricht angeordnet sind, und die Nachricht vor dem Datensegment einen für die Datenpakete gemeinsamen äußeren Rahmenkopf und nach dem Datensegment ein für die Datenpakete gemeinsames äußeres Rahmenende aufweist.
Das Verfahren bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Teilnehmerstation genannt sind.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Zeichnungen
Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Bussystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 bis 4 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Nachricht, die in dem Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel übertragen wird;
5 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Nachrichtenkopfs einer Nachricht, die in dem Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel übertragen wird; und
6 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Nachrichtenkopfs einer Nachricht, die in dem Bussystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel übertragen wird.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein Bussystem 1, das beispielsweise ein CAN-Bussystem, ein CAN-FD-Bussystem, usw., sein kann. Das Bussystem 1 kann in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, einem Flugzeug, usw., oder im Krankenhaus usw. Verwendung finden.
In 1 hat das Bussystem 1 eine Vielzahl von Teilnehmerstationen 10, 20, 30, die jeweils an eine Busleitung 40 angeschlossen sind. Über die Busleitung 40 können Nachrichten 3, 4, 5 in der Form von Signalen zwischen den einzelnen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 übertragen werden. Die Teilnehmerstationen 10, 20, 30 können beispielsweise Steuergeräte oder Anzeigevorrichtungen eines Kraftfahrzeugs sein. Die Teilnehmerstationen 10, 20, 30 haben jeweils eine festgelegte Zykluszeit T_Z, welche später in Bezug auf 5 und 6 näher erläutert ist.
Wie in 1 gezeigt, hat die Teilnehmerstation 10 eine Kommunikationssteuereinrichtung 11, optional eine Datenverschachtelungseinrichtung 12, optional eine Korrektureinrichtung 13, und eine Sende-/Empfangseinrichtung 14. Die Teilnehmerstation 20 hat dagegen eine Kommunikationssteuereinrichtung 21, die eine Datenverschachtelungseinrichtung 12 und eine Korrektureinrichtung 13 umfasst, und eine Sende-/Empfangseinrichtung 14. Die Teilnehmerstation 30 hat, wie die Teilnehmerstation 10, eine Kommunikationssteuereinrichtung 11, sowie eine Sende-/Empfangseinrichtung 34, die eine Datenverschachtelungseinrichtung 12 und eine Korrektureinrichtung 13 umfasst. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 14, 34 der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 sind jeweils direkt an die Busleitung 40 angeschlossen, auch wenn dies in 1 nicht dargestellt ist.
Wie in 1 gezeigt, hat jede der Teilnehmerstationen 20, 30 eine Datenverschachtelungseinrichtung 12 und eine Korrektureinrichtung 13. Bei der Teilnehmerstation 10 sind die Datenverschachtelungseinrichtung 12 und die Korrektureinrichtung 13 nicht zwingend vorhanden. Zudem sind bei der Teilnehmerstation 20 die Datenverschachtelungseinrichtung 12 und die Korrektureinrichtung 13 Teil der Kommunikationssteuereinrichtung 21. Bei der Teilnehmerstation 30 sind die Datenverschachtelungseinrichtung 12 und die Korrektureinrichtung 13 jedoch Teil der Sende-/Empfangseinrichtung 34. Die Kommunikationssteuereinrichtung 21 der Teilnehmerstation 20 ist ansonsten gleich der Kommunikationssteuereinrichtung 11 der Teilnehmerstation 10. Zudem ist die Sende-/Empfangseinrichtung 34 der Teilnehmerstation 50 ansonsten gleich der Sende-/Empfangseinrichtung 14 der Teilnehmerstation 10.
Die Kommunikationssteuereinrichtung 11 dient zur Steuerung einer Kommunikation der jeweiligen Teilnehmerstation 10, 20, 30 über die Busleitung 40 mit einer anderen Teilnehmerstation der an die Busleitung 40 angeschlossenen Teilnehmerstationen 10, 20, 30. Die Datenverschachtelungseinrichtung 12 und die Korrektureinrichtung 13 dienen zur Übertragung der Nachrichten 3, 4, 5 mit hoher Datenrate auf der Busleitung 40 mit CAN-Bus-Topologie, wie später noch ausführlicher beschrieben. Die Kommunikationssteuereinrichtung 11 kann wie ein herkömmlicher CAN-Controller ausgeführt sein. Die Sende-/Empfangseinrichtung 14 kann in Bezug auf ihre Sendefunktionalität wie ein herkömmlicher CAN-Transceiver ausgeführt sein.
Mit den beiden Teilnehmerstationen 20, 30 kann eine Bildung und dann Übertragung von Nachrichten 3, 4 auch mit höheren Datenraten als CAN-FD realisiert werden, wobei auch für Nutzdaten mit einer Länge von 1 bis 8 Byte eine gute bzw. bessere Nettodatenrate als bei einer Übertragung gemäß dem CAN-Protokoll erzielt wird. Die Teilnehmerstation 10 entspricht hingegen sowohl in Bezug auf ihre Sende- als auch ihre Empfangsfunktionalität einer herkömmlichen CAN-Teilnehmerstation und überträgt Nachrichten 5 gemäß dem CAN-Protokoll, wenn sie die Datenverschachtelungseinrichtung 12 und die Korrektureinrichtung 13 nicht umfasst.
