DE102020206412A1

DE102020206412A1 - Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem und Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem

Info

Publication number: DE102020206412A1
Application number: DE102020206412.1A
Authority: DE
Inventors: Florian Hartwich; Thomas Enderle; Ramona Jung; Arthur Mutter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-05-22
Filing date: 2020-05-22
Publication date: 2021-11-25
Also published as: EP4154476A1; US20230148180A1; CN115552848A; WO2021233634A1

Abstract

Es ist eine Teilnehmerstation (10; 20; 30) für ein serielles Bussystem (1) und ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem (1) bereitgestellt. Die Teilnehmerstation (10; 20; 30) hat eine Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) zum Steuern einer Kommunikation der Teilnehmerstation (10; 20; 30) mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation (10; 20; 30) des Bussystems (1) und zum Erzeugen eines Sendesignal (TxD; TxD1; TxD2; TxD3; TxD4) gemäß einem Rahmen (450), eine Sende-/Empfangseinrichtung (12; 22; 32), die zum seriellen Senden des von der Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) erzeugten Sendesignals (TxD; TxD1; TxD2; TxD3; TxD4) auf einen Bus (40) des Bussystems (1) ausgestaltet ist, und die zum seriellen Empfangen von Signalen von dem Bus (40) ausgestaltet ist, und ein Markiermodul (15; 25; 35) zum Auswerten, ob ein vom Bus (40) empfangener Rahmen (450) auf dem Bus (40) vorkommen darf oder nicht, und zum Markieren eines Rahmens (450) mit einer Markierung (48; 480) derart, dass die Sende-/Empfangseinrichtung (12; 22; 32) die Markierung (48; 480) auf den Bus (40) sendet, um das Ergebnis der Auswertung der mindestens einen anderen Teilnehmerstation (10; 20; 30) des Bussystems (1) mitzuteilen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem und ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem, die mit hoher Datenrate sowie großer Flexibilität und großer Fehlerrobustheit arbeiten, wobei unautorisierte Manipulationen an dem Betrieb einer übergeordneten technischen Anlage verhindert werden.
Stand der Technik
Bussysteme für die Kommunikation zwischen Sensoren und Steuergeräten, beispielsweise in Fahrzeugen, sollen je nach der Anzahl an Funktionen einer technischen Anlage bzw. eines Fahrzeugs, die Übertragung einer großen Datenmenge ermöglichen. Dabei wird oft gefordert, dass die Daten schneller vom Sender zum Empfänger zu übertragen sind als bisher und bei Bedarf auch große Datenpakete übertragbar sind.
Bei Fahrzeugen ist derzeit ein Bussystem in der Einführungsphase, in welchem Daten als Nachrichten im Standard ISO11898-1:2015 als CAN Protokoll-Spezifikation mit CAN FD übertragen werden. Die Nachrichten werden zwischen den Busteilnehmern des Bussystems, wie Sensor, Steuergerät, Geber, usw., übertragen. CAN FD wird von den meisten Herstellern im ersten Schritt mit 2Mbit/s Datenbitrate und 500kbit/s Arbitrationsbitrate im Fahrzeug eingesetzt.
Um noch größere Datenraten zu ermöglichen, wird derzeit ein Nachfolgebussystem für CAN FD entwickelt, das nachfolgend CAN XL genannt wird. CAN XL soll neben dem reinen Datentransport über den CAN-Bus auch andere Funktionen unterstützen, wie funktionale Sicherheit (Safety), Datensicherheit (Security) und Dienstgüte (QoS = Quality of Service). Dies sind elementare Eigenschaften, die beispielsweise in einem autonom fahrenden Fahrzeug benötigt werden.
Sehr vorteilhaft ist, wenn CAN XL und CAN FD sowie Classical CAN kompatibel sind, wobei CAN XL zumindest die Fehlerrobustheit wie CAN FD und Classical CAN hat. Für die Kompatibilität wird nach Abschluss der Arbitration mit Hilfe des res-Bits im CAN FD Rahmen zwischen CAN FD und CAN XL Rahmen unterschieden.
Problematisch ist jedoch, dass CAN FD sowie Classical CAN in der derzeitigen Ausgestaltung keine Sicherheit gegen Manipulation auf der Schicht 2 des OSI-Schichtenmodells bieten. Das OSI-Schichtenmodell (OSI = Open Systems Interconnection Model) ist ein Referenzmodell für Netzwerkprotokolle, bei dem eine Schichtenarchitektur zugrunde gelegt ist. In der Schicht 2 ist der Netzzugriff in Bezug auf Rahmen (Frames) geregelt. Durch die fehlende Sicherheit bei CAN FD sowie Classical CAN auf der Schicht 2 ist es möglich, dass in das Bussystem manipulierte Rahmen eingeschleust werden, die den Normalbetrieb der Anlage unautorisiert verändern. Dies kann zu unerwünschten Ergebnissen und gegebenenfalls zu einem Sicherheitsrisiko für die übergeordnete technische Anlage führen.
Offenbarung der Erfindung
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem und ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem bereitzustellen, welche die zuvor genannten Probleme lösen. Insbesondere sollen eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem und ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem bereitgestellt werden, welche eine Sicherheit gegen Manipulation auf der Schicht 2 des OSI-Schichtenmodells bieten, um auch bei hoher Datenrate und einer Steigerung der Menge der Nutzdaten pro Rahmen neben großer Fehlerrobustheit der Kommunikation zudem einen sicheren Betrieb des Bussystems zu realisieren.
Die Aufgabe wird durch eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Teilnehmerstation hat eine Kommunikationssteuereinrichtung zum Steuern einer Kommunikation der Teilnehmerstation mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation des Bussystems und zum Erzeugen eines Sendesignal gemäß einem Rahmen, einer Sende-/Empfangseinrichtung, die zum seriellen Senden eines von der Kommunikationssteuereinrichtung erzeugten Sendesignals auf einen Bus des Bussystems ausgestaltet ist, und die zum seriellen Empfangen von Signalen von dem Bus des Bussystems ausgestaltet ist, und einem Markiermodul zum Auswerten, ob ein vom Bus empfangener Rahmen auf dem Bus vorkommen darf oder nicht, und zum Markieren eines Rahmens mit einer Markierung derart, dass die Sende-/Empfangseinrichtung die Markierung auf den Bus sendet, um das Ergebnis der Auswertung der mindestens einen anderen Teilnehmerstation des Bussystems mitzuteilen.
Die beschriebene Teilnehmerstation (Knoten) kann durch ihre Ausgestaltung einen vom Bus empfangenen Rahmen zerstörungsfrei als „merkwürdig“ markieren. Die Markierung wird derart ausgeführt, dass alle anderen Teilnehmerstationen (Knoten) die Markierung vom Bus empfangen. Damit kann die Teilnehmerstation die anderen Teilnehmerstationen darauf hinweisen, dass der soeben über den Bus gesendete und entsprechend markierte Rahmen nicht hätte gesendet werden dürfen.
Als Folge davon kann eine mit einem Schädling befallene Teilnehmerstation nicht unentdeckt Rahmen senden, die eigentlich normalerweise von anderen Knoten gesendet werden. Somit kann die Sicherheit (Security) im Bussystem erhöht werden.
Die Teilnehmerstation kann darüber hinaus ausgestaltet sein, die Markierung für andere Dinge zu verwenden. Insbesondere ist die Markierung für mindestens eine der folgenden Informationen verwendbar, nämlich Informationen zur zeitlichen und/oder funktionalen Verwendung des Rahmens, Informationen zum Empfang des Rahmens vom Bus, oder dergleichen.
Infolgedessen kann mit der Teilnehmerstation auch bei Steigerung der Menge der Nutzdaten pro Rahmen ein Senden und Empfangen der Rahmen mit großer funktionaler Sicherheit bei großer Flexibilität im Hinblick auf aktuelle Ereignisse im Betrieb des Bussystems und mit geringer Fehlerquote gewährleistet werden.
Hierbei ist es mit der Teilnehmerstation in dem Bussystem insbesondere möglich, in einer ersten Kommunikationsphase eine von CAN bekannte Arbitration beizubehalten und dennoch die Übertragungsrate gegenüber CAN oder CAN FD nochmals beträchtlich zu steigern.
Das von der Teilnehmerstation durchgeführte Verfahren kann auch zum Einsatz kommen, wenn in dem Bussystem auch mindestens eine CAN-Teilnehmerstation und/oder mindestens eine CAN FD Teilnehmerstation vorhanden ist, die Nachrichten nach dem CAN-Protokoll und/oder CAN FD Protokoll senden.
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Teilnehmerstation sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Optional ist das Markiermodul zum Markieren eines Rahmens ausgestaltet, der auf dem Bus nicht vorkommen darf.
Optional ist das Markiermodul ausgestaltet, durch Vergleich mit einer Liste auszuwerten, ob ein vom Bus empfangener Rahmen auf dem Bus markiert werden muss oder nicht.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Markiermodul ausgestaltet, die Markierung in den Rahmen einzufügen, ohne dass der Rahmen zerstört wird.
Denkbar ist, dass das Markiermodul ausgestaltet ist, die Markierung in den Rahmen nach einem Datenfeld einzufügen, in dem Nutzdaten des Rahmens eingefügt sind.
