СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКТИВИЗАЦИИ АБОНЕНТОВ ШИННОЙ СИСТЕМЫ И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ АБОНЕНТ
METHOD AND APPARATUS FOR BUSBAR SUBSCRIBER ACTIVATION AND CORRESPONDING SUBSCRIBER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для активизации абонентов шинной системы, а также к соответствующему абоненту, согласно ограничительным частям независимых пунктов формулы изобретения.
Уровень техники
Устройства (блоки) управления транспортных средств во все большем объеме долговременно или постоянно подключены к источнику напряжения (что также известно как возможность питания от аккумулятора через клемму "30"), чтобы выполнять определенные функции контроля и управления и при выключенном зажигании. Речь может идти, например, о проверке прав доступа в транспортное средство и управления им либо о проведении диагностики. Для уменьшения энергопотребления устройства управления переводятся в так называемый дежурный, или спящий, режим. Это происходит либо путем отключения регулятора напряжения, либо путем перевода микроконтроллера в соответствующий режим.
В случае необходимости устройство управления должно быть активизировано, или "разбужено". Это осуществляется по предусмотренной для этого линии, ведущей либо к входу активизации (пробуждения) микроконтроллера абонента, либо к входу активизации регулятора напряжения. В современных системах, объединенных сетями передачи данных, активизация также может происходить в случае возникновения активности на линиях шины.
К недостаткам такого подхода относится то, что либо нужно прокладывать отдельные линии активизации ко всем требующим того устройствам управления, либо в случае активизации устройств управления по шине желательная или нежелательная активность на шине, а также прохождение по шине сигналов связи или помех могут привести к активизации устройств управления, которые того не требовали.
Современные приемопередатчики CAN (CAN - сеть контроллеров, сокр. от англ. "Controller Area Network") могут работать по существу в двух режимах, а именно в активном режиме, предназначенном для обмена данными, и в спящем режиме, когда они находятся в состоянии покоя при сниженном энергопотреблении. Требуемый режим может задавать прикладная программа, кроме того, приемопередатчик переключается, в частности автоматически, из спящего режима в активный режим, как только он обнаружит на шине CAN определенный сигнал или свойство (признак) сигнала, например доминантный бит. Пока приемопередатчик находится в спящем режиме, остальные средства узла CAN могут быть отключены с возможностью их последующего включения при переключении приемопередатчика CAN в активный режим.
В публикации DE 10358584 А1 описан способ, предусматривающий расширение функциональности приемопередатчика CAN путем включения в него схемы, декодирующей двоичные (битовые) комбинации длиной 8 бит из 8-байтового поля данных CAN-сообщения. Это позволяет приемопередатчику CAN работать в четырех режимах. При этом в дополнение к описанным выше режимам предусмотрены режим экономии энергии и промежуточный режим. Как только приемопередатчик обнаружит на шине CAN доминантный бит, он автоматически переключается из спящего режима в режим экономии энергии. Находясь в режиме экономии энергии, приемопередатчик регистрирует свойство сигналов и переключается в промежуточный режим, если в течение заданного промежутка времени он обнаружил определенное число раз свойства сигналов, например фронты сигналов. Из промежуточного режима приемопередатчик переключается в активный режим только тогда, когда в 8-байтовом поле данных вновь посланного CAN-сообщения, декодируемого им с этой целью по специальному методу, он обнаружит определенную двоичную (битовую) комбинацию. Эта активизирующая комбинация конфигурируется для каждого приемопередатчика CAN отдельно. CAN-идентификатор этого сообщения задается для осуществления указанного метода неизменным. Если приемопередатчик не обнаружил в сообщении активизирующей комбинации, он переходит обратно в режим экономии энергии. В промежуточном режиме потребление энергии лишь незначительно выше, чем в режиме экономии энергии, остальные аппаратные средства узла CAN могут оставаться выключенными. Это позволяет реализовать сети CAN, в которых отдельные узлы контролируемым образом пребывают в режиме экономии энергии, обеспечивающем снижение энергопотребления, в то время как другие узлы обмениваются сообщениями по шине CAN. При этом можно избирательно активизировать отдельные узлы, выводя их из режима экономии энергии. Это также называется избирательной активизацией.