2 zeigt sehr schematisch den Aufbau einer Nachricht 3, die identisch zu einer Nachricht 4 aufgebaut ist. Demzufolge hat die Nachricht 3, die auch als Rahmen bezeichnet wird, einen Rahmenkopf 31, ein Datensegment 32 und ein Rahmenende 33. Der Rahmenkopf 31 ist am Anfang der Nachricht 3, das Datensegment 32 in der Mitte und das Rahmenende 33 am Ende der Nachricht 3 angeordnet. Der Rahmenkopf 31 entspricht, bis auf, insbesondere im Wert, angepasste Markierungs- oder Signalisierungsbits, dem CAN-Kopf eines CAN-Rahmens, also einer Nachricht 5. Das Rahmenende 33 entspricht bis auf, insbesondere im Wert, angepasste Markierungs- oder Signalisierungsbits, dem CAN-Ende eines CAN-Rahmens, also einer Nachricht 5.
In dem mittleren Datensegment 32 kann die Datenverschachtelungseinrichtung 12 bei Bedarf mehrere Datenpakete verschiedener CAN-Nachrichten hintereinander anordnen bzw. verschachteln. Hierbei wird kein zusätzliches Protokoll oder ein zusätzlicher Datenkanal benötigt, sondern die Datenverschachtelungseinrichtung 12 passt beim Erstellen einer Nachricht 3, 4 lediglich das Signalformat an. Das Signalformat ist in der Form so ausgelegt, dass es auch bei üblichen Signalstörungen z. B. durch Einstrahlung, usw., und Hardwaretoleranzen, was eine Auswirkung auf Synchronisationsanforderungen hat, eine sichere Kommunikation erlaubt und gleichzeitig die spektralen Masken hinsichtlich Abstrahlung bzw. elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) einhält.
Gemäß 3 hat das Datensegment 32 eine Trainingssequenz 321 und Daten 322. Bei der in 3 gezeigten Variante ist die Trainingssequenz 321 vor den Daten 322 also am Anfang des Datensegments 32 angeordnet. Alternativ kann die Trainingssequenz 321 jedoch auch beispielsweise in der Mitte, oder Ende, usw., des Datensegments 32 angeordnet sein. Durch Zwischenspeicherung (Bufferung) spielt die Position meist keine Rolle. Die Trainingssequenz 321 ermöglicht allen Teilnehmerstationen 10, 20, 30, die jeweilige Kanalcharakteristik der Busleitung 40 auf Basis des aktuell empfangenen Datenrahmens zu ermitteln. Die jeweilige Kanalcharakteristik ergibt sich daraus, dass für CAN-Bustopologien unterschiedliche Ausbreitungswege für die Signale auf der Busleitung 40 existieren. Je nach betrachteter Teilnehmerstation 10, 20, 30 als Sender und mit ihr kommunizierenden Empfänger haben diese Verbindungen unterschiedliche Impulsantworten, welche zur Signalverzerrung beitragen.
Für die Erweiterung der CAN-Kommunikation hin zu hohen Datenraten wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Kompatibilitätsgründen die zeitliche Ausdehnung eines Standard-CAN Rahmens eingehalten wie auch existierende CAN-Strukturen, wie Kopf und Ende eines CAN-Rahmens, beibehalten. Dadurch resultiert für jede Nachricht 3, 4 zum einen eine maximale zeitliche Länge und zum anderen, aufgrund des Overheads für Rahmenkopf 31 und Rahmenende 33, eine minimale zeitliche Länge.
4 zeigt einen CAN-Rahmen 30 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, gemäß welchem die Verschachtelung von mehreren CAN-Nachrichten bzw. deren Datenpakete 32-1, 32-2 bis 32-N in einem CAN-Rahmen bzw. einer Nachricht 3 vorgenommen wird, um die (effektive) Nettodatenrate R auch für kurze CAN-Nachrichten bzw. Datenpakete 32-1, 32-2 bis 32-N zu erhöhen. Bei der Nachricht 3 von 3 ist dagegen keine Verschachtelung von Datenpaketen vorgenommen, was aufgrund der nachfolgend beschriebenen Mechanismen möglich ist.
Wie in 4 gezeigt, werden bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mehrere kurze CAN-Nachrichten bzw. deren Datenpakete 32-1, 32-2 bis 32-N im Datensegment 32 in festgelegten Abständen und Längen L mit geringen Sicherheitsabständen 34 hintereinander angeordnet. Optional kann, wie für hochratige Übertragungsformate vorgeschlagen, in jedem der Datenpakete 32-1, 32-2 bis 32-N eine Trainingssequenz 3211, 3212 bis 321N zusätzlich zu Nutzdaten 3221, 3222 bis 322N untergebracht sein, wie in 4 gezeigt. Die Trainingssequenzen 3211, 3212 bis 321N sind jeweils hilfreich, da durch die Verwendung von hochratigen Übertragungsformaten im Datensegment 32 oft eine Entzerrung der Signale im Empfänger, beispielsweise mit Hilfe der Korrektureinrichtung 13, notwendig ist. Um eine solche Entzerrung mit der Korrektureinrichtung 13 durchzuführen, wird eine Kanalzustandsinformation der Busleitung 40 benötigt. Die Kanalzustandsinformation kann z. B. bei Verwendung der entsprechenden Trainingssequenz 3211, 3212 bis 321N im Datensegment 32 aus dem entsprechenden Empfangssignal berechnet werden. 4 zeigt die mögliche Anordnung der entsprechenden Trainingssequenz 3211, 3212 bis 321N. Die optionalen Trainingssequenzen 3211, 3212 bis 321N und der Sicherheitsabstand (Guard Interval) 34 ermöglichen den separaten Empfang der einzelnen CAN-Nachrichten bzw. Datenpakete 32-1, 32-2 bis 32-N.
Mit dieser Aufteilung ist der CAN-Rahmen 30 so ausgelegt, dass mehrere kurze Datenpakete 32-1 bis 32-N verschachtelt gesendet werden können. Dadurch kann auch für kurze Datenpakete 32-1 bis 32-N eine höhere Nettodatenrate R erzielt werden als bisher.