Möglich ist, dass das Markiermodul ausgestaltet ist, die Markierung als inverses Bit in den Rahmen an einer Position einzufügen, die für die Teilnehmerstation des Bussystems vorgesehen ist, einen nicht korrekten Empfang des Rahmens anzuzeigen, wobei das Markiermodul ausgestaltet ist, eine zeitlich längere Markierung in den Rahmen einzufügen als eine zeitliche Länge für die Anzeige des nicht korrekten Empfangs des Rahmens in dem Rahmen vorgesehen ist.
In einer speziellen Variante ist das Markiermodul ausgestaltet, die Markierung als Markierung mit einer zeitlichen Länge von N Bits in den Rahmen einzufügen, wobei N eine natürliche Zahl größer oder gleich 1 ist. Hierbei kann das Markiermodul ausgestaltet sein, die Länge der Markierung abhängig davon auszuwählen, welche Bedeutung die Markierung hat.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Markiermodul ausgestaltet, die Markierung nach dem Rahmen einzufügen, ohne dass der Rahmen zerstört wird. Hierbei kann das Markiermodul ausgestaltet sein, die Markierung nach dem Rahmen beginnend mit dem zweiten Bit eines Zwischenrahmenabstands einzufügen. Alternativ oder zusätzlich hat die Markierung eine größere Länge als die maximale Länge einer Überlastkennung, die in dem Zwischenrahmenabstand gesendet werden kann.
Möglicherweise ist die Sende-/Empfangseinrichtung zum seriellen Senden eines von der Kommunikationssteuereinrichtung erzeugten Sendesignals auf einen Bus des Bussystems derart ausgestaltet, dass sich für eine den Rahmen die Bitzeit des in einer ersten Kommunikationsphase auf den Bus gesendeten Signals unterscheiden kann von einer Bitzeit des in einer zweiten Kommunikationsphase gesendeten Signals.
Möglich ist, dass der Rahmen kompatibel zu CAN FD aufgebaut ist, wobei in einer ersten Kommunikationsphase ausgehandelt wird, welche der Teilnehmerstationen des Bussystems in einer nachfolgenden zweiten Kommunikationsphase einen zumindest zeitweise exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus bekommt.
Die zuvor beschriebene Teilnehmerstation kann Teil eines Bussystems sein, das zudem einen Bus und mindestens zwei Teilnehmerstationen umfasst, welche über den Bus derart miteinander verbunden sind, dass sie seriell 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 Kommunikation in einem seriellen Bussystem nach Anspruch 15 gelöst. Das Verfahren wird mit einer Teilnehmerstation des Bussystems ausgeführt, die eine Kommunikationssteuereinrichtung, eine Sende-/Empfangseinrichtung und ein Markiermodul aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist Steuern, mit der Kommunikationssteuereinrichtung, einer Kommunikation der Teilnehmerstation mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation des Bussystems, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung zum Erzeugen eines Sendesignal gemäß einem Rahmen ausgestaltet ist, seriell Senden, mit der Sende-/Empfangseinrichtung, eines von der Kommunikationssteuereinrichtung erzeugten Sendesignals auf einen Bus des Bussystems, serielle Empfangen, mit der Sende-/Empfangseinrichtung, von Signalen von dem Bus des Bussystems, Auswerten, mit dem Markiermodul, ob ein vom Bus empfangener Rahmen auf dem Bus vorkommen darf oder nicht, und Markieren, mit dem Markiermodul, eines Rahmens mit einer Markierung derart, dass die Sende-/Empfangseinrichtung die Markierung auf den Bus sendet, um das Ergebnis der Auswertung der mindestens einen anderen Teilnehmerstation des Bussystems mitzuteilen.
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.
Figurenliste
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 ein Schaubild zur Veranschaulichung des Aufbaus einer Nachricht, die von einer Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gesendet werden kann;
3 ein vereinfachtes schematisches Blockschaltbild einer Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
4 einen zeitlichen Verlauf von Bussignalen CAN-XL_H und CAN-XL_L bei der Teilnehmerstation gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
5 einen zeitlichen Verlauf einer Differenzspannung VDIFF der Bussignale CAN-XL_H und CAN-XL_L bei der Teilnehmerstation gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
6 bis 9 zeigen ein Beispiel für Sendesignale TxD1 bis TxD4, die bei vier verschiedenen Teilnehmerstationen des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel während dem Senden eines Rahmens erzeugt werden; und
10 einen zeitlichen Verlauf eines Signals TxD4 an dem TXD-Anschluss einer vierten Teilnehmerstation des Bussystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, die derzeit als RX-Teilnehmerstation agiert und den Rahmen gemäß dem Signal von 6 von dem Bus des Bussystems empfängt.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts Anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt als Beispiel ein Bussystem 1, das insbesondere grundlegend für ein CAN-Bussystem, ein CAN FD-Bussystem, ein CAN XL-Bussystem, und/oder Abwandlungen davon ausgestaltet ist, wie nachfolgend beschrieben. 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 einen Bus 40 mit einer ersten Busader 41 und einer zweiten Busader 42 angeschlossen sind. Die Busadern 41, 42 können auch CAN_H und CAN_L oder CAN-XL_H und CAN-XL_L genannt werden und dienen zur elektrischen Signalübertragung nach Einkopplung der dominanten Pegel bzw. Erzeugung von rezessiven Pegeln oder anderen Pegeln für ein Signal im Sendezustand. Über den Bus 40 sind Nachrichten 45, 46 in der Form von Signalen zwischen den einzelnen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 seriell übertragbar. Tritt bei der Kommunikation auf dem Bus 40 ein Fehler auf, wie durch den gezackten schwarzen Blockpfeil in 1 dargestellt, kann optional ein Fehlerrahmen 47 (Error Flag) gesendet werden. Die Teilnehmerstationen 10, 20, 30 sind beispielsweise Steuergeräte, Sensoren, Anzeigevorrichtungen, usw. eines Kraftfahrzeugs.
Wie in 1 gezeigt, hat die Teilnehmerstation 10 eine Kommunikationssteuereinrichtung 11, eine Sende-/Empfangseinrichtung 12 und ein Markiermodul 15. Die Teilnehmerstation 20 hat eine Kommunikationssteuereinrichtung 21 und eine Sende-/Empfangseinrichtung 22. Die Teilnehmerstation 30 hat eine Kommunikationssteuereinrichtung 31, eine Sende-/Empfangseinrichtung 32 und ein Markiermodul 35. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 22, 32 der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 sind jeweils direkt an den Bus 40 angeschlossen, auch wenn dies in 1 nicht veranschaulicht ist.
Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 21, 31 dienen jeweils zur Steuerung einer Kommunikation der jeweiligen Teilnehmerstation 10, 20, 30 über den Bus 40 mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation der Teilnehmerstationen 10, 20, 30, die an den Bus 40 angeschlossen sind.
Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 31 erstellen und lesen erste Nachrichten 45, die beispielsweise modifizierte CAN Nachrichten 45 sind. Hierbei sind die modifizierten CAN Nachrichten 45 auf der Grundlage eines CAN XL-Formats aufgebaut, das in Bezug auf 2 detaillierter beschrieben ist, und bei welchem das jeweilige Markiermodul 15, 35 zum Einsatz kommt. Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 31 können zudem ausgeführt sein, um je nach Bedarf eine CAN XL-Nachricht 45 oder eine CAN FD-Nachricht 46 für die Sende-/Empfangseinrichtung 32 bereitzustellen oder von dieser zu empfangen. Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 31 erstellen und lesen also eine erste Nachricht 45 oder zweite Nachricht 46, wobei sich die erste und zweite Nachricht 45, 46 durch ihren Datenübertragungsstandard unterscheiden, nämlich in diesem Fall CAN XL oder CAN FD.
Die Kommunikationssteuereinrichtung 21 kann wie ein herkömmlicher CAN-Controller nach ISO 11898-1:2015 ausgeführt sein, d.h. wie ein CAN FD toleranter Classical CAN-Controller oder ein CAN FD Controller. Die Kommunikationssteuereinrichtung 21 erstellt und liest zweite Nachrichten 46, beispielsweise CAN FD-Nachrichten 46. Bei den CAN FD-Nachrichten 46 kann eine Anzahl von 0 bis zu 64 Datenbytes umfasst sein, die noch dazu mit einer deutlich schnelleren Datenrate als bei einer Classical CAN-Nachricht übertragen werden. Insbesondere ist die Kommunikationssteuereinrichtung 21 wie ein herkömmlicher CAN FD-Controller ausgeführt.
Die Sende-/Empfangseinrichtung 22 kann wie ein herkömmlicher CAN Transceiver nach ISO 11898-1:2015 oder CAN FD Transceiver ausgeführt sein. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 32 können ausgeführt sein, um je nach Bedarf Nachrichten 45 gemäß dem CAN XL-Format oder Nachrichten 46 gemäß dem derzeitigen CAN FD- Format für die zugehörige Kommunikationssteuereinrichtung 11, 31 bereitzustellen oder von dieser zu empfangen.
Mit den beiden Teilnehmerstationen 10, 30 ist eine Bildung und dann Übertragung von Nachrichten 45 mit dem CAN XL Format sowie der Empfang solcher Nachrichten 45 realisierbar.
2 zeigt für die Nachricht 45 einen CAN XL Rahmen 450, wie er von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 für die Sende-/Empfangseinrichtung 12 zum Senden auf den Bus 40 bereitgestellt wird. Hierbei erstellt die Kommunikationssteuereinrichtung 11 den Rahmen 450 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als kompatibel mit CAN FD, wie auch in 2 veranschaulicht. Dasselbe gilt analog für die Kommunikationssteuereinrichtung 31 und die Sende-/Empfangseinrichtung 32 der Teilnehmerstation 30.
