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特表2022-513948シリアルバスシステム用の加入局およびシリアルバスシステムでの通信方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-02-09
(54)【発明の名称】シリアルバスシステム用の加入局およびシリアルバスシステムでの通信方法
(51)【国際特許分類】
   H04L 12/413 20060101AFI20220202BHJP
【FI】
H04L12/413
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021534662
(86)(22)【出願日】2019-12-17
(85)【翻訳文提出日】2021-08-16
(86)【国際出願番号】 EP2019085611
(87)【国際公開番号】W WO2020127235
(87)【国際公開日】2020-06-25
(31)【優先権主張番号】102018221961.3
(32)【優先日】2018-12-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】591245473
【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング
【氏名又は名称原語表記】ROBERT BOSCH GMBH
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100196508
【弁理士】
【氏名又は名称】松尾 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100147991
【弁理士】
【氏名又は名称】鳥居 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100201743
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 和真
(72)【発明者】
【氏名】ムッター,アルトゥール
(72)【発明者】
【氏名】ハートビヒ,フロリアン
【テーマコード(参考)】
5K032
【Fターム(参考)】
5K032AA01
5K032BA06
5K032CA08
5K032CB01
5K032CC09
5K032EA05
5K032EC03
(57)【要約】
シリアルバスシステム(1)用の加入局(10;30)およびシリアルバスシステム(1)での通信方法が提供される。加入局(10;30)は、バスシステム(1)の加入局(10;30)と少なくとも1つの他の加入局(10;20;30)との間の通信を制御するための通信制御デバイス(11;31)と、通信制御デバイス(11;31)によって生成された送信信号(TXD)をバスシステム(1)のバス(40)上に送信して、バスシステム(1)の加入局(10、20、30)間で交換されるメッセージ(45)に関して、バス(40)に第1の通信フェーズ(451)で送信される信号のビット時間(t_bt)が、第2の通信フェーズ(452)で送信される信号のビット時間(t_bt)とは異なるようにするための送信/受信デバイス(12;32)とを備え、通信制御デバイス(11;31)が、フレーム(450;450_1;4500)に従って送信信号(TXD)を生成するように構成され、フレーム(450;450_1;4500)内に、ヘッダチェックサム(H_CRC)に関するフィールドとフレームチェックサムに関するフィールド(F_CRC)とが与えられ、通信制御デバイス(11;31)が、固定数のビットの後に固定スタッフビットを挿入すべき固定ビットスタッフィング規則に従ってフレーム(450;450_1;4500)のヘッダに挿入された固定スタッフビットを除いて、メッセージ(45)のために形成されたフレーム(450;450_1;4500)のヘッダのすべてのビットからヘッダチェックサム(H_CRC)を計算するように構成される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
シリアルバスシステム(1)用の加入局(10;30)であって、
バスシステム(1)の加入局(10;30)と少なくとも1つの他の加入局(10;20;30)との間の通信を制御するための通信制御デバイス(11;31)と、
前記通信制御デバイス(11;31)によって生成された送信信号(TXD)を前記バスシステム(1)のバス(40)上に送信して、前記バスシステム(1)の加入局(10、20、30)間で交換されるメッセージ(45)に関して、前記バス(40)に前記第1の通信フェーズ(451)で送信される信号のビット時間(t_bt)が、前記第2の通信フェーズ(452)で送信される信号のビット時間(t_bt)とは異なるようにするための送信/受信デバイス(12;32)とを備え、
前記通信制御デバイス(11;31)が、フレーム(450;450_1;4500)に従って前記送信信号(TXD)を生成するように構成され、前記フレーム(450;450_1;4500)内に、ヘッダチェックサム(H_CRC)に関するフィールドとフレームチェックサムに関するフィールド(F_CRC)とが与えられ、
前記通信制御デバイス(11;31)が、前記バス(40)上で前記交換されるメッセージ(45)を送信するための優先順位を示す識別子を前記フレーム(450;450_1;4500)に与えるように構成され、
前記通信制御デバイス(11;31)が、前記フレーム(450;450_1;4500)に、少なくとも1つのさらなる識別子を与えるように構成され、
前記少なくとも1つのさらなる識別子が、メッセージ識別情報(MSGID)として、前記交換されるメッセージ(45)のデータフィールド内のデータの内容を示し、または送信元識別情報(TXID)として、前記交換されるメッセージ(45)に関する前記送信側加入局を示し、または仮想ネットワーク識別情報(VLANID)として、前記交換されるメッセージ(45)に関する転送情報を示すものである、
加入局(10;30)。
【請求項2】
前記少なくとも1つのさらなる識別子が、前記データフィールドの一部であり、データ長コード(DLC)が、前記少なくとも1つのさらなる識別子の長さを考慮に入れて前記データフィールドの長さを示すものである、請求項1に記載の加入局(10;30)。
【請求項3】
前記少なくとも1つのさらなる識別子が、前記データフィールドの一部ではなく、データ長コード(DLC)が、前記少なくとも1つのさらなる識別子の長さを考慮に入れずに前記データフィールドの長さを示すものである、請求項1に記載の加入局(10;30)。
【請求項4】
前記メッセージ識別情報(MSG ID)の長さ、前記送信元識別情報(TX ID)の長さ、または仮想ネットワーク識別情報(VLAN)の長さが、前記通信制御デバイス(11;31)においてビット毎に設定可能である、請求項1から3のいずれか一項に記載の加入局(10;30)。
【請求項5】
前記メッセージ(45)用に形成された前記フレーム(450;450_1)が、CANFDと互換性があるように構成される、請求項1から4のいずれか一項に記載の加入局(10;30)。
【請求項6】
前記第1の通信フェーズ(451)において、前記バスシステム(1)の前記加入局(10、20、30)のうちのいずれかが、後続の第2の通信フェーズ(452)で、前記バス(40)への少なくとも一時的に排他的で衝突のないアクセスを取得するかが交渉される、請求項1から5のいずれか一項に記載の加入局(10;30)。
【請求項7】
シリアルバスシステム(1)での通信方法であり、通信制御デバイス(11;31)と送信/受信デバイス(12;32)とを備えた前記バスシステム(1)の加入局(10;30)で行われる方法であって、
前記通信制御デバイス(11;31)によって、前記バスシステム(1)の前記加入局(10;30)と少なくとも1つの他の加入局(10;20;30)との間の通信を制御するステップと、
前記送信/受信デバイス(12;32)によって、前記前記通信制御デバイス(11;31)によって生成された送信信号(TXD)を前記バスシステム(1)のバス(40)上に送信して、前記バスシステム(1)の加入局(10、20、30)間で交換されるメッセージ(45)に関して、前記バス(40)に前記第1の通信フェーズ(451)で送信される信号のビット時間(t_bt)が、前記第2の通信フェーズ(452)で送信される信号のビット時間(t_bt)とは異なるようにするステップとを含み、
前記通信制御デバイス(11;31)が、フレーム(450;450_1;4500)に従って前記送信信号(TXD)を生成し、前記フレーム(450;450_1;4500)内に、ヘッダチェックサム(H_CRC)に関するフィールドとフレームチェックサムに関するフィールド(F_CRC)とが与えられ、
前記通信制御デバイス(11;31)が、前記バス(40)上で前記交換されるメッセージ(45)を送信するための優先順位を示す識別子を前記フレーム(450;450_1;4500)に与えるように構成され、