Die Nettodatenrate R einer Nachricht 3 ergibt sich bei Annahme der Bruttodatenrate R_O für den Overhead, also in Rahmenkopf 31 und Rahmenende 33, und der Bruttodatenrate R_D für das Datensegment 32 sowie der Anzahl Übertragungsbits N_O in dem Overhead, also Rahmenkopf 31 und Rahmenende 33, und der Anzahl Übertragungsbits N_D für das Datensegment 32 aus der Mittelung R = N_D/(N_O/R_O + N_D/R_D).
Ein erstes Beispiel N_O ≈ 70 Bit, R_O ≈ 1 MBit/s; N_D1 ≈ 8 Bit ergibt für eine erste Bruttodatenrate R_D1 ≈ 100 MBit/s als Bruttodatenrate R_D eine erste Nettodatenrate R₁ = 114 kBit/s als Nettodatenrate R. Dagegen ergibt sich gemäß einem zweiten Beispiel für eine zweite Bruttodatenrate R_D2 = R_O ≈ 1 MBit/s als Bruttodatenrate R_D die Nettodatenrate R₂ = 103 kBit/s als Nettodatenrate R.
Es zeigt sich, dass bei einem so kurzen Datensegment 32 von 1 Byte (= 8 Bit) selbst bei Einsatz einer sehr hohen Bruttodatenrate R_D im Datensegment 32, auch wenn die Bruttodatenrate R_D beim ersten Beispiel um den Faktor 100 höher ist als beim zweiten Beispiel, für die Nettodatenrate R nur eine geringe Steigerung von etwa 11% erreicht wird.
Im Gegensatz hierzu resultiert für eine größere Anzahl Bit im Datensegment 32 ein deutlicher Anstieg der Nettodatenrate R. Beispielsweise ergibt sich gemäß einem dritten Beispiel mit N_O ≈ 70 Bit, R_O ≈ 1 MBit/s, N_D3 ≈ 64 Byte = 512 Bit, was der maximalen Anzahl von CAN-FD Rahmen entspricht, bereits für eine dritte Bruttodatenrate R_D3 ≈ 4 MBit/s die dritte Nettodatenrate R₃ = 2,59 MBit/s. Dagegen ergibt sich für ein viertes Beispiel mit N_O ≈ 70 Bit, R_D4 = R_O ≈ 1 MBit/s, N_D4 ≈ 8 Byte = 64 Bit (Standard CAN) die vierte Nettodatenrate R₄ = 0,48 MBit/s. Somit ist für das dritte Beispiel eine Steigerung auf die 5,4-fache Nettodatenrate R gegenüber dem vierten Beispiel erreichbar.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die einzelnen CAN-Nachrichten bzw. deren Datenpakete 32-1, 32-2 bis 32-N nur einer einzigen der Teilnehmerstationen, beispielsweise nur von der Teilnehmerstationen 30, erstellt und gesendet. Hierbei ist eine gewisse Planung und eine angepasste Zugriffssteuerung notwendig, welche im Folgenden anhand der nachfolgenden Tabellen 1 bis 3 vorgestellt werden.
Hier wird zuerst der einfachste Auslegungsfall betrachtet, welcher sich durch Parametervariationen für verschiedene Fälle weiter optimieren lässt: Für die Priorisierung und Gruppierung von CAN-Nachrichten bzw. Datenpaketen 32-1, 32-2 bis 32-N werden gleichartige Nachrichten, welche die gleiche Priorität, Länge L und Zykluszeit T_Z haben, in Gruppen gleicher Priorität zusammengefasst. Tabelle 1
Wie in Tabelle 1 dargestellt, geschieht die Zuordnung von CAN-Adressen bzw. CAN-Identifizierern (CAN-IDs) nun in Gruppen G1, G2, ... GN, bei denen sich die vorderen N_ID1 Bits der Adressen nicht unterscheiden und sich jedes Element innerhalb einer Gruppe eindeutig anhand der hinteren N_ID2 Bits identifizieren lässt, die in der nachfolgenden Tabelle 1 in den schraffierten Bereichen dargestellt sind.
In Tabelle 1 ist eine Gruppe G1 für (bis zu) N_G = 4 Elemente und eine Gruppe G2 für (bis zu) N_G = 8 Elemente dargestellt. Die Anzahl von Elementen N_G in einer Gruppe bestimmt die Aufteilung entsprechend N_ID1 = N_ID – N_ID2 und N_ID2 = log₂(N_G), wobei N_ID die Bitanzahl des Identifiers bzw. Identifizierers (z. B. N_ID = 11 im Base Frame Format (CAN 2.0A)) darstellt.
Für jede Gruppe G1, G2, ... GN wird eine feste Nachrichtenlänge L vereinbart, welche im üblichen CAN-Format bzw. mit der entsprechenden Erweiterung im Nachrichtenkopf bzw. Rahmenkopf 31 übertragen wird. Die feste Nachrichtenlänge L der Gruppen G1, G2, ... GN kann für die einzelnen Gruppen unterschiedlich sein. Für die Signalisierung des neuen Formats wird z. B. ein reserviertes Bit genutzt, welches bisher mit dem Wert 0 vorbelegt ist. Die Position des reservierten Bits im Nachrichtenrahmen der Nachricht 3 ist zu definieren, wie in 5 veranschaulicht.