Gemäß 2 ist der CAN XL-Rahmen 450 für die CAN-Kommunikation auf dem Bus 40 in unterschiedliche Kommunikationsphasen 451, 452 unterteilt, nämlich eine Arbitrationsphase 451 und eine Datenphase 452. Der Rahmen 450 hat ein Arbitrationsfeld 453, ein Steuerfeld 454, ein Datenfeld 455, ein Prüfsummenfeld 456 für eine Prüfsumme FCRC und eine Umschaltsequenz ADS sowie ein Bestätigungsfeld 457.
In der Arbitrationsphase 451 wird mit Hilfe eines Identifizierers (ID) in dem Arbitrationsfeld 453 bitweise zwischen den Teilnehmerstationen 10, 20, 30 ausgehandelt, welche Teilnehmerstation 10, 20, 30 die Nachricht 45, 46 mit der höchsten Priorität senden möchte und daher für die nächste Zeit zum Senden in der anschließenden Datenphase 452 einen exklusiven Zugriff auf den Bus 40 des Bussystems 1 bekommt. In der Arbitrationsphase 451 wird ein Physical Layer wie bei CAN und CAN-FD verwendet. Der Physical Layer entspricht der Bitübertragungsschicht oder Schicht 1 des bekannten OSl-Modells (Open Systems Interconnection Modell).
Ein wichtiger Punkt während der Phase 451 ist, dass das bekannte CSMA/CR-Verfahren Verwendung findet, welches gleichzeitigen Zugriff der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 auf den Bus 40 erlaubt, ohne dass die höher priorisierte Nachricht 45, 46 zerstört wird. Dadurch können dem Bussystem 1 relativ einfach weitere Bus-Teilnehmerstationen 10, 20, 30 hinzugefügt werden, was sehr vorteilhaft ist.
Das CSMA/CR-Verfahren hat zur Folge, dass es sogenannte rezessive Zustände auf dem Bus 40 geben muss, welche von anderen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 mit dominanten Zuständen auf dem Bus 40 überschrieben werden können. Im rezessiven Zustand herrschen an der einzelnen Teilnehmerstation 10, 20, 30 hochohmige Verhältnisse, was in Kombination mit den Parasiten der Busbeschaltung längere Zeitkonstanten zur Folge hat. Dies führt zu einer Begrenzung der maximalen Bitrate des heutigen CAN-FD-Physical-Layer auf derzeit etwa 2 Megabit pro Sekunde im realen Fahrzeug-Einsatz.
In der Datenphase 452 werden neben einem Teil des Steuerfelds 454 die Nutzdaten des CAN-XL-Rahmens bzw. der Nachricht 45 aus dem Datenfeld 455 sowie das Prüfsummenfeld 456 für die Prüfsumme FCRC und außerdem ein Feld DAS gesendet, das zur Umschaltung von der Datenphase 452 zurück zur Arbitrationsphase 451 dient.
Ein Sender der Nachricht 45 beginnt ein Senden von Bits der Datenphase 452 auf den Bus 40 erst, wenn die Teilnehmerstation 10 als der Sender die Arbitration gewonnen hat und die Teilnehmerstation 10 als Sender damit zum Senden einen exklusiven Zugriff auf den Bus 40 des Bussystems 1 hat.
Ganz allgemein können in dem Bussystem mit CAN XL im Vergleich zu CAN oder CAN FD folgende abweichenden Eigenschaften realisiert werden:

a) Übernahme und ggf. Anpassung bewährter Eigenschaften, die für die Robustheit und Anwenderfreundlichkeit von CAN und CAN FD verantwortlich sind, insbesondere Rahmenstruktur mit Identifier und Arbitrierung nach dem CSMA/CR-Verfahren,
b) Steigerung der Netto-Datenübertragungsrate, insbesondere auf etwa 10 Megabit pro Sekunde,
c) Anheben der Größe der Nutzdaten pro Rahmen, insbesondere auf etwa 4kbyte oder einen beliebigen anderen Wert.

Wie in 2 dargestellt, verwendet die Teilnehmerstation 10 in der Arbitrationsphase 451 als erster Kommunikationsphase teilweise, insbesondere bis zum FDF-Bit (inklusive), ein von CAN/CAN-FD bekanntes Format gemäß der ISO11898-1:2015. Dagegen verwendet die Teilnehmerstation 10 ab dem FDF-Bit in der ersten Kommunikationsphase sowie in der zweiten Kommunikationsphase, der Datenphase 452, ein CAN XL Format, das nachfolgend beschrieben ist.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind CAN XL und CAN FD kompatibel. Hierbei wird das von CAN FD bekannte res-Bit, das nachfolgend XLF-Bit genannt ist, für die Umschaltung von dem CAN FD Format zu dem CAN XL Format genutzt. Daher sind die Rahmenformate von CAN FD und CAN XL bis zum res-Bit gleich. Ein Empfänger erkennt erst bei dem res-Bit, in welchem Format der Rahmen gesendet wird. Eine CAN XL Teilnehmerstation, also hier die Teilnehmerstationen 10, 30, unterstützt auch CAN FD.
Alternativ zu dem in 2 gezeigten Rahmen 450, bei welchem ein Identifizierer (Identifier) mit 11 Bit verwendet wird, ist optional ein CAN XL Erweitertes Rahmenformat möglich, bei dem ein Identifizierer (Identifier) mit 29 Bit verwendet wird. Dies ist bis zum FDF-Bit identisch zu dem bekannten CAN FD Erweiterten Rahmenformat aus der ISO11898-1:2015.
Gemäß 2 ist der Rahmen 450 vom SOF-Bit bis einschließlich zum FDF-Bit identisch zum CAN FD Base Frame Format gemäß der ISO11898-1:2015. Daher ist der bekannte Aufbau hier nicht weiter erläutert. Bits, die einen festen Wert haben, nämlich 0 oder1, sind mit einem schwarzen Strich gekennzeichnet. Bits, die an ihrer unteren Linie in 2 mit einem dicken Strich dargestellt sind, werden in dem Rahmen 450 als dominant oder ,0' gesendet. Bits, die an ihrer oberen Linie in 2 mit einem dicken Strich dargestellt sind, werden in dem Rahmen 450 als rezessiv oder ,1' gesendet. In der CAN XL Datenphase 452 werden symmetrische ,1' und ,0' Pegel verwendet, statt rezessiver und dominanter Pegel.
Allgemein werden bei der Erzeugung des Rahmens 450 zwei unterschiedliche Stuffing-Regeln angewendet. Bis zum XLF-Bit im Steuerfeld 454 gilt die dynamische Bit-Stuffing-Regel von CAN FD, so dass nach 5 gleichen Bits in Folge ein inverses Stuff-Bit einzufügen ist. Derartige Stuff-Bits werden auch als dynamische Stuff-Bits bezeichnet. Nach einem resXL-Bit im Steuerfeld 454 gilt eine feste Stuffing-Regel, so dass nach einer festen Zahl von Bits ein fixed Stuff-Bit einzufügen ist. Alternativ können statt nur einem Stuff-Bit eine Anzahl von 2 oder mehr Bits als fixed Stuff-Bits eingefügt werden.
In dem Rahmen 450 folgt direkt nach dem FDF-Bit das XLF-Bit, das von der Position her dem „res Bit“ im CAN FD Base Frame Format entspricht, wie zuvor erwähnt. Wird das XLF-Bit als 1, also rezessiv, gesendet, identifiziert es damit den Rahmen 450 als CAN XL-Rahmen. Für einen CAN FD Rahmen setzt die Kommunikationssteuereinrichtung 11 das XLF-Bit als 0, also dominant.
Nach dem XLF-Bit folgt in dem Rahmen 450 ein resXL-Bit, das ein dominantes Bit für die zukünftige Nutzung ist. Das resXL muss für den Rahmen 450 als 0, also dominant, gesendet werden. Empfängt die Teilnehmerstation 10 jedoch ein resXL-Bit als 1, also rezessiv, geht die empfangende Teilnehmerstation 10 beispielsweise in einen Protokollausnahmezustand (Protocol Exception State), so wie es bei einer CAN FD Nachricht 46 für ein res=1 ausgeführt wird. Alternativ könnte das resXL-Bit genau umgekehrt definiert sein, also, dass es als 1, also rezessiv, gesendet werden muss. In diesem Fall geht die empfangende Teilnehmerstation bei einem dominanten resXL-Bit in den Protokollausnahmezustand.
Nach dem resXL-Bit folgt in dem Rahmen 450 eine Sequenz ADS (Arbitration Data Switch), in welcher eine vorbestimmte Bitsequenz codiert wird. Diese Bitsequenz erlaubt eine einfache und sichere Umschaltung von der Bitrate der Arbitrationsphase 451 (Arbitrationsbitrate) zu der Bitrate der Datenphase 452 (Datenbitrate). Beispielsweise besteht die Bitsequenz der ADS-Sequenz unter anderem aus einem AL1-Bit, das dominant, also 0, gesendet wird. Das AL1-Bit ist das letzte Bit der Arbitrationsphase 451. Mit anderen Worten, das AL1-Bit ist das letzte Bit vor der Umschaltung in die Datenphase 452 mit den kurzen Bits. Innerhalb des AL1-Bits wird der Physical Layer in der Sende-/Empfangseinrichtung 12, 22, 32 umgeschaltet. Das AL1 Bit könnte alternativ den Wert 1 haben, je nachdem welcher Wert (0 oder 1) für die Umschaltung des Physical Layers in der Sende-/Empfangseinrichtung 12, 32 (Transceiver) besser geeignet ist. Die zwei folgenden Bits DH1 und DL1 werden bereits mit der Datenbitrate gesendet. Somit sind die Bits DH1 und DL1 bei CAN XL zeitlich kurze Bits der Datenphase 452. Hat das AL1 Bit den Wert 1, folgt ihm zunächst das DL1-Bit und dann das DH1-Bit.