前記通信制御デバイス(11;31)が、前記フレーム(450;450_1;4500)に、少なくとも1つのさらなる識別子を与えるように構成され、
前記少なくとも1つのさらなる識別子が、メッセージ識別情報(MSGID)として、前記交換されるメッセージ(45)の前記データフィールド内のデータの内容を示し、または送信元識別情報(TXID)として、前記交換されるメッセージ(45)に関する前記送信側加入局を示し、または仮想ネットワーク識別情報(VLANID)として、前記交換されるメッセージ(45)に関する転送情報を示すものである、
方法。
【請求項8】
前記少なくとも1つのさらなる識別子が、前記データフィールドの一部であり、データ長コード(DLC)が、前記少なくとも1つのさらなる識別子の長さを考慮に入れて前記データフィールドの長さを示すものである、請求項7に記載の方法。
【請求項9】
前記少なくとも1つのさらなる識別子が、前記データフィールドの一部ではなく、データ長コード(DLC)が、前記少なくとも1つのさらなる識別子の長さを考慮に入れずに前記データフィールドの長さを示すものである、請求項7に記載の方法。
【請求項10】
前記メッセージ識別情報(MSG ID)の長さ、前記送信元識別情報(TX ID)の長さ、または仮想ネットワーク識別情報(VLAN)の長さが、前記通信制御デバイス(11;31)においてビット毎に設定可能である、請求項7から9のいずれか一項に記載の方法。
【請求項11】
前記メッセージ(45)用に形成された前記フレーム(450;450_1)が、CANFDと互換性があるように構成される、請求項7から10のいずれか一項に記載の方法。
【請求項12】
前記第1の通信フェーズ(451)において、前記バスシステム(1)の前記加入局(10、20、30)のうちのいずれかが、後続の第2の通信フェーズ(452)で、前記バス(40)への少なくとも一時的に排他的で衝突のないアクセスを取得するかが交渉される、請求項7から11のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高いデータレート、高い融通性、および高いエラーロバスト性で動作するシリアルバスシステム用の加入局およびシリアルバスシステムでの通信方法に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば車両におけるセンサとコントロールユニットとの間の通信の場合、ポイントツーポイント接続ではなく、バスシステムが好ましいことがよくある。技術的設備や車両の機能の数が増えると、バスシステムのデータトラフィックも増加する。さらに、データを送信元から受信先に従来よりも速く伝送することができることが常に求められている。
【0003】
現在、車両ではバスシステムが導入段階であり、このバスシステムでは、CANFDを使用したCANプロトコル仕様として、規格ISO11898-1:2015でのメッセージとしてデータが伝送される。メッセージは、センサ、制御機器、送信機などのバスシステムの加入局間で伝送される。
【0004】
CAN FDでは、利点の1つは、バスを介して伝送されるフレームの長さを動的に変更可能であることである。これは、一つには、使用データを伝送するためのデータフィールドの長さが、可能な最長の長さ64バイトと常に同じである必要はなく、伝送すべき使用データがより少ない場合はそれに応じて短くすることができることによる。これにより、バスは、伝送すべきメッセージの1つによって、必要以上に長くは遮られない。
【0005】
したがって、CAN FDでは、DLCフィールドで可変データフィールド長が表される。ここでビットエラーが発生した場合、受信側が誤ったフレーム長を復号し、したがってチェックサム(CRC=巡回冗長検査)を誤った位置で検査することが起こり得る。その際、チェックサムに基づいてエラー(CRCエラー)が検出されるかどうかは、偶然的になってしまう。
【0006】
CAN FDフレームの長さが動的に変化するさらなる理由は、ビットスタッフィング規則にある。この規則によれば、5つの同一ビットの後にそれとは逆のビットをCANFDメッセージに挿入しなければならない。したがって、チェックサムに関するフィールド(CRCフィールド)には、動的に挿入されたスタッフビットの数が記録される「スタッフビットカウンタ」が必要である。しかし、この「スタッフビットカウンタ」は、複雑さおよびデータオーバーヘッド(Daten-Overhead)につながる。これにより、伝送可能な正味データレートが低下し、これは、バスシステムでの通信の速度を遅くする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
したがって、本発明の目的は、前述した問題を解決する、シリアルバスシステム用の加入局およびシリアルバスシステムでの通信方法を提供することである。特に、チェックサム保護の欠点が生じず、したがって、通信の高い融通性および高いエラーロバスト性、高いデータレート、ならびにフレーム当たりの使用データの量の増加を実現することができる、シリアルバスシステム用の加入局およびシリアルバスシステムでの通信方法が提供される。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この目的は、請求項1の特徴を備えたシリアルバスシステム用の加入局によって達成される。加入局は、バスシステムの加入局と少なくとも1つの他の加入局との間の通信を制御するための通信制御デバイスと、通信制御デバイスによって生成された送信信号をバスシステムのバス上に送信して、バスシステムの加入局間で交換されるメッセージに関して、バスに第1の通信フェーズで送信される信号のビット時間が、第2の通信フェーズで送信される信号のビット時間とは異なるようにするための送信/受信デバイスとを備え、通信制御デバイスが、フレームに従って送信信号を生成するように構成され、フレーム内に、ヘッダチェックサムに関するフィールドとフレームチェックサムに関するフィールドとが与えられ、通信制御デバイスが、固定数のビットの後に固定スタッフビットを挿入すべき固定ビットスタッフィング規則に従ってフレームのヘッダに挿入された固定スタッフビットを除いて、メッセージ用に形成されたフレームのヘッダのすべてのビットからヘッダチェックサムを計算するように構成される。
【0009】
加入局の構成により、バスシステムの加入局間でメッセージを交換するためにバス上で伝送されるフレームにおいて、フレームの長さを含むフィールドが保護される。これにより、フレームの正しい長さが常に保証される。これにより、フレームの受信側は常に正しいフレーム長を復号することができ、したがってフレームの終了時に正しい位置でチェックサム(CRC=巡回冗長検査)を検査することができる。これにより、バスシステムでの通信時のエラーを迅速かつ確実に発見することができる。これは、残余エラー確率が大幅に減少されることを意味する。残余エラー確率は、エラーであるにもかかわらずフレームが正しいものとして受け入れられる可能性を示すものである。
【0010】
さらに、加入局で行われるフレームの長さの保護のために「スタッフビットカウンタ」は必要ない。これにより、送信側加入局でのフレームの作成の複雑さ、受信側加入局でのフレームの評価の複雑さ、および送信すべきデータオーバーヘッド(Daten-Overhead)が低減される。これにより、伝送可能な正味データレートが増加し、これは、バスシステムでの通信を高速化する。
【0011】
その結果、加入局によって、フレーム当たりの使用データの量が増加しても、バスシステムの動作での現在のイベントに関して高い融通性で、かつ低いエラー率でフレームを送受信することを保証することができる。
【0012】
この場合、バスシステムでの加入局によって、第1の通信フェーズでCANによって知られている調停を維持し、しかしCANまたはCANFDと比較して伝送レートをさらに大幅に増加させることが特に可能である。
【0013】
CANプロトコルおよび/またはCAN FDプロトコルに従ってメッセージを送信する少なくとも1つのCAN加入局および/または少なくとも1つのCAN FD加入局もバスシステムに存在する場合、加入局によって実施される方法を使用することもできる。
【0014】
加入局の有利なさらなる形態は、従属請求項に記載されている。
【0015】
特別な変形形態によれば、通信制御デバイスは、送信信号においてデータフィールドの前にヘッダチェックサムを与えるように構成される。
【0016】
任意選択で、通信制御デバイスは、ヘッダチェックサムの計算にフレーム内の固定スタッフビットを算入するように構成される。
【0017】
例示的実施形態によれば、通信制御デバイスは、メッセージ用に形成されたフレームにおいてフレームチェックサムの前に配置されたすべてのビットからフレームチェックサムを計算するように構成され、固定数のビットの後に固定スタッフビットを挿入すべき固定ビットスタッフィング規則に従ってフレームに挿入されたすべての固定スタッフビットが算入されることも、算入されないこともある。
【0018】
