使用带通调制的高速CAN通信系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于改进车辆或自动化控制装置的用作分布式实时通信和控制手段的CAN接口的速度的高速CAN传输技术。通过保持与现有的标准的相容性的。本发明专利技术的最大优点是完整地保持常规的CAN设备，并且进一步通过保持与常规CAN标准的兼容性来实现高速数据传输。通过该高速传输技术，利用常规标准CAN信号来同时发送包含高速数据的带通信号。本发明专利技术的高速CAN通信系统在同一总线中作为常规CAN装置操作，并且利用标准CAN信号将高速数据发送到带通。带通信号仅被发送到常规CAN信号的显性比特传输部分，并且带通信号的特性在特定条件下被限制以确保与常规CAN节点装置的兼容性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
以下描述涉及控制器区域网络(CAN)通信系统，并且更具体地，涉及一种高速CAN通信系统，其中，利用调制的信号来发送现有的标准CAN传输信号，以便在保持与现有的CAN通信系统的兼容性的同时获得更高的传输速率。
技术介绍
控制器区域网络(CAN)通信系统是用于在汽车中的各种测量和控制设备之间提供数字串行通信的车载网络系统。CAN系统通过用高效的串行通信线更换汽车中的电组件的复杂的电布线和继电器来减小重量和复杂性。在1980年使用用于汽车的网络协议开发了CAN系统。其协议具有优异的实时控制性能，易于实施，并且被广泛地应用于制造行业、航空，铁路和车辆。CAN由国际标准化组织(ISO)建立为标准ISO11898。如图1中例示的，CAN消息的典型结构包括1比特的帧开始(SOF)字段、12比特的仲裁字段、6比特的控制字段、最大64位数据字段、16比特的循环冗余校验(CRC)字段、2比特的确认(ACK)字段、7比特的帧结束(EOF)字段和3比特的帧间间隔。根据该标准来指派每个字段中的比特的编号。图1的CAN消息的一个帧中的由0和1指定的比特在CAN总线上被发送具有该标准中所指定的值。该标准允许通过添加18比特到11比特的仲裁字段来使用总共29比特的标识符。首先发送SOF字段以指示帧的开始。继SOF字段之后的仲裁字段包括11比特的标识符或29比特的扩展标识符中的任一个和远程传输请求(RTR)比特。标识符字段指定在CAN中通信时发送的CAN消息帧的处理优先级。为了便于仲裁字段确定优先级，唯一的标识符或识别号被指派用于在每个CAN控制器中生成的CAN数据的每个消息。当RTR比特具有“0”(默认)的值时，它意指CAN消息包含数据帧，并且当RTR比特具有“1”的值时，它意指在CAN消息包含远程帧。在CAN总线上的一个节点请求来自另一节点的数据发送时使用远程帧，并且远程帧不包含数据字段。控制字段被配置为6比特，该6比特包括指示数据字段的字节数的数据长度码(DLC)的4比特以及随后要使用的值为“0”的保留比特R1和R2。数据字段包含要从一个节点发送到另一个节点的在长度上最大为64比特的数据。CRC字段被用于检查循环冗余，并且包括15比特的代码和指示结束的值为“1”的一个定界符比特。ACK字段包括2比特。接收到有效消息的接收器通过在第一时隙比特期间发送“0”的值来将其正确地报告给发送器。第二比特具有“1”的值。EOF字段被配置为7比特，该7比特全部具有“1”的值。全部具有“1”的值的3比特的帧间间隔紧随EOF字段之后。在3比特帧间间隔之后，寻求发送的任何节点都可以使用CAN总线。寻求发送的节点可以尝试通过发送SOF字段来确保总线。继SOF字段之后，11比特或29比特的标识符被发送到CAN帧。基于该标识符，唯一相关的接收节点被允许接收，而除非发生诸如错误这样的特殊情况，否则其它节点变为停用。两个或多个节点可以同时开始发送。在这种情况下，CAN标准提供了CAN总线上的多个存取仲裁方案。在CAN标准中，针对多路访问，使用利用按位仲裁的载波侦听多路访问(CSMA/BA)方法。每个节点在SOF发送之后发送标识符，并且利用根据识别符的值的逻辑电平0或1来驱动CAN总线。逻辑电平0被称为显性，并且逻辑电平1被称为隐性。例如，假定第一节点在显性情况下驱动标识符比特，并且第二节点在隐性情况下驱动标识符比特。因此，当两个节点同时在显性和隐性情况下驱动标识符比特时，总线的状态变为显性状态。第二节点检测到所发送的比特和从总线接收的比特不同，指示其消息具有较低的优先级，并且随后停止总线的驱动。