Nach der Sequenz ADS folgt in dem Rahmen 450 ein PT-Feld, das den Inhalt des Datenfeldes 455 kennzeichnet. Der Inhalt gibt an, welche Art von Information in dem Datenfeld 455 enthalten ist. Beispielsweise gibt das PT-Feld an, ob sich im Datenfeld 455 ein „Internet Protocol“ (IP) Rahmen befinden, oder ein getunnelter Ethernet-Rahmen oder Sonstiges.
An das PT-Feld schließt sich ein DLC-Feld an, in welchem der Datenlängencode (DLC = Data Length Code) eingefügt wird, welcher die Anzahl der Bytes im Datenfeld 455 des Rahmens 450 angibt. Der Datenlängencode (DLC) kann jeden Wert von 0 bis zur maximalen Länge des Datenfelds 455 bzw. Datenfeldlänge annehmen. Beträgt die maximale Datenfeldlänge insbesondere 2048 Bit, benötigt der Datenlängencode (DLC) eine Anzahl von 11 Bits unter den Annahmen, dass DLC = 0 eine Datenfeldlänge mit einer Anzahl von 1 Byte bedeutet und DLC = 2047 eine Datenfeldlänge mit einer Anzahl von 2048 Byte Datenfeldlänge bedeutet. Alternativ könnte ein Datenfeld 455 der Länge 0 erlaubt sein, wie beispielsweise bei CAN. Hierbei würde DLC = 0 beispielsweise die Datenfeldlänge mit der Anzahl von 0 Bytes codieren. Die maximale codierbare Datenfeldlänge ist mit beispielsweise 11 Bit dann (2¹¹)-1 = 2047.
Nach dem DLC-Feld folgt bei dem Beispiel von 2 in dem Rahmen 450 eine Kopfprüfsumme HCRC. Die Kopfprüfsumme HCRC ist eine Prüfsumme zur Absicherung des Kopfes (Headers) des Rahmens 450, das heißt aller relevanten Bits vom Beginn des Rahmens 450 mit dem SOF-Bit bis zum Beginn der Kopfprüfsumme HCRC, inklusive aller dynamischen und optional der fixed Stuff-Bits bis zum Beginn der Kopfprüfsumme HCRC. Die relevanten Bits umfassen nur die Bits des Rahmenkopfes, die einen veränderbaren Wert haben. Mit anderen Worten, die relevanten Bits umfassen keine Bits, die in dem Rahmen 450 immer einen festen Wert haben. Derartige Bits mit nicht veränderbarem Wert werden also nicht abgesichert, denn diese Bits haben einen festen Wert. Die Länge der Kopfprüfsumme HCRC und damit des Prüfsummen-Polynoms gemäß der zyklischen Redundanzprüfung (CRC) ist entsprechend der gewünschten Hamming-Distanz zu wählen. Das von der Kopfprüfsumme HCRC abzusichernde Datenwort ist bei einem Datenlängencode (DLC) von 11 Bit länger als 27 Bit. Daher muss das Polynom der Kopfprüfsumme HCRC, um eine Hamming-Distanz von 6 zu erreichen, mindestens 13 Bit lang sein.
Nach der Kopfprüfsumme HCRC folgt in dem Rahmen 450 das Datenfeld 455 (Data Field). Das Datenfeld 455 besteht aus 1 bis n Daten-Bytes, wobei n beispielsweise 2048 Byte oder 4096 Byte oder ein beliebiger anderer Wert ist. Alternativ ist eine Datenfeldlänge von 0 denkbar. Die Länge des Datenfelds 455 ist in dem DLC-Feld codiert, wie zuvor beschrieben.
Nach dem Datenfeld 455 folgt in dem Rahmen 450 eine Rahmenprüfsumme FCRC. Die Rahmenprüfsumme FCRC besteht aus den Bits der Rahmenprüfsumme FCRC. Die Länge der Rahmenprüfsumme FCRC und damit des CRC Polynoms ist entsprechend der gewünschten Hamming-Distanz zu wählen. Die Rahmenprüfsumme FCRC sichert den gesamten Rahmen 450 ab. Alternativ ist optional nur das Datenfeld 455 mit der Rahmenprüfsumme FCRC abgesichert.
Nach der Rahmenprüfsumme FCRC folgt in dem Rahmen 450 die Sequenz DAS (Data Arbitration Switch), in welcher eine vorbestimmte Bitsequenz codiert wird. Diese Bitsequenz erlaubt eine einfache und sichere Umschaltung von der DatenBitrate der Datenphase 452 zu der Arbitrations-Bitrate der Arbitrationsphase 451. Beispielsweise beginnt die Bit Sequenz mit den Datenbits DH2, DH3 die als 1 gesendet werden und den Datenbits DL2, DL3 die als 0 gesendet werden, wie in 2 gezeigt. Das sind die letzten 4 Bits der Datenphase 452. Somit ist das DL3-Bit das letzte kurze Bit, d.h. das letzte Bit vor der Umschaltung in die Arbitrationsphase 451 mit den langen Bits. Die Bits werden gefolgt von einem AH1-Bit mit dem Wert 1 der Arbitrations-Phase 451. Innerhalb des AH1-Bits wird der Physical Layer in der Sende-/Empfangseinrichtung 12, 32 (Transceiver) umgeschaltet. Das AH1-Bit könnte alternativ den Wert 0 haben, je nachdem welcher Wert (0 oder 1) für die Umschaltung des Physical Layers in der Sende-/Empfangseinrichtung 12, 32 (Transceiver) besser geeignet ist. Eine RX-Teilnehmerstation 10, 30, die nur Empfänger des Rahmens 450 ist, also den empfangenen Rahmen 450 nicht gesendet hat, verwendet die Bitsequenz DH2, DH3, DL2, DL3 nicht nur zur Synchronisation, sondern auch als Formatprüfmuster (Format Check Pattern). Mit dieser Bitsequenz kann die RX-Teilnehmerstation 10, 30 erkennen, ob sie den von dem Bus 40 empfangenen Bitstrom versetzt abtastet, beispielsweise um 1 Bit oder 2 Bit, usw.. Gemäß noch einem anderen Beispiel hat das DAS-Feld drei Bits, also das DH2-Bit, das DL2-Bit und ein AH1-Bit. Von den Bits werden das erste und letzte Bit als 1 gesendet und das mittlere Bit als 0 gesendet.
Bei den obigen Beispielen kann an der Flanke zwischen dem DH3-Bit und dem DL2-Bit bzw. dem DH2-Bit und dem DL2-Bit in der empfangenden Teilnehmerstation die letzte Synchronisation vor der Umschaltung von der Datenphase 452 in die Arbitrationsphase 451 durchgeführt werden.
Nach der Sequenz DAS folgt in dem Rahmen 450 das Bestätigungsfeld 457, das mit einem RP-Feld beginnt. In dem RP-Feld ist ein Synchronisationsmuster (Sync Pattern) vorgehalten, das einer empfangenden Teilnehmerstation 10, 30 erlaubt, den Beginn der Arbitrationsphase 451 nach der Datenphase 452 zu erkennen. Das Synchronisationsmuster erlaubt empfangenden Teilnehmerstationen 10, 30, die beispielsweise aufgrund einer falschen Kopfprüfsumme HCRC die korrekte Länge des Datenfelds 455 nicht kennen, sich aufzusynchronisieren. Anschließend können diese Teilnehmerstationen ein „Negativ Acknowledge“ senden, um den fehlerhaften Empfang mitzuteilen. Dies ist insbesondere dann sehr wichtig, wenn CAN XL im Datenfeld 455 keine Fehlerrahmen 47 (Error Flags) erlaubt.
Nach dem RP-Feld folgen in dem Bestätigungsfeld (ACK Field) 457 mehrere Bits zur Bestätigung oder Nichtbestätigung eines korrekten Empfangs des Rahmens 450. Bei dem Beispiel von 2 sind ein ACK-Bit, ein ACK-dlm-Bit, ein NACK-Bit und ein NACK-dlm-Bit vorgesehen. Das ACK-Bit senden die empfangenden Teilnehmerstationen 10, 30 als dominant, wenn sie den Rahmen 450 korrekt empfangen haben. Die sendende Teilnehmerstation sendet das ACK-Bit als rezessiv. Daher kann das ursprünglich in dem Rahmen 450 auf den Bus 40 gesendete Bit von den empfangenden Teilnehmerstationen 10, 30 überschrieben werden. Das ACK-dlm-Bit wird als ein rezessives Bit gesendet, welches zur Abtrennung zu anderen Feldern dient. Das NACK-Bit und das NACK-dlm Bit dienen dazu, dass eine empfangende Teilnehmerstation einen nicht korrekten Empfang des Rahmens 450 auf dem Bus 40 signalisieren kann. Die Funktion des Bits NACK-dlm ist wie die des ACK-dlm-Bits. Das NACK-Bit kann zur Markierung des Rahmens 450 verwendet werden, wie nachfolgend beschrieben.