変形形態によれば、通信制御デバイスは、ヘッダチェックサム用のフィールドおよびメッセージ用に形成されたフレームのデータフィールドに配置されたすべてのビットからフレームチェックサムを計算するように構成される。代替として、通信制御デバイスは、メッセージ用に形成されたフレームのデータフィールドに配置されたすべてのビットからフレームチェックサムを計算するように構成することができる。
【0019】
例示的実施形態によれば、メッセージ用に形成されたフレームは、ヘッダチェックサム用のフィールドの前に配置された追加フィールドを有し、通信制御デバイスは、フレーム内の動的スタッフビットの数に関する情報を追加フィールドに挿入するように構成される。
【0020】
ここで、場合により、通信制御デバイスは、フレーム内の動的スタッフビットの数に関する情報としてスタッフビット数が挿入される固定長を有するフィールドとして追加フィールドを構成するように構成される。代替として、場合により、通信制御デバイスは、フレームに挿入される動的スタッフビットの数に応じて追加フィールドの長さを選択するように構成され、それにより、ヘッダチェックサムのためのフィールドは、バス上で、フレームの開始後に常に同じ数のビットの後に到来すると予想される。
【0021】
さらに、加入局は、FDFビットまでのヘッダチェックサムの一時的な値が値ゼロを取ることができないように、ヘッダチェックサムの計算に関する開始値を決定するためのチェックサムユニットを有することができる。
【0022】
メッセージ用に形成されたフレームが、CAN FDと互換性があるように構成されることも考えられる。
【0023】
通信制御デバイスは、フレームチェックサム用のフィールドは設けられているが、ヘッダチェックサム用のフィールドは設けられていないフレームに従って送信信号を生成するように構成されることも考えられ、また、通信制御デバイスは、固定数のビットの後に固定スタッフビットを挿入すべき固定ビットスタッフィング規則をフレーム全体に適用するように構成されることも考えられる。
【0024】
代替または追加として、任意選択で、通信制御デバイスは、バス上に関連メッセージを送信するための優先順位を示す識別子をフレーム内に与えるように構成され、識別子に関するビット数は自由に選択可能である。
【0025】
代替または追加として、通信制御デバイスは、送信信号で、連続するフレーム間に0ビットまたは1ビットのスペースを与えるように構成することができる。
【0026】
第1の通信フェーズにおいて、バスシステムの加入局のうちのいずれかが、後続の第2の通信フェーズで、バスへの少なくとも一時的に排他的で衝突のないアクセスを取得するかが交渉されることが可能である。
【0027】
上述した加入局は、バスと、互いにシリアル通信できるようにバスを介して互いに接続された少なくとも2つの加入局とをさらに含むバスシステムの一部でよい。この場合、少なくとも2つの加入局のうちの少なくとも1つは、前述した加入局である。
【0028】
前述した目的は、請求項15に記載のシリアルバスシステムにおける通信方法によっても達成される。この方法は、通信制御デバイスと送信/受信デバイスとを備えたバスシステムの加入局で行われる方法であって、通信制御デバイスによって、バスシステムの加入局と少なくとも1つの他の加入局との間の通信を制御するステップと、送信/受信デバイスによって、通信制御デバイスによって生成された送信信号をバスシステムのバス上に送信して、バスシステムの加入局間で交換されるメッセージに関して、バスに第1の通信フェーズで送信される信号のビット時間が、第2の通信フェーズで送信される信号のビット時間とは異なるようにするステップとを含み、通信制御デバイスが、フレームに従って送信信号を生成し、フレーム内に、ヘッダチェックサムに関するフィールドとフレームチェックサムに関するフィールドとが与えられ、通信制御デバイスが、固定数のビットの後に固定スタッフビットを挿入すべき固定ビットスタッフィング規則に従ってフレームのヘッダに挿入された固定スタッフビットを除いて、メッセージ用に形成されたフレームのヘッダのすべてのビットからヘッダチェックサムを計算するという方法である。
【0029】
この方法は、加入局に関して前述したのと同じ利点を提供する。
【0030】
本発明のさらなる可能な実装形態は、例示的実施形態に関して上述もしくは後述する特徴または実施形態の明示的に言及していない組合せも含む。ここで、当業者は、本発明のそれぞれの基本形態への改良または補完として個別の態様を追加することもできる。
【0031】
以下、添付図面を参照し、例示的実施形態に基づいて、本発明をより詳細に述べる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
図1】第1の例示的実施形態によるバスシステムの簡略ブロック図である。
図2】第1の例示的実施形態による、バスシステムの加入局が送信することができるメッセージの構造を説明するための図である。
図3】第1の例示的実施形態によるバスシステムの加入局の簡略概略ブロック図である。
図4】第1の例示的実施形態による、加入局におけるバス信号CAN-FX_HおよびCAN-FX_Lの時間プロファイルを示す図である。
図5】第1の例示的実施形態による、加入局におけるバス信号CAN-FX_HおよびCAN-FX_Lの差動電圧VDIFFの時間プロファイルを示す図である。
図6】第2の例示的実施形態による、バスシステムの加入局が送信することができるメッセージの構造を説明するための図である。
図7】第3の例示的実施形態による、バスシステムの加入局が送信することができるメッセージの構造を説明するための図である。
図8】本発明のさらなる態様、すなわちCAN FXフレームでのいくつかの識別子の導入を説明するための図である。図8では、この態様は、図2からの前述した第1の例示的実施形態に基づいて示される。対応して、本発明のこの態様は、図6に示される第2の例示的実施形態および図7に示される第3の例示的実施形態にも適用することができる。
【発明を実施するための形態】
【0033】
図面中、特に指示のない限り、同一または機能的に同一の要素には同じ参照符号が付されている。
例示的実施形態の説明
【0034】
図1は、例としてバスシステム1を示し、バスシステム1は、特に基本的には、以下に述べるように、CANバスシステム、CANFDバスシステム、CAN FXバスシステム、および/またはそれらの変形システムのために構成される。バスシステム1は、特に自動車や航空機などの車両、または病院などで使用することができる。
【0035】
図1では、バスシステム1は、多数の加入局10、20、30を有し、多数の加入局10、20、30は、それぞれが、第1のバスワイヤ41および第2のバスワイヤ42を有するバス40に接続されている。バスワイヤ41、42は、CAN_HおよびCAN_LまたはCAN-FX_HおよびCAN-FX_Lとも呼ぶことができ、送信状態での信号に関して、ドミナントレベルのカップリング後またはレセシブレベルの生成後に電気信号伝送に使用される。バス40を介して、信号の形式でのメッセージ45、46を個々の加入局10、20、30間でシリアル伝送可能である。図1のギザギザの黒いブロック矢印によって示されるように、バス40での通信中にエラーが発生した場合、任意選択でエラーフレーム47(エラーフラグ)を送信することができる。加入局10、20、30は、例えば自動車の制御機器、センサ、表示装置などである。
【0036】
図1に示されるように、加入局10は、通信制御デバイス11、送信/受信デバイス12、およびチェックサムユニット15を有する。加入局20は、通信制御デバイス21、送信/受信デバイス22、およびチェックサムユニット25を有する。加入局30は、通信制御デバイス31、送信/受信デバイス32、およびチェックサムユニット35を有する。加入局10、20、30の送信/受信デバイス12、22、32は、図1には図示されていないが、それぞれバス40に直接接続されている。
【0037】
通信制御デバイス11、21、31は、それぞれの加入局10、20、30と、バス40に接続されている加入局10、20、30のうちの少なくとも1つの他の加入局とのバス40を介した通信をそれぞれ制御する働きをする。
【0038】
通信制御デバイス11、31は、例えば修正されたCANメッセージ45である第1のメッセージ45の作成および読取りを行う。ここで、修正されたCANメッセージ45は、図2を参照してより詳細に述べるCANFXフォーマットに基づいて構成されており、CAN FXフォーマットでは、それぞれのチェックサムユニット15、35が使用される。さらに、通信制御デバイス11、31は、必要に応じて、CANFXメッセージ45またはCAN FDメッセージ46を送信/受信デバイス32に対して供給する、または送信/受信デバイス32から受信するように設計することができる。ここでも、それぞれのチェックサムユニット15、35が使用される。したがって、通信制御デバイス11、31は、第1のメッセージ45または第2のメッセージ46の作成および読取りを行い、第1および第2のメッセージ45、46は、それらのデータ伝送規格が異なり、すなわちこの場合にはCANFXまたはCAN FDである。
