中繼器、can通信系統(tǒng)和用于在can通信系統(tǒng)內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)報(bào)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于具有至少一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信系統(tǒng)的中繼器，所述中繼器用于在第一參與者和第二參與者之間轉(zhuǎn)發(fā)并且尤其用于放大包括比特的數(shù)據(jù)報(bào)，或者在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部或者用于連接兩個(gè)相同種類的網(wǎng)絡(luò)，其中所述中繼器設(shè)置用于在ISO/OSI參考模型的比特傳輸層上轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)，即與數(shù)據(jù)報(bào)的完全收到不相關(guān)地轉(zhuǎn)發(fā)所收到的比特，其中所述中繼器包括至少兩個(gè)用于將中繼器物理耦合到至少一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的收發(fā)器?！跋嗤N類的網(wǎng)絡(luò)”理解設(shè)置成在傳輸速率相同時(shí)使用相同的協(xié)議來通信的網(wǎng)絡(luò)。
[0002]本發(fā)明也涉及一種具有至少一個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)的CAN通信系統(tǒng)，其中所述CAN通信系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)線路將第一參與者與第二參與者連接，其中所述參與者設(shè)置用于發(fā)送并且接收CAN數(shù)據(jù)報(bào)，以及涉及一種用于在這種CAN通信系統(tǒng)內(nèi)將數(shù)據(jù)報(bào)從第一參與者傳輸?shù)降诙⑴c者的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]總線中繼器是信號(hào)放大器或者信號(hào)處理器，其將網(wǎng)絡(luò)劃分成物理區(qū)段(部分網(wǎng)絡(luò))，其中保持邏輯上的網(wǎng)絡(luò)連接。各個(gè)區(qū)段分別在物理上封閉，由此更長的聯(lián)絡(luò)線(Stichleitung)也是可能的。在數(shù)據(jù)速率低時(shí)，中繼器可以設(shè)置用于增大信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的有效距離，以便實(shí)現(xiàn)更大的傳輸距離。然而，在數(shù)據(jù)速率較高時(shí)通過中繼器的最終的輸送延遲對(duì)最大可實(shí)現(xiàn)的傳輸距離產(chǎn)生負(fù)面影響。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的總線中繼器完全透明地工作，即其沒有變化地接收、放大并且發(fā)送總線信號(hào)。與較高OSI層上的設(shè)備(網(wǎng)橋、網(wǎng)關(guān)等)相比，中繼器在比特層上處理數(shù)據(jù)傳輸并且無須首先從協(xié)議提取數(shù)據(jù)，以便例如識(shí)別接收端或者將數(shù)據(jù)從一種網(wǎng)絡(luò)格式適配成第二種網(wǎng)絡(luò)格式。
[0004]CAN網(wǎng)絡(luò)涉及線性的或者星形的雙線的差分?jǐn)?shù)據(jù)總線，其根據(jù)IS011898連接多個(gè)權(quán)利平等的參與者。當(dāng)在CAN總線上傳輸信息時(shí)，發(fā)送端在協(xié)議內(nèi)的固定點(diǎn)發(fā)送一隱性比特并且在所述隱性比特的發(fā)送期間接收者發(fā)送回一顯性比特作為確認(rèn)信號(hào)(ACK比特，確認(rèn)比特)。否則，沒有成功地繼續(xù)傳輸。在信息密度高時(shí)(例如IMBit/s)意味著，電纜可以僅僅約30-40m長，因?yàn)榉駝t用于數(shù)據(jù)傳輸并且用于ACK比特的信號(hào)傳播時(shí)間過長并且所述ACK比特不再準(zhǔn)時(shí)到達(dá)來確認(rèn)成功的收到。對(duì)于CAN通信系統(tǒng)而言，傳輸信道上的信號(hào)傳播時(shí)間是其最大可能的空間延展的重要因素。如果信號(hào)傳播時(shí)間增大到所定義的邊界以上的值、例如通過電纜長度的增大或者通過具有延遲的元件的引入，則到目前為止強(qiáng)制需要數(shù)據(jù)傳輸速率的降低，因?yàn)榉駝t不再能實(shí)現(xiàn)可靠通信。此外，到目前為止由于其附加的通過時(shí)間所以CAN中繼器的每一種使用與最大可能的線纜長度的減小或者數(shù)據(jù)速率的降低相聯(lián)系。
[0005]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的中繼器放大總線信號(hào)，但不能解決傳播時(shí)間問題。相反:中繼器導(dǎo)致附加的延遲并且因此在數(shù)據(jù)速率高時(shí)導(dǎo)致CAN網(wǎng)絡(luò)的最大的物理延展的進(jìn)一步減小。在通過總線網(wǎng)關(guān)或者總線網(wǎng)橋傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，通常發(fā)生從約200 μ s至毫秒范圍內(nèi)的延遲。此夕卜，所述延遲與經(jīng)過總線的數(shù)據(jù)量有關(guān)，從而時(shí)間持續(xù)不再是確定性的。