Nach dem Bestätigungsfeld (ACK Field) 457 folgt in dem Rahmen 450 ein Endefeld (EOF = End of Frame). Die Bitsequenz des Endefelds (EOF) dient dazu, das Ende des Rahmens 450 zu kennzeichnen. Das Endefeld (EOF) sorgt dafür, dass am Ende des Rahmens 450 eine Anzahl von 8 rezessiven Bits gesendet wird. Das ist eine Bitfolge, die innerhalb des Rahmens 450 nicht auftreten kann. Dadurch kann von den Teilnehmerstationen 10, 20, 30 das Ende des Rahmens 450 sicher erkannt werden.
Das Endefeld (EOF) hat eine Länge, die abhängig davon unterschiedlich ist, ob im NACK-Bit ein dominantes Bit oder ein rezessives Bit gesehen wurde. Wenn die sendende Teilnehmerstation das NACK-Bit als dominant empfangen hat, dann hat das Endefeld (EOF) eine Anzahl von 7 rezessiven Bits. Ansonsten ist das Endefeld (EOF) nur 5 rezessive Bits lang.
Nach dem Endefeld (EOF) folgt in dem Rahmen 450 ein Zwischenrahmenabstand 458 (INT - Intermission Field), der in 2 nicht dargestellt ist, sondern nur in 9 und 10 dargestellt ist. Dieser Zwischenrahmenabstand 458 (INT) ist ausgestaltet wie bei CAN FD entsprechend der ISO11898-1:2015.
3 zeigt den grundlegenden Aufbau der Teilnehmerstation 10 mit der Kommunikationssteuereinrichtung 11, der Sende-/Empfangseinrichtung 12 und dem Markiermodul 15, das Teil der Kommunikationssteuereinrichtung 11 ist. Die Teilnehmerstation 30 ist in ähnlicher Weise aufgebaut, wie in 3 gezeigt, jedoch ist das Markiermodul 35 gemäß 1 separat von der Kommunikationssteuereinrichtung 31 und der Sende-/Empfangseinrichtung 32 angeordnet. Daher wird die Teilnehmerstation 30 nicht separat beschrieben.
Gemäß 3 hat die Teilnehmerstation 10 zusätzlich zu der Kommunikationssteuereinrichtung 11 und der Sende-/Empfangseinrichtung 12 einen Mikrocontroller 13, welchem die Kommunikationssteuereinrichtung 11 zugeordnet ist, und eine System-ASIC 16 (ASIC = Anwendungsspezifische Integrierte Schaltung), die alternativ ein System Basis-Chip (SBC) sein kann, auf dem mehrere für eine Elektronik-Baugruppe der Teilnehmerstation 10 notwendige Funktionen zusammengefasst sind. In dem System-ASIC 16 ist zusätzlich zu der Sende-/Empfangseinrichtung 12 eine Energieversorgungseinrichtung 17 eingebaut, welche die Sende-/Empfangseinrichtung 12 mit elektrischer Energie versorgt. Die Energieversorgungseinrichtung 17 liefert üblicherweise eine Spannung CAN_Supply von 5 V. Je nach Bedarf kann die Energieversorgungseinrichtung 17 jedoch eine andere Spannung mit einem anderen Wert liefern. Zusätzlich oder alternativ kann die Energieversorgungseinrichtung 17 als Stromquelle ausgestaltet sein.
Das Markiermodul 15 hat einen Auswerteblock 151 und einen Einfügeblock 152, die nachfolgend noch genauer beschrieben sind.
Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 hat zudem ein Sendemodul 121 und ein Empfangsmodul 122. Auch wenn nachfolgend immer von der Sende-/Empfangseinrichtung 12 gesprochen ist, ist es alternativ möglich, das Empfangsmodul 122 in einer separaten Einrichtung extern von dem Sendemodul 121 vorzusehen. Das Sendemodul 121 und das Empfangsmodul 122 können wie bei einer herkömmlichen Sende-/Empfangseinrichtung 22 aufgebaut sein. Das Sendemodul 121 kann insbesondere mindestens einen Operationsverstärker und/oder einen Transistor aufweisen. Das Empfangsmodul 122 kann insbesondere mindestens einen Operationsverstärker und/oder einen Transistor aufweisen.
Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 ist an den Bus 40 angeschlossen, genauer gesagt dessen erste Busader 41 für CAN_H oder CAN-XL_H und dessen zweite Busader 42 für CAN_L oder CAN-XL_L. Über mindestens einen Anschluss 43 erfolgt die Spannungsversorgung für die Energieversorgungseinrichtung 17 zum Versorgen der ersten und zweiten Busader 41, 42 mit elektrischer Energie, insbesondere mit der Spannung CAN-Supply. Die Verbindung mit Masse bzw. CAN GND ist über einen Anschluss 44 realisiert. Die erste und zweite Busader 41, 42 sind mit einem Abschlusswiderstand 49 terminiert.
Die erste und zweite Busader 41, 42 sind in der Sende-/Empfangseinrichtung 12 nicht nur mit dem Sendemodul 121, das auch als Transmitter bezeichnet wird, sondern auch mit dem Empfangsmodul 122 verbunden, das auch als Receiver bezeichnet wird, auch wenn die Verbindungen in 3 zur Vereinfachung nicht gezeigt sind.
Im Betrieb des Bussystems 1 setzt das Sendemodul 121 ein Sendesignal TXD oder TxD der Kommunikationssteuereinrichtung 11 in entsprechende Signale CAN-XL_H und CAN-XL_L für die Busadern 41, 42 um und sendet diese Signale an den Anschlüssen für CAN_H und CAN_L auf den Bus 40. Ein Beispiel für die Signale CAN-XL_H und CAN-XL_L ist in 4 gezeigt. Auf dem Bus 40 bildet sich ein Differenzsignal VDIFF = CAN-XL_H - CAN-XL_L aus, das in 5 gezeigt ist.
Das Empfangsmodul 122 von 3 bildet aus von dem Bus 40 empfangenen Signalen CAN-XL_H und CAN-XL_L gemäß 4 bzw. dem Differenzsignal VDIFF gemäß 5 ein Empfangssignal RXD oder RxD. Wie in 3 gezeigt, gibt das Empfangsmodul 122 das Empfangssignal RXD oder RxD an die Kommunikationssteuereinrichtung 11 weiter.
Mit Ausnahme eines Leerlauf- oder Bereitschaftszustands (Idle oder Standby), hört die Sende-/Empfangseinrichtung 12 mit dem Empfangsmodul 122 im Normalbetrieb immer auf eine Übertragung von Daten bzw. Nachrichten 45, 46 auf dem Bus 40 und zwar unabhängig davon, ob die Sende-/Empfangseinrichtung 12 Sender der Nachricht 45 ist oder nicht.
Gemäß dem Beispiel von 4 haben die Signale CAN-XL_H und CAN-XL_L zumindest in der Arbitrationsphase 451 die dominanten und rezessiven Buspegel 401, 402, wie von CAN bekannt. Die einzelnen Bits des Signals VDIFF mit der Bitzeit t_bt können mit dem Empfangsmodul 122 mit einer Empfangsschwelle T_a von beispielsweise 0,7 V in der Arbitrationsphase 451 erkannt werden, wie in 5 gezeigt. In der Datenphase 452 werden die Bits der Signale CAN-XL_H und CAN-XL_L schneller, also mit einer kürzeren Bitzeit t_bt, gesendet als in der Arbitrationsphase 451. Somit unterscheiden sich die Signale CAN-XL_H und CAN-XL_L in der Datenphase 452 zumindest in deren schnelleren Bitrate von den herkömmlichen Signalen CAN_H und CAN_L. Sind die Signale CAN-XL_H und CAN-XL_L in der Datenphase 452 zudem mit einem anderen Physical Layer erzeugt, wird auch in dem Empfangsmodul 122 die Empfangsschwelle umgeschaltet beispielsweise auf eine Empfangsschwelle T_d von etwa 0,0 V in der Datenphase 452.
Die Abfolge der Zustände 401, 402 für die Signale CAN-XL_H, CAN-XL_L in 4 und der daraus resultierende Verlauf der Spannung VDIFF von 5 dient nur der Veranschaulichung der Funktion der Teilnehmerstation 10. Die Abfolge der Datenzustände für die Buszustände 401, 402 ist je nach Bedarf wählbar.
Mit anderen Worten erzeugt das Sendemodul 121 von 3 in einer ersten Betriebsart gemäß 4 einen ersten Datenzustand als Buszustand 402 mit unterschiedlichen Buspegeln für zwei Busadern 41, 42 der Busleitung und einen zweiten Datenzustand als Buszustand 401 mit demselben Buspegel für die zwei Busadern 41, 42 der Busleitung des Busses 40. Außerdem sendet das Sendemodul 121 von 3 für die zeitlichen Verläufe der Signale CAN-XL_H, CAN-XL_L in einer zweiten Betriebsart, welche die Datenphase 452 umfasst, die Bits mit einer höheren Bitrate auf den Bus 40. Wie erwähnt, können die Signale CAN-XL_H, CAN-XL_L in der Datenphase 452 zudem mit einem anderen Physical Layer als bei CAN FD erzeugt werden. Dadurch kann die Bitrate in der Datenphase 452 noch weiter erhöht werden als bei CAN FD.
Das Markiermodul 15 von 3, insbesondere dessen Auswerteblock 151, dient zum Auswerten, ob der derzeit empfangene Rahmen 450 markiert werden soll oder nicht. Hierfür hat der Auswerteblock 151 ein Empfangsfilter 1511, mit welchem vorbestimmte Rahmen 450 herausfilterbar sind.
