DE69621692T2 - Elektrisches Datenübertragungssystem - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Datenübertragungssystem und insbesondere, aber nicht ausschließlich, eine serielle Verbindung für ein gemultiplextes Fahrzeug-Verdrahtungssystem, wobei die Verbindung zwei Module eines elektronischen Systems für ein Kraftfahrzeug verbindet.
• Aus US4694 [illegible], WO 90/15493, US4593282 und US5329531 ist bekannt, ein Kommunikationssystem bereitzustellen, bei dem synchrone und asynchrone Kommunikation gemeinsam dasselbe Kommunikationsmedium benutzen können. Die gemeinsame Benutzung des Kommunikationsmediums erfolgt durch Zuordnen von Prioritäten zu den Übertragungen und Zuteilen von Zeitschlitzen für den Zugriff auf den Datenbus.
• In allen diesen Schriften des Stands der Technik ist die Kommunikation entweder synchron oder asynchron und bleibt stets in dieser Form. Bei allen obenerwähnten Systemen kommt es zu dem Problem, daß es bei einer Störung der synchronen Übertragungen notwendig ist, die Daten asynchron neu zu übertragen.
• Folglich liefert die Erfindung ein elektrisches Datenübertragungssystem mit einem ersten und einem zweiten Knoten, die durch eine serielle Verbindung verbunden sind, die mindestens zwei Leitungen enthält, wobei das System in einer ersten synchronen Betriebsart betreibbar ist, in der eine der Leitungen als eine Datenleitung und die andere der Leitungen als eine Synchronisierungsleitung wirkt, und dadurch gekennzeichnet, daß das System auch in einer zweiten, asynchronen Betriebsart betreibbar ist, in der der zweite Knoten so ausgelegt ist, daß er Daten asynchron von einer der Leitungen empfängt, und die Verbindung so angeordnet ist, daß sie normalerweise in der synchronen Betriebsart arbeitet und automatisch auf die asynchrone Betriebsart umkonfiguriert wird, wenn eine der Leitungen als außer Betrieb erkannt wird, wobei die asynchronen Daten die andere der Leitungen verwenden.
• Der zweite Knoten kann so angeordnet werden, daß er in der asynchronen Betriebsart Daten aus einer beliebigen der Leitungen empfangen kann.
• In der synchronen Betriebsart können Signale in beiden Richtungen zwischen den Knoten gesendet werden.
• In der asynchronen Betriebsart kann das System so angeordnet werden, daß es Signale in beiden Richtungen zwischen dem ersten und dem zweiten Knoten sendet.
• Der zweite Knoten kann Mittel aufweisen, die wirken, um zwischen einer Leitung, die Daten führt, und einer außer Betrieb befindlichen Leitung zu unterscheiden.
• Mindestens eine der Leitungen kann so ausgelegt werden, daß sie Daten in codierter Form führt, wobei die Daten einen eingebetteten Takt enthalten.
• Die Erfindung kann außerdem ein Verfahren zum Betrieb einer seriellen Verbindung zur Übertragung von Daten bereitstellen, wobei die Verbindung mindestens zwei Leitungen aufweist, die einen ersten und einen zweiten Knoten verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren das synchrone Übertragen von Daten über die Leitungen in einer normalen Betriebsart, wobei eine der Leitungen als eine Datenleitung und eine andere als eine Synchronisierungsleitung wirkt, und, wenn eine der Leitungen ausfällt, das asynchrone Übertragen von Daten über die oder mindestens eine der übrigen Leitungen in einer Ausfallbetriebsart umfaßt.
• Das Verfahren kann außerdem Datenübertragungen in beiden Richtungen zwischen dem ersten und dem zweiten Knoten in der synchronen Betriebsart oder in der asynchronen Betriebsart bereitstellen.
• Das Verfahren kann das Erkennen eines Leitungsausfalls umfassen und als Reaktion auf eine solche Ausfallerkennung den zweiten Knoten automatisch so umkonfigurieren, daß er empfangene Daten asynchron liest.
• Das Verfahren kann außerdem bereitstellen, daß die in der normalen Betriebsart übertragenen Daten dieselben Daten sind wie die in der Ausfallbetriebsart übertragenen Daten.
• Das Verfahren kann in der Ausfallbetriebsart das Lesen des Signalpegels der übertragenen Daten mit einer vorbestimmten Verzögerung nach einem Signalpegelübergang in einer vorbestimmten Richtung umfassen. Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichungen beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 ein Schaltbild eines Teils eines gemultiplexten Verdrahtungssystems, einschließlich einer erfindungsgemäßen seriellen Verbindung;
