用于总线系统的用户站和用于提高总线系统中的传输容量的方法与流程

本发明涉及一种用于总线系统的用户站和一种用于提高总线系统中的传输容量的方法，所述用户站和方法主要是可以在按照规范CAN-FD来传输数据的总线系统中投入应用。

背景技术：

对于在两个或者多个总线用户、诸如（多个）传感器、（多个）控制设备等等之间的通信来说，CAN总线系统已广泛传播。在CAN总线系统的情况下，如在ISO11898中的CAN规范中所描述的那样借助于CAN协议来传输消息。

DE10 000 305 A1描述了CAN（控制器局域网络（Controller Area Network））以及所述CAN的被称作TTCAN（Time Trigger CAN＝时间触发CAN）的扩展。在CAN中所使用的介质访问控制方法基于按位的仲裁。在CAN的情况下，按位的仲裁依据在要通过总线传输的消息之内的引导的（führend）标识符来进行。

最近提出了如下技术:诸如CAN-FD等等，在所述CAN-FD的情况下，消息根据规范“CAN with Flexible Data-Rate（具有灵活的数据速率的CAN），规范版本1.0”（来源：http://www.semiconductors.bosch.de）来传输。在这种技术的情况下，最大可能的数据速率通过在数据字段的范围中采用更高的时控被增加超过1MBit/s的值。因此，现在可以使用大于每秒1MBit（1Mbps）的、2Mbps的、4Mbps的以及必要时更高的位速率。

因此，在相同时间之内利用CAN-FD可以比利用CAN传输更多数据。然而，在一些情况下在总线系统中的数据业务增加的过程中值得期望的是，提高单位时间能够传输的数据量。由于总线系统的用户的增加的数量也形成总线系统中的增加的数据业务。

技术实现要素：

因而，本发明的任务是提供一种用于总线系统的用户站和一种方法，所述用户站和方法解决之前所提到的问题。尤其是应当提供一种用于总线系统的用户站和一种方法，在所述用户站和方法的情况下可以简单地并且成本低地增加每时间单位的数据量。

所述任务通过具有权利要求1的特征的用于总线系统的用户站来解决。用户站包括通信控制装置，所述通信控制装置用于创建用于该总线系统的至少一个另外的用户站的第一消息或者读取该总线系统的至少一个另外的用户站的第一消息，在所述总线系统中至少暂时地确保用户站对所述总线系统的总线的独占的、无冲突的访问，其中所述通信控制装置被构建为使得所述通信控制装置将所述第一消息作为一帧来创建或者读取，所述帧具有比另外的帧（在总线系统中的第二消息作为所述另外的帧来传输）的最大长度更大的长度，而且所述帧以未被分段的方式具有所述第一消息的数据。

利用所述用户站来非常简单地并且成本低地提高每时间单位的数据量。尤其是可以取消用于ISO-TP 15765传输协议的实现、配置和测试保证的软件耗费。

按照一种实施变型方案，通过将CAN-FD介质适配到4k字节（4kBytes）可以使用具有4096字节的数据帧的UDS通信（UDS＝Unified Diagnostic Services＝统一诊断服务）。因此，可以完全取消对UDS服务的分段，因为对于UDS服务来说最大仅仅发送一个CAN-FD帧（4KB扩展（extended））。因此，可以完全取消ISO-TP 15765传输协议，使得得到以下优点。

另一优点在于：中央处理单元（Central Processing Unit＝CPU）的由中断引起的也可以被称作中断负荷（Interrupt-Belastung）的负荷由于UDS服务的584个CAN帧缩减到1个CAN-FD-4kB扩展帧而降低。CAN帧也被称作CAN-Frame。CAN-FD-4kB扩展帧也被称作CAN-FD-4kB-extended-Frame。

此外有利的是：计算器资源（如闪存存储器和随机存取存储器（Read Access Memory＝RAM））被减少，因为取消了ISO-TP 15765传输协议的软件实现并且取消了迄今为止用于将消息分段所必需的缓冲存储器（Buffer）。

附加地减少了有效的传输时间。对此的原因在于：取消了被分段的583帧的控制信息PCI类型、取消了ISO-TP帧“FlowControl（流控制）”、取消了在接收帧之间的时间，并且取消了用户站在每个CAN帧中的CAN确认（CAN-Acknowledge）。