Hierfür hat das Empfangsfilter 1511 Filterkriterien 151B, mit welchen feststellbar ist, ob der Rahmen 450 Eigenschaften hat, die auf dem Bus 40 nicht vorkommen dürfen. Die Filterkriterien 151B sind anhand von Merkmalen erstellt, welche ein Sicherheitsrisiko für das Bussystem 1 darstellen. Insbesondere sind die Filterkriterien 151B als Liste gespeichert, so dass der Auswerteblock 151 einen Vergleich mit der Liste ausführt. Eine solche Liste kann als Schwarze Liste für Sicherheitsmerkmale (Security Feature Black-List) bezeichnet werden. Die Liste kann insbesondere Identifizierer ID aufweisen, für die das Senden von vorbestimmten Rahmen 450 mit vorbestimmtem Inhalt nicht zulässig ist. Beispielsweise darf ein Sensor, der einen speziellen Identifizierer hat, keinen Rahmen 450 senden, der üblicherweise von einem Steuergerät oder einem anderen Sensor oder einem Geber oder einem Antriebsgerät erwartet wird. Hier sind beliebige Varianten denkbar und in der Liste oder in den Filterkriterien 151B speicherbar. Beispielsweise enthält die Schwarze Liste (Black List) der Teilnehmerstation 10 alle diejenigen Identifizierer ID, die nur exklusiv von der Teilnehmerstation 10 gesendet werden dürfen. Das bedeutet, wenn die Teilnehmerstation 10 eine Nachricht bzw. Rahmen 450 vom Bus 40 empfängt und der Empfangsfilter 1511 mit den Filterkriterien 151B eine solche Eigenschaft (Treffer) findet, die auf dem Bus 40 nicht vorkommen darf, dann handelt es sich um eine unerlaubt gesendete Nachricht bzw. Rahmen 450 auf dem Bus 40.
Außerdem hat das Empfangsfilter 1511 Filterkriterien 151W, mit welchen feststellbar ist, ob der Rahmen 450 für die Teilnehmerstation 10 interessant ist. Die Liste entspricht somit einem sogenannten Akzeptanzfilter. Insbesondere sind die Filterkriterien 151W als Liste gespeichert. Eine solche Liste kann als Weiße Liste bezeichnet werden.
Die Teilnehmerstation 10 verwendet das Empfangsfilter 1511 insbesondere in einem Fall, in dem die Teilnehmerstation 10 kein Sender des derzeit auf dem Bus 40 gesendeten Rahmens 450 ist, also als RX-Teilnehmerstation agiert.
Erkennt die Teilnehmerstation 10 als RX-Teilnehmerstation mit dem Auswerteblock 151, genauer dessen Empfangsfilter 1511 unter Verwendung der Filterkriterien 151B, dass der Rahmen 450, der soeben noch auf dem Bus 40 übertragen wird, dort nicht vorkommen dürfte, so signalisiert der Auswerteblock 15 dies dem Einfügeblock 152. Insbesondere weist der Auswerteblock 15 dabei den Einfügeblock 152 an, den Rahmen 450 auf dem Bus 40 mit einer Markierung 48 zu markieren. Mit anderen Worten, in dem genannten Fall kann die RX-Teilnehmerstation (Empfangsknoten) ihre Kommunikationssteuereinrichtung 11, insbesondere der CAN XL Protocol-Controlleranweisen, den Rahmen 450 auf dem Bus 40 mit einer Markierung 48 zu markieren.
Hierfür sendet die Kommunikationssteuereinrichtung 11, insbesondere der CAN XL Protocol-Controller, im Rahmen 450 in dem NACK-Feld
N dominante Bits. Die dominanten Bits überschreiben das Bit NACK. N ist idealerweise 2, weil das NACK-Bit 1 Bit lang ist, falls es gesendet wird. Alternativ kann der Einfügeblock 152 ausgestaltet sein, zwischen mehreren verschiedenen Markierungen 48 zu unterscheiden, insbesondere eine Markierung 48 mit N = 2 Bits, eine Markierung 48 mit N = 3 Bits und optional zusätzlich eine Markierung 48 mit N = 4 Bits. Selbstverständlich sind andere Beispiele denkbar. Kann der Einfügeblock 152 zwischen unterschiedlichen Markierungen 48 unterscheiden, haben die unterschiedlichen Markierungen 48 unterschiedliche Bedeutungen. Die unterschiedlichen Markierungen 48 überschreiben jeweils die andere. Grund dafür ist, dass die Anzahl der Bits der Markierungen 48 und damit die Länge der Markierungen 48 unterschiedlich ist. Alternativ kann, falls im Bussystem 1 kein NACK-Bit benötigt wird, eine Markierung 48 mit N=1 Bit Länge erfolgen.
Nach Markierung eines empfangenen Rahmens 450 mit dem Einfügeblock 152 sehen alle anderen Teilnehmerstationen 20, 30 am Bus 40, dass mindestens eine Teilnehmerstation der Meinung ist, dass dieser Rahmen 450 auf dem Bus 40 „merkwürdig“ ist, mit anderen Worten nicht in ein vorbestimmtes Muster passt und gegebenenfalls ein Sicherheitsrisiko darstellt oder darstellen könnte. Jede der Teilnehmerstationen 10, 30 am Bus 40 kann diesen markierten Rahmen 450 besonders behandeln.
Beispielsweise kann eine der Teilnehmerstationen 10, 30, insbesondere ihre Kommunikationssteuereinrichtung 11, 31 (Protocol-Controller), derart ausgestaltet sein, den markierten Rahmen 450 zu verwerfen, obwohl er fehlerfrei empfangen wurde.
Alternativ kann eine der Teilnehmerstationen 10, 30, insbesondere ihre Kommunikationssteuereinrichtung 11, 31 (Protocol-Controller), ausgestaltet sein, in eine Art Notlauf überzugehen, da ein solches Ereignis, ein mit der Markierung 48 markierter Rahmen 450, nie vorkommen sollte. Tritt dennoch ein solches Ereignis auf, nämlich ein mit der Markierung 48 markierter Rahmen 450, dann ist höchstwahrscheinlich Schadsoftware auf einem der Steuergeräte der Teilnehmerstationen 10, 30 am Bus 40. Derartige Schadsoftware versucht das Verhalten der übergeordneten technischen Anlage, insbesondere eines Fahrzeugs, zu manipulieren, indem die Schadsoftware Rahmen 450 sendet, die eigentlich nur andere Teilnehmerstationen 10, 20, 30 am Bus 40 senden dürfen. Alternativ kann ein solches Ereignis auftreten, nämlich ein markierter Rahmen 450, wenn eine Fehlkonfiguration eines Steuergeräts vorgekommen ist. In einem solchen Fall kann dies zu dem gleichen Effekt führen, nämlich einem markierten Rahmen 450.
Somit kann die Markierung 48 eines empfangenen Rahmens 450 mit dem Einfügeblock 152 auch helfen, Fehlkonfiguration(en) zu detektieren.
6 bis 9 zeigen ein Beispiel für Sendesignale TxD, die bei vier verschiedenen Teilnehmerstationen 10 des Bussystems 1 während und nach dem Senden eines Rahmens 450 an dem Anschluss TXD der einzelnen Teilnehmerstationen 10, 10, 30, 30 auftreten. Das heißt, es wird nachfolgend davon ausgegangen, dass das Bussystem 1 zumindest vier gleich aufgebaute Teilnehmerstationen 10 hat. Selbstverständlich kann alternativ zumindest eine der Teilnehmerstationen 10 aufgebaut sein, wie eine Teilnehmerstation 30.
6 zeigt einen zeitlichen Verlauf eines Sendesignals TxD1 an dem TXD-Anschluss einer ersten Teilnehmerstation 10 des Bussystems 1, die derzeit einen Rahmen 450 auf den Bus 40 sendet und somit als TX-Teilnehmerstation agiert;
7 zeigt einen zeitlichen Verlauf eines Sendesignals TxD2 an dem TXD-Anschluss einer zweiten Teilnehmerstation 10 des Bussystems 1, die derzeit als RX-Teilnehmerstation agiert und den Rahmen 450 gemäß dem Signal von 6 von dem Bus 40 empfängt;
8 zeigt einen zeitlichen Verlauf eines Sendesignals TxD3 an dem TXD-Anschluss einer dritten Teilnehmerstation 10 des Bussystems 1, die derzeit als RX-Teilnehmerstation agiert und den Rahmen 450 gemäß dem Signal von 6 von dem Bus 40 empfängt;
9 zeigt einen zeitlichen Verlauf eines Signals TxD4 an dem TXD-Anschluss einer vierten Teilnehmerstation 10 des Bussystems 1, die derzeit als RX-Teilnehmerstation agiert und den Rahmen gemäß dem Signal von 6 von dem Bus des Bussystems empfängt.
Somit sendet die erste Teilnehmerstation 10 mit dem Sendesignal TxD1 gemäß 6 einen Rahmen 450 auf den Bus 40. Der Rahmen 450 wird von den anderen Teilnehmerstationen 10 empfangen. Der Rahmen 450 wird in der Arbitrationsphase 451 mit Bits mit einer ersten Bitdauer t_b1 gesendet. In der Datenphase 452 wird der Rahmen 450 mit Bits mit einer zweiten Bitdauer t_b2 gesendet. Die zweite Bitdauer t_b2 ist kürzer als die erste Bitdauer t_b1, wie zuvor beschrieben.
