СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДОСТУПОМ К СРЕДЕ ПЕРЕДАЧИ ДЛЯ ШИННОЙ СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВО СВЯЗИ
METHOD OF CONTROLLING ACCESS TO TRANSMISSION MEDIUM FOR BUSBAR AND COMMUNICATION DEVICE

Настоящее изобретение относится к способу управления доступом к среде передачи применительно к управлению доступом абонентской станции шинной системы, имеющей первый и второй каналы, ко второму каналу шинной системы, совместно используемому несколькими абонентскими станциями, причем способ предусматривает задание для абонентской станции по меньшей мере одного временного интервала разрешения доступа, в течение которого эта абонентская станция имеет право монопольного доступа к первому каналу. Изобретение также относится к абонентской станции и к элементу управления, в частности, к CAN-контроллеру, выполненному с возможностью осуществления подобного способа.
Из публикации DE 10000305 А1, например, известна локальная сеть контроллеров (CAN, сокр. от англ. ″Controller Area Network″), а также расширение протокола CAN с детерминированной во времени пересылкой сообщений, называемое ″Time Triggered CAN″ (TTCAN). Используемый протоколом CAN метод управления доступом к среде передачи основан на побитовом арбитраже. При побитовом арбитраже несколько абонентских станций могут одновременно передавать данные по каналу шинной системы, не создавая помех для передачи данных. Кроме того, абонентские станции при передаче по каналу одного бита могут определять логическое состояние канала (0 или 1). Если значение посланного бита не соответствует определенному логическому состоянию канала, то абонентская станция заканчивает доступ к каналу. Согласно протоколу CAN побитовый арбитраж обычно выполняется в поле арбитража, входящем в структуру кадра данных, передаваемого по каналу. После того как абонентская станция полностью отправила в канал поле арбитража она знает, что у нее есть право монопольного доступа к каналу. Таким образом, конец передачи поля арбитража соответствует началу временного интервала разрешения доступа, в течение которого абонентская станция может пользоваться каналом монопольно. Согласно спецификации протокола CAN другие абонентские станции не могут обращаться к каналу, т.е. посылать в этот канал данные, до тех пор, пока ведущая передачу абонентская станция не передаст поле контрольной суммы (CRC - контроль с помощью циклического избыточного кода), входящее в структуру кадра данных. Таким образом, момент окончания передачи поля CRC соответствует концу временного интервала разрешения доступа.
Благодаря побитовому арбитражу достигается передача кадра данных по каналу без нарушения целостности кадра (неразрушающая передача данных). Это дает протоколу CAN хорошие характеристики работы в реальном времени, тогда как способы управления доступом к среде передачи, при осуществлении которых посланный абонентской станцией кадр данных ввиду его коллизии с другим кадром данных, посланным другой абонентской станцией, может быть потерян во время передачи по каналу, имеют гораздо худшие показатели работы в реальном времени, поскольку вследствие коллизии и необходимой из-за этого новой передачи кадра данных возникает задержка в передаче данных.
Дополнительное улучшение способности протокола CAN к работе в реальном времени достигается его расширением TTCAN. Согласно спецификации протокола TTCAN задается структура временных окон, которая включает в себя несколько следующих друг за другом временных окон (часто также называемых слотами, от англ. ″time slot″) и является регулярно повторяющейся. При этом определенному типу сообщений, а значит и определенной абонентской станции, может быть назначено определенное временное окно, в течение которого могут передаваться сообщения этого типа. Таким образом, протоколом TTCAN предусмотрены определенные временные окна, в течение которых определенная станция имеет право монопольного доступа к каналу в домене сети CAN (CAN-домене). В случае протокола TTCAN доступ к каналу координируется, по меньшей мере частично, по принципу множественного доступа с временным разделением (МДВР, англ. сокр. TDMA от Time Division Multiple Access).
Протоколы CAN и их расширение TTCAN особенно хорошо подходят для передачи коротких сообщений в условиях реального времени. Если же требуется передавать в домене сети CAN блоки данных большего размера, то относительно небольшая скорость передачи двоичных данных в канале становится заметным мешающим фактором. Для обеспечения правильной работы побитового арбитража необходимо выдерживать минимальную длительность передачи одного бита, зависящую, в частности, от протяженности шинной системы и скорости распространения сигнала по каналу. Таким образом, скорость передачи двоичных данных невозможно повысить просто за счет уменьшения длительности отдельных битов.
Чтобы все же обеспечить возможность достаточно быстрой передачи относительно большого блока данных, необходимого для программирования блока управления, через коммуникационный интерфейс, предусмотренный собственно для подключения к домену сети CAN, в публикации DE 10153085 А1 предлагается для передачи такого блока данных временно переключать коммуникационный интерфейс в другой режим передачи данных, в котором побитовый арбитраж не проводится, а значит можно получить относительно высокую скорость передачи двоичных данных. Однако при этом передачу данных по протоколам CAN приходится прерывать на определенное время. Если, например, вследствие той или иной ошибки работу шинной системы по протоколу CAN возобновить невозможно, это означает отказ шинной системы. Кроме того, передача относительно большого блока данных ведет к значительной задержке посылок данных, которые должны выполняться по протоколу CAN впоследствии, что сказывается на характеристиках работы сети CAN в реальном времени. Соответственно, применение известного способа не только для программирования блока управления в конце технологического процесса изготовления транспортного средства или блока управления, но и во время работы транспортного средства не имеет смысла.