该用户站的有利的另外的构建方案在从属权利要求中被描述。

此外，该用户站优选地包括发送/接收装置，所述发送/接收装置用于发送或接收第一消息或第二消息。

第一消息可以是UDS请求。

用于构造第一消息的通信控制装置可能被构建为使得所述第一消息在开头具有用于记录协议信息类型的第一字段，紧接着具有用于记录所述第一消息的长度的第二字段并且紧接着具有用于记录所述第一消息的服务标识号码的第三字段。在这种情况下，第一字段可包括4位，第二字段可包括12位而第三字段可包括1字节。此外，用于构造第一消息的通信控制装置可以被构建为使得所述第一消息此外具有用于记录至少一种独立的关于由所述用户站来实施的过程的信息的第四字段。在这种情况下，第四字段可具有4093字节的长度。

按照一个实施例，第一消息是具有4096字节的CAN-FD帧。

之前所描述的用户站可以是总线系统的一部分，所述总线系统具有总线和至少两个用户站，所述至少两个用户站通过该总线相互连接，使得所述至少两个用户站可以相互通信。在这种情况下，所述至少两个用户站中的至少一个是之前所描述的用户站。

此外，之前所提到的任务通过具有权利要求10的特征的用于提高总线系统中的传输容量的方法来解决。该方法包括如下步骤：利用通信控制装置来创建用于该总线系统的至少一个另外的用户站的第一消息或者来读取该总线系统的至少一个另外的用户站的第一消息，在所述总线系统中至少暂时地确保用户站对所述总线系统的总线的独占的、无冲突的访问，其中所述通信控制装置将所述第一消息作为一帧来创建或者读取，所述帧具有比另外的帧（在总线系统中的第二消息作为所述另外的帧被传输）的最大长度更大的长度，并且所述帧以未被分段的方式具有所述第一消息的数据。

该方法提供与之前关于所述用户站所提到的优点相同的优点。

本发明的另外的可能的实现方案还包括之前或者在下面关于实施例所描述的特征或者实施方式的未明确提到的组合。在此，本领域技术人员也将把单个方面作为改进方案或者补充方案添加到本发明的相应的基本形式。

附图说明

随后参考随附的附图并且依据实施例来进一步描述本发明。

图1示出按照第一实施例的总线系统的被简化的框图；

图2示出用于阐明由按照第一实施例的总线系统的一个用户站发送的消息的构造的图表；

图3示出用于阐明由按照第一实施例的总线系统的另一用户站发送的消息的构造的图表；

图4示出按照第一实施例的总线系统的用户站的通信控制装置的框图；以及

图5示出用于提高按照第一实施例的总线系统中的传输容量的方法的流程图。

在所述图中，只要不另作说明，相同的或者功能相同的元件就配备有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出总线系统1，所述总线系统1例如可以是CAN总线系统、CAN-FD总线系统等等。总线系统1可以用于交通工具、尤其是机动车、飞机等等中或者用于医院等等中。

在图1中，总线系统1具有大量用户站10、20、30，所述用户站10、20、30分别被连接到具有第一总线芯线41和第二总线芯线42的总线40处。通过总线40可以以信号的形式在各个用户站10、20、30之间传输消息45、46、47。用户站10、20、30例如可以是机动车的控制设备或者显示设备。

如在图1中所示的那样，用户站10、30分别具有通信控制装置11和发送/接收装置12。而用户站20具有通信控制装置13和发送/接收装置12。用户站10、20、30的发送/接收装置12分别直接被连接到总线40处，即使这在图1中未示出。

通信控制装置11用于控制相应的用户站10、30通过总线40与被连接到总线40处的用户站10、20、30中的另一用户站的通信。发送/接收装置12分别用于在总线系统1中以信号的形式发送消息45、46、47。通信控制装置13用于控制用户站20通过总线40与被连接到总线40处的用户站10、20、30中的另一用户站的通信。

在该实施例中，通信控制装置11分别被构建用于使用UDS服务。发送/接收装置12可以如常规的CAN收发器那样被实施。通信控制装置13同样被构建用于使用UDS服务。此外，通信控制装置13可以如常规的CAN控制器那样被实施。

图2更精确地示出消息46，所述消息46按照该实施例是UDS诊断请求（UDS-Diagnose-Request），所述UDS诊断请求被发送到用户站20处或者由用户站20来发送。按照UDS 14229，消息46被分别划分成被配置为分别具有8字节的CAN帧1到584的584帧、即帧461到46584。帧461到46584或CAN帧1到584由用户站20依次发送到总线40上或者从那里接收。