Die zweite Teilnehmerstation 10 hat den Rahmen 450 korrekt empfangen und bestätigt dies mit einem ACK, wie in 7 in dem Sendesignal TxD2 gezeigt.
Dagegen hat die dritte Teilnehmerstation 10 den Rahmen 450 nicht korrekt empfangen. Daher bestätigt die dritte Teilnehmerstation 10 den Empfang des Rahmens 450 mit einem NACK, wie in 8 in dem Sendesignal TxD3 gezeigt. Das NACK ist als inverses Bit in den Rahmen 450 eingefügt. Mit anderen Worten, das NACK ist als inverser Wert zu dem Wert des Bits eingefügt, der in dem Sendesignal TxD1 gesendet wurde.
Außerdem hat die vierte Teilnehmerstation 10 den Rahmen 450 als „merkwürdigen“ Rahmen 450 eingestuft. Daher markiert die vierte Teilnehmerstation 10 den Rahmen 450 mit ihrem Markiermodul 15 mit einer Markierung 48, wie zuvor in Bezug auf 3 bis 5 beschrieben. Hierfür sendet die Teilnehmerstation 10 ein Sendesignal TxD4 mit einer Markierung 48 in den Bits NACK und NCK dlm, wie in 9 gezeigt. Die Markierung 48 hat bei dem Beispiel von 9 zwei dominante Bits. Somit gilt N = 2. Zudem ist die Markierung 48 bei dem NACK und NCK dlm als inverse Bits in den Rahmen 450 eingefügt. Mit anderen Worten, die Markierung 48 ist als inverser Wert zu dem Wert der Bits NACK und NCK dlm eingefügt, der in dem Sendesignal TxD1 gesendet wurde.
In Folge der Markierung 48, welche alle Teilnehmerstationen 10 in ihrem Empfangssignal RxD empfangen und somit sehen, gehen die drei RX-Teilnehmerstationen 10, also die zweite bis vierte Teilnehmerstation 10, gemäß einer der zuvor beschriebenen Möglichkeiten vor, um auf den Rahmen 450 zu reagieren. Die jeweils gewählte Möglichkeit der Reaktion auf die Markierung 48, genauer gesagt den Rahmen 450, kann ab Werk fest eingestellt sein oder zuvor bei der Konfiguration der jeweiligen Teilnehmerstation 10 eingestellt worden sein.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist das Markiermodul 15, insbesondere der Einfügeblock 152, ausgestaltet, das Bit NACK als Markierung 48 mit N Bits zu überschreiben, um die Markierung 48 des Rahmens 450 durchzuführen. Hierbei ist N eine natürliche Zahl größer oder gleich 1.
Gemäß einer Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels ist das Markiermodul 15, insbesondere der Einfügeblock 152, ausgestaltet, bei der Überlagerung auch eine Art Arbitration durchzuführen. Hierfür geht die Teilnehmerstation 10 folgendermaßen vor.
Die Teilnehmerstation 10, die ein NACK gesendet hat, wie in 8 gezeigt, überprüft, ob ihr NACK überschrieben wurde. Wurde das NACK überschrieben, dann sendet die Teilnehmerstation 10 ihr NACK im Anschluss an die Markierung 48 nochmals.
Somit kann in dem Bussystem 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und dessen zuvor beschriebenen Varianten und Modifikationen zuverlässig erkannt und den anderen Busteilnehmern mitgeteilt werden, wenn ein „merkwürdiger“ Rahmen 450 im Bussystem 1 gesendet wird. Dadurch kann bei hoher Datenübertragungsrate die Datensicherheit des Betriebs des Bussystems 1 im Vergleich zu dem Stand der Technik erhöht werden. Dadurch kann auch die Sicherheit des Betriebs der übergeordneten technischen Anlage, insbesondere eines Fahrzeugs oder einer industriellen Anlage, oder einer sonstigen technischen Anlage, im Vergleich zu dem Stand der Technik erhöht werden.
10 zeigt eine Art der Markierung 480 eines „merkwürdigen“ Rahmens 450 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Zumindest eine der Teilnehmerstationen 10, 30 kann ausgestaltet sein, die Markierung 480 alternativ oder zusätzlich zu einer Markierung 48 gemäß dem vorangehenden Ausführungsbeispiel vorzunehmen. Nachfolgend wird zur Vereinfachung nur Bezug auf die Teilnehmerstation 10 genommen, auch wenn die nachfolgende Beschreibung analog bei der Teilnehmerstation 30 einsetzbar ist.
Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist das Markiermodul 15, insbesondere das Einfügemodul 152, ausgestaltet, eine Markierung 480 nach dem Rahmen 450 einzufügen. Somit wird die Markierung 480 nicht in dem Rahmen 450 gesendet. Daher können das NACK-Bit und das NACK-dlm-Bit optionale Bits sein. Sind das NACK-Bit und das NACK-dlm-Bit vorhanden, ist die Funktion der Bits NACK, NACK-dlm bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dieselbe wie die Funktion des ACK-Bits und des ACK-dlm-Bits.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beginnt die Markierung 480 im Zwischenrahmenabstand 458 (INT). Der Zwischenrahmenabstand 458 (INT) hat bei CAN minimal 3 Bits.
Das Markiermodul 15 ist somit ausgestaltet, die Markierung 480 insbesondere unmittelbar nach dem Rahmen 450 einzufügen. Bei dem Beispiel von 10 ist die Markierung 480 ab Bit 2 des Zwischenrahmenabstands 458 (INT) eingefügt. Somit ist jede der Teilnehmerstationen 10, 30, insbesondere ihre Kommunikationssteuereinrichtung 11, 31, genauer ihr Protocol-Controller, derart ausgestaltet, auch noch nach dem Empfang des Endes des Rahmens 450 in dem Zwischenrahmenabstand 458 (INT) zu suchen, ob eine Markierung 480 vorhanden ist oder nicht. Dadurch kann die Teilnehmerstation 10, 20, 30, insbesondere ihre Kommunikationssteuereinrichtung 11, 31, genauer ihr Protocol-Controller, feststellen, ob der zuvor empfangene Rahmen 450 von irgendeiner der Teilnehmerstationen 10, 30 als „merkwürdiger“ Rahmen 450 eingestuft wurde.
Bei dem Beispiel von 10 hat der Einfügeblock 152 in das Sendesignal TxD4 im Zwischenrahmenabstand 458 (Intermission Feld) eine Markierung 480 (Overload-Flag = Überlast-Kennung) eingefügt, die eine Länge M = 8 Bit hat. Da zwei Markierungen 480 (Overload-Flags) sich nicht zu dieser Länge M = 8 Bit überlagern können, ist die Art der Markierung 480 eine Variante, einen „merkwürdigen“ Rahmen 450 zerstörungsfrei zu markieren. Jede andere Länge M ist auch möglich, die sich nicht durch Überlagerung von Markierungen 480 (Overload-Flags) ergeben kann. Ein normaler Overload-Flag hat die Länge von 6 Bit.
Im Übrigen sind die Module 15, 35 auf die gleiche Weise aufgebaut, wie zuvor für das erste Ausführungsbeispiel oder eine deren Modifikationen beschrieben.
Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Teilnehmerstationen 10, 20, 30, des Bussystems 1 und des darin ausgeführten Verfahrens können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere können alle Merkmale der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele und/oder deren Modifikationen beliebig kombiniert werden. Zusätzlich oder alternativ sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
Möglich ist, dass mindestens eine der Teilnehmerstationen 10, 30, insbesondere ihre Kommunikationssteuereinrichtung 11, 31, genauer ihr Protocol-Controller, nur eine Markierung 48 oder eine Markierung 480 für einen Rahmen erkennen kann. Auf diese Weise kann zwischen den Bedeutungen der Markierungen 48, 480 unterschieden werden. Zudem hat diese mindestens eine der Teilnehmerstationen 10, 20, 30, insbesondere ihre Kommunikationssteuereinrichtung 11, 21, 31, genauer ihr Protocol-Controller, weniger Unterscheidungsmöglichkeiten für eine Reaktion auf die Markierungen 48, 480.
Möglich ist alternativ oder zusätzlich, dass mindestens eine der Teilnehmerstationen 10, 20, 30, insbesondere ihre Kommunikationssteuereinrichtung 11, 21, 31, genauer ihr Protocol-Controller, nur einen Teil der Bedeutungen der Markierungen 48, 480 unterscheiden kann. Dadurch hat diese mindestens eine der Teilnehmerstationen 10, 20, 30, insbesondere ihre Kommunikationssteuereinrichtung 11, 21, 31, genauer ihr Protocol-Controller, weniger Unterscheidungsmöglichkeiten für eine Reaktion auf die Markierungen 48, 480.
Denkbar ist zudem, dass die TX-Teilnehmerstation, die den von ihr auf den Bus 40 gesendeten Rahmen 450 vom Bus 40 empfängt, eine Markierung 48 oder 480 in den Rahmen 450 einfügt, wenn die TX-Teilnehmerstation in dem Rahmen 450, der anstelle des erwarteten Rahmens 450 (entspricht dem gesendeten Rahmen 450) empfangen wird, einen merkwürdigen Rahmen erkennt. Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn eine schadhafte Software Markierungen 48, 480 einfügt, die die TX-Teilnehmerstation als „merkwürdig“ einstuft. Eine solche schadhafte Software kann beispielsweise, auch wenn die zugehörige Teilnehmerstation 10, 30 eine RX-Teilnehmerstation und daher in der laufenden Datenphase 452 nur Empfänger des Rahmens ist, nicht nur im NACK-Bit, sondern an einer anderen Stelle in dem Rahmen 450 selbst etwas auf den Bus 40 senden und damit den von der TX-Teilnehmerstation auf den Bus 40 gesendeten Rahmen 450 verfälschen. Die TX-Teilnehmerstation kann dies erkennen und somit den Rahmen 450 bereits mit mindestens einer entsprechenden Markierung 48, 480 versehen. Zudem oder alternativ kann die schadhafte Software sogar auf der TX-Teilnehmerstation aktiv sein und verfälsche Nachrichten senden. Das Markiermodul 15, welches idealerweise von der schadhaften Software nicht manipuliert werden kann, fügt bei Bedarf bzw. in einem solchen Fall mindestens eine der Markierungen 48, 480 ein.