Из публикации WO 2004105278 А1 известна система связи с управлением передачей во времени, содержащая по меньшей мере две абонентские станции, в каждой из которых предусмотрены первый и второй коммуникационные контроллеры для передачи данных по первому и второму каналам, причем оба коммуникационных контроллера или их локальные часы (тактовые генераторы) могут связываться друг с другом с целью синхронизации посредством соответствующего интерфейса. Это обеспечивает избыточность при передаче важной с точки зрения безопасности информации и в то же время позволяет поддерживать синхронность управляемой по времени связи по обоим каналам. При этом о повышении объема передачи данных или о передаче различных данных через оба канала речи не идет. Оба канала являются физически раздельными каналами.
Из публикации WO 2005081463 А1 известен способ передачи информации, при котором часть циклически передаваемых посредством шинной системы данных дополнительно передается по линиям питания для обеспечения избыточности информации.
Из публикации DE 10301637 А1 известно приемопередающее устройство, содержащее в себе несколько передающих элементов и/или несколько приемных элементов, причем каждый передающий и приемный элемент предназначен для передачи данных по отдельному каналу подключенной коммуникационной сети. Управление доступом одного элемента к разным каналам в данной публикации не рассматривается.
Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в разработке способа управления доступом абонентской станции шинной системы к каналу, совместно используемому несколькими абонентскими станциями, который (способ) позволил бы относительно быстро передавать большие объемы данных и при передаче сообщений по шине выдерживать или соблюдать условия реального времени. Эта задача решается в предлагаемом способе управления доступом к среде передачи, характеризующемся признаками пункта 1 формулы изобретения.
При реализации предлагаемого в изобретении способа для управления доступом к первому каналу используется побитовый арбитраж, которым ограничивается скорость передачи двоичных данных в первом канале, тогда как для второго канала отдельный арбитраж не требуется. В течение временного интервала разрешения доступа абонентская станция имеет право монопольного доступа к первому каналу и она обращается ко второму каналу, т.е. осуществляет доступ к нему только тогда, когда она обладает монопольным доступом к первому каналу. Таким образом, второй канал может иметь значительно более высокую, чем первый канал, скорость передачи двоичных данных. Абонентская станция может передать относительно большой блок данных по второму каналу, пока у нее есть право монопольного доступа к первому каналу. Шинная система предпочтительно включает в себя домен сети CAN (CAN-домен).
Также предусмотрено, что начало временного интервала разрешения доступа определяется абонентской станцией посредством побитового арбитража первого канала, а конец временного интервала разрешения задается, как только абонентская станция после успешного арбитража первого канала снова освободит его. Этим достигается то, что управление доступом ко второму каналу осуществляется посредством предусмотренного для первого канала побитового арбитража без проведения отдельного арбитража для получения доступа ко второму каналу. В случае домена сети CAN начало временного интервала разрешения доступа может соответствовать концу передачи поля арбитража в структуре кадра, а конец временного интервала разрешения доступа может соответствовать концу передачи поля контрольной суммы этого кадра (поле CRC). Особенно предпочтителен вариант, в котором в качестве по меньшей мере одного временного интервала разрешения доступа задают временное окно или часть временного окна в пределах регулярно повторяющейся структуры временных окон. В случае если шинная система включает в себя домен сети CAN, временной интервал разрешения доступа, или временное окно, предпочтительно задают посредством протоколов TTCAN. При этом временное окно может представлять собой фрагмент основного (базового) цикла, многократно повторяющегося в пределах общего цикла. Поскольку в случае протокола TTCAN временное окно обычно выделяется под определенный тип сообщений, для одной абонентской станции часто задают несколько временных окон, а значит, и несколько разрешенных временных интервалов доступа в пределах структуры временных окон. Это особенно актуально в том случае, если эта абонентская станция отвечает за пересылку сообщений различных типов, т.е. является источником информации для нескольких типов сообщений. Использование TTCAN позволяет не только гарантировать бесперебойную связь между несколькими абонентскими станциями, осуществляемую по второму каналу без необходимости выполнения с этой целью отдельной процедуры арбитража для второго канала, но и выделять отдельным абонентским станциям определенную долю пропускной способности второго канала. Таким образом, благодаря этому для передачи сообщений между двумя определенными абонентскими станциями или для передачи сообщений определенных типов может быть задана или гарантирована определенная средняя скорость передачи двоичных данных.
Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении объема передаваемых данных без ухудшения характеристик работы системы в условиях реального времени.
В особенно предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения первые подлежащие передаче данные можно передавать по первому каналу, а вторые подлежащие передаче данные можно передавать по второму каналу посредством общей сигнальной линии. Таким образом, между отдельными абонентскими станциями достаточно предусмотреть одну сигнальную линию, например, в виде общей линии шины. При этом в качестве такой сигнальной линии может использоваться линия известной шинной системы, в частности CAN, в которой направляемые по первому каналу данные передаются согласно протоколам CAN. Это имеет то преимущество, что к шинной системе, эксплуатируемой в соответствии с предлагаемым в изобретении способом, можно без проблем подключать обычные абонентские станции, способные работать, например, по известным протоколам CAN. В этом отношении предлагаемый способ может рассматриваться как расширение протоколов CAN, совместимое с известными протоколами и устройствами CAN.