5 zeigt den Nachrichtenkopf bzw. Rahmenkopf 31 genauer. Demzufolge hat der Rahmenkopf 31 einen Identifizierer oder Identifier 311 und ein Kontrollfeld 312 mit drei Signalisierungsbits 3121, 3122, 3123 und einer Angabe der Paketlänge 3125 der einzelnen CAN-Nachrichten bzw. Datenpakete 32-1, 32-2 bis 32-N. Die drei Signalisierungsbits 3121, 3122, 3123 stellen eine Erweiterung gegenüber dem bisherigen CAN-Format dar. Die Anordnung der drei Signalisierungsbits 3121, 3122, 3123 in 5 ist nur eine von verschiedenen möglichen Anordnungen in dem Rahmenkopf 31. Das Rahmenende 33 umfasst eine Checksumme 3321 der Daten im Datensegment 32, wie bereits im bisherigen Format einer CAN-Nachricht üblich.
Wird das Signalisierungsbit 3121 aktiviert, was dem Wert 1 entspricht, so wird das Datensegment 32 in 2 Teile, und somit zur Übertragung von 2 Paketen, aufgeteilt. Ansonsten, also wenn das Signalisierungsbit 3121 den Wert 0 hat, findet eine Übertragung in bisheriger Form statt. Somit wird mit dem ersten Signalisierungsbit 3121 indiziert, ob der Rahmen bzw. die Nachricht 3 in mindestens zwei Teile aufgeteilt wurde (Signalisierungsbit 3121 hat Wert 1) oder nicht (Signalisierungsbit 3121 hat Wert 0). Für den Fall, dass das Signalisierungsbit 3121 den Wert 1 hat, wird dies hierarchisch fortgeführt, so dass mit dem zweiten Bit, dem Signalisierungsbit 3122, indiziert wird, ob der Rahmen bzw. die Nachricht 3 in mindestens vier Teile aufgeteilt wurde (Signalisierungsbit 3122 hat Wert 1) oder nicht (Signalisierungsbit 3122 hat Wert 0). Hat das erste Signalisierungsbit 3121 den Wert 1 und das zweite Signalisierungsbit 3122 den Wert 0, wird bzw. ist der Rahmen bzw. die Nachricht 3 dann in lediglich zwei Teile aufgeteilt. In diesem Fall hat das dritte Signalisierungsbit 3123 dann keinen weiteren Einfluss auf die Einteilung. Haben jedoch sowohl das erste Signalisierungsbit 3121 als auch das zweite Signalisierungsbit 3122 den Wert 1, wird mit dem dritten Bit, dem Signalisierungsbit 3123 indiziert, ob der Rahmen in acht Teile aufgeteilt wurde (Signalisierungsbit 3123 hat Wert 1) oder lediglich aus vier Teilen besteht (Signalisierungsbit 3123 hat Wert 0).
Implizit wird mit der gewählten Bitkombination auch die Festlegung der verwendeten Gruppierung (Anzahl Elemente N_G) übermittelt, welche üblicherweise eine Potenz von 2 darstellt. Da für eine kollisionsfreie Übertragung jedem Element einer Gruppe G1, G2, ... G_N eine Position in der Paketaufteilung zugeordnet sein soll, wird eine Aufteilung in eine entsprechende Anzahl gewählt, wie in der nachfolgenden Tabelle 2 veranschaulicht. Tabelle 2

Werte der Sequenz der Signalisierungsbits 3121, 3122, 3123 Gruppenelemente N_G Pakete im Datenteil

0xx 1 (keine Gruppierung) 1 (ggf. Standardformat)

10x 2 2

110 4 4

111 8 8
In der Tabelle 2 steht ,x' anstelle von ,0' oder ,1' für einen beliebig wählbaren Bitzustand.
Alternativ kann jeder Bitkombination aus zweitem und drittem Signalisierungsbit 3122, 3123 eine Einteilung zugeordnet werden, welche aktiv wird, wenn das erste Signalisierungsbit 3121 den Wert 1 hat. Dadurch stehen dann vier mögliche Aufteilungen zur Verfügung. Hiermit kann z. B. eine Aufteilung in bis zu 16 mögliche Gruppenelemente umgesetzt werden, wie in der nachfolgenden Tabelle 3 veranschaulicht. Tabelle 3

Werte der Sequenz der Signalisierungsbits 3121, 3122, 3123 Gruppenelemente N_G Pakete im Datenteil

ßxx 1 (keine Gruppierung) 1 (ggf. Standardformat)

100 2 2

101 4 4

110 8 8

111 16 16
Auch in der Tabelle 3 steht ,x' anstelle von ,0' oder ,1' für einen beliebig wählbaren Bitzustand.
Die Zuordnung einzelner Elemente einer Gruppe G1, G2, ... GN zu einer Position des entsprechenden Datenpakets 32-1, 32-2, ... 32-N im Datensegment 32 wird über den Identifier bzw. Identifizierer 311 vorgenommen. Die letzten log2(NG) Bit des Identifiers bzw. Identifizierers 311 [ID<log2(NG) – 1> ... ID0] werden als Dezimalzahl der Menge {0 ... (NG – 1)} interpretiert und eine direkte Zuordnung auf die möglichen Paketpositionen {1 ... NG} vorgenommen, die in 5 veranschaulicht sind.
Jede Gruppe hat eine festgelegte Zykluszeit T_Z, in welcher eine Kommunikation stattfindet. Beispielsweise wartet die Teilnehmerstation 30 die festgelegte Zykluszeit T_Z ab, um die Aussendung eines Datenpakets (32-1, 31-2 bis 31-N) der gleichen Gruppe (G1, G2, ... GN) abzuwarten.
Die Absicherung der Übertragung geschieht mittels Cyclic Redundancy Check (CRC), die in der Checksumme 3321 erfasst ist, oder auch über eine zusätzliche Kanalkodierung.
Die Indikation von Fehlern und Fehlerbehandlung (Error Signalling) kann entweder durch überlagerte Signale während der jeweiligen Paketaussendung oder über separate Zeitschlitze geschehen.