Таким образом, посредством применяемой на транспортных средствах шины, в частности шины CAN, можно избирательно активизировать только устройства управления, которые нужны для выполнения требуемых функций.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения заключается в разработке способа и устройства, расширяющих функциональность метода избирательной активизации таким образом, чтобы для активизирующего сообщения можно было также программировать различные идентификаторы.
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для активизации абонентов шинной системы.
Предлагаемое устройство для активизации абонентов шинной системы CAN содержит регистрирующее средство, которое способно регистрировать по меньшей мере одно заданное свойство передаваемых в шинной системе сигналов, выбранное из группы, состоящей из фронта, смены фронта, уровня сигнала или сочетания нескольких уровней сигнала, и при достижении задаваемого числа, относящегося к свойству сигналов, способно запускать дальнейший процесс активизации, причем для обнаружения свойства сигналов в качестве тактового сигнала используется сам поток данных, поступающих от шины CAN.
Предлагаемый в изобретении способ активизации абонентов шинной системы CAN характеризуется тем, что регистрируют по меньшей мере одно заданное свойство передаваемых в шинной системе сигналов, выбранное из группы, состоящей из фронта, смены фронта, уровня сигнала или сочетания нескольких уровней сигнала, и при достижении задаваемого числа, относящегося к свойствам сигналов, запускают дальнейший процесс активизации, при этом для обнаружения свойства сигналов в качестве тактового сигнала используют сам поток данных, поступающих от шины CAN.
Таким образом, регистрирующее средство, входящее в состав предлагаемого в изобретении устройства и используемое для осуществления способа, может содержать счетчик, который подсчитывает число появлений по меньшей мере одного заданного свойства передаваемых в шинной системе сигналов и при достижении задаваемого числа запускает дальнейший процесс активизации.
Полезным является, в частности, вариант осуществления изобретения, в котором при первом появлении свойства сигналов определяется промежуток времени, и, исходя из определенного таким образом промежутка времени, прошедшего после первого появления свойства сигналов, а также свойств сигналов, отнесенных к этому промежутку времени, получают двоичную информацию, дающую возможность избирательной активизации абонентов шинной системы.
При этом, считывая полученную информацию, можно определить подлежащего активизации абонента, что может выполняться путем анализа сообщения (посылки), приведшего к выходу абонента из спящего режима, или же путем анализа еще одного вновь посланного активизирующего сообщения.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения подключенные к шине устройства управления (устройства на шине) могут таким образом совсем отключать свои микроконтроллеры или переводить их в спящий режим с также отключенным тактовым генератором, причем дежурным электропитанием требуется снабжать лишь подключенный к шине приемопередатчик, в частности приемопередатчик CAN, который имеет наименьшую потребляемую мощность.
Благодаря использованию промежутка времени, определяемому при первом появлении одного из свойств сигналов, декодирование может выполняться независимо от используемой в шинной системе скорости передачи данных, причем путем рассмотренного выше анализа можно также дополнительно распознавать ошибки в блочной структуре применительно к коммуникационным блокам в шинной системе.
В соответствии с изобретением возможности конфигурирования метода активизации посредством приемопередатчика CAN, имеющего функцию избирательной активизации, расширяются за счет задания количества фронтов, подсчитываемого в поле арбитража и в поле управления активизирующего сообщения. Каждое сообщение, для которого этот подсчет дал в результате заданное значение, предварительно рассматривается как активизирующее сообщение (первый этап способа) и используется в качестве такового при условии успешного декодирования активизирующей комбинации, закодированной определенным методом в поле данных сообщения (второй этап способа).