При этом предпочтительно в зависимости от первых данных формировать информационный сигнал и модулированный вторыми данными сигнал, и на информационный сигнал накладывать модулированный сигнал. Благодаря этому передаче первых данных по второму каналу не мешает передача вторых данных по второму каналу, осуществляемая одновременно. В качестве метода модуляции для формирования модулированного сигнала может использоваться, например, частотная модуляция, в частности, частотная манипуляция в зависимости от логического состояния (0 или 1) второго канала. Также может быть предусмотрено применение фазовой модуляции, например двухпозиционной фазовой манипуляции (ДФМн).
В качестве альтернативы описанному выше варианту, первые данные, направляемые по первому каналу, можно передавать посредством первой сигнальной линии, а данные, направляемые по второму каналу, можно передавать посредством второй сигнальной линии, отдельной от первой сигнальной линии. В качестве первой сигнальной линии может использоваться линия шины, соответствующая спецификации протокола CAN, а вторая сигнальная линия может быть построена произвольным образом. Например, второй линией может быть еще одна линия шины CAN, которая, однако, работает с относительно высокой скоростью передачи двоичных данных. Могут использоваться любые устройства передачи двоичных данных. Также можно использовать приемопередающие схемы и сигнальные линии, предусмотренные для локальных вычислительных сетей, в частности, для сетей Ethernet. Это позволяет реализовать высокую скорость передачи двоичных данных по второму каналу. Поскольку управление доступом ко второму каналу осуществляется посредством предлагаемого в изобретении способа, это исключает возникновение неблагоприятных для приложений реального времени коллизий, возникающих при передаче данных по вычислительным сетям, не являющимися посредниками в передаче информации. Кроме того, вторая сигнальная линия может быть образована бортовой электросетью транспортного средства, если в составе абонентской станции предусмотрено устройство для передачи данных по бортовой электросети транспортного средства (по так называемой технологии связи по линиям электропередачи).
В качестве еще одного решения вышеназванной задачи предлагается абонентская станция (абонентский пункт) шинной системы, охарактеризованная признаками пункта 6 формулы изобретения. Применение такой абонентской станции при эксплуатации шинной системы исключает возможность потери данных, передаваемых по второму каналу, вследствие коллизий во втором канале. Дело в том, что каждая подключенная к шинной системе абонентская станция гарантирует, что в любой момент времени второй канал занимает максимум одна абонентская станция. Абонентской станцией может быть, например, электронный компонент транспортного средства, в частности, блок управления транспортного средства. Абонентская станция содержит второй элемент управления для управления доступом ко второму каналу. Таким вторым элементом управления может быть коммуникационный контроллер любого рода, который не должен отрабатывать протокол для управления доступом ко второму каналу. Коммуникационный контроллер может быть реализован просто контроллером, предназначенным для передачи и приема асинхронного последовательного потока данных. При этом для управления доступом абонентской станции ко второму каналу, совместно используемому несколькими абонентскими станциями, второй элемент управления выполнен таким образом, чтобы открывать второй канал для доступа к нему абонентской станции только в течение вышеупомянутого временного интервала разрешения доступа без проведения отдельного арбитража для получения доступа ко второму каналу.
Для обеспечения возможности координирования доступа ко второму каналу без использования специального способа или протокола управления доступом к среде передачи особенно предпочтителен вариант осуществления изобретения, в котором второй элемент управления связан с первым элементом управления с возможностью управления вторым элементом управления, предпочтительно посредством вырабатываемого первым элементом управления сигнала управления доступом, для разрешения доступа ко второму каналу. При этом первый элемент управления может иметь выход для выдачи сигнала управления доступом, а второй элемент управления может иметь соответствующий управляющий вход, связанный с вышеупомянутым выходом.
Далее предпочтительно, чтобы абонентская станция содержала элемент связи, обеспечивающий соединение обоих элементов управления с общей сигнальной линией с возможностью передачи посредством общей сигнальной линии между разными абонентскими станциями первых данных и вторых данных. Это обеспечивает простоту прокладки линий между абонентскими станциями шинной системы.
Вместе с тем, в качестве альтернативы этому варианту, абонентская станция может содержать первую приемопередающую схему для подключения абонентской станции к первой сигнальной линии и вторую приемопередающую схему для подключения абонентской станции ко второй сигнальной линии, отдельной от первой сигнальной линии. Таким образом, можно реализовать сравнительно высокие скорости передачи двоичных данных во втором канале при относительно небольших затратах, в частности при экономичном выполнении абонентских станций.
Предпочтительно, чтобы абонентская станция была выполнена с возможностью осуществления предлагаемого в изобретении способа, что позволяет реализовать преимущества последнего.
В качестве еще одного решения вышеназванной задачи предлагается элемент управления, охарактеризованный признаками пункта 11 формулы. Таким элементом управления предпочтительно является CAN-контроллер.
