Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКТИВИЗАЦИИ АБОНЕНТОВ ШИННОЙ СИСТЕМЫ И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ АБОНЕНТ

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для активизации абонентов шинной системы, а также к соответствующему абоненту, согласно ограничительным частям независимых пунктов формулы изобретения.

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.

Из публикации US 2004/0145500 А1 известно устройство для активизации абонентов шинной системы CAN, содержащее регистрирующее средство, которое способно регистрировать по меньшей мере одно заданное свойство сигналов, передаваемых в шинной системе, причем в зависимости от поведения по меньшей мере одного зарегистрированного свойства сигналов запускается дальнейший процесс активизации, и в качестве характеристик или последовательностей одного свойства сигналов или одного из нескольких свойств сигналов заданы по меньшей мере две активизирующих комбинации, из которых альтернативная активизирующая комбинация используется для активизации группы абонентов, а отдельная активизирующая комбинация используется для индивидуальной активизации абонента.

Задача, положенная в основу изобретения, заключается в разработке оптимизированного устройства и способа активизации, который позволял бы в сети CAN (сети контроллеров, сокр. от англ. "Controller Area Network")

активизировать одновременно как отдельные узлы, так и группы узлов без необходимости в дополнительном использовании битов конфигурации.

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для активизации абонентов шинной системы CAN. В составе предлагаемого в изобретении устройства и для осуществления способа предусмотрено регистрирующее средство, которое регистрирует по меньшей мере одно заданное свойство сигналов, передаваемых в шинной системе, и на основании этого свойства запускается дальнейший процесс активизации. В качестве характеристик или последовательностей одного свойства сигналов или одного из нескольких свойств сигналов заданы по меньшей мере две активизирующих комбинации, из которых альтернативная активизирующая комбинация используется для активизации группы абонентов, а отдельная активизирующая комбинация используется для индивидуальной активизации абонента.

Для решения поставленной задачи альтернативная активизирующая комбинация кодируется с возможностью задания для каждого абонента как отдельной, так и альтернативной активизирующей комбинации без дополнительного использования битов конфигурации.

В качестве заданного свойства сигналов целесообразно предусмотреть фронт сигнала или смену фронта сигнала.

Также может быть целесообразным вариант осуществления изобретения, предусматривающий в качестве заданного свойства сигналов уровень сигнала или определенное сочетание нескольких уровней.

Полезным является, в частности, вариант осуществления изобретения, в котором при появлении свойства сигналов или одного из нескольких свойств 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 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 предлагаемому в изобретении использованию промежутка времени, определяемому при появлении свойства 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.

Особенно полезен вариант осуществления изобретения, в котором сообщение после запуска дальнейшего процесса активизации посылают вновь и отсюда определяют, какие абоненты теперь нужно выборочно активизировать полностью. Это позволяет эффективно избегать ошибочной интерпретации сообщений как активизирующих сообщений. Кроме того, оба этапа процесса активизации могут проводиться в ходе анализа единственного сообщения.

Каждая из отдельной и альтернативной активизирующих комбинаций может храниться в качестве характеристики или последовательности по меньшей мере одного свойства сигналов в предусмотренном для этого запоминающем устройстве.

Предлагаемый в изобретении способ расширяет возможности конфигурирования метода активизации, осуществляемого посредством приемопередатчика CAN и имеющего функцию избирательной активизации, поскольку конфигурируется не одна лишь комбинация, а по меньшей мере две, причем без дополнительных битов конфигурации.

Преимущество этого способа заключается в том, что прикладная программа с помощью одного лишь CAN-сообщения может одновременно активизировать ("разбудить") несколько узлов сети CAN, выведя их из режима экономии энергии. Это экономит время и ресурсы шины CAN в отношении ее пропускной способности. При этом возможность активизации отдельных узлов сети CAN сохраняется.

При осуществлении изобретения достигается технический результат, заключающийся в повышении гибкости процесса активизации без увеличения его ресурсоемкости, что в конечном итоге обеспечивает повышение пропускной способности шинной системы CAN и повышение быстродействия технических систем, включающих в себя абоненты шинной системы.

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,

на фиг. 5 - пример разделения закодированной активизирующей информации на информацию для групповой активизации и информацию для индивидуальной активизации.

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 или отсчета времени 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 эти устройства 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 или отсчета времени 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 или отсчета времени 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 может быть реализовано в виде одноэтапной программы активизации, в которой обе стадии способа выполняются на основе анализа единственного принятого сообщения. Вместе с тем, оно может быть реализовано

и в виде двухэтапной программы 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 или на одинаковые характерные сигналы, то активизировать можно целые группы таких устройств, т.е. объединять эти устройства в группы. В то же время предлагаемое решение сохраняет возможность активизации конкретных устройств 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.