• Fig. 2 ein Impulsdiagramm von Signalen, die codierte Daten auf der seriellen Verbindung von Fig. 1 führen;
• Fig. 3 ein fragmentarisches Impulsdiagramm der Signale von Fig. 2, die codierte "1"- und "0"-Bit führen; und
• Fig. 4 ein Flußdiagramm, das die Auswahl des Datenempfangsweges gemäß der Erfindung zeigt.
• Mit Bezug auf Fig. 1 umfaßt ein Teil eines gemultiplexten Fahrzeug-Verdrahtungssystems einen ersten Knoten, der die Funktion eines Masters in Form eines Chassis-Steuermoduls (BCM) 10 ausführt, das bidirektional durch eine serielle Verbindung 11 mit einem zweiten Knoten verbunden wird, der die Funktion eines Slave in Form einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) 12 ausführt.
• Die serielle Verbindung 11 umfaßt zwei Leitungen J, M aus isoliertem Kupferdraht. Das BCM 10 und die ASIC 12 sind weiterhin mit einer gemeinsamen Versorgung V und einer gemeinsamen Masse GND verbunden.
• Die ASIC 12 enthält ein erstes, ein zweites und ein drittes Schieberegister A, B, C jeweils mit einem Dateneingang A1, B1, C1 bzw. einem Takteingang CKA, CKB, CKC. Die durch die Dateneingänge A1, B1, C1 eingegebenen Daten werden von der ASIC 12 aus den Signalen auf den Leitungen J und M abgeleitet.
• Nunmehr unter Bezugnahme auch auf Fig. 2 und 3 werden im normalen Betrieb Daten seriell auf beiden Leitungen unter Verwendung einer "Return-to-Zero"-Codierung (RZ- Codierung) übertragen, bei der die Leitung im High- Zustand bleibt (oder "leerläuft"), bis ein Signal übertragen wird, wenn jedes Bit mit einem Low-Teil beginnt und mit einem High-Teil endet und einen Mittelteil aufweist, der für eine "1" High und für eine "0" Low ist. Aus Fig. 2 geht hervor, daß die auf der J- Leitung geführten Daten binär 101101 sind.
• Das Signal auf der M-Leitung ist mit dem Signal auf der J-Leitung identisch und führt dieselben Daten mit derselben Datenrate, wird aber mit einem Phasenverzug von 180º übertragen, was einer Verzögerung von δ nach dem Signal auf der J-Leitung gleichkommt, wobei δ = t/2 und t die Dauer zwischen aufeinanderfolgenden fallenden Flanken einer der Leitungen ist. Die 1/2-Bitverzögerung 8 wird außerdem später zur Definition der für die Registertakte CKA, CKB, CKC verwendeten eingebetteten Taktfunktionen benutzt.
• Die ASIC 10 leitet die Dateneingangssignale A1, B1, C1 und die Takteingangssignale CKA, CKB, CKC aus den Signalen auf den Leitungen J und M ab.
• Während die Leitungen J und M "im High-Zustand leerlaufen", erkennen die Register A, B, C den Beginn eines Datenbyte durch den ersten Übergang von High zu Low auf der betreffenden Leitung J, M. Das Byte wird dann unter Verwendung ihrer jeweiligen Takte CKA, CKB, CKC eingelesen.
• Im Register A wird das Signal auf der J-Leitung direkt an den Dateneingang A1 des Registers A und das Signal auf der M-Leitung direkt an den Takteingang CKA angelegt. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, fällt jede fallende Flanke in dem Signal auf der M-Leitung mit dem Mittelteil des entsprechenden Bit in dem Signal auf der J-Leitung zusammen. Deshalb wird bei jeder fallenden Flanke in dem Signal auf der M-Leitung der Pegel des Signals auf der J-Leitung als ein Bit von Daten DA in dem Register gespeichert, und zwar als eine "1", wenn er High ist, und als eine "0", wenn er Low ist. Das Signal auf der M-Leitung wirkt deshalb als ein Takt zur Zeitsteuerung der Dateneingabe aus der J-Leitung in das Register.
• Im Register B wird das Signal auf der J-Leitung direkt an den Dateneingang B1 angelegt. Das Signal auf der J- Leitung wird außerdem an den Takteingang CKB angelegt, aber erst nach einer Zeitverzögerung δ nachdem es an den Dateneingang angelegt wurde. Das Signal auf der J- Leitung kann deshalb als Daten DB ähnlich wie die Eingabe für das Register A in das Register B eingegeben werden, aber unter Verwendung der fallenden Flanken zwischen den Bit auf der J-Leitung als ein eingebetteter Takt zur Zeitsteuerung der Dateneingabe aus dem Dateneingang. Das Signal auf der J-Leitung wird deshalb zu den in dem Register B gehaltenen Daten DB.
• Im Register C wird das Signal auf der M-Leitung direkt an den Dateneingang C1 und nach einer Zeitverzögerung von δ, nachdem es an den Dateneingang angelegt wurde, an den Takteingang CKC angelegt. Die Daten in dem Signal auf der M-Leitung können deshalb genauso als Daten DC in das Register C eingegeben werden wie bei der Dateneingabe in das Register B.