【0039】
通信制御デバイス21は、ISO11898-1:2015に準拠した従来のCANコントローラのように、すなわちCANFD許容の従来型CAN CANコントローラまたはCAN FDコントローラのように設計することができる。通信制御デバイス21は、第2のメッセージ46、例えばCAN FDメッセージ46の作成および読取りを行う。CAN FDメッセージ46には、0~64データバイトが含まれることがあり、これらはさらに、従来型CANメッセージよりも明らかに速いデータレートで伝送される。特に、通信制御デバイス21は、従来のCANFDコントローラのように設計される。
【0040】
送信/受信デバイス22は、ISO11898-1:2015に準拠した従来のCANトランシーバ、またはCANFDトランシーバのように設計することができる。送信/受信デバイス12、32は、必要に応じて、関連する通信制御デバイス11、31に対してCANFXフォーマットに従ってメッセージ45を供給する、もしくは現在のCAN FDフォーマットに従ってメッセージ46を供給するように、または関連する通信制御デバイス11、31からメッセージを受信するように設計することができる。
【0041】
2つの加入局10、30を用いて、CAN FXフォーマットでのメッセージ45の作成および伝送、ならびにそのようなメッセージ45の受信を実現可能である。
【0042】
図2は、メッセージ45に関してCAN FXフレーム450を示し、CAN FXフレーム450は、送信/受信デバイス12用の通信制御デバイス11によってバス40への送信のために提供される。この場合、通信制御デバイス11は、図2にも示されているように、この例示的実施形態ではCANFDと互換性があるものとしてフレーム450を作成する。同じことが、加入局30の通信制御デバイス31および送信/受信デバイス32にも同様に当てはまる。
【0043】
図2によれば、バス40でのCAN通信のためのCAN FXフレーム450は、異なる通信フェーズ451、452、すなわち調停フェーズ451およびデータフェーズ452に分割される。フレーム450は、調停フィールド453、制御フィールド454、データフィールド455、チェックサムF_CRC用のチェックサムフィールド456、同期フィールド457、および確認フィールド(ACKフィールド)458を有する。
【0044】
調停フェーズ451において、調停フィールド453での識別子(ID)を用いて、どの加入局10、20、30がメッセージ45、46を最高の優先順位で送信したいか、したがって後続の時間に関して後続のデータフェーズ452で送信するためにバスシステム1のバス40への排他的アクセスを取得するかが、ビット毎に加入局10、20、30間で交渉される。調停フェーズ451では、CANおよびCAN-FDと同様に物理層が使用される。物理層は、既知のOSIモデル(オープンシステム相互接続モデル)のビット伝送層または層1に対応する。
【0045】
フェーズ451中の重要な点は、既知のCSMA/CR法が使用されることであり、CSMA/CR法は、より優先順位の高いメッセージ45、46が破壊されることなく、加入局10、20、30がバス40に同時にアクセスすることを許可する。これにより、さらなるバス加入局10、20、30をバスシステム1に比較的容易に追加することができ、これは非常に有利である。
【0046】
CSMA/CR法により、バス40上にいわゆるレセシブ状態が存在することになり、レセシブ状態は、他の加入局10、20、30がバス40上でドミナント状態によって上書きすることができる。レセシブ状態では、個々の加入局10、20、30で高抵抗挙動が生じており、これは、バス回路の寄生と組み合わさって、より長い時定数をもたらす。これにより、今日のCANFD物理層の最大ビットレートは、実際の車両での使用では現在約2メガビット/秒に制限されている。
【0047】
データフェーズ452では、制御フィールド454の一部に加えて、CAN-FXフレームの使用データ、またはデータフィールド455からのメッセージ45、およびチェックサムF_CRCに関するチェックサムフィールド456が送信される。
【0048】
加入局10が送信元として調停に勝ち、したがって加入局10が送信元として送信のためにバスシステム1のバス40への排他的アクセスを得たとき、メッセージ45の送信元は、バス40でのデータフェーズ452のビットの送信を開始する。
【0049】
ごく一般に、CANまたはCAN FDと比較して、CAN FXを用いるバスシステムでは以下の異なる特性を実現することができる。
a)CANおよびCAN FDのロバスト性と使いやすさに寄与する実証済みの特性の採用および場合によっては適応、特に識別子を用いたフレーム構造、およびCSMA/CR法による調停。
b)特に毎秒約10メガビットへの正味データ伝送レートの増加。
c)特に約4キロバイトへの、フレーム当たりの使用データのサイズの増加。
【0050】
図2に示されるように、加入局10は、第1の通信フェーズとしての調停フェーズ451において、部分的に、特にFDFビット(これを含む)まで、ISO11898-1:2015に従ってCAN/CAN-FDから知られているフォーマットを使用する。対照的に、加入局10は、FDFビットから、第1の通信フェーズと、第2の通信フェーズであるデータフェーズ452とにおいて、以下で述べるCANFXフォーマットを使用する。
【0051】
この例示的実施形態では、CAN FXとCAN FDとには互換性がある。ここで、CAN FDから知られているresビット(以下、FXFビットと呼ぶ)は、CAN FDフォーマットからCANFXフォーマットに切り替えるために使用される。したがって、CAN FDとCAN FXとのフレームフォーマットは、resビットまで同じである。CANFX加入局、すなわちここでは加入局10、30は、CAN FDもサポートする。
【0052】
11ビットの識別子が使用される図2に示されるフレーム450の代替として、任意選択で、29ビットの識別子が使用されるCANFX拡張フレームフォーマットも可能である。CAN FX拡張フレームフォーマットは、FDFビットまでは、ISO11898-1:2015からの既知のCAN FD拡張フレームフォーマットと同じである。
【0053】
図2によれば、フレーム450は、SOFビットからFDFビット(これを含む)まで、ISO11898-1:2015に準拠したCANFDベースフレームフォーマットと同一である。したがって、既知の構造は、本明細書でさらには説明しない。図2において下側の線が太い線分で示されているビットは、フレーム450でドミナントとして送信される。図2において上側の線が太い線分で示されているビットは、フレーム450でレセシブとして送信される。
【0054】
一般に、フレーム450の生成には2つの異なるスタッフィング規則が使用される。CANFDの動的ビットスタッフィング規則は、制御フィールド454でのFXFビットまで適用され、したがって連続する5つの同一のビットの後に逆スタッフビットが挿入され得る。制御フィールド454でのFXビットの後には固定スタッフィング規則が適用され、したがって、固定数のビットの後に固定スタッフビットが挿入され得る。代替として、ただ1つのスタッフビットの代わりに、2つ以上のビットを固定スタッフビットとして挿入することもできる。
【0055】
フレーム450では、FDFビットの直後にFXFビットが続き、FXFビットは、その位置から、前述したようにCANFDベースフレームフォーマットでの「resビット」に対応する。FXFビットは、1、すなわちレセシブとして送信されるとき、それによりフレーム450をCANFXフレームとして識別する。CAN FDフレームの場合、通信制御デバイス11は、FXFビットを0、すなわちドミナントとして設定する。
FXFビットの後、フレーム450でresFXビットが続き、resFXビットは、将来の使用のためのドミナントビットである。resFXは、フレーム450に関しては、0、すなわちドミナントとして送信されなければならない。しかし、加入局10がresFXビットを1、すなわちレセシブとして受信した場合、受信側加入局10は、CANFDメッセージ46でres=1に関して行われるのと同様に、例えばプロトコル例外状態に入る。resFXビットを真逆に定義することもでき、すなわち、1、すなわちレセシブとして送信されることになり、したがって受信側加入局は、ドミナントresFXビットでプロトコル例外状態になる。
【0056】
FXFビットの後、フレーム450で、所定のビットシーケンスが符号化されるシーケンスBRSADが続く。このビットシーケンスは、調停フェーズ451の調停ビットレートからデータフェーズ452のデータビットレートへの単純で確実な切替えを可能にする。例えば、BRSADのビットシーケンスは、レセシブ調停ビットと、それに続くドミナントデータビットとからなる。この例では、ビットレートは、上記の2つのビット間のエッジで切り替えることができる。
【0057】