因此，在消息46的情况下第一CAN帧、即帧461具有：字段4611，在所述字段4611中协议信息类型（PCIType）被包含在4位中；字段4612，在所述字段4612中消息46的长度被包含在12位中；字段4613，在所述字段4613中消息46的服务标识号码（ServiceID）被包含在1字节中；和字段4614，在所述字段4614中消息46的服务数据（ServiceID）被包含在6字节中。

而第二CAN帧、即帧462具有：字段4621，在所述字段4621中协议信息类型（PCIType）被包含在4位中；字段4622，在所述字段4622中CAN帧的序列号码（SequenceNo）被包含在4位中；和字段4623，在所述字段4623中消息46的服务数据（ServiceID）被包含在7字节中。

第三CAN帧、即帧463具有：字段4631，在所述字段4631中协议信息类型（PCIType）被包含在4位中；字段4632，在所述字段4632中CAN帧的序列号码（SequenceNo）被包含在4位中；和字段4633，在所述字段4633中消息46的服务数据（ServiceID）被包含在7字节中。

第四到第584 CAN帧分别如第二和第三CAN帧462、463那样被构造，如在图2通过黑点所阐明的那样。因此，第584 CAN帧、即帧46584具有：字段465841，在所述字段465841中协议信息类型（PCIType）被包含在4位中；字段465842，在所述字段465842中第584 CAN帧的序列号码（SequenceNo）被包含在4位中；和字段465843，在所述字段465843中消息46的服务数据（ServiceID）被包含在7字节中。

在图2中示出的消息46具有最大由UDS 14229借助于8字节的CAN帧以可显示的方式规定的长度。消息46以由ISO-TP 15765规定的分段被划分。然而，如果消息46包括较少的数据，那么该消息46也可以具有较少的8字节的CAN帧。

与此不同，图3示出如被发送到用户站10、30处或者由用户站10、30来发送的消息45的构造。按照该实施例，消息45也是UDS诊断请求（UDS-Diagnose-Request）。消息45是具有4096字节的CAN-FD帧。消息45具有四个字段、即字段451到454。消息45的第一字段451以4位来包含协议信息类型（PCIType）。第二字段452以12位来包含消息45的长度。第三字段453以1个字节来包含消息45的服务标识号码（ServiceID）。第四字段454以4093字节来包含消息45的服务数据（ServiceID）。

因此，消息45、46在其开头处分别相同地被构造。所述消息45、46具有相同的报头（Header）。然而，在消息46的情况下，在该消息46的报头之后跟随6字节服务数据和紧接着直到分别具有7字节服务数据的583 个CAN帧。而在消息45的情况下，在该消息45的报头之后只跟随具有至少一个字节的数据字段、字段454。

因此，图3示出扩展的CAN-FD帧。也就是说，消息是具有多于8字节的、即具有例如4k字节的CAN-FD帧，而且也可以被称作扩展的CAN-FD帧或者CAN-FD扩展帧。因此，全部UDS消息可以以CAN-FD消息来传输。

因此，用户站10、30的通信控制装置11被构建用于创建或者用于读取这样的具有4096字节的消息45。然而因为消息45未按照传输协议ISO-TP 15765被分段，所以在用户站10、30的相应的通信控制装置11中不必实现传输协议ISO-TP 15765。消息45的数据因此是未分段的。

作为替代，用户站10、30的相应的通信控制装置11如在图4中所示的那样来构造。

按照图4，通信控制装置11具有：缓冲存储器（Buffer）111、分析单元112、检测单元113和打包单元114。缓冲存储器111用于存储数据4541、4542、4543。分析单元112用于分析是否满足关于将数据4541、4542、4543打包到消息45中的条件。检测单元113由分析单元112来使用。打包单元114用于将数据4541、4542、4543打包到消息45中。解包单元（Entpackeinheit）115用于将所接收的消息45解包。这依据图5来进一步解释。

按照图5，在用于提高总线系统中的传输容量的方法的情况下，在步骤S1中将用于消息45的数据4541、4542、4543存储在缓冲存储器111中，所述消息45应当借助于发送/接收装置12被发送到总线40处。缓冲存储器111可以是存在于通信控制装置11中的RAM（RAM=Read Access Memory＝随机存取存储器）。在缓冲存储器111中收集数据4541、4542、4543，所述数据4541、4542、4543应被打包到消息45、更准确地说其第四字段454中。数据4541、4542、4543可以来自一个或多个在用户站10中被实施的过程。数据4541、4542、4543分别包含独立的信息。此后，流程继续行进到步骤S2。