Преимущество этого способа заключается в том, что при конфигурировании сети CAN идентификатор для активизирующего сообщения может свободно выбираться, например, в отношении его приоритета по сравнению с другими сообщениями. Выбираться может как 11-битовый, так и 29-битовый идентификатор. Различные узлы в сети CAN также могут использовать различные активизирующие идентификаторы, в результате этого число индивидуально активизируемых узлов увеличивается.
Еще одно преимущество способа заключается в том, что перед запуском процесса активизации тактовый генератор приемопередатчика может быть выключен, поскольку для первого этапа способа активизации в качестве датчика тактовой частоты используется сам проходящий по шине сигнал.
Краткое описание чертежей
Другие преимущества изобретения и предпочтительные варианты его осуществления раскрываются в приведенном описании, поясняемом чертежами, на которых показано:
на фиг. 1 - шинная система, включающая в себя несколько, по меньшей мере двух, абонентов,
на фиг. 2 - блок-схема, поясняющая осуществление предлагаемого в изобретении способа,
на фиг. 3 - пример сообщения с закодированной в поле данных активизирующей информацией,
на фиг. 4 - используемая в изобретении структура блока в поле данных для определения свойства сигналов с закодированной информацией.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показана шинная система 100 с абонентами 101, 102, 103 шины. Каждый из абонентов шины имеет приемопередатчик (также называемый трансивером) или устройство 107, 108, 109 подключения к среде, а также устройство для измерения времени или счета со встроенным тактовым генератором 104, 105, 106. Последний может находиться вне соответствующего приемопередатчика или устройства подключения к среде, но может быть реализован и как составная часть приемопередатчика. Как упомянуто выше, в рассматриваемом варианте осуществления изобретения посредством шины CAN, которая часто применяется в транспортных средствах, должны избирательно активизироваться только те устройства управления (устройства на шине), которые нужны для выполнения требуемых функций. При этом устройства на шине можно объединять в группы, в составе которых устройства управления реагируют на одинаковую активизирующую информацию.
Одна возможность реализации этой идеи может состоять в том, чтобы для отбора устройств или групп устройств использовать определенные части сообщения, в частности CAN-кадра (например, идентификаторы). Но это требует, чтобы активизирующее устройство было постоянно связано с работающим тактовым генератором, который, однако, вносит значительный вклад в потребление электроэнергии. Этот вид активизации предполагает, что скорость передачи данных по шине известна и что для тактового генератора допускаются лишь очень небольшие колебания выдаваемой частоты, обусловленные влиянием внешних факторов, таких, например, как напряжение питания или температура. Задача же состоит именно в применении или разработке метода отбора, действующего в несколько этапов и на первом этапе обходящегося без работающего тактового генератора.
Подключенные к шине устройства управления или абоненты, находящиеся в состоянии покоя, например абоненты 102 и 103, могут совсем отключить свои микроконтроллеры или перевести их в состояние с отключенным тактовым генератором. Устройство для измерения времени или счета с тактовым генератором 105, 106 также переводится в спящий режим, в котором встроенный тактовый генератор отключен. У находящихся в состоянии покоя абонентов, например абонентов 102 и 103, дежурным электропитанием снабжается только подключенный к шине приемопередатчик CAN, или устройство подключения к среде, имеющий наименьшую потребляемую мощность.
Если какой-либо абонент, например абонент 101, посылает по шине характерный сигнал, предназначенный для активизации абонентов 102 и/или 103, запускается механизм отбора. На первом этапе абоненты 102 и 103 переключаются в режим экономии энергии и считают фронты проходящего по шине сигнала. Приводится в действие устройство для измерения времени или счета с тактовым генератором 105, 106. В зависимости от результата подсчета фронтов происходит переключение в промежуточный режим. В промежуточном режиме с помощью тактового генератора 105, 106 содержимое поля данных декодируется и сравнивается с хранящимся в запоминающих устройствах адресом активизации. При положительном результате сравнения абонент переключается в активный режим, и у абонентов 102, 103 включаются, например, микроконтроллеры и/или дополнительные регуляторы напряжения.