[0006]由US 6，654，355B1已知一種CAN網(wǎng)橋、即耦合元件，其工作于兩個(gè)CAN總線之間。在此，在CAN總線中傳輸嵌入在協(xié)議中的信息并且由網(wǎng)橋接收。所述CAN網(wǎng)橋讀取總線信號(hào)，從所述總線信號(hào)中提取所嵌入的信息并且發(fā)送接收確認(rèn)。隨后，所述信息被嵌入到另一網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議中并且被發(fā)送。所述CAN網(wǎng)橋從在正確接收所述信息時(shí)的參與者中的一個(gè)得到接收確認(rèn)。Analytica責(zé)任有限公司的“AnaGate CAN duo”例如是這種可以親合兩個(gè)CAN總線的CAN網(wǎng)橋。消息從CAN總線傳輸?shù)搅硪?CAN總線的時(shí)間持續(xù)強(qiáng)烈取決于報(bào)文長度和數(shù)據(jù)內(nèi)容(比特填充規(guī)則)并且因此是非常長的(視CAN控制器和微控制器而定一一約200微秒)且不確定的(取決于報(bào)文長度、數(shù)據(jù)(比特填充)、處理器負(fù)荷)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的任務(wù)是，提出一種中繼器，其能夠?qū)崿F(xiàn)在通信系統(tǒng)內(nèi)的更大的傳輸路徑并且可以在通信系統(tǒng)內(nèi)靈活使用，以及提出一種CAN通信系統(tǒng)和一種用于在這種CAN通信系統(tǒng)內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)報(bào)的方法。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，所述任務(wù)通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的中繼器、根據(jù)權(quán)利要求6所述的CAN通信系統(tǒng)以及根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法來解決。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，所述中繼器包括邏輯單元，所述邏輯單元設(shè)置用于，識(shí)別從第一參與者向第二參與者轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)報(bào)的固定結(jié)構(gòu)，在數(shù)據(jù)報(bào)的比特的接收期間或者接收之前的確定時(shí)刻模擬ACK比特并且將其轉(zhuǎn)發(fā)給第一參與者。
[0010]因此，根據(jù)本發(fā)明的中繼器是僅僅部分“透明的”并且不僅用于轉(zhuǎn)發(fā)并且必要時(shí)放大信號(hào)，而且用于有針對(duì)性地操作優(yōu)選根據(jù)CAN總線協(xié)議或者I2C協(xié)議構(gòu)造的數(shù)據(jù)報(bào)。
[0011]ACK信號(hào)(ACK比特)是在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)所使用的信號(hào)，以便確認(rèn)數(shù)據(jù)或者指令的收到或處理。由所述中繼器模擬的ACK比特通過顯性比特替代數(shù)據(jù)報(bào)的ACK時(shí)隙中的隱性比特。例如，如果信號(hào)在CAN總線上延遲(例如由容性的旋轉(zhuǎn)傳輸器(DrehUbertrager)或者長的線纜引起)，則通常能夠成功傳輸僅僅低的信息密度，因?yàn)樵诳偩€上必須可以給每個(gè)比特提供更多的時(shí)間并且因此也提供更多的時(shí)間以將接收端的顯性ACK比特傳送給發(fā)送端。借助根據(jù)本發(fā)明的中繼器能夠?qū)崿F(xiàn)，生成接收確認(rèn)(ACK比特)，所述ACK比特已經(jīng)在數(shù)據(jù)報(bào)的接收之前或者接收期間通過中繼器發(fā)送回發(fā)送端，從而可以繼續(xù)數(shù)據(jù)傳輸，而不等待由原本的接收端發(fā)送的“真正的”接收確認(rèn)(ACK比特)。因此，可以顯著減小信號(hào)延遲并且此外其是高度確定性的。通過這種方式，可以提高CAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的信息密度或者可以使用信號(hào)延遲元件，而不一定具有信息密度方面的損失。在此，將CAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)成無沖突的，例如通過參與者的觸發(fā)的、時(shí)間控制的通信引起。
[0012]本發(fā)明的一種特別優(yōu)選的實(shí)施方式設(shè)置，邏輯單元設(shè)置用于等待并且抑制由第二參與者發(fā)送的ACK比特。因此，由根據(jù)本發(fā)明的中繼器在發(fā)送端之前隱藏由第二參與者發(fā)送的ACK比特，因?yàn)槠淇赡苁沁t的并且因此可能損害繼續(xù)通信。
[0013]邏輯單元優(yōu)選包括控制單元，所述控制單元根據(jù)是否應(yīng)當(dāng)在數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)流中插入顯性比特和/或隱性比特來控制邏輯單元的不同的開關(guān)狀態(tài)。由此，覆寫原始比特。DL電路狀態(tài)能夠?qū)崿F(xiàn)所發(fā)送的所有比特從一個(gè)參與者向另一參與者的傳送。rez (I)電路狀態(tài)阻塞顯性比特在參與者之間的傳輸。通過這種方式，可以由中繼器捕獲由接收端發(fā)送的真實(shí)ACK信號(hào)。dom(O)電路狀態(tài)再次能夠?qū)崿F(xiàn)顯性比特的傳輸，例如用于向發(fā)送端發(fā)送接收確認(rèn)的信號(hào)。借助所描述的開關(guān)狀態(tài)的控制，通過相應(yīng)另一側(cè)借助阻止時(shí)間的阻塞來實(shí)現(xiàn)顯性比特的不期望的向回傳輸。
[0014]優(yōu)選地，邏輯單元通過可編程邏輯、尤其通過FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)或者CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)來實(shí)現(xiàn)。將由發(fā)送端發(fā)送的并且由中繼器的第一收發(fā)器接收的數(shù)據(jù)輸送給可編程邏輯。所述邏輯優(yōu)選包含過程控制裝置、發(fā)送/接收方向識(shí)別裝置、消息傳遞裝置、必要時(shí)用于衰減的信號(hào)的阻止時(shí)間/阻塞裝置、確認(rèn)生成裝置和確認(rèn)抑制裝置。與到目前為止所建立的借助具有至少約200 μ s延遲的CAN網(wǎng)橋/網(wǎng)關(guān)/路由器的解決相比，借助這種中繼器可以實(shí)現(xiàn)(發(fā)送端側(cè)的收發(fā)器、F