Для управления доступом абонентской станции ко второму каналу, совместно используемому несколькими абонентскими станциями, элемент управления выполнен таким образом, чтобы открывать второй канал для доступа к нему абонентской станции только в течение вышеупомянутого временного интервала разрешения доступа без проведения отдельного арбитража для получения доступа ко второму каналу.
Элемент управления, или CAN-контроллер, может быть усовершенствован с расширением его функциональности по сравнению с известными элементами управления, или CAN-контроллерами, таким образом, что элемент управления, или CAN-контроллер выполнен с возможностью выработки сигнала управления доступом, указывающим на то, открыт ли второй канал элементом управления для доступа к нему абонентской станции. В частности, элемент управления, или CAN-контроллер, может иметь выход для выдачи сигнала управления доступом.
Для реализации преимуществ предлагаемого в изобретении способа особенно предпочтительно, чтобы элемент управления, или CAN-контроллер, был выполнен с возможностью осуществления предлагаемого способа.
Элемент управления, или CAN-контроллер, может быть реализован посредством по меньшей мере одной интегральной схемы. Такой интегральной схемой может быть, например, специализированная интегральная схема (ASIC) или соответственно запрограммированная логическая схема (программируемое логическое устройство, ПЛУ).
Другие отличительные особенности и преимущества изобретения раскрываются в приведенном ниже описании, где в качестве примера рассмотрены варианты осуществления изобретения, поясняемые чертежами, на которых показано:
фиг. 1 - структурная схема шинной системы с несколькими абонентскими станциями,
фиг. 2 - структурная схема одной из абонентских станций, показанных фиг. 1, выполненной согласно первому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения,
фиг. 3 - структурная схема части абонентской станции, выполненной согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения,
фиг. 4 - временной график занятия канала шинной системы, и
фиг. 5 - временной график занятия канала во время передачи кадра по каналу.
На фиг. 1 приведена общая схема шинной системы 11 транспортного средства, включающей в себя несколько абонентских станций 13, 13а и первый канал 15, совместно используемый этими абонентскими станциями 13, 13а. В рассматриваемых вариантах осуществления изобретения абонентские станции 13, 13а и первый канал 15 образуют домен 17 сети CAN. Вместе с тем, настоящее изобретение применимо не только к сетям, работающим по протоколам CAN, но и к другим видам сетей передачи данных, в которых станции гарантирован, по меньшей мере в определенные промежутки времени, монопольный бесколлизионный доступ к общему каналу. В качестве абонентских станций 13, 13а могут использоваться, например, блоки управления или устройства индикации транспортного средства.
Часть абонентских станций 13 подключена ко второму каналу 19, совместно используемому этой частью абонентских станций 13. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения все абонентские станции 13, за исключением абонентской станции 13а, подключены к обоим каналам 15, 19. Этой абонентской станцией 13а является обычная абонентская станция 13а, которая, хотя и работает по протоколам CAN, но не приспособлена для осуществления предлагаемого в изобретении способа. Остальные абонентские станции 13 усовершенствованы в соответствии с изобретением с расширением их функциональности за счет дополнительных функций, что позволяет этим станциям дополнительно общаться между собой, т.е. обмениваться информацией или взаимодействовать, по второму каналу 19. Таким образом, в показанной на фиг. 1 шинной системе 11 обычные абонентские станции 13а и абонентские станции 13 с расширенной функциональностью могут связываться друг с другом. В шинной системе может быть предусмотрено и несколько обычных абонентских станций 13а, но также возможен вариант, при котором в шинной системе 11 предусмотрены лишь абонентские станции 13 с расширенной функциональностью, которые подключены к обоим каналам 15, 19.
На фиг. 2 приведена подробная схема абонентской станции 13 с расширенной функциональностью. Эта абонентская станция 13 содержит микрокомпьютер 21, который может быть выполнен, например, в виде микроконтроллера. К микрокомпьютеру 21 посредством первого соединительного устройства 25 присоединен первый элемент управления абонентской станции, выполненный в виде CAN-контроллера 23. Кроме того, абонентская станция 13 содержит второй элемент управления в виде коммуникационного контроллера 27, соединенный посредством второго соединительного устройства 29 с микрокомпьютером 21. Оба соединительных устройства 25, 29 выполнены с возможностью обмена между микрокомпьютером 21 и обоими элементами 23, 27 управления информацией, передаваемой по шинной системе 11, а также конфигурационными данными, управляющими данными и данными о состоянии. Коммуникационный контроллер 27 связан с CAN-контроллером 23 таким образом, чтобы CAN-контроллер посредством вырабатываемого им сигнала о управлении доступом мог управлять коммуникационным контроллером 27. С этой целью управляющий вход 28 коммуникационного контроллера 27 подключен к управляющему выходу 24 CAN-контроллера 23.
Кроме того, абонентская станция 13 содержит первую приемопередающую схему, выполненную в виде CAN-приемопередатчика 31. CAN-приемопередатчик 31 связан с CAN-контроллером 23 таким образом, чтобы CAN-контроллер 23 и CAN-приемопередатчик 31 могли обмениваться первыми данными, передаваемыми в домене 17 сети CAN, т.е. по первому каналу 15 (стрелка 33). Кроме того, CAN-приемопередатчик 31 связан с CAN-контроллером 23 таким образом, чтобы CAN-контроллер 23 мог передавать CAN-приемопередатчику управляющие сигналы (стрелка 35). CAN-приемопередатчик 31 подключен к первому каналу 15.