シーケンスBRS ADの後、フレーム450でDLCフィールドが続き、DLCフィールドにはデータ長コード(DLC=Data Length Code)が挿入され、データ長コードは、フレーム450のデータフィールド455内のバイト数を示すものである。データ長コード(DLC)は、1からデータフィールド455の最大長またはデータフィールド長までの任意の値を取ることができる。最大データフィールド長が特に2048ビットである場合、DLC=0は1バイトのデータフィールド長を意味し、DLC=2047は2048バイトのデータフィールド長データフィールド長を意味すると仮定して、データ長コード(DLC)は11ビットを必要とする。代替として、例えばCANの場合のように、長さ0のデータフィールド455を許可することができる。この場合、DLC=0は、例えば、0バイトを有するデータフィールド長を符号化する。符号化可能な最大データフィールド長は、例えば11ビットでは、(2^11)-1=2047である。
【0058】
DLCフィールドの後、フレーム450でヘッダチェックサムH_CRCが続く。ヘッダチェックサムは、フレーム450のヘッダを保護するためのチェックサムであり、すなわち、SOFビットでのフレーム450の開始からヘッダチェックサムH_CRCの開始までのすべてのビット(ヘッダチェックサムH_CRCの開始までのすべての動的スタッフビットおよび任意選択で固定スタッフビットを含む)である。ヘッダチェックサムH_CRC、したがって巡回冗長検査(CRC)に従ったチェックサム多項式の長さは、所望のハミング距離に対応して選択され得る。ヘッダチェックサムH_CRCによって保護することができるデータワードは、11ビットのデータ長コード(DLC)では、27ビットよりも長い。したがって、ハミング距離6を達成するには、ヘッダチェックサムH_CRCの多項式が少なくとも13ビットの長さでなければならない。ヘッダチェックサムH_CRCの計算については、以下でより詳細に述べる。
【0059】
ヘッダチェックサムH_CRCの後、フレーム450でデータフィールド455(Data Field)が続く。データフィールド455は、1~n個のデータバイトからなり、ここで、nは、例えば2048バイトもしくは4096バイトまたは他の任意の値である。代替として、0のデータフィールド長も考えられる。データフィールド455の長さは、前述したようにDLCフィールドに符号化される。
【0060】
データフィールド455の後、フレーム450でフレームチェックサムF_CRCが続く。フレームチェックサムF_CRCは、フレームチェックサムF_CRCのビットからなる。フレームチェックサムF_CRC、したがってCRC多項式の長さは、所望のハミング距離に従って選択され得る。フレームチェックサムF_CRCは、フレーム450全体を保護する。代替として、任意選択で、データフィールド455のみが、フレームチェックサムF_CRCで保護される。フレームチェックサムF_CRCの計算については、以下でより詳細に述べる。
【0061】
F_CRCビットの後、フレーム450で、所定のビットシーケンスが符号化されるシーケンスBRS DAが続く。このビットシーケンスは、データフェーズ452のデータビットレートから調停フェーズ451の調停ビットレートへの単純で確実な切替えを可能にする。例えば、BRS DAのビットシーケンスは、レセシブデータビットと、それに続くドミナント調停ビットとからなる。この例では、ビットレートは、上記の2つのビット間のエッジで切り替えることができる。
【0062】
シーケンスBRS DAの後、フレーム450で同期フィールドが続き、同期フィールドでは同期パターン(Sync Pattern)が維持される。同期パターンは、データフェーズ452の後の調停フェーズ451の開始を受信側加入局10、30が認識できるようにするビットパターンである。同期パターンは、例えば誤ったヘッダチェックサムH_CRCによりデータフィールド455の正しい長さを知らない受信側加入局10、30が同期することを可能にする。次いで、これらの加入局は「否定応答」を送信し、誤った受信を報告することができる。これは特に、CANFXがデータフィールド455でエラーフレーム47(エラーフラグ)をもはや許可しないときに非常に重要である。
【0063】
同期フィールドの後、フレーム450で確認フィールド(ACKフィールド)が続き、確認フィールドは、いくつかのビット、すなわち図2の例ではACKビット、ACK-dlmビット、NACKビット、およびNACK-dlmビットからなる。NACKビットおよびNACK-dlmビットは、任意選択のビットである。受信側加入局10、30は、フレーム450を正しく受信したとき、ACKビットをドミナントとして送信する。送信側加入局は、ACKビットをレセシブとして送信する。したがって、フレーム450でバス40に初めに送信されたビットを、受信側加入局10、30によって上書きすることができる。ACK-dlmビットは、他のフィールドからの分離に使用されるレセシブビットとして送信される。NACKビットおよびNACK-dlmビットは、フレーム450の正しくない受信を受信側加入局がバス40で信号通知することができるようにするために使用される。ビットの機能は、ACKビットおよびACK-dlmビットの機能と同様である。
【0064】
確認フィールド(ACKフィールド)の後、フレーム450で終了フィールド(EOF=End of Frame)が続く。終了フィールド(EOF)のビットシーケンスは、フレーム450の終了を特徴付けるために使用される。終了フィールド(EOF)は、フレーム450の終了時に8つのレセシブビットが送信されることを保証する。これは、フレーム450内では生じ得ないビットシーケンスである。これにより、加入局10、20、30によってフレーム450の終了を確実に認識することができる。
【0065】
終了フィールド(EOF)は、NACKビットでドミナントビットが見られたか、それともレセシブビットが見られたかに応じて異なる長さを有する。送信側加入局がNACKビットをドミナントとして受信したとき、終了フィールド(EOF)は7つのレセシブビットを有する。そうでない場合には、終了フィールド(EOF)は、5つだけのレセシブビットの長さである。
【0066】
終了フィールド(EOF)の後、フレーム450で、フレーム間スペース(IFS-Inter Frame Space)が続く。このフレーム間スペース(IFS)は、ISO11898-1:2015に対応したCANFDの場合と同様に構成される。
【0067】
図3は、通信制御デバイス11、送信/受信デバイス12、および通信制御デバイス11の一部であるチェックサムユニット15を備えた加入局10の基本構造を示す。加入局30は、図3に示されるのと同様に構成されるが、図1によるチェックサムユニット35は、通信制御デバイス31および送信/受信デバイス32から独立して配置されている。したがって、加入局30について個別には述べない。
【0068】
図3によれば、加入局10は、通信制御デバイス11および送信/受信デバイス12に加えて、通信制御デバイス11が割り当てられるマイクロコントローラ13と、システムASIC16(ASIC=特定用途向け集積回路)とを有する。システムASIC16は、代替として、加入局10の電子回路アセンブリに必要な複数の機能が組み合わされたシステムベースチップ(SBC)でよい。システムASIC16には、送信/受信デバイス12に加えて、送信/受信デバイス12に電気エネルギーを供給するエネルギー供給デバイス17が設置される。通常、エネルギー供給デバイス17は、5Vの電圧CAN_Supplyを送達する。しかし、要件に応じて、エネルギー供給デバイス17は、異なる値を有する異なる電圧を送達することができる。追加または代替として、エネルギー供給デバイス17は、電源として構成することができる。
【0069】
チェックサムユニット15は、ヘッダチェックサムブロック151およびフレームチェックサムブロック152を有し、これらのブロックについて以下でより詳細に述べる。ヘッダチェックサムブロック151には、開始値1511が少なくとも一時的に記憶される。
【0070】
送信/受信デバイス12は、送信機121および受信機122をさらに有する。以下では常に送信/受信デバイス12に言及するが、代替として、送信機121の外部の別個のデバイスに受信機122を提供することが可能である。送信機121および受信機122は、従来の送信/受信デバイス22と同様に構成することができる。送信機121は、特に、少なくとも1つの演算増幅器および/または少なくとも1つのトランジスタを有することができる。受信機122は、特に、少なくとも1つの演算増幅器および/または少なくとも1つのトランジスタを有することができる。
【0071】
送信/受信デバイス12は、バス40、より正確に言うとCAN_HまたはCAN-FX_H用のバス40の第1のバスワイヤ41、およびCAN_LまたはCAN-FX_L用のバス40の第2のバスワイヤ42に接続される。少なくとも1つの接続端子43を介して第1および第2のバスワイヤ41、42に電気エネルギー、特に電圧CAN-Supplyを供給するためのエネルギー供給デバイス17のための電圧供給が行われる。接地またはCAN_GNDとの接続は、接続端子44を介して実現される。第1および第2のバスワイヤ41、42は、終端抵抗49で終端されている。