На фиг. 2 в качестве примера приведена блок-схема, поясняющая осуществление предлагаемого в изобретении способа. 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. Параллельно запускается тактовый генератор устройства 105, 106 для измерения или отсчета времени. Затем в течение определенного промежутка времени, на величину которого влияет несколько факторов, на стадии выполнения способа, обозначенной на фиг. 2 блоком 2, подсчитывается число содержащихся в сообщении фронтов сигналов или уровней сигналов. Если это число 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 отправитель второй раз посылает соответствующее фиг. 3 сообщение А. Из поля данных этого сообщения логическая схема активизации, в частности обрабатывающий блок, считывает, с использованием устройства 105, 106 для измерения или отсчета времени 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. В соответствии с предлагаемым в изобретении способом активизироваться таким образом может как лишь отдельный абонент, так и группа абонентов, так что во втором случае одним активизирующим сообщением можно активизировать несколько абонентов. 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.

На фиг. 3 представлено 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-идентификаторов могут использоваться идентификаторы активизации, т.е. соответственно спецификации CAN 2.0 в формате rrr rrrd rrrr, где "r" означает рецессивный, a "d" - доминантный. Вместе с тем, для активизирующего сообщения может устанавливаться и другой адрес сообщения. 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", то 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 или в другом сообщении, вновь посланном 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.

Возможности конфигурирования для приемопередатчика CAN с функцией избирательной активизации расширяются настоящим изобретением в том смысле, что конфигурируется не одна лишь комбинация, а по меньшей мере две. Одна комбинация служит для индивидуальной активизации отдельного абонента, а дополнительная комбинация или дополнительные комбинации - для активизации групп абонентов. Путем соответствующего выбора сконфигурированных комбинаций можно добиться того, чтобы не нужно было отдельно хранить в памяти или конфигурировать все активизирующие комбинации.

Преимущество этого способа заключается в том, что прикладная программа с помощью одного лишь CAN-сообщения может одновременно активизировать несколько узлов сети CAN, выведя их из режима экономии энергии. Это экономит время и ресурсы шины CAN в отношении ее пропускной способности. При этом возможность активизации отдельных узлов сети CAN сохраняется, благодаря второй комбинации.

Для конфигурирования интегральных схем, например приемопередатчиков CAN, соответственно функциональности активизации есть по существу четыре возможности:

1. Жесткое кодирование в интегральной схеме (прошивка, постоянная память).

2. Энергозависимое запоминающее устройство, которое после каждого включения необходимо устанавливать (например, посредством интерфейса SPI).

3. Энергонезависимое запоминающее устройство, программируемое в конце диапазона (ЭППЗУ, ЭСППЗУ, флэш-память).

4. Бит-зэппинг, отдельные биты посредством техники перемычек типа fuse/antifuse долговременно устанавливаются в конце диапазона.

Вариант 1 подходит при очень высоких объемах продукции на каждый отдельный код.

Вариант 2 требует наличия собственного интерфейса программирования.

Вариант 3 связан с более высокими затратами в производстве (дополнительные технологические операции).

Вариант 4 может применяться для небольшого числа битов.

Если несколько узлов сети CAN сконфигурировать с одной и той же активизирующей комбинацией, эти узлы сети CAN можно активизировать одновременно, но не по отдельности. Поэтому имеет смысл обеспечить возможность использования альтернативной активизирующей комбинации. Тогда каждый из узлов сети CAN сможет иметь отдельную активизирующую комбинацию; в группах узлы сети CAN используют одну и ту же альтернативную активизирующую комбинацию, с ее помощью их можно активизировать одновременно. Пример этого рассматривается ниже со ссылкой на фиг. 5.

Чтобы сэкономить на битах конфигурации (в частности, для зэппинг-конфигурации) альтернативные активизирующие комбинации кодируются особым образом, например, выбирается n битов активизирующей комбинации, чтобы задать (2ⁿ-1) отдельных активизирующих комбинаций и одну комбинацию для групповой активизации узлов. Остальные (8-n) биты активизирующей комбинации для узла этой группы одновременно активизируемых узлов одинаковы. Таким образом, если группа одновременно активизируемых узлов состоит, например, из семи узлов сети CAN, для активизации отдельных узлов по отдельности используется, например, три последних бита активизирующей комбинации. Использование трех битов дает 8 возможных комбинаций. Например, посредством комбинаций 1-7 члены группы одновременно активизируемых узлов активизируются по отдельности, а посредством

комбинации 0 все они активизируются одновременно. Таким образом, для каждого узла существует как своя отдельная, так и альтернативная активизирующая комбинация без необходимости дополнительных битов конфигурации. Представленный на фиг. 5 выбор активизирующих комбинаций позволяет при конфигурировании, например посредством бит-зэппинга, ограничиться заданием индивидуальной избирательной активизирующей комбинации. Если абонент принял свою индивидуальную активизирующую комбинацию, в представленном примере битовую комбинацию 11010101, или если он принял ее первые пять битов с тремя последующими логическими нолями, т.е. 11010000, он будет активизирован. Таким образом, в индивидуальную активизирующую комбинацию неявно включена действительная для группы активизирующая комбинация.

Разумеется, могут использоваться и другие коды, а также другое количество одновременно активизируемых узлов в одной группе.

Описанные выше приемопередатчики CAN могут использоваться в сетях CAN и/или TTCAN.