Durch die Verschachtelung der kurzen Datenpakete 32-1, 32-2, ... 32-N im Datensegment 32 kann die Erhöhung der Nettodatenrate R auch bei den kurzen Nachrichten 32-1, 32-2, ... 32-N erreicht werden, wie zuvor erläutert.
Gemäß einer Modifikation des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird im Datensegment 32 nur eine der Trainingssequenzen 3211, 3212, ... 321N, beispielsweise die Trainingssequenz 3211, für alle Datenpakete 32-1, 32-2 bis 32-N zusammen gesendet. Dies ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausreichend, da die Datenpakete 32-1, 32-2 bis 32-N nur von einer einzigen der Teilnehmerstationen, beispielsweise nur von der Teilnehmerstationen 30, erstellt und gesendet werden. Durch Entfall der anderen Trainingssequenzen 3212, ... 321N kann die Nettodatenrate so noch weiter erhöht werden.
6 zeigt eine Nachricht 3 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, welche sich von der Nachricht 3 gemäß dem vorangehenden Ausführungsbeispiel in Bezug auf die Anzahl der Signalisierungsbits unterscheidet. Die Nachricht 3 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in 6 hat nämlich nur das Signalisierungsbit 3121 im Kontrollfeld 312.
Somit kann die Datenverschachtelungseinrichtung 12 in die Nachricht 3 nur zwei verschiedene Nachrichten bzw. deren Datenpaket 32-1, 32-2 in das Datensegment 32 anordnen. Ansonsten ist das Bussystem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gleich dem Bussystem 1 gemäß dem vorangehenden Ausführungsbeispiel ausgeführt.
Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel ist es möglich, in zumindest einer der Nachrichten 3, 4 Nachrichten bzw. deren Datenpakete 32-1, 32-2 bis 32-N von zumindest zwei verschiedenen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 zu senden. Auch in diesem Fall ermöglichen die optionalen Trainingssequenzen 3211, 3212 bis 321N und der Sicherheitsabstand 34 den separaten Empfang der einzelnen Nachrichten bzw. Datenpakete 32-1, 32-2 bis 32-N gemäß 4. Jedoch kann in diesem Fall jedes Datenpaket 32-1, 32-2 bis 32-N vor der optionalen Trainingssequenz 3211 noch einen Paketkopf aufweisen, der gemäß dem CAN-Protokoll ausgestaltet ist. Dies ist insbesondere hilfreich, wenn keine Trainingssequenzen 3211, 3212 bis 321N übertragen werden, um an den Empfänger weitere Angaben über den Sender des jeweiligen Datenpakets 32-1, 32-2 bis 32-N zu übermitteln.
Auch in diesem Fall eines verschachtelten Sendens mehrerer kurzer CAN-Nachrichten bzw. Datenpakete 32-1, 32-2 bis 32-N ist eine gewisse Planung und eine angepasste Zugriffssteuerung notwendig, welche im Folgenden vorgestellt werden.
Die Priorisierung und Gruppierung der CAN-Nachrichten bzw. deren Datenpakete 32-1, 32-2 bis 32-N erfolgt auch bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie zuvor in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit den Tabellen 1 bis 3 beschrieben.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es zudem für die Übertragung wichtig, dass alle Teilnehmerstationen 10, 20, 30 möglichst keinen Abstimmungsaufwand haben und sich entsprechend den CAN-Prinzipien implizit eine Sicherheit vor Kollisionen ergibt. Hierzu wird folgendes Verfahren vorgeschlagen.
Jede Gruppe hat eine festgelegte Zykluszeit T_Z, in welcher eine Kommunikation stattfindet. Möchte beispielsweise die Teilnehmerstation 30 ein Datenpaket 32-1 als Teil eines (Gruppen-)Paketes versenden, so wartet die Teilnehmerstationen 30 nach einem Sendewunsch die Zeit T_Z ab, um die Aussendung einer anderen Teilnehmerstation, beispielsweise der Teilnehmerstationen 20, mit einem Datenpaket 32-2 der gleichen Gruppe abzuwarten. Nimmt die Teilnehmerstation 30 die Aussendung eines anderen Teilnehmers, also beispielsweise der Teilnehmerstation 20 wahr, so sendet die Teilnehmerstation 30 ihr Paket 32-1 im gleichen Rahmen an der vorgesehenen Position. Wird innerhalb der Zeit T_Z keine entsprechende Aussendung eines anderen Teilnehmers des Bussystems 1 (1) wahrgenommen, so wird die Aussendung des entsprechenden Datenpakets 32-1 inkl. Rahmenkopf 31 (4 und 5) vorgenommen. Im Rahmenkopf 31 wird immer der vollständige CAN-Identifier 311 der Nachricht 3 gesendet, welche die Aussendung der Nachricht 3 initiiert, also den äußeren CAN-Rahmen mit Rahmenkopf 31 und -ende 33 sendet. Hierdurch wird ein kollisionsfreier Medienzugriff gewährleistet.
Alle Nachrichten 32-1, 32-2 bis 32-N einer Gruppe G1, G2, ... GN besitzen den gleichen Präfix des CAN-Identifizierers CAN-Identifier 311 ([ID<N₁ – 1> ... ID<log₂(N_G)>]). Zudem wird die Gruppengröße in jedem Kontrollfeld 312 (5) in der Paketlänge 3125 kommuniziert. Aus diesen Gründen sind nicht nur Kollisionen ausgeschlossen, sondern auch die Prioritäten der Datenpakete 32-1, 32-2 bis 32-N auf der Busleitung 40 hierarchisch festgelegt.