• Die Gültigkeit der Daten DA, DB, DC in jedem Register A, B, C wird mit einer Prüfsumme geprüft.
• Fig. 4 zeigt den Entscheidungsprozeß für die Datenauswahl zwischen den Schieberegistern A, B, C, und die ASIC 12 konfiguriert sich automatisch selbst, um die in dem Schieberegister A, B, C mit der höchsten Priorität, das gültige Daten DA, DB, DC hält, vorliegenden Daten zu lesen.
• Wenn die Daten DA gültig sind, erfolgt der Betrieb der seriellen Verbindung 11 in der synchronen Betriebsart, und Informationen werden mit einer flexiblen Bitrate durch das erste Schieberegister A hindurchgeleitet. Die Daten in den anderen Registern B, C werden ignoriert. Dies ist eine erste Betriebsart (Betriebsart 1).
• Wenn die Daten DA ungültig sind, konfiguriert sich die ASIC 12 automatisch um, so daß sie in einer zweiten Betriebsart arbeitet (Betriebsart 2). Wenn die anderen Daten DB, DC beide gültig sind, geht der Betrieb der seriellen Verbindung 11 als Vorgabe zu einem redundanten eingebetteten Zweidraht-Takt mit einer im wesentlichen festen Bitrate über.
• Die Daten werden unter Verwendung entweder der J- Leitung oder der M-Leitung weitergeleitet, und wenn die verwendete Leitung J, M einen Fehler entwickelt, konfiguriert sich der Slave automatisch um, so daß er nur die andere Leitung J, M liest. Der verwendete Takt CKB, CKC ist der eingebettete Takt für die verwendete Leitung J, M, und die andere Leitung J, M mit ihrem Takt CKB, CKC ist redundant.
• Die ASIC 12 gibt dem zweiten Register B eine höhere Priorität als dem dritten Register C, und da die Kommunikation asynchron ist, muß die Bitrate im wesentlichen fest gehalten werden. In diesem Fall werden die Daten in dem Register C ignoriert.
• Wenn sowohl die Daten DA als auch die Daten DB ungültig sind und die Daten DC gültig sind, geht der Betrieb der seriellen Verbindung 11 als Vorgabe zu einem Eindrahtsystem mit einem eingebetteten Takt über, und die Kommunikation wird asynchron durch das dritte Schieberegister C hindurchgeleitet, aber wiederum mit einer im wesentlichen festen Bitrate.
• Wenn alle Daten DA, DB, DC ungültig sind, dann besteht ein Totalausfall und die Kommunikation kann nicht hergestellt werden. Das BCM 10 protokolliert einen Fehlerzustand und signalisiert den Fehler dem Benutzer.
• Für Kommunikation von der ASIC 12 zu dem BCM 10 ist die Übertragung mit der Betriebsart veränderlich und stellt einen echt bidirektionalen Datentransfer her. In beiden Fällen sendet der Master ein Kopfbyte mit einer darauffolgenden Reihe von "1"en, und der Slave reagiert mit einer Modifikation eines Teils der "1"en zu "0"en, um Daten zu erzeugen, die vom Master empfangen werden.
• In der Betriebsart 1, die synchron ist, wird die Zeitsteuerung der Datenübertragung durch die ASIC 12 auf der J-Leitung durch die fallenden Flanken in dem Signal auf der M-Leitung gesteuert.
• In der Betriebsart 2, die asynchron ist, wird die Zeitsteuerung der Datenübertragung durch die ASIC 12 auf der Leitung, die verwendet wird, durch die fallenden Flanken zwischen den Bit in dem auf dieser Leitung durch das BCM 10 übertragenen Signal gesteuert.
• Es versteht sich, daß, wie bei Übertragungen von dem BCM 10 zu der ASIC 12, die Betriebsart 1 sowohl die J- als auch die M-Leitung erfordert, während die Betriebsart 2 entweder auf der J- oder auf der M- Leitung arbeiten kann.
• Alle Optionen können in der ASIC 12 implementiert werden, ohne daß eine präzise Zeitsteuerung oder ein UART-Baustein notwendig sind, und mit gemeinsamer Master-Hardware. Das heißt, daß eine vielseitige serielle Verbindung 11 bereitgestellt werden kann, die abhängig von den Anforderungen ihrer Anwendung eine bestimmte Betriebsart bereitstellen kann.
• Auf diese Weise ist ersichtlich, daß die Datenübertragung durch die vorliegende Erfindung zuverlässiger aufrechterhalten werden kann, da die synchrone Übertragung zwar zum Beispiel wegen wünschenswerter Rauschschwellen vorteilhaft ist, sie aber eine unzuverlässige Betriebsart ist, die bei Ausfall einer beliebigen von mehreren Leitungen zusammenbricht, während die vorliegende Erfindung im Fall einer Störung der seriellen Kommunikation eine automatische Umkonfiguration zu einer asynchronen Betriebsart bereitstellt.