Абонентская станция 13 также содержит вторую приемопередающую схему 37, связанную с коммуникационным контроллером 27 для передачи в домене 17 сети CAN первых данных (стрелка 39), а также для передачи управляющих сигналов (стрелка 41) между коммуникационным контроллером 27 и второй приемопередающей схемой 37. Вторая приемопередающая схема 37 подключена ко второму каналу 19.
Кроме того, обе приемопередающие схемы 31, 37 могут быть связаны с микрокомпьютером 21, что позволяет микрокомпьютеру 21 управлять обеими приемопередающими схемами 31, 37 и считывать из обеих приемопередающих схем 31, 37 данные об их состоянии (см. стрелки 43 и 45). Вместе с тем, это соединение микрокомпьютера 21 с приемопередающими схемами 31, 37 является факультативным, осуществление изобретения возможно и без такого соединения.
Для точного оформления коммуникационного контроллера 27 и второй приемопередающей схемы 37 имеются широкие степени свободы. Необходимо лишь, чтобы коммуникационный контроллер 27 и вторая приемопередающая схема 37 образовывали передающее устройство для передачи вторых данных между усовершенствованными абонентскими станциями 13 с расширенной функциональностью. Отработка протокола управления доступом к среде передачи (протокол MAC - Media Access Control) при передаче по второму каналу 19 не требуется. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения коммуникационный контроллер 27 выполнен с возможностью передачи и приема асинхронного последовательного потока данных. В качестве второй приемопередающей схемы 37 можно использовать, например, собственно приемопередающую схему, рассчитанную на работу по протоколу CAN. Поскольку во втором канале 19 выполнение способа управления доступом к среде передачи, а значит и побитового арбитража по протоколу CAN не требуется, вторая приемопередающая схема 37 может работать со скоростью передачи двоичных данных, превышающей скорость передачи двоичных данных, допустимую для работы второй приемопередающей схемы согласно протоколам CAN. Если обе приемопередающие схемы 31, 37 имеют одинаковое конструктивное исполнение в виде CAN-приемопередатчиков, то второй канал 19 может работать с более высокой скоростью передачи двоичных данных, чем первый канал 15. Скорость передачи двоичных данных во втором канале 19 может составлять, например, от 3 до 4 Мбит/с.
Если для передачи данных по второму каналу 19 нужно предусмотреть еще более высокую скорость передачи двоичных данных, то в качестве второй приемопередающей схемы 37 может использоваться, например, приемопередающая схема для системы передачи данных по протоколу FlexRay или для локальных вычислительных сетей, например сети Ethernet. Это позволяет реализовать во втором канале 19 скорость передачи двоичных данных, составляющую, например, 10 Мбит/с или 100 Мбит/с.Второй канал 19 может быть выполнен в виде электрического и/или оптического соединения между вторыми приемопередающими схемами 37 абонентских станций 13.
Кроме того, второй канал также может быть образован бортовой электросетью 49 транспортного средства, в которую встроена шинная система 11 (технология связи по линиям электропередачи). В этом случае вторая приемопередающая схема 37 содержит модем 47 для передачи данных по линиям электросети, связанный с бортовой электросетью 49 транспортного средства для передачи вторых данных по бортовой электросети 49.
1
2
2
2
В показанном на фиг. 2 варианте осуществления изобретения первый канал 15 образован первой сигнальной линией 51. Второй канал 19 образован второй сигнальной линией 53, отдельной от первой сигнальной линии 51. Первой сигнальной линией 51 может быть, например, обычная для приложений CAN двухпроводная линия для дифференциальной передачи первых данных, подлежащих передаче по первому каналу 15 (на фиг. 2 первые данные представлены двоичным потоком b). Вторая сигнальная линия 53 выполнена с возможностью передачи данных, подлежащих передаче по второму каналу 19, т.е. передачи второго двоичного потока b. Вторая сигнальная линия 53 может быть выполнена в виде еще одной двухпроводной линии для дифференциальной передачи вторых данных b, или второго двоичного потока b, либо может быть выполнена иным образом.
На фиг. 3 представлен вариант осуществления изобретения, в котором на оба канала 15, 19 предусмотрена одна общая сигнальная линия 55. Эта общая сигнальная линия 55 включает в себя пару проводников, состоящую из первого проводника CANH и второго проводника CANL. В рассматриваемом варианте общая сигнальная линия 55 представляет собой обычную линию шины, предназначенную для шинной системы, работающей на основе протокола CAN.
Как показано на фиг. 3, в составе абонентской станции 13, рассчитанной на подключение к общей сигнальной линии 55, также имеется CAN-приемопередатчик 31. У двух выводов 57 CAN-приемопередатчика 31, предназначенных для его подключения к шине, расположен синфазный дроссель 59. Между синфазным дросселем 59 и парой проводников CANH, CANL общей сигнальной линии 55 находится элемент 61 связи. Кроме того, между первым проводником CANH и вторым проводником CANL расположена схема 63 оконечной загрузки шины (заглушка), содержащая два последовательно включенных нагрузочных резистора 65, причем эта последовательная цепь своими внешними концами подключена к проводникам CANH, CANL, а ответвление от средней точки этой последовательной цепи через конденсатор 67 соединено с массой. В варианте осуществления изобретения, на чертежах не показанном, синфазный дроссель 59 и/или схема 63 оконечной загрузки шины могут быть не предусмотрены.