Die Aussendung von Datenpaketen 32-1, 32-2 bis 32-N an den vorgesehenen Paketpositionen geschieht von den Teilnehmerstationen 10, 20, 30 unabhängig, so dass für die physikalische Schicht Freiheitsgrade existieren, um Datenpakete 32-1, 32-2 bis 32-N von verschiedenen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 sicher zu übertragen. Hierzu sollte z. B. eine Synchronisation der als Sender fungierenden Teilnehmerstation der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 und der als Empfänger fungierenden Teilnehmerstation für jedes einzelne Paket einer geteilten Nachricht 3, 4 ermöglicht werden, da beliebige Kombinationen von Sende- und Empfangsstellen möglich sind und sich die Laufzeiten um bis zu ~1 Mikrosekunde unterscheiden können. Ein optionaler Sicherheitsabstand 34 (5) zwischen den Datenpaketen 32-1, 32-2 bis 32-N schützt vor laufzeitbedingten Überlappungen und die optionale Trainingssequenz 3211 bis 321N (5) kann für Kanalschätzung und Synchronisation benutzt werden. Optional kann jede als Sendeknoten fungierende Teilnehmerstation 10, 20, 30 sich auf den Initialknoten bzw. die Initialteilnehmerstation synchronisieren, welcher bzw. welche die Aussendung eines Pakets der Datenpakete 32-1, 32-2 bis 32-N initiiert und somit den CAN-Rahmen bzw. die Nachricht 3 sendet. Gegebenenfalls kann hierfür eine zusätzliche gemeinsame Trainingssequenz vorgesehen werden.
Auch hier geschieht die Absicherung der Übertragung mittels Cyclic Redundancy Check (CRC), die in der Checksumme 3321 erfasst ist, oder auch über eine zusätzliche Kanalkodierung.
Zudem kann auch hier die Indikation von Fehlern und Fehlerbehandlung (Error Signalling) entweder durch überlagerte Signale während der jeweiligen Paketaussendung oder über separate Zeitschlitze geschehen.
Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen des Bussystems 1, der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 und des Verfahrens können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere können alle Merkmale der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beliebig kombiniert werden. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
Das zuvor beschriebene Bussystem 1 gemäß den Ausführungsbeispielen ist anhand eines auf dem CAN-Protokoll basierenden Bussystems beschrieben. Das Bussystem 1 gemäß den Ausführungsbeispielen kann jedoch auch eine andere Art von Kommunikationsnetz sein. Es ist vorteilhaft, jedoch nicht zwangsläufige Voraussetzung, dass bei dem Bussystem 1, 2 zumindest für bestimmte Zeitspannen ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation 10, 20, 30 auf einen gemeinsamen Kanal gewährleistet ist.
Für die Indikation der verschachtelten Übertragungsbetriebsarten ist eine von der beschriebenen Aufteilung abweichende Aufteilung im Kontrollfeld 312 möglich. Ebenso ist auch die Definition von verwendeten und reservierten Bits möglich.
Neben der Auslegung der Ausführungsbeispiele für nicht synchrone Systeme sind auch Varianten für Time-Triggered (TT) Systeme, z. B. TTCAN, usw., denkbar, welche ohne zusätzliche Felder im Kontrollfeld 312 möglich sind.
Das Bussystem 1, 2 gemäß den Ausführungsbeispielen ist insbesondere ein CAN-Netzwerk oder ein TTCAN-Netzwerk oder ein CAN FD-Netzwerk.
Die Ausführungsform von gruppierten Nachrichten bzw. Paketen 32-1, 32-2 bis 32-N kann auch auf Pakete mit unterschiedlichen Längen innerhalb einer Gruppe G1, G2, ... GN erweitert werden.
Eine Gruppe G1, G2, ... GN kann auch mit Paketen 32-1, 32-2 bis 32-N unterschiedlicher Kommunikationszyklen bzw. Zykluszeit T_Z definiert werden, so dass die Aussendungen dann vorrangig von Nachrichten 3 bzw. Paketen 32-1, 32-2 bis 32-N mit niedriger Zykluszeit T_Z initiiert werden.
Innerhalb der verschachtelten Pakete 32-1, 32-2 bis 32-N können Prioritätsklassen eingesetzt werden, um nicht für jede Nachricht bzw. Paket 32-1, 32-2 bis 32-N eine eigene Position vorzuhalten zu müssen, sondern mehrere Pakete an der gleichen Position in einer Nachricht 3 zuzuordnen. Hierzu wird eine zusätzliche Arbitrierung für die einzelnen Paketpositionen notwendig, welche z. B. entsprechend dem CAN-Arbitrierungsprinzip durchgeführt werden kann. Für die Umsetzung wird in der Präambel, die in einem Paketkopf vor der Trainingssequenz 3211 angeordnet ist, eine entsprechende Sequenz vorgesehen, welche sich aus einem Teil der letzten log2(NG) Bit des Identifiers bzw. Identifizierers 311 [ID<log2(NG) – 1> ... ID0] zusammensetzt.
Wie bereits erwähnt, können die Pakete 32-1, 32-2 bis 32-N in einem verschachtelten Datenrahmen bzw. einer Nachricht 3 mit und ohne Trainingssequenz 3211, 3212 bis 321N erstellt und gesendet werden.
Die Pakete 32-1, 32-2 bis 32-N in einem verschachtelten Datenrahmen bzw. einer Nachricht 3 können mit und ohne Sicherheitsabstand 34 (Guard Interval) zwischen den Paketen 32-1, 32-2 bis 32-N erstellt und gesendet werden.
Das von den Teilnehmerstationen 10, 20, 30 durchführbare Verfahren lässt sich für unterschiedliche Systeme, wie CAN, CAN-FD, usw., und auch für hochratige Modulation ausführen, gegebenenfalls auf der neuen physikalischen Schicht (Physical Layer) basierend mit entsprechender Auslegung der Paketstruktur.