Claims (12)

1. Elektrisches Datenübertragungssystem mit einem ersten und einem zweiten Knoten (10, 12), die durch eine serielle Verbindung (11) verbunden werden, die mindestens zwei Leitungen (J, M) enthält, wobei das System in einer ersten, synchronen Betriebsart betreibbar ist, in der eine der Leitungen als eine Datenleitung und eine andere der Leitungen (J, M) als eine Synchronisierungsleitung wirkt, und das System außerdem in einer zweiten, asynchronen Betriebsart betreibbar ist, in der der zweite Knoten (12) so ausgelegt ist, daß er Daten asynchron von einer der Leitungen (J, M) empfängt, und die Verbindung (11) so angeordnet ist, daß sie normalerweise in der synchronen Betriebsart arbeitet und automatisch auf die asynchron Betriebsart umkonfiguriert wird, wenn eine der Leitungen (J, M) als außer Betrieb erkannt wird, wobei die asynchronen Daten die andere der Leitungen (J, M) verwenden.

2. Elektrisches System nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Knoten (12) so angeordnet ist, daß er Daten in der asynchronen Betriebsart aus einer beliebigen der Leitungen (J, M) empfangen kann.

3. Elektrisches System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß in der synchronen Betriebsart Signale in beiden Richtungen zwischen den Knoten (10, 12) gesendet werden können.

4. Elektrisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das System in der asynchronen Betriebsart so angeordnet ist, daß es Signale in beiden Richtungen zwischen dem ersten und dem zweiten Knoten (10, 12) sendet.

5. Elektrisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Knoten (12) Mittel aufweist, die wirken, um zwischen einer Leitung (J, M), die Daten führt, und einer außer Betrieb befindlichen Leitung zu unterscheiden.

6. Elektrisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Leitungen (J, M) so ausgelegt ist, daß sie Daten in codierter Form führt, wobei die Daten einen eingebetteten Takt enthalten.

7. Verfahren zum Betrieb einer seriellen Verbindung (11) zur Übertragung von Daten, wobei die Verbindung (11) mindestens zwei Leitungen (J, M) aufweist, die einen ersten und einen zweiten Knoten (10, 12) verbinden und das Verfahren folgendes umfaßt: synchrones Übertragen von Daten über die Leitungen (J, M) in einer normalen Betriebsart, wobei eine der Leitungen (J, M) als eine Datenleitung und eine andere als eine Synchronisierungsleitung wirkt, und, wenn eine der Leitungen (J, M) ausfällt, asynchrones Übertragen von Daten über die oder mindestens eine der übrigen Leitungen (J, M) in einer Ausfallbetriebsart.

8. Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß in der synchronen Betriebsart Daten in beiden Richtungen zwischen dem ersten und dem zweiten Knoten (10, 12) übertragen werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß in der asynchronen Betriebsart Daten in beiden Richtungen zwischen dem ersten und dem zweiten Knoten (10, 12) übertragen werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren das Erkennen eines Ausfalls der Leitung (J, M) umfaßt und als Reaktion auf eine solche Ausfallerkennung der zweite Knoten (12) automatisch so umkonfiguriert wird, daß er empfangene Daten asynchron liest.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die in der normalen Betriebsart übertragenen Daten dieselben wie die in der Ausfallbetriebsart übertragenen Daten sind.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren in der Ausfallbetriebsart das Lesen des Signalpegels der übertragenen Daten mit einer vorbestimmten Verzögerung nach einem Signalpegelübergang in einer vorbestimmten Richtung umfaßt.