2
Элемент 61 связи входит в состав схемы 69 сопряжения абонентской станции 13, которая в показанном на фиг. 3 варианте осуществления изобретения предусмотрена вместо второй приемопередающей схемы 37. Модем 71 схемы 69 сопряжения с одной стороны соединен с микрокомпьютером 21, а с другой стороны подключен к элементу 61 связи. Модем 71 содержит модулятор 73 для выработки сигнала m, модулированного в зависимости от второго двоичного потока b. Также модем 71 содержит демодулятор 75 для демодуляции модулированного сигнала т, посланного другой абонентской станцией 13 по общей сигнальной линии 55.
Ниже со ссылкой на фиг. 4 и 5 поясняется принцип функционирования абонентских станций 13 и шинной системы 11. Во время работы шинной системы 11 микрокомпьютеры 21 отдельных абонентских станций 13 управляют отдельными CAN-контроллерами 23 и CAN-приемопередатчиками 31 таким образом, чтобы абонентские станции 13, 13а могли обмениваться сообщениями по протоколам CAN, передавая по первому каналу 15 кадры, в которых содержатся сообщения.
0
m
0
b1
b1
b2
b2
b3
b3
m
В рассматриваемом варианте осуществления изобретения отдельные абонентские станции 13 поддерживают расширение TTCAN. Согласно TTCAN время делится на регулярно повторяющиеся общие циклы. Подобный общий цикл 77 схематически представлен на фиг. 4. Общий цикл 77 начинается в момент времени t и заканчивается в момент времени t. На графике видно, что общий цикл 77 в свою очередь разделен на несколько основных (базовых) циклов 79. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения общий цикл 77 разделен на четыре основных цикла 79. Первый основной цикл 79 (на фиг. 4 показан вверху) начинается в момент времени t и заканчивается в момент времени t. В этот момент времени t также начинается следующий за первым основным циклом 79 второй основной цикл 79, который заканчивается в момент времени t. Соответствующим образом, третий основной цикл начинается в момент времени t и заканчивается в момент времени t. Четвертый основной цикл начинается в момент времени t и заканчивается в момент времени t, тем самым завершая общий цикл 77.
Отдельные основные циклы 79 разделены на несколько временных окон (слотов) 81, в рассматриваемом варианте осуществления изобретения - на шесть временных окон, причем деление основных циклов 79 на временные окна 81 для всех основных циклов 79 является одинаковым. Общими циклами 77 задается регулярно повторяющаяся структура временных окон, которая в силу идентичности деления отдельных основных циклов 79 на временные окна 81 имеет матричное строение, и поэтому ее обычно называют коммуникационной матрицей.
Первое временное окно 81а предусмотрено для передачи по первому каналу 15 опорных сообщений. Опорные сообщения служат, в частности, для синхронизации работы отдельных абонентских станций 13 между собой, чтобы положение во времени отдельных временных окон 81 было с точки зрения отдельных абонентских станций 13 одинаковым, по меньшей мере в основном одинаковым. Часть временных окон 81 выделена под определенный тип сообщений, т.е. в течение этих временных окон 81 передаются исключительно кадры данных с определенным идентификатором. Например, временные окна 81, обозначенные позицией 81b, могут быть зарезервированы для передачи сообщения определенного типа.
a1
a2
a3
a4
1
2
3
4
1
2
3
4
e1
e2
e3
te4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
Поскольку при использовании протоколов CAN сообщение определенного типа, т.е. с определенным идентификатором, может быть сгенерировано только одной абонентской станцией 13, временные окна 81b выделяются исключительно этой абонентской станции 13, т.е. назначаются для монопольного использования этой станцией. Это значит, что в начальный момент времени t, t, t и t начинается, соответственно, временной интервал ΔТ ΔТ, ΔТ и ΔТ разрешения доступа, в течение которого эта абонентская станция 13 имеет право монопольного доступа к первому каналу 15. Временной интервал ΔТ ΔТ, ΔТ и ΔТ разрешения доступа заканчивается в конце соответствующего временного окна 81b, т.е. в момент времени t, t, t и t. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения временной интервал ΔТ ΔТ, ΔТ и ΔТ разрешения доступа соответствует конкретному временнóму окну 81b общего цикла. Вместе с тем, в отличие от этого варианта, временной интервал ΔТ ΔТ, ΔТ и ΔТ разрешения доступа может соответствовать лишь части временного окна 81b. Важным для функционирования предлагаемого в изобретении способа является то, что временной интервал ΔТ ΔТ, ΔТ и ΔТ разрешения доступа должен полностью перекрываться во времени одним временным окном 81b или несколькими следующими подряд друг за другом временными окнами 81b.