Изобретение равным образом может быть реализовано в виде одноэтапной программы активизации, в которой обе стадии способа выполняются на основе анализа единственного принятого сообщения. Вместе с тем, может быть реализована и двухэтапная программа активизации, в которой оба этапа способа выполняются на основе анализа двух принятых друг за другом сообщений, что обеспечивает повышение надежности активизации.
Если несколько устройств на шине реагируют на одинаковые механизмы активизации, на одинаковые характерные сигналы, то активизировать можно целые группы таких устройств, т.е. объединять эти устройства в группы, или же активизировать конкретные устройства для специальных применений.
Структура логики позволяет извлекать данные из сообщения независимо от используемой скорости передачи данных, как это подробнее поясняется ниже. При этом число переходов между высоким и низким уровнями, или "0" и "1", т.е. элементами двоичной информации, является практически постоянным.
Особенно предпочтительно, чтобы активизирующее сообщение представляло собой сообщение в формате, установленном стандартом ISO для шины CAN, чтобы такое сообщение не нарушало указанного стандарта, а значит, и не порождало проблем в существующих системах. Тогда контроллер CAN, используемый в других решениях, не потребуется.
В соответствии с изобретением возможности конфигурирования метода активизации посредством приемопередатчика CAN, имеющего функцию избирательной активизации, расширяются за счет задания количества фронтов, подсчитываемого в поле арбитража и поле управления активизирующего сообщения. Каждое сообщение, для которого этот подсчет дал в результате заданное значение, предварительно рассматривается как активизирующее сообщение (первый этап способа) и используется в качестве такового при условии успешного декодирования активизирующей комбинации, закодированной определенным методом в поле данных сообщения (второй этап способа).
При конфигурировании сети CAN идентификатор для активизирующего сообщения может свободно выбираться, например, в отношении его приоритета по сравнению с другими сообщениями. Выбираться может как 11-битовый, так и 29-битовый идентификатор. Различные узлы в сети CAN также могут использовать различные активизирующие идентификаторы, в результате этого число индивидуально активизируемых узлов увеличивается. Если, как в рассматриваемом примере, анализируются лишь поле арбитража и поле управления, результат первого этапа способа активизации своевременно оказывается в распоряжении для того, чтобы выполнить второй этап, т.е. декодирование закодированной в поле данных активизирующей комбинация, причем с помощью того же самого сообщения.
На фиг. 2 в качестве примера приведена блок-схема, поясняющая осуществление предлагаемого в изобретении способа. На фиг. 3 в качестве примера представлены формат активизирующего сообщения и оба этапа метода активизации. Отправитель запроса активизации посылает на шину, в рассматриваемом примере - на шину CAN, соответствующее фиг. 3 сообщение А, в котором номером закодирован(-а) подлежащий активизации получатель или группа получателей. В состоянии покоя шина рецессивна. При поступлении первого сообщения, что обнаруживается по переходу в доминантное состояние и происходит на стадии выполнения способа, обозначенной на фиг. 2 блоком 1, приводится в действие счетчик. Затем в течение определенного времени, например во время поступления поля арбитража и поля управления, на стадии выполнения способа, обозначенной на фиг. 2 блоком 2, подсчитывается число содержащихся в сообщении фронтов сигналов. Для синхронизации с тактовой частотой шины выполняется, в соответствии с описанным ниже способом, анализ битового потока на шине. Если определенное число фронтов находится в допустимых пределах, приводится в действие вторая часть схемы. Этим достигается первое разделение связи по шине или помех на шине и запроса активизации. То есть, если это сравнение дало положительный результат, речь идет о запросе активизации, на вторую ступень логики подается энергия. Теперь из поля данных этого сообщения логическая схема активизации, в частности обрабатывающий блок, считывает, с использованием устройства 105, 106 для измерения времени или счета и согласно рассматриваемому ниже способу, номер устройства или группы устройств на шине, которые нужно активизировать. Это происходит на стадии выполнения способа, обозначенной на фиг. 2 блоком 3. Если считанный номер совпадает с хранящимся в памяти, то на стадии, обозначенной на фиг. 2 блоком 4, устройство на шине активизируется путем включения регуляторов напряжения или активизации микроконтроллера и соответствующий абонент начинает участвовать в обмене данными по шине. На приведенной блок-схеме представлен двухэтапный способ активизации с описанной выше комбинацией блоков 2 и 3. В качестве критерия активизации также можно использовать только один из двух этапов.