【0072】
第1および第2のバスワイヤ41、42は、送信/受信デバイス12において、送信機121(トランスミッタとも呼ぶ)だけでなく、受信機122(レシーバとも呼ぶ)にも接続されている。見やすくするために図3にはこの接続を示していない。
【0073】
バスシステム1の動作時、送信機121は、通信制御デバイス11の送信信号TXDまたはTxDを、バスワイヤ41、42に関する対応する信号CAN-FX_HおよびCAN-FX_Lに変換し、これらの信号CAN-FX_HおよびCAN-FX_Lを、バス40でCAN_HおよびCAN_L用の接続端子に送信する。
【0074】
受信機122は、図4によるバス40から受信された信号CAN-FX_HおよびCAN-FX_Lから、受信信号RXDまたはRxDを生成し、図3に示されるように、これを通信制御デバイス11に転送する。アイドルまたはスタンバイ状態(idleまたはStandby)を除いて、受信機122を備えた送信/受信デバイス12は、通常動作では、送信/受信デバイス12がメッセージ45の送信元であるか否かに関係なく、バス40でのデータまたはメッセージ45、46の伝送を常にリッスンする。
【0075】
図4の例によれば、信号CAN-FX_HおよびCAN-FX_Lは、少なくとも調停フェーズ451において、CANから知られているようにドミナントおよびレセシブバスレベル401、402を有する。バス40に差分信号VDIFF=CAN-FX_H-CAN-FX_Lが生じ、これは図5に示されている。ビット時間t_btを有する信号VDIFFの個々のビットは、0.7Vの受信閾値で認識することができる。データフェーズ452では、信号CAN-FX_HおよびCAN-FX_Lのビットは、調停フェーズ451よりも速く、すなわち短いビット時間t_btで送信される。したがって、信号CAN-FX_HおよびCAN-FX_Lは、データフェーズ452で、少なくともそれらのビットレートが速いという点で、従来の信号CAN_HおよびCAN_Lとは異なる。
図4での信号CAN-FX_H、CAN-FX_Lに関する状態401、402のシーケンス、およびそこから得られる図5の電圧VDI FFのプロファイルは、加入局10の機能を説明する目的のものにすぎない。バス状態401、402に関するデータ状態のシーケンスは、必要に応じて選択可能である。
【0076】
言い換えると、図4による第1の動作モードでは、送信機121は、バス40のバスラインの2つのバスワイヤ41、42に関して異なるバスレベルを有するバス状態402として第1のデータ状態を生成し、バス40のバスラインの2つのバスワイヤ41、42に関して同じバスレベルを有するバス状態401として第2のデータ状態を生成する。
【0077】
さらに、送信機121は、データフェーズ452を含む第2の動作モードにおける信号CAN-FX_H、CAN-FX_Lの時間プロファイルのために、より高いビットレートでビットをバス40に送信する。CAN-FX_HおよびCAN-FX_L信号は、データフェーズ452でさらに、CANFDの場合とは異なる物理層を用いて生成することもできる。それにより、データフェーズ452でのビットレートは、CANFDの場合よりもさらに増加させることができる。
【0078】
図3のチェックサムユニット15、特にそのヘッダチェックサムブロック151は、ヘッダチェックサムH_CRCに関するフィールドにおいてチェックサムを計算および評価するために使用される。さらに、チェックサムユニット15、特にそのフレームチェックサムブロック152は、フレームチェックサムF_CRCに関するフィールドにおいてチェックサムを計算および評価するために使用される。
【0079】
前述したように、チェックサムは、フレーム450のヘッダ(Headers)を保護するために形成され、すなわち、SOFビットでのフレーム450の開始からヘッダチェックサムH_CRCの開始までのすべてのビット(ヘッダチェックサムH_CRCの開始までのすべての動的スタッフビットおよび任意選択で固定スタッフビットを含む)である。
【0080】
この例示的実施形態では、通信制御デバイス11、特にそのチェックサムユニット15またはヘッダチェックサムブロック151は、ヘッダチェックサムH_CRCを計算するときに、タイプBと呼ばれるエラーを排除するための予防措置を講じる。そのようなエラーは、フレーム450のFXFビットまで生じ得る動的スタッフビットにより生じる可能性がある。このエラーは、チェックサムCRCの現在の中間結果が値0を有する間、グリッチによって引き起こされたエラー同期によりスタッフビットが誤って挿入または削除されたときに発生する。
【0081】
したがって、通信制御デバイス11、特にそのチェックサムユニット15またはヘッダチェックサムブロック151は、ビットシーケンスが既知のスタッフエラーなくFXFビットまで処理される間は、CRCジェネレータレジスタのビットがすべて「0」になることがないように、ヘッダチェックサムH_CRCを計算するための開始値を選択する。したがって、FXFビットが処理されるまで、ヘッダチェックサムH_CRCの計算の一時的な値は、0・・・0になり得ない。すなわち、ヘッダチェックサムH_CRCにおいてFDFビットまでは値0・・・0が生じ得ないように、開始値は、0・・・0ではない特別な値に設定され得る。
【0082】
ヘッダチェックサムH_CRCを計算するための開始値を決定するとき、通信制御デバイス11、特にそのチェックサムユニット15またはヘッダチェックサムブロック151は、CANFX加入局10、30がFXFビットまでは任意の各ビットシーケンスを送信することができないことを考慮に入れる。したがって、通信制御デバイス11、特にそのチェックサムユニット15またはヘッダチェックサムブロック151は、以下の境界条件の下で開始値を決定する。すなわち、次のとおりである。
- 動的スタッフビットによって6個以上のドミナントまたは6個以上のレセシブビットを連続してもはや送信することができないこと、および
- フレーム450の特定のビットが、前述したように固定値を有し、したがって可変ではないこと。
【0083】
したがって、所定の開始値は、通信制御デバイス11によって、特にチェックサムユニット15またはヘッダチェックサムブロック151内のソフトウェアによって動的に構成することができる。
【0084】
代替として、通信制御デバイス11または他の装置のいずれかによって開始値が一度決定された後、所定の開始値を通信制御デバイス11に恒久的に記憶することができる。代替として、所定の開始値は、開始値が0・・・0に等しくないという条件で、オペレータが選択することができる。
【0085】
これにより、加入局10で、タイプBエラーがもはや生じることはあり得ない。
【0086】
開始値を計算するための上述した手順の大きな利点は、フレーム450に追加のビットが導入されないことである。これにより、フレーム450のデータオーバーヘッドおよびフレーム450の評価の複雑さが低減される。
【0087】
さらに、適切なH_CRC開始値を見つけることができるように、ヘッダチェックサムH_CRCの長さ、したがってCRC多項式の次数を増やす必要があり得る。したがって、ヘッダチェックサムH_CRCは、エラーにより意図せずにビット状態が変化する特定数の通常のビットフリップの認識に必要な長さよりも長くなる。
【0088】
さらに、通信制御デバイス11、特にそのチェックサムユニット15またはヘッダチェックサムブロック151は、ヘッダチェックサムH_CRCに関して、11ビットの識別子(ID)を使用するフレーム450において、29ビットの識別子(ID)を使用するフレーム450とは異なる多項式を使用することができる。これは、ヘッダチェックサムH_CRCによるデータオーバーヘッド(Overhead)が、11ビットの識別子(ID)を使用するフレーム450において、29ビットの識別子(ID)を使用するフレーム450よりも小さいという利点を有する。
【0089】
さらに、チェックサムユニット15、特にそのフレームチェックサムブロック152は、前述したように、フレームチェックサムF_CRCを形成する。ここで、チェックサムユニット15は、言及するオプションの1つを使用することができる。ここで、フレームチェックサムF_CRCは、それぞれ以下のオプション1および2に従って、フレームチェックサムF_CRCまでフレーム450全体を保護する。
【0090】
オプション1:フレームチェックサムF_CRCは、フレーム450全体にわたって計算される。したがって、フレームチェックサムF_CRCの計算に、SOFビット(これを含む)からフレームチェックサムF_CRCの開始までのすべてのビットが算入される。さらに、動的スタッフビット、および任意選択で固定スタッフビットも計算に算入される。ヘッダチェックサムH_CRCが、すでにフレーム450のヘッダ(Header)をタイプBエラーから保護しているので、フレームチェックサムF_CRCを再度行う必要はない。