0
b1
b2
b3
1
2
3
4
1
2
3
4
Каждая абонентская станция 13 регистрирует моменты времени t, t, t, t, в которые происходит прием отдельных опорных сообщений, и вычисляет положение во времени по меньшей мере того временнóго окна 81, в течение которого она желает получить доступ к шине. Абонентская станция 13, ответственная за посылку тех сообщений, которым назначено временное окно 81b, вычисляет положение обозначенного на фиг. 4 временного интервала ΔТ ΔТ, ΔТ и ΔТ разрешения доступа. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения эти вычисления выполняются CAN-контроллером 23. Вместе с тем, эти вычисления также могут выполняться микрокомпьютером 21. Далее, CAN-контроллер 23 вырабатывает сигнал а управления доступом и направляет его коммуникационному контроллеру 27 (см. фиг. 2). Сигнал а управления доступом всегда активен в течение временного интервала ΔТ ΔТ, ΔТ и ΔТ разрешения доступа. Коммуникационный контроллер 27 анализирует сигнал a управления доступом и осуществляет доступ ко второму каналу 19 только тогда, когда сигнал a управления доступом активен. Если сигнал a управления доступом неактивен, то коммуникационный контроллер 27 держит второй канал 19 свободным, чтобы доступ ко второму каналу 19 могли получить другие абонентские станции 13. Абонентские станции 13 выполнены так, что CAN-контроллер 23, в зависимости от выполняемого в домене сети CAN метода управления доступом, управляет коммуникационным контроллером 27 таким образом, чтобы коммуникационный контроллер 27 обращался ко второму каналу 19 только тогда, когда согласно способу управления доступом к среде передачи в домене 17 сети CAN соответствующей абонентской станции разрешен доступ к первому каналу 15.
Далее в пределах общего цикла 77 предусмотрены дополнительные временные окна 81с, в течение которых могут передаваться сообщения любого типа. В пределах этих временных окон 81с монопольный доступ определенной станции к первому каналу не гарантирован. Поэтому в течение временных окон 81с выполняется побитовый арбитраж согласно протоколам CAN. Побитовый арбитраж основан на том, что если несколько абонентских станций 13 одновременно пытаются получить доступ к первому каналу 15 и посылают биты с различными значениями, от всех станций всегда принимается бит с определенным значением. Этот бит называют доминантным и его значение соответствует в рассматриваемом примере значению ″0″. Далее первая сигнальная линия 51 выполнена так, что каждая абонентская станция 13, когда она обращается к первому каналу 15, может вести прием посредством своего CAN-приемопередатчика 31. Таким образом, каждая абонентская станция 13, когда она обращается к первому каналу 15 для посылки бита, может считать мгновенное состояние первого канала 15, чтобы установить, соответствует ли это состояние посланному биту.
a5
a5
a5
5
На фиг. 5 показан участок кривой, представляющей поведение во времени логического состояния (значение 0 или 1) первого канала 15 в течение временного окна 81с. После времени покоя 82, в течение которого первый канал 15 не был занят ни одной абонентской станцией 13, рассматриваемая абонентская станция 13 начинает передачу стартового бита 83 кадра 85. После передачи стартового бита 83 абонентская станция 13 передает поле 87 арбитража, содержащее, в частности, идентификатор сообщения, указывающий тип сообщения. Во время передачи поля 87 арбитража абонентская станция 13 сравнивает логическое состояние первого канала 15 с каждым посылаемым битом поля 87 арбитража. Если во время передачи поля 87 арбитража абонентская станция 13 установит, что зарегистрированное состояние первого канала не соответствует посланному биту, то абонентская станция 13 прекращает передачу кадра 85. Таким образом, гарантируется, что после передачи поля 87 арбитража в момент времени t одна абонентская станция 13 получит право монопольного доступа к первому каналу 15. Все остальные станции, одновременно обратившиеся к первому каналу 15 для передачи кадра 85, в момент времени t прекратят вести передачу и таким образом прекратят доступ к первому каналу 15. Таким образом, момент времени t соответствует началу дополнительного временного интервала ΔТ разрешения доступа. После передачи поля 87 арбитража абонентская станция 13 посылает поле 89 управления в структуре кадра 85, поле 91 данных в структуре кадра 85, а также контрольное поле 93 (так называемое поле контроля с помощью циклического избыточного кода).
5
e5
5
В поле 95 подтверждения, следующем за контрольным полем 93, другие абонентские станции 13 могут передать бит подтверждения по первому каналу 15, т.е. обратиться к первому каналу 15. Таким образом, временной интервал ΔТ разрешения доступа, в течение которого рассматриваемая абонентская станция 13 имеет право монопольного доступа к первому каналу 15, заканчивается к концу передачи контрольного поля 93, т.е. в момент времени t. За полем 95 подтверждения следует поле с битом 97 останова. В отличие от рассматриваемого варианта осуществления изобретения, временной интервал разрешения доступа также может выбираться более коротким; однако он все равно должен находиться в пределах интервала ΔТ, в котором абонентская станция 13 имеет право монопольного доступа к первому каналу 15.
5
5
Во время прохождения временных окон 81с CAN-контроллер 23 следит за тем, чтобы сигнал a управления доступом был активен только во время временного интервала ΔТ разрешения доступа, вследствие чего коммуникационный контроллер 27 во время временных окон 81с обращается ко второму каналу 19 только в течение временного интервала ΔТ разрешения доступа.