Je nach Gruppenbildung können unterschiedliche (auch dynamische) Aufteilungen der Nachrichten 3, 4 unterstützt werden.
Eine notwendige Taktsynchronisation in der als Empfänger fungierenden Teilnehmerstation, 10, 20, 30 kann durch Auslegung der Paketstrukturen begünstigt werden und auch durch zusätzliche Synchronisationspakete zwischen den Datenpaketen 32-1, 32-2 bis 32-N unterstützt werden.
Neben einer Puls Amplituden Modulation (PAM) kann Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) als mögliche Auslegung der physikalischen Schicht (Physical Layer Auslegung) zukünftiger Datenrahmen genutzt werden. Hierfür werden die zu übertragenen Daten auf Symbole mehrerer Träger abgebildet (gemapped) und den einzelnen Frequenzen eines OFDM Symbols zugeordnet. Für die Trennung unterschiedlicher Nutzer kann anstelle der zeitlichen Anordnung aller Pakete bzw. Nachrichten 32-1, 32-2 bis 32-N, insbesondere hintereinander, auch eine Anordnung über unterschiedliche Frequenzgruppen (benachbarte Frequenzen) erfolgen.
Vorzugsweise wird der Übertragungsmode mit verschachtelten Paketen 32-1, 32-2 bis 32-N als zusätzliche Betriebsvariante der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 in der Form ausgeführt, dass die einsprechende Kommunikationseinrichtung alle bisherigen CAN-Modi, u. a. CAN-FD, Partial Networking, etc., beherrscht. Damit sind die Teilnehmerstationen 10, 20, 30 auch in dem gleichen System wie Teilnehmerstationen einsetzbar, welche nicht die zuvor beschriebene Funktion der Datenverschachtelung aufweisen.
Bei den Teilnehmerstationen 10, 20, 30 wird der Übertragungsmode mit verschachtelten Paketen 32-1, 32-2 bis 32-N derart ausgeführt, dass dieser in Koexistenz zu bisherigen CAN-Modi (u. a. CAN-FD, Partial Networking, etc.) betrieben werden kann.
Die Anzahl und Anordnung der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 in dem Bussystem 1 der Ausführungsbeispiele ist beliebig. Insbesondere können auch nur Teilnehmerstationen 10 oder Teilnehmerstationen 20 oder Teilnehmerstationen 30 in dem Bussystem 1 der Ausführungsbeispiele vorhanden sein. Die Teilnehmerstationen 10, 20, 30 müssen auch nicht sowohl eine Datenverschachtelungseinrichtung 12 als auch eine Korrektureinrichtung 13 aufweisen. Die Teilnehmerstationen 10, 20, 30 können auch nur eine Datenverschachtelungseinrichtung 12 oder eine Korrektureinrichtung 13 aufweisen.
Bei einem Kanal mit wenig Verzerrung, resultierend aus den Leitungseigenschaften, kann statt einer kohärenten Übertragung, die eine Frequenz- und Phasensynchronisation sowie eine Kanalschätzung erfordert, eine inkohärente Übertragung eingesetzt werden, die allerdings deutlich schlechtere Leistungseffizienz besitzt.
Die Partitionierung der zuvor beschriebenen Funktionalität der Datenverschachtelungseinrichtung 12 und der Korrektureinrichtung 13 in einer Kommunikationseinrichtung 11 kann auch derart realisiert sein, dass die zuvor beschriebene Funktionalität auf mehrere Bausteine verteilt ist. Hierdurch kann eine möglichst ähnliche Ausführung entsprechend bisherigen CAN-Controllern und CAN-Transceivern angestrebt werden. Für die Verbindung mehrerer Bausteine sind analoge wie digitale Schnittstellen einsetzbar.
Die Teilnehmerstationen 20, 30 stellen besonders für CAN-FD und Systeme mit höheren Datenraten eine Möglichkeit dar, die Empfangsgüte von CAN-FD und dieser Systeme in den Bereich von üblichen CAN Übertragungen bei Nutzung einer deutlich höheren Datenrate anzuheben.
Das in den Teilnehmerstationen 20, 30 ausgeführte Verfahren lässt sich, beispielsweise in einem Transceiver bzw. einer Sende-/Empfangseinrichtung 14, 34, in einer Kommunikationssteuereinrichtung 21, usw. umsetzen. Zusätzlich oder alternativ kann es in existierende Produkte integriert werden, wie mit der Teilnehmerstation 10 veranschaulicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009026961 A1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO11898 [0002]
Spezifikation „CAN with Flexible Data-Rate, Specification Version 1.0” (Quelle http://www.semiconductors.bosch.de) [0002]

Claims

Teilnehmerstation (20; 30) für ein Bussystem (1), mit einer Kommunikationssteuereinrichtung (11) zum Erstellen oder Lesen zumindest einer Nachricht (3, 32-1, 32-2, ... 32-N) für/von mindestens eine/r weiteren Teilnehmerstation des Bussystems (1), bei welchem zumindest zeitweise ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation (10, 20, 30) auf einen Bus (40) des Bussystems (1) gewährleistet ist, und einer Datenverschachtelungseinrichtung (12) zur Verschachtelung von Datenpaketen (32-1, 32-2, ... 32-N) von mindestens zwei Nachrichten in einer Nachricht (3), so dass die Datenpakete (32-1, 32-2, ... 32-N) in einem Datensegment (32) der Nachricht (3) angeordnet sind, und die Nachricht (3) vor dem Datensegment (32) einen für die Datenpakete (32-1, 32-2, ... 32-N) gemeinsamen äußeren Rahmenkopf (31) und nach dem Datensegment (32) ein für die Datenpakete (32-1, 32-2, ... 32-N) gemeinsames äußeres Rahmenende (33) aufweist.