Например, пятью битами конфигурации можно описать максимально возможное число фронтов в комбинированном поле арбитража и управления информационного CAN-кадра с 29-битовым идентификатором и DLC-8. Можно считать, на выбор, все фронты или же только фронты при переходе от доминантного уровня к рецессивному уровню либо от рецессивного уровня к доминантному уровню. В соответствующей области памяти сохраняются заданное (целевое) значение или допустимый интервал значений количества фронтов, ожидаемого в активизирующем сообщении, и эти данные используются на первом этапе процесса активизации.
Кроме того, цифровые схемы, обеспечивающие декодирование комбинаций из последовательных наборов данных, нуждаются в задании такта. Цель описываемого ниже способа заключается в том, чтобы свести к минимуму энергопотребление приемопередатчика в течение времени, длящегося, прежде чем приемопередатчик обнаружит активизирующую комбинацию. Поэтому генерация такта частоты останавливается, если для декодирования она не нужна, и запускается снова, как только будет обнаружено начало сообщения (доминантный бит начала кадра).
Особый метод декодирования активизирующей комбинации, содержащейся в поле данных CAN-сообщения, допускает значительно большие отклонения тактовой частоты от номинала, чем сам протокол CAN. Несмотря на это генератору частоты нужно время, чтобы после запуска выйти на достаточно стабильный режим.
Поэтому для подсчета фронтов в поле арбитража и поле управления в качестве тактового сигнала используется не сигнал тактового генератора, а сам поток данных, поступающий от шины CAN. Этот поток данных может использоваться последовательно. Это первый этап способа активизации. Благодаря этому у генератора частоты есть время, составляющее по меньшей мере 18 битовых интервалов по протоколу CAN (36 мкс при 500 кбит/с), на то, чтобы стабилизироваться, прежде чем на этой тактовой частоте попытаться декодировать активизирующую комбинацию на втором этапе способа активизации. С этой целью приемопередатчик CAN включается с переходом в промежуточный режим.
Этот двухэтапный метод декодирования позволяет одним CAN-сообщением перевести приемопередатчик CAN из режима экономии энергии в активный режим и активизировать остальные аппаратные средства соответствующего узла сети CAN.
Можно задавать различные условия того, когда генератор частоты приемопередатчика будет снова остановлен:
1. Приемопередатчик переключается в активный режим.
2. Счетчик фронтов достиг определенного значения. Это значение определяется сконфигурированным значением количества фронтов в поле арбитража и управления плюс константа, поскольку особая форма кодирования активизирующей комбинацией обусловливает постоянное число фронтов в действительной активизирующей комбинации.
3. Включение хронирования (например RC-звена) с бита начала кадра.
4. Шина CAN в течение более чем примерно шести битовых интервалов по протоколу CAN остается на рецессивном уровне (измеряется, например, RC-звеном).
На фиг. 3 описаны действия на втором этапе способа активизации. В соответствии с фиг. 3 применяется сообщение А в предпочтительном формате сообщения, установленном стандартом ISO для шины CAN. В таком сообщении перед полем данных находятся бит начала кадра (SOF), поле арбитража, как правило, содержащее идентификатор, и поле управления. За полем данных следует контрольная цифра, используемая для контроля при помощи циклического избыточного кода (CRC), и поле подтверждения передачи сообщения (АСК). Сообщение А содержит в поле данных номер устройства или группы устройств на шине. В качестве CAN-идентификатора может использоваться какой-либо действительный адрес узла шины CAN. Таким образом, кадр активизирующего сообщения соответствует спецификации шины CAN, и взаимодействие (обмен данными) других устройств по шине CAN не нарушается.
