用于分布式控制系统的高速嵌入式协议技术方案

一种控制网络通信安排，包括以如下方式嵌入到第一协议中的第二协议：支持第二协议的模块知道第一协议并利用第一协议，而只支持第一协议的模块不知道第二协议。对使用第二协议的模块的操作不会干扰对未配置成使用或理解第二协议的模块的操作。在一种方法中，使用第二协议发送的消息会被视为使用第一协议发送的消息，但不具有必须要理解的或需要特定响应的消息。在另一种方法中，使用第二协议的模块可以被配置成在CAN消息帧内发送消息，无需与CAN兼容。兼容。兼容。

【技术实现步骤摘要】
用于分布式控制系统的高速嵌入式协议
[0001]本申请是以下申请的分案申请：申请日：2015年5月26日；申请号：201580028277.8；专利技术名称“用于分布式控制系统的高速嵌入式协议”。
[0002]相关的申请
[0003]本申请是2014年5月26日提交的美国申请No.14/287,154的接续案，而美国申请No.14/287,154是2013年8月13日提交的美国申请No.13/965,342的部分接续案，而美国申请No.13/965,342又是2013年3月15日提交的美国专利申请No.13/833,238的部分接续案，这些申请的内容通过引用被全部重写在本文中。


[0004]本专利技术总体涉及电子通信，更具体地涉及用于控制网络的高速协议。

技术介绍

[0005]电子设备通常基于给定环境的要求以各种方式相互进行通信。其中的一种是控制系统的环境。不同于仅允许在系统上的设备之间进行通信的简单通信系统，控制系统通信的目的是为了对被连接以通过该控制系统进行通信的模块进行显式控制。随后这种系统允许其他应用程序在上述各种模块上运行。分布式嵌入式控制系统中的那些应用程序却能够协调地工作。
[0006]为了提供这种群控制，大多数分布式嵌入式控制系统都是围绕通信协议标准建立的，例子包括CAN(ISO 11898)、SERCOS、FlexRay、EtherCAT，以及有时甚至以太网。较高层次协议被嵌入在通信标准之上，以提供参与控制网络的电子控制单元上的参与应用程序之间的数据交换的规则、定时规则、顺序规则，等等，以促进正在交换信息的分布式应用程序之间的通信。CANopen、DeviceNet、SDS、J1939，以及NMEA 2000只是层叠在CAN标准上面的协议的几个例子。甚至使用诸如CanKingdom之类的元协议，通过这些元协议，可以针对特定的分布式嵌入式控制系统构建并优化较高层次协议。
[0007]每一协议标准都具有其自己的长处和弱点。理想的通信具有无限带宽、无延迟、以及完整的数据完整性。可用的通信方案离理想的通信相距甚远，必须找到折中的方案。例如，以太网的带宽大，但是，由于其对消息冲突情况的处理能力差，因此，时效性较差。CAN具有高效的冲突解决能力，但是带宽低，并且没有同步支持。SERCOS速度快，但是，所有节点都必须支持系统中的要求最苛刻的节点的通信要求。相应地，设计分布式嵌入式控制系统时的一个大的难点是选择适合给定系统的需求的基本通信系统。另一复杂点是系统的不同的部分常常具有不同的需求。某些部分可能涉及要求准确的时间同步和短的延迟的高级的反馈循环，而其他部分可能对时间要求根本不是特别苛刻，相反依赖于正确的事件序列。在另一示例中，系统可能在运行时情况下与低带宽的通信协议配合得很好，但将需要高带宽以用于维护模式下的刷新模块。此外，行业还要求许多开发和分析工具和精通选择的通信协议的若干工程师来发现正确的折中方案。为以利用一种协议的好的属性并最小化其短板的方式应用给定技术，通常基于选择的协议以及其相关联的工具，要求在设计和维护分布式
嵌入式控制系统方面有很长时间的实践经验。
[0008]在CAN系统的示例中，开发了CANFD协议以便解决CAN协议的数据带宽限制。然而，此系统不与以前的基于CAN的模块向后兼容。相应地，使用CANFD协议的模块不能被安装到具有基于CAN的模块的控制网络中，并且不能与那些模块进行通信。另一短板是，CANFD协议基于模块查找给定设定的时间点，这要求模块具有高度准确的时钟和处理器。具体而言，CAN
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FD要求相对于一条边沿，与采样点位置组合地，从第一位速率切换到第二位速率。此解决方案要求在从边沿到采样点以及第一位速率的定义中的采样点的共同的位置的时间内有稳定的时钟。获得采样点的精确定义限制了可以被用来运行CAN
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FD控制器的可能的时钟频率。此外，虽然速度相对于以前的基于CAN的系统提高了，但是，最大消息长度仍仅限于64字节。这样的系统对于系统设计人员而言，缺乏灵活性。
[0009]此外，CANFD还可能会对于基于CAN的控制系统的当前用户带来某些实现挑战。在一个示例中，汽车行业使用基于CAN的模块来在车辆中的各种元件之间进行通信。考虑到汽车业务的本质，简单地更换车辆的系统中的一个模块都会非常贵。考虑到面对CANFD模块与CAN模块的集成的挑战，引入一个CANFD模块将会迫使一个汽车制造厂要么将给定车辆中的每个模块都更换为CANFD(并承担许多倍的成本来设计、建立、以及测试每个新模块)，要么将车辆的通信总线拆分为两个：一个运行CAN，另一个运行CANFD。如此，需要一种可以允许随着时间的推移，诸如在汽车行业，向之前建立的基于CAN的系统，逐步引入CANFD模块的技术，以降低否则可能面向CANFD模块的进入壁垒。