【0091】
オプション2:フレームチェックサムF_CRCは、ヘッダチェックサムH_CRCおよびデータフィールド455にわたって計算される。したがって、ヘッダチェックサムH_CRCの最初のビット(これを含む)からのすべてのビットが、フレームチェックサムF_CRCの計算に算入される。任意選択で、固定スタッフビットも計算に入れられる。ヘッダチェックサムH_CRCがすでにフレーム450のヘッダ(Header)を保護しているので、フレーム450全体を保護するために、ヘッダチェックサムH_CRCをF_CRC計算に含めれば十分である。
【0092】
オプション3:フレームチェックサムF_CRCは、データフィールド455のみを保護する。したがって、ヘッダチェックサムH_CRC後の最初のビットからフレームチェックサムF_CRCの開始までのすべてのビットが、フレームチェックサムF_CRCの計算に算入される。任意選択で、固定スタッフビットも計算に入れられる。したがって、フレームチェックサムF_CRCは、データフィールド455のみを保護する。ヘッダチェックサムH_CRCがすでにフレーム450のヘッダ(Header)を保護しているので、これで十分である。フレームチェックサムF_CRCとヘッダチェックサムH_CRCとが、フレーム450全体を一緒に保護する。
【0093】
図6は、CAN FXとCANFDとに互換性がある、第2の例示的実施形態によるフレーム450_1を示す。この例示的実施形態では、フレーム450_1、したがってCANFXフレームフォーマットは、以下で述べるように、図2のフレーム450とは異なる。ここでは、図6のフレーム450との相違点のみを述べる。なお、2つの例示的実施形態のフレーム450、450_1は同じである。
【0094】
フレーム450_1では、ヘッダチェックサムH_CRCの前にS_Cフィールドが挿入される。S_Cフィールドでは、送信される動的スタッフビットの数(スタッフカウント)が伝送される。S_Cフィールドは、1~nビットを有することができる。この場合、すなわちフレーム450_1に関して、最大3つの動的スタッフビットがあり、すなわち、nは2として選択することができる。代替として、伝送され得るビットの数を減らすために、「Xを法とする動的スタッフビットの数」の伝送も可能である。Xは、例えば2でよい。
【0095】
しかし、この変形形態により、フレーム450_1のデータオーバーヘッドは、図2のフレーム450と比較して大きい。
【0096】
フレーム450_1の変形では、S_Cフィールドに、送信される動的スタッフビットの数(スタッフカウント)の代わりにスタッフコンペンセータが挿入される。スタッフコンペンセータは、0~mビットを有し、ここで、mは、FDFビットまでに存在し得る動的スタッフビットの最大数に対応する。ここで、動的スタッフビットとスタッフコンペンセータビットとの合計は、常にmに等しい。
【0097】
スタッフコンペンセータは、フレーム450_1のフレームヘッドの長さが一定であることを保証する。例えば、識別子(ID)に関して11ビットの場合、最大3つの動的スタッフビットが生じることがある。したがって、11ビットの識別子(ID)の場合、m=3である。1つの動的スタッフビットを有するフレーム450_1では、スタッフコンペンセータは2ビットの長さである(3-1=2ビット)。それにより、データフィールド455は、常に、フレームの開始から固定数のビットの後に始まる。
【0098】
図7は、CAN FXとCANFDとに互換性がない、第3の例示的実施形態によるフレーム4500を示す。この例示的実施形態では、フレーム4500、したがってCANFXフレームフォーマットは、以下で述べるように、図2のフレーム450とは異なる。ここでは、図2のフレーム450との相違点のみを述べる。なお、2つの例示的実施形態のフレーム450、4500は同じである。
【0099】
一般に、この例示的実施形態によるフレーム4500の生成時、固定スタッフィング規則のみが使用され、したがって、固定数のビットの後に固定スタッフビットが挿入され得る。代替として、ただ1つのスタッフビットの代わりに、2つ以上のビットを固定スタッフビットとして挿入することもできる。データ長コード(DLC)の値がわかっている場合、これは一定のフレーム長またはフレーム4500の一定の長さをもたらす。これにより、動的スタッフビットによって引き起こされる様々な問題が防止される。
【0100】
この例示的実施形態によるフレーム4500では、識別子(ID)は、CANFDの場合のように11ビットまたは29ビットにもはや制限されない。識別子(ID)のビットの数kは自由に選択することができる。しかし、代替として、数kは、固定値に固定することもできる。正味データレートが高い場合、k=8ビットのIDが好適である。これは、バスシステム1の各加入局10、20、30に十分に多くのバスアクセス優先順位を与えるのに十分である。しかし、当然、バスシステム1での要件および様々な優先順位の数に応じて、kに関して別の値を選択可能である。
【0101】
図2のフレーム450のビットRRS、IDE、FDF、FXFは、フレーム4500では不要になり、省略される。これにより4ビットが節約され、したがってフレームオーバーヘッドが低減される。これにより、バスシステム1での正味データレートが増加される。
【0102】
終了フィールド(EOF)は、NACKビットがドミナントであるとき、フレーム4500でさらに5ビットだけを有する。一方、NACKビットがレセシブであるとき、終了フィールド(EOF)は3ビットを有する。終了フィールド(EOF)は、フレーム450の終了時に6つのレセシブビットが送信されることを保証する。この数のレセシブビットは、調停フェーズ451において5つの同一ビットの後に固定スタッフビットが挿入されるとき、有効なフレーム4500では他のどこにも生じ得ない。代替として、7ビット以上でもよい。特に、EOFビットの数は、固定スタッフビットが挿入される前のビットの数に適合させる必要がある。
【0103】
フレーム間スペース(IFS)は、フレーム4500で最小長さを必要としない。特に、フレーム間スペース(IFS)は長さ0を有することができる。そのような場合、2つのフレーム4500が、順次にシームレスに送信される。しかし、例えば1ビットを有するフレーム間スペース(IFS)は、前述した場合と比較してバスシステム1のロバスト性を高めるためにも好適である。2つのフレーム4500間のここでは7つのレセシブビットによって、新たな加入局は、バス40でより確実に同期することができる。
【0104】
したがって、フレーム4500には動的スタッフビットは生じない。その結果、上述したエラータイプBに対する保護を提供する必要はない。したがって、エラータイプBの認識に使用される図6からのフィールドS_Cは不要であり、したがってフレームオーバーヘッドがさらに低減される。任意選択で、ヘッダチェックサムH_CRCを省略することもでき、それによりフレームオーバーヘッドがさらに低減される。これにより、バスシステム1での正味データレートがさらに増加する。
【0105】
したがって、フレーム4500では、フレームチェックサムF_CRCは、CANFD互換性が存在する第1の例示的実施形態を参照して述べたように、オプション1~3の1つに従って計算することができる。
【0106】
加入局10、20、30、バスシステム1、およびそこで実施される方法の前述したすべての構成は、個別に、またはすべての可能な組合せで使用することができる。特に、上述した例示的実施形態のすべての特徴および/またはそれらの変形形態は、任意に組み合わせることができる。追加としてまたは代替として、特に以下の変形形態が考えられる。
【0107】
CANバスシステムの例で本発明を前述してきたが、本発明は、異なる通信フェーズのために生成されるバス状態が異なる、2つの異なる通信フェーズが使用される各通信ネットワークおよび/または通信方法で使用することができる。特に、本発明は、イーサネットおよび/または100Base-T1イーサネット、フィールドバスシステムなどの他のシリアル通信ネットワークの開発に使用可能である。
【0108】
特に、例示的実施形態によるバスシステム1は、データを2つの異なるビットレートでシリアル伝送可能である通信ネットワークでよい。バスシステム1において、共通のチャネルへの加入局10、20、30の排他的で衝突のないアクセスが少なくとも特定の期間にわたって保証されていることは、有利であるが、必須の前提条件ではない。
【0109】
例示的実施形態のバスシステム1における加入局10、20、30の数および配置は任意である。特に、バスシステム1での加入局20は省略することができる。加入局10または30のうちの1つまたは複数がバスシステム1に存在することが可能である。バスシステム1内のすべての加入局が同一に構成される、すなわち加入局10のみまたは加入局30のみが存在することも考えられる。
【0110】