在步骤S2中，分析单元112分析：是缓冲存储器111中的数据4541、4542、4543的量超过预先确定的量（在这种情况下4093字节）还是预先确定的持续时间期满。为此，在将第一数据4541存储在缓冲存储器111中之后，分析单元112使用检测单元113，所述检测单元113例如包括计时器和/或用于对数据4541、4542、4543的数据量进行计数的计数器。如果要么数据4541、4542、4543的预先确定的量被超过要么预先确定的持续时间期满，那么分析单元112将请求输出到打包单元113处。此后，流程继续行进到步骤S3。如果既没有超过预先确定的量，预先确定的持续时间也没有期满，那么所述流程返回到步骤S1。

在步骤S3中，打包单元113将数据4541、4542、4543打包到消息45的第四字段454中，并且创建具有字段451到454的消息45。此后，所述流程继续行进到步骤S4。

在步骤S4中，发送/接收装置12将消息45发送到总线40上。此后，所述流程继续行进到步骤S5。

在步骤S5中，消息45在总线40上被传输，而且于是在相对应的其它的用户站20、30中被接收。此后，所述流程继续行进到步骤S6。

在步骤S6中，消息45又由例如在用户站30中的解包单元115来解包，并且数据4541、4542、4543被存储到用户站30的其通信控制装置11的缓冲存储器111中。因此，用户站10的数据4541、4542、4543现在可供用户站30的通信控制装置11的过程支配。此后，所述方法结束或者重新开始。

在所述方法中，在第一数据4541已被存储到缓冲存储器111中之后，第一步骤S1优选地与步骤S2同时或者至少部分地同时进行。因此可以保证：只有当也存在用于发送的数据4541时才发送消息45。替换地或者附加地可以保证：被存储在缓冲存储器111中的数据没有太长时间地被抑制（zurueckhalten）。

因此，消息45可包括如下数据：所述数据在常见的CAN传输的情况下分别单独地作为消息被发送。在本实施例中，消息45的长度固定地被预给定并且为4096字节。在这种情况下，如果要利用消息45传输的数据4541或者4541、4542或者4541、4542、4543具有比固定地预给定的长度更少的数目的字节，那么字段454的非必需的部分例如用零来填充。

按照第二实施例，字段454的字节的数目是能够任意地选择的。字段454例如也可以仅具有至少1字节、尤其是多于6字节或者多于64字节或者多于4093字节。由此可以取消例如用零来填充字段454。然而，与字段454的字节的数目无关地，消息45未被分段、尤其是未以由ISO-TP 15765规定的分段被划分。因此，消息45的数据4541或者4541、4542或者4541、4542、4543是未分段的。

所述用户站10、20、30和所述方法的按照第一和第二实施例的总线系统1的所有之前被描述的构建方案可以单独地或者以所有可能的组合的方式被使用。附加地，尤其是以下修改方案是可设想的。

依据基于CAN协议的总线系统来描述按照第一和/或第二实施例的之前被描述的总线系统1。然而，所述按照第一和/或第二实施例的总线系统1也可以是其它类型的通信网。然而如下非强制的假设是有利的：在总线系统1中至少在确定的时间区间内确保用户站10、20、30对总线40或者总线40的公共信道的独占的、无冲突的访问。

所述按照第一和/或第二实施例的总线系统1尤其是CAN网络或者CAN FD网络或者FlexRay网络。

用户站10、20、30在所述按照第一和/或第二实施例的总线系统1中的数目和布置是任意的。尤其是在所述第一和/或第二实施例的总线系统1中也可以仅存在用户站10或者用户站30。

为了实现更高的数据速率，在消息45、46、47的CAN帧之内可以进行类似于数据传输协议（诸如以太网（Ethernet）等等）的数据传输。

之前所描述的实施例的功能性也能够在收发器或者发送/接收装置12或者收发器或CAN收发器或收发器芯片组或CAN收发器芯片组等等中被实现。附加地或者替换地可以将其集成到现有的产品中。尤其是可能的是：所考虑的功能性要么在通信控制装置11中要么在收发器中被实现为单独的电子模块（芯片）或者被嵌入在集成的总体解决方案（Gesamtloesung）中，在所述总体解决方案的情况下仅存在一个电子模块（芯片）。