Teilnehmerstation (20; 30) nach Anspruch 1, wobei die in dem Datensegment (32) der Nachricht (3) angeordneten Datenpakete (32-1, 32-2, ... 32-N) von der Teilnehmerstation (20; 30) erstellt wurden oder von der Teilnehmerstation (20; 30) und mindestens einer weiteren Teilnehmerstation (10, 30; 10, 20) des Bussystems (1) erstellt wurden.
Teilnehmerstation (20; 30) nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens eines der im Datensegment (32) verschachtelten Datenpakete (32-1, 31-2 bis 31-N) eine Trainingssequenz (321; 3211, 3212 bis 321N) umfasst, welche Informationen zur Bestimmung der Kanalcharakteristik zwischen der Teilnehmerstation (20; 30) und einer weiteren Teilnehmerstation (10, 30; 10, 20) des Bussystems (1) umfasst, an welche das im Datensegment (32) verschachtelte Datenpaket (32-1, 31-2 bis 31-N) zu senden ist.
Teilnehmerstation (20; 30) nach Anspruch 3, zudem mit einer Korrektureinrichtung (13) zur Korrektur einer von der Teilnehmerstation (10; 50; 60) in Form eines Signals empfangenen Nachricht (3) auf der Grundlage der Trainingssequenz (321; 3211, 3212 bis 321N).
Teilnehmerstation (20; 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Rahmenkopf (31) und das Rahmenende (33) gemäß dem CAN-Protokoll und Erweiterungen in Bezug auf die Datenverschachtelung gebildet sind.
Teilnehmerstation (20; 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Datenverschachtelungseinrichtung (12) derart ausgestaltet ist, dass der Rahmenkopf (31) zudem mindestens ein Signalisierungsbit (3121; 3121, 3122, 3123) zur Signalisierung einer Datenverschachtelung im Datensegment (32) aufweist, und/oder dass das Rahmenende (33) eine Checksumme (3321) der Daten im Datensegment (32) umfasst.
Teilnehmerstation (20; 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Datenverschachtelungseinrichtung (12) derart ausgestaltet ist, dass sie die zu verschachtelnden Datenpakete (32-1, 31-2 bis 31-N) in Gruppen (G1, G2, ... GN) einteilt, wobei jede Gruppe (G1, G2, ... GN) eine feste Nachrichtenlänge (L) aufweist, welche im üblichen CAN-Format und mit dem mindestens einen Signalisierungsbit (3121; 3121, 3122, 3123) übertragen wird, und/oder wobei die feste Nachrichtenlänge (L) der Gruppen (G1, G2, ... GN) für die einzelnen Gruppen (G1, G2, ... GN) unterschiedlich ist, und/oder wobei jede Gruppe (G1, G2, ... GN) eine festgelegte Zykluszeit (T_Z) hat, um die Aussendung einer anderen Teilnehmerstation (10, 30; 10, 20) mit einer Nachricht (32-1, 31-2 bis 31-N) der gleichen Gruppe (G1, G2, ... GN) abzuwarten, und/oder wobei die Datenverschachtelungseinrichtung (12) derart ausgestaltet ist, dass sie für die Priorisierung und Gruppierung von zu verschachtelnden Nachrichten (32-1, 31-2 bis 31-N) die Nachrichten (32-1, 31-2 bis 31-N) mit gleicher Priorität, Nachrichtenlänge (L) und Zykluszeit (T_Z) in eine Gruppe der Gruppen (G1, G2, ... GN) einteilt, und/oder wobei in einem Kontrollfeld (312) des Rahmenkopfes (31) die Gruppengröße (3125) angegeben ist.
Teilnehmerstation (20; 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Datenverschachtelungseinrichtung (12) derart ausgestaltet ist, dass im Rahmenkopf (31) der vollständige CAN-Identifizierer (311) der Nachricht (3) gesendet wird, welche die Aussendung der Nachricht (3) initiert und daher den äußeren Rahmenkopf (31) und das äußere Rahmenende (33) der Nachricht (3) sendet.
Bussystem (1), mit einer Busleitung (40), und mindestens zwei Teilnehmerstationen (10; 20; 30), welche über die Busleitung (40) derart miteinander verbunden sind, dass sie miteinander kommunizieren können, wobei mindestens eine der mindestens zwei Teilnehmerstationen (10; 20; 30) eine Teilnehmerstation (20; 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche ist.
Verfahren zur breitbandigen CAN-Kommunikation, mit den Schritten: Erstellen oder Lesen, mit einer Kommunikationssteuereinrichtung (11), zumindest einer Nachricht (32-1, 32-2, ... 32-N) für/von mindestens eine/r weiteren Teilnehmerstation des Bussystems (1), bei welchem zumindest zeitweise ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation (10, 20, 30) auf einen Bus (40) des Bussystems (1) gewährleistet ist, und Verschachteln, mit einer Datenverschachtelungseinrichtung (12), von Datenpaketen (32-1, 32-2, ... 32-N) von mindestens zwei Nachrichten in einer Nachricht (3), so dass die Datenpakete (32-1, 32-2, ... 32-N) in einem Datensegment (32) der Nachricht (3) angeordnet sind, und die Nachricht (3) vor dem Datensegment (32) einen für die Datenpakete (32-1, 32-2, ... 32-N) gemeinsamen äußeren Rahmenkopf (31) und nach dem Datensegment (32) ein für die Datenpakete (32-1, 32-2, ... 32-N) gemeinsames äußeres Rahmenende (33) aufweist.