5
В отличие от рассмотренного варианта осуществления изобретения, также может быть предусмотрено, что CAN-контроллер 23 выдает сигнал разрешения для открытия доступа ко второму каналу 19 только в течение таких временных окон 81, которые выделены для передачи сообщений определенного типа, т.е., например, в течение временных окон 81b. В течение же временных окон, которые используются для передачи сообщений различного типа (например временные окна 81с), т.е. в течение которых происходит побитовый арбитраж, в этом варианте осуществления изобретения второй канал 19 не используется. Также возможен вариант, в котором доступ ко второму каналу в течение временного интервала ΔТ разрешается только тогда, когда сеть не располагает расширением TTCAN, например из-за ошибки в домене 17 сети CAN. Это делает возможным работу шинной системы 11, в частности, второго канала 19, при недоступном расширении TTCAN, т.е. при отсутствующей структуре 77 временных окон, а аварийном режиме.
5
Также может быть предусмотрена возможность применения изобретения в домене 17 сети CAN, не поддерживающем расширение TTCAN. В таком домене 17 сети CAN структура 77 временных окон отсутствует. Соответственно, побитовый арбитраж там выполняется постоянно. В подобном домене 17 сети CAN доступ ко второму каналу 19 разрешается в течение обозначенного на фиг. 5 временнóго интервала ΔТ разрешения доступа.
2
2
2
2
Если сигнал a управления доступом активен, т.е. доступ ко второму каналу 19 разрешен, то в случае показанного на фиг. 2 варианта осуществления изобретения вторая приемопередающая схема 37 выдает второй двоичный поток b. Если вторая сигнальная линия 53 образована бортовой электросетью 49, то в передающей абонентской станции 13 модем 47 для передачи данных по линиям электросети модулирует двоичный поток b и выдает в бортовую электросеть 49 соответственно модулированный сигнал. В принимающих абонентских станциях 13 модем 47 для передачи данных по линиям электросети демодулирует посланный передающей абонентской станцией 13 модулированный сигнал, восстанавливая посланный двоичный поток b, и передает содержащиеся во втором двоичном потоке b вторые данные коммуникационному контроллеру 27.
2
1
2
1
2
В показанном на фиг. 3 варианте осуществления изобретения модулятор 73 модема 71 передающей абонентской станции 13 в зависимости от вторых данных b, переданных коммуникационным контроллером 27 в схему 69 сопряжения, вырабатывает модулированный сигнал m. Элемент 61 связи накладывает на информационный сигнал d, выработанный CAN-приемопередатчиком 31 в зависимости от первого двоичного потока b, сигнал m, модулированный в зависимости от второго двоичного потока b, и выдает его на оба проводника CANH и CANL общей сигнальной линии 55. В принимающих абонентских станциях 13 элемент 61 связи передает сигнал, принятый посредством обоих проводников CANH и CANL, в CAN-приемопередатчик 31, опционально через синфазный дроссель 59, и направляет его демодулятору 75 модема 71. CAN-приемопередатчик 31 выделяет из принятого сигнала первый двоичный поток b и передает его в CAN-контроллер 23. Соответствующим образом демодулятор 75 получает из принятого сигнала второй двоичный поток b. Благодаря тому, что опционально имеющийся синфазный дроссель 59 расположен между CAN-приемопередатчиком 31 и элементом 61 связи, исключается возможность подавления синфазным дросселем 59 модулированного сигнала m на пути передачи сигналов между модемами 71 двух абонентских станций 13, подключенных к общей сигнальной линии 55.
2
В рассматриваемом варианте осуществления изобретения модем 71 в качестве метода модуляции использует частотную манипуляцию в зависимости от значений отдельных следующих друг за другом во времени битов второго двоичного потока b. В другом случае вместо частотной манипуляции также может использоваться фазовая модуляция или любой другой метод модуляции.
Элемент 61 связи в простейшем случае может быть выполнен в виде резисторной схемы. Вместе с тем, элемент 61 связи также может содержать один или несколько фильтров для отделения информационного сигнала d, подаваемого в CAN-приемопередатчик 31, от модулированного сигнала m. Кроме того, элемент 61 связи также можно было бы скомбинировать с синфазным дросселем 59, т.е. для синфазного дросселя 59 вместо простой индуктивности с четырьмя выводами может использоваться индуктивность с шестью или более выводами. Таким образом, ВЧ-сигнал может вводиться и выводиться по индуктивной связи, причем ВЧ-часть изолирована от шины CAN путем гальванической развязки. Кроме того, это дает преимущества, связанные с уменьшением затрат.
В целом, в настоящем изобретении предлагаются способ и абонентская станция 13, позволяющие значительно повысить полезную скорость передачи двоичных данных в домене 17 сети CAN посредством дополнительного второго канала 19, в результате чего по шинной системе 11 можно без проблем передавать блоки данных большего объема. Поскольку управление доступом ко второму каналу 19 осуществляется в зависимости от управления доступа к среде передачи в домене 17 сети CAN, изобретение позволяет избежать коллизий, т.е. помех или нарушений работы вследствие непреднамеренного одновременного доступа нескольких абонентских станций 13 ко второму каналу 19. Таким образом, результатом является шинная система 11, которая может удовлетворять имеющимся в автомобильной технике условиям реального времени, обеспечивает передачу двоичных данных с относительно высокими скоростями и при этом может быть реализована экономически целесообразным образом.