Auch wenn die Erfindung zuvor am Beispiel des CAN-Bussystems beschrieben ist, kann die Erfindung bei jedem Kommunikationsnetzwerk und/oder Kommunikationsverfahren eingesetzt werden, bei welchem zwei verschiedene Kommunikationsphasen verwendet werden, in denen sich die Buszustände unterscheiden, die für die unterschiedlichen Kommunikationsphasen erzeugt werden. Insbesondere ist die Erfindung bei Entwicklungen von sonstigen seriellen Kommunikationsnetzwerken, wie Ethernet und/oder 10 Base-T1 S Ethernet, Feldbussystemen, usw. einsetzbar.
Insbesondere kann das Bussystem 1 gemäß den Ausführungsbeispielen ein Kommunikationsnetzwerk sein, bei welchem Daten seriell mit zwei verschiedenen Bitraten übertragbar sind. Es ist vorteilhaft, jedoch nicht zwangsläufige Voraussetzung, dass bei dem Bussystem 1 zumindest für bestimmte Zeitspannen ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation 10, 20, 30 auf einen gemeinsamen Kanal gewährleistet ist.
Die Anzahl und Anordnung der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 in dem Bussystem 1 der Ausführungsbeispiele ist beliebig. Insbesondere kann die Teilnehmerstation 20 in dem Bussystem 1 entfallen. Es ist möglich, dass eine oder mehrere der Teilnehmerstationen 10 oder 30 in dem Bussystem 1 vorhanden sind. Denkbar ist, dass alle Teilnehmerstationen in dem Bussystem 1 gleich ausgestaltet sind, also nur Teilnehmerstation 10 oder nur Teilnehmerstation 30 vorhanden sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO11898-1:2015 [0066]

Claims

Teilnehmerstation (10; 20; 30) für ein serielles Bussystem (1), mit einer Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) zum Steuern einer Kommunikation der Teilnehmerstation (10; 20; 30) mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation (10; 20; 30) des Bussystems (1) und zum Erzeugen eines Sendesignals (TxD; TxD1; TxD2; TxD3; TxD4) gemäß einem Rahmen (450), einer Sende-/Empfangseinrichtung (12; 22; 32), die zum seriellen Senden des von der Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) erzeugten Sendesignals (TxD; TxD1; TxD2; TxD3; TxD4) auf einen Bus (40) des Bussystems (1) ausgestaltet ist, und die zum seriellen Empfangen von Signalen von dem Bus (40) ausgestaltet ist, und einem Markiermodul (15; 35) zum Auswerten, ob ein vom Bus (40) empfangener Rahmen (450) auf dem Bus (40) vorkommen darf oder nicht, und zum Markieren eines Rahmens (450), mit einer Markierung (48; 480) derart, dass die Sende-/Empfangseinrichtung (12; 32) die Markierung (48; 480) auf den Bus (40) sendet, um das Ergebnis der Auswertung der mindestens einen anderen Teilnehmerstation (10; 30) des Bussystems (1) mitzuteilen.
Teilnehmerstation (10; 20; 30) nach Anspruch 1, wobei das Markiermodul (15; 25; 35) zum Markieren eines Rahmens (450) ausgestaltet ist, der auf dem Bus (40) nicht vorkommen darf.
Teilnehmerstation (10; 20; 30) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Markiermodul (15; 25; 35) ausgestaltet ist, durch Vergleich mit einer Liste auszuwerten, ob ein vom Bus (40) empfangener Rahmen (450) auf dem Bus (40) markiert werden muss oder nicht.
Teilnehmerstation (10; 20; 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Markiermodul (15; 25; 35) ausgestaltet ist, die Markierung (48) in den Rahmen (450) einzufügen, ohne dass der Rahmen (450) zerstört wird.
Teilnehmerstation (10; 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Markiermodul (15; 35) ausgestaltet ist, die Markierung (48) in den Rahmen (450) nach einem Datenfeld (455) einzufügen, in dem Nutzdaten des Rahmens (450) eingefügt sind.
Teilnehmerstation (10; 20; 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Markiermodul (15; 25; 35) ausgestaltet ist, die Markierung (48) als Markierung mit einer zeitlichen Länge von N Bits in den Rahmen (450) einzufügen, wobei N eine natürliche Zahl größer oder gleich 1 ist.
Teilnehmerstation (10; 20; 30) nach Anspruch 6, wobei das Markiermodul (15; 25; 35) ausgestaltet ist, die Länge der Markierung (48) abhängig davon auszuwählen, welche Bedeutung die Markierung (48) hat.
Teilnehmerstation (10; 20; 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Markiermodul (15; 25; 35) ausgestaltet ist, die Markierung (48) als inverses Bit in den Rahmen (450) an einer Position (NACK) einzufügen, die für die Teilnehmerstation (10; 20; 30) des Bussystems (1) vorgesehen ist, einen nicht korrekten Empfang des Rahmens (450) anzuzeigen, und wobei das Markiermodul (15; 25; 35) ausgestaltet ist, eine zeitlich längere Markierung (48) in den Rahmen (450) einzufügen als eine zeitliche Länge für die Anzeige des nicht korrekten Empfangs des Rahmens (450) in dem Rahmen (450) vorgesehen ist.
Teilnehmerstation (10; 20; 30) nach Anspruch 1 bis 3, wobei das Markiermodul (15; 25; 35) ausgestaltet ist, die Markierung (480) nach dem Rahmen (450) einzufügen, ohne dass der Rahmen (450) zerstört wird.
Teilnehmerstation (10; 30) nach Anspruch 9, wobei das Markiermodul (15; 25; 35) ausgestaltet ist, die Markierung (480) nach dem Rahmen (450) beginnend mit dem zweiten Bit eines Zwischenrahmenabstands (458) einzufügen.
Teilnehmerstation (10; 30) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Markierung (480) eine größere Länge hat als die maximale Länge einer Überlastkennung, die in dem Zwischenrahmenabstand (458) gesendet werden kann.
Teilnehmerstation (10; 20; 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung (12; 22; 32) zum seriellen Senden eines von der Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) erzeugten Sendesignals (TxD; TxD1; TxD2; TxD3; TxD4) auf einen Bus (40) des Bussystems (1) derart ausgestaltet ist, dass sich für den Rahmen (450) die Bitzeit (t_bt1) des in einer ersten Kommunikationsphase (451) auf den Bus (40) gesendeten Signals unterscheiden kann von einer Bitzeit (t_bt2) des in einer zweiten Kommunikationsphase (452) gesendeten Signals.
Teilnehmerstation (10; 20; 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Rahmen (450) kompatibel zu CAN FD aufgebaut ist, und wobei in einer ersten Kommunikationsphase (451) ausgehandelt wird, welche der Teilnehmerstationen (10, 20, 30) des Bussystems (1) in einer nachfolgenden zweiten Kommunikationsphase (452) einen zumindest zeitweise exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus (40) bekommt.
Bussystem (1), mit einem Bus (40), und mindestens zwei Teilnehmerstationen (10; 20; 30), welche über den Bus (40) derart miteinander verbunden sind, dass sie seriell miteinander kommunizieren können und von denen mindestens eine Teilnehmerstation (10; 30) eine Teilnehmerstation (10; 20; 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche ist.
Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem (1), wobei das Verfahren mit einer Teilnehmerstation (10; 20; 30) des Bussystems (1) ausgeführt wird, die eine Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31), eine Sende-/Empfangseinrichtung (12; 22; 32) und ein Markiermodul (15; 35) aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, Steuern, mit der Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31), einer Kommunikation der Teilnehmerstation (10; 20; 30) mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation (10; 20; 30) des Bussystems (1), wobei die Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) zum Erzeugen eines Sendesignals (TxD; TxD1; TxD2; TxD3; TxD4) gemäß einem Rahmen (450) ausgestaltet ist, seriell Senden, mit der Sende-/Empfangseinrichtung (12; 22; 32), eines von der Kommunikationssteuereinrichtung (11; 21; 31) erzeugten Sendesignals (TXD) auf einen Bus (40) des Bussystems (1), seriell Empfangen, mit der Sende-/Empfangseinrichtung (12; 22; 32), von Signalen von dem Bus (40) des Bussystems (1), Auswerten, mit dem Markiermodul (15; 35), ob ein vom Bus (40) empfangener Rahmen (450) auf dem Bus (40) vorkommen darf oder nicht, und Markieren, mit dem Markiermodul (15; 35), eines Rahmens (450), mit einer Markierung (48; 480) derart, dass die Sende-/Empfangseinrichtung (12; 32) die Markierung (48; 480) auf den Bus (40) sendet, um das Ergebnis der Auswertung der mindestens einen anderen Teilnehmerstation (10; 30) des Bussystems (1) mitzuteilen.