上述した発明は、以下のように、かつ図8に示されるように、異なる識別子の導入に関してさらに発展させることができる。
【0111】
「メッセージ」と「フレーム」という概念は、本明細書では同義として使用される。
【0112】
図8に、図2からのフレームフォーマットに基づく異なる識別子によるさらなる発展形態を表す。それに対応して、異なる識別子によるさらなる発展形態は、図6または図7に示されるフレームフォーマットにも完全に同様に適用することができる。
【0113】
CAN FXフレームには以下の複数の識別子が導入される。
【0114】
優先順位ID:
優先順位IDは、メッセージまたはフレーム450、450_1、または4500の調停フィールド453におけるすでに上述した識別子IDの代わりとなる、またはそのような識別子IDに対応する。優先順位IDは、調停の過程で、バスアクセスの優先順位に関して優先的に使用される。
【0115】
MSG ID:
データフィールド455で伝送することができるメッセージ識別情報MSGIDは、メッセージまたはフレームの内容を識別する。メッセージ識別情報MSG IDは任意選択である。
【0116】
TX ID:
データフィールド455で伝送することができる送信元識別情報TX IDは、メッセージまたはフレームの送信元を識別する。送信元識別情報TX IDは任意選択である。
【0117】
VLAN ID:
データフィールド455で伝送することができる仮想ネットワーク識別情報VLANIDは、メッセージまたはフレームに関する転送情報を含む。仮想ネットワーク識別情報VLANIDは任意選択である。
【0118】
利点:
提示したいくつかの識別情報の導入は、CAN FDでの従来の識別子に比べて以下の利点を有する。
【0119】
列挙した各識別情報はそれぞれ、必要な特徴または機能を最適に満たすために最適な長さを有する。同時に、高い正味データレートが達成され、これは、一方では、調停に必須のビットのみが低速の調停フェーズで伝送されるからであり、他方では、任意選択の識別情報タイプ(MSGID、TX ID、VLAN ID)のうち、それぞれの用途に必要とされるものだけを使用することができるからである。
【0120】
データフィールド内の任意選択の識別情報MSG ID、TX ID、およびVRNA IDの順序は、上述して図8に示した順序とは異なるように選択することもできる。
【0121】
図8でのフレームにおける、本発明のこの態様に関連する部分の説明は以下のとおりである。
【0122】
- 優先順位ID
・このIDは、CAN FDでのフレームIDに対応する。
・これは、主にバスアクセス優先順位を示すので、CAN FX優先順位IDと呼ばれる。優先順位が高いほど、フレームは、バスでの調停に勝ちやすい。
図8に示される例では、CAN FXフレームは、CAN FDフレームと互換性がある。これにより、優先順位IDの長さが11ビットまたは29ビットに制限される。CANFDと互換性のないCAN FXフレームでは、優先順位IDは、任意の長さ、例えば5ビットを有することができ、特に低いオーバーヘッドを生成する。これはすでに、図2および図7からの例示的実施形態に関連して説明した。
【0123】
- DLC:データ長コード
・これは、データフィールド(図2図6、および図7のデータフィールド455に対応する)内のバイトの数を示すデータ長コードDLCである。
・ここで、DLCを使用するための以下の2つの代替形態がある。
【0124】
A)データフィールド(Data Field)での任意選択の識別情報MSGID、TX ID、およびVLAN IDは、データフィールドの一部でよく、すなわちDLCは、データフィールドでの任意選択の識別情報MSG ID、TX ID、およびVLAN IDを含むデータフィールドの長さを示すものである。言い換えると、これは、データフィールドの最初のバイトがIDを含むことを意味する。この場合が図8に示されている。しかし、必ずしも最初のバイトである必要はない。この場合、アプリケーションは、データフィールド(Data Field)で使用可能な識別情報(ID)とその長さを認識していなければならない。
【0125】
B)任意選択の識別情報MSG ID、TX ID、およびVLAN IDは、データフィールドの一部ではなく、DLCは、任意選択の識別情報MSG ID、TXID、およびVLAN IDなしのユーザデータの長さを示すものである。任意選択の識別情報MSGID、TX ID、およびVLAN IDのうちのいずれかがフレーム内に存在するか、およびそれらがどの長さを有しているかは、通信制御デバイスの構成によって示すことができる。
【0126】
- 追加の識別子(データフィールドの一部として、または個別に)
・MSG ID
・メッセージIDは、メッセージまたはフレームの内容を識別する。このIDにより、受信ノードは、このフレームにどの情報があるかを認識することができる。例えば、MSGID=0x10は、車速を表す。
・このIDは任意選択であり、すなわち長さ0を有することもできる。
・IDの長さは、理想的には、通信制御デバイスでビット毎に設定可能である。例えば、長さに関して取り得る値は、16ビット続く。
【0127】
・TX ID
・TX IDは、メッセージまたはフレームの送信元を識別する。すなわち、各送信ノードは、1つ(または複数)の排他的に割り当てられたIDを使用し、送信時にこれをフレームに挿入する。
・このIDは任意選択であり、すなわち長さ0を有することもできる。
・IDの長さは、理想的には、通信制御デバイスでビット毎に設定可能である。例えば、長さに関して取り得る値は、8ビット続く。
【0128】
・VLAN ID
・VLAN IDは、このメッセージまたはこのフレームが見えているべきであるサブネットワーク、またはこのメッセージまたはこのフレームが転送されるべきであるサブネットワークを識別する。例えば、ゲートウェイは、このVLANIDを評価し、そこから、このメッセージまたはこのフレームの転送先となる他のネットワークを導出することができる。
・このIDは任意選択であり、すなわち長さ0を有することもできる。
・IDの長さは、理想的には、通信制御デバイスでビット毎に設定可能である。例えば、長さに関して取り得る値は、4ビット続く。
【0129】
様々な識別子の適用は以下のとおりである。
【0130】
- 優先順位ID
・各バス加入者(以下、ノードとも呼ぶ)には、少なくとも1つの専用優先順位IDが排他的に割り当てられる。
・理想的には、各ノードには最大K個の優先順位IDが排他的に割り当てられる。最大K個の優先順位IDは、最大K個の異なる優先順位(優先順位クラス)を定義することを可能にする。ノードが送信する各メッセージ/各フレームは、メッセージ/フレームの優先順位に対応する優先順位IDを取得する。
・4ノード、およびノード当たり最大K=3個の優先順位IDを有するバスシステムに関する例は次のとおりである。
【0131】
【表1】
【0132】
・任意選択で、各ノードは、優先順位クラスで複数の優先順位IDを取得する。すなわち、例えば、ノード1は、「中優先順位」に関して優先順位ID20、24、28を取得し、ノード2は、優先順位ID21、25、29を取得する。ここで、優先順位クラスでの各ノードが、特定の規則に従って、またはランダムに、例えばラウンドロビン法に従ってIDを選択するとき、例えばノード1が、中優先順位クラスでのノード2に常に勝つとは限らず、すなわちノード1は、常に高い優先順位を有するとは限らない。これにより、優先順位クラス内で公平性が実現される。
【0133】
・任意選択で、メッセージまたはフレームがすでに調停に何度も負けているとき、特定の規則に従って、このメッセージまたはこのフレームに関する優先順位IDを、より優先順位の高い優先順位IDと交換することもでき、それによりメッセージが調停に勝つ可能性が高くなる。すなわち、言い換えると、優先順位IDをメッセージに動的に割り当てることができる。
【0134】
- MSG ID
・バスシステムを介して伝送すべき各情報には、1つまたは複数のMSGIDが割り当てられる。
・MSG IDは、ノード毎に排他的である必要はない。しかし、特定のMSGIDを異なる情報に使用してはならない。
・MSG IDが1つのノードに関して排他的に与えられている場合、MSGIDが暗黙的に送信元も識別するため、原則として、アプリケーションはTX IDの伝送を省くことができる。
【0135】
- TX ID
・各ノードは、そのノードに対して一意の少なくとも1つのTX IDを割り当てられる。2つの異なるノードが同じTX IDを得てはならない。
・ノードに割り当てられたTX IDが、メッセージに挿入される。
【0136】
- VLAN ID
・送信ノードは、VLAN IDによって、接続されている他のどのネットワークにそれぞれのメッセージが転送されるべきかを決定する。さらに、例えば、特定のVLANID、例えば値0のVLAN IDは、ブロードキャスト、すなわち接続されているすべてのネットワークへの転送を意味することもある。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
【国際調査報告】