技术实现思路

[0010]一般而言，根据这些各实施例，第二协议被以这样的方式嵌入到第一协议中，以便支持第二协议的模块可以觉察到第一协议并使用第一协议，而只支持第一协议的模块可以不觉察到第二协议。使用第二协议的模块的操作不会干扰未配置为使用第二协议或理解第二协议的模块的操作。根据一种方法，使用第二协议发送的消息将被视为使用第一协议发送的消息，但不具有理解所需的消息，或被视为需要特定响应。在另一种方法中，使用第二协议的模块可以被配置成在由其他模块进行的第一协议消息的传输过程中发送消息，第二协议消息由根据第一协议发送的消息的期望的方面触发的。
[0011]在一个特定示例中，第一协议可以是CAN协议，而第二协议是将位嵌入到CAN协议的某些部分的协议。例如，CAN协议的位通常包括多个比特量子，而CAN协议通过查找特定部分处的特定信号电平，或单个位的比特量子，来进行操作。因此，根据一种方法，第二协议可包括使用CAN消息数据包的除已定义的比特量子以外的Prop
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Seg位的比特量子，在CAN消息数据包内发送额外的信息。
[0012]第二协议信息被如此嵌入，以便第二协议中的位的下降沿将不会干扰只理解第一协议或CAN协议的模块的正常操作。这可以，例如，通过与消息数据包的一部分一起使用第一协议和第二协议两者，来执行模块的同步来完成。使用此方法可以允许使用第二协议的模块使用正在传输第二协议消息的第一协议消息的消息传送控制，来控制第二协议消息，由此，增大了利用单一第二协议消息可以传输的数据量。
[0013]这些原理是可扩展的，以便单一通用控制网络上的多个模块可以使用第一协议内的多种不同种类的嵌入式协议。此外，使用第二协议的模块还可以被安装到使用被配置成
只使用第一协议的较旧的模块的控制网络中，由此，有升级现有的控制网络的某些部分的相当的灵活性。
[0014]在汽车行业的环境中的实现示例中可以预想这样的优点。这里，新模块可以被配置成使用CAN标准，如此处所描述的第二协议，以及CANFD协议来进行操作。这样的模块可以被引入到否则稳定的基于CAN的通信总线中，并通过使用第二协议，提高通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过通用控制网络(1000)在两个或更多个模块(1010,1020,1030,1040,1050,1060)之间通信的方法，所述方法包括：由通信设备(1012,1014)通过所述控制网络(1000)接收消息数据包，所述消息数据包由具有多个比特量子的位定义，其中，所述消息数据包的数据在位的已定义的比特量子处由信号电平进行定义，所述已定义的比特量子小于一个位的每一比特量子，以及其中所述通信设备(1012，1014)被配置为对所述位的所述已定义的比特量子外的比特量子采样；在所述消...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔斯，
申请(专利权)人：康西欧控股有限公司，
类型：发明
国别省市：