Все показанное на фиг. 3 поле данных кадра, в частности CAN-кадра, состоит в данном случае из 64 битов (двоичных разрядов), поделенных на 8 блоков, т.е. на блоки 0-7. При этом в каждом блоке закодирован по меньшей мере один бит номера устройства на шине. Если в каждом блоке закодирован ровно один бит номера устройства на шине, то из CAN-кадра, такого как показан на чертеже, схема может извлекать 8 бит для дальнейшей обработки. Вложение этих 8 бит позволяет обнаруживать ошибки в передаваемых сообщениях.
Особая структура отдельных блоков 0-7, показанных фиг. 3, представлена на фиг. 4. Благодаря этой особой структуре восьми блоков кодирование может осуществляться независимо от используемой скорости передачи данных по шине. Кроме того, можно обнаруживать ошибки в структуре блоков. При этом блок соответствует восьми битам поля данных CAN-кадра.
Структура блока изображена в качестве примера на фиг. 4. При этом биты 2 и 3 установлены на высокий уровень, чтобы измерять, или определять, время t. По окончании бита 3 логическая схема активизации, или обрабатывающее устройство, ждет один раз в течение заранее определенного времени t и сохраняет в памяти наступившее затем состояние, ждет еще один раз в течение времени t и снова сохраняет в памяти наступившее затем новое состояние. При этом время t и 2t, обозначенное на фиг. 4, может быть выбрано так, чтобы в рамках уровней сигналов можно было обнаружить сигнал с полным высоким уровнем и полным низким уровнем. Равным образом можно обнаруживать фронты сигналов, например при переходе от бита 4 к биту 5 и от бита 6 к биту 7, соответственно выбирая соответствующие отрезки времени. Это дает, независимо от используемой скорости передачи данных, возможность кодирования нуля, в данном случае - в битах 5 и 6, а также единицы, в данном случае - посредством битов 7 и 8.
Иначе говоря, в приведенном на фиг. 4 примере кодирования бит 1 всегда имеет значение "0", а биты 2 и 3 всегда имеют значение "1" для замера времени t, бит 4 опять же всегда имеет значение "0" для разделения времени замера и собственно двоичных данных. Биты 5 и 6 в данном случае выбраны установленными на высокий уровень, что для блока означает логический ноль. Тогда биты 7 и 8 выбраны таким образом, чтобы означать для блока логическую единицу. Иначе говоря, если биты 5 и 6 установлены на "1", блок содержит логический ноль, а если биты 7 и 8 установлены на "1", блок содержит логическую единицу. То есть биты устанавливаются в данном случае таким образом, чтобы значение "1" имели либо биты 5 и 6, либо биты 7 и 8. Это означает, что описанный способ демонстрирует передачу, независимую от скорости передачи данных (измеряемой в бодах), в частности благодаря подсчету фронтов или смен фронтов либо соответствующих уровней сигналов, в соответствии с заданным в том или ином случае свойством сигналов: во-первых, в качестве первого этапа активизации и при анализе двоичных данных, закодированных в том же самом сообщении, в качестве второго, избирательного этапа активизации в многоэтапной программе. При этом заданное свойство сигналов, как упомянуто выше, может быть представлено уровнем сигнала, т.е. "0" или "1", как в показанном на фиг. 4 примере, или же, как это было изложено выше, оценкой фронтов сигналов или смены фронтов сигналов. Этим достигается простая возможность избирательной активизации устройств управления без дополнительных затрат на прокладку проводов и без подключения к энергоснабжению каждый раз всех не требующих того абонентов шинной системы.
Описанные выше приемопередатчики CAN могут использоваться в сетях CAN и/или TTCAN.