结果，可以看出，标识符(ID)的值小的消息具有更高的优先级。通过标识符竞争来获得使用总线的权限的节点可以在数据字段期间发送最多64比特。为了确定在比特间隔期间的抽样时间，接收器检测从逻辑电平0到1或者从逻辑电平1到0的比特转变。为了确保总是在预定间隔内发生转变，当发送相同的五个或更多个比特时，在5个连续相同的比特发送之后插入不同的值的比特转变。例如，当连续地发送5个“1”的比特时，“0”的单个比特发送在5比特发送之后在CAN总线上被发送，并且在接收器中被去除。接收器使用比特发送的变化来检测边缘，并且通过在预定的偏移时间之后进行取样来执行比特检测。应该根据系统的延迟等来将偏移量设置为适当的值。最近，针对尤其在包括多媒体装置的车辆等中的高速数据传输的需求正在增加。可以考虑引入额外的高速标准传输方法来代替现有CAN接口。然而，新的方案需要增加车辆重量和制造成本的额外的线缆安装。因此，最近，已经提出了基于CAN标准增加数据传输速率的方法。第一，为了在保持CAN通信系统中的为1Mbps的传输速率的同时提高数据传输效率，已经提出了通过信道延迟分析的高效调度方法，另外，已经提出了用于按照超频以高速度发送数据的方法。在这些方法中，数据速率在超频期间增加。然而，与其它标准CAN传输周期相比，对于高数据传输的周期减小。因此，总的传输速率没有显著地增加。为了执行通过按照超频增加数据发送间隔的高速传输，已经提出了与具有灵活的数据速率(CAN-FD)的CAN有关的技术。该技术是在通过在SOF和标识符发送获取总线权限之后在数据字段中利用最大16MHz来执行超频的技术。在完成数据字段发送之后，使速率返回到1Mbps的现有CAN速率。当CAN-FD装置与现有的CAN装置一起操作时，现有的CAN接收器按照CAN标准在1μs的一比特间隔内检测多个边缘，并且报告错误，由于不能保持与现有的CAN接收器的相容性，因此应该在支持CAN-FD方法的节点之间使用CAN-FD方案。已经提出了一种用于在通过像CAN-FD方法一样的超频的高速传输期间保持与现有的CAN接收器的相容性的方法。在这种方法中，超过1μs的整个比特间隔不发送高速时钟。相反，时钟仅在现有的CAN节点为了保持兼容性而不执行边缘检测的灰色地带中增加。然而，由于超过整个比特间隔不以高速发送数据，因此速率低于CAN-FD方案中的速率。所有上述方法都按照超频来增加速率。然而，由于存在通过根据CAN标准的边缘检测和采样增加传输方法中的时钟的限制，并且高频带的响应由于信道的一般频率特性而受到限制，因此难以确保在使用高速时钟时的可靠接收。为了便于接收器执行边缘检测和采样，接收器应当接收尽可能接近矩形波形的波形。当使用高速时钟时，接收器难以完整地接收矩形波形，并因此使边缘检测和比特检测性能恶化。因此，目前正被提出的CAN-FD的最大速率约为16Mbps。本专利技术是以下的方法：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用带通调制的与控制器区域网络CAN通信系统兼容的高速CAN通信系统，该系统包括：高速CAN控制器，该高速CAN控制器被配置为提供标准CAN传输比特流和高速CAN传输比特流；以及高速CAN发送器，该高速CAN发送器被配置为将通过在通带内对所述高速CAN传输比特流进行调制而获得的带通CAN信号与基于所述标准CAN传输比特流的标准CAN信号进行合成，并且将合成后的信号发送到CAN总线。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.02 KR 10-2013-01176841.一种使用带通调制的与控制器区域网络CAN通信系统兼容的高速CAN通信系统，该系
统包括：
高速CAN控制器，该高速CAN控制器被配置为提供标准CAN传输比特流和高速CAN传输比
特流；以及
高速CAN发送器，该高速CAN发送器被配置为将通过在通带内对所述高速CAN传输比特
流进行调制而获得的带通CAN信号与基于所述标准CAN传输比特流的标准CAN信号进行合
成，并且将合成后的信号发送到CAN总线。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述高速CAN发送器包括：
带通CAN信号发生器，该带通CAN信号发生器被配置为当所述标准CAN传输比特流的显
性比特被发送时，对所述高速CAN传输比特流执行信号映射并对所述高速CAN传输比特流进
行调制，并且生成带通CAN信号；以及
信号合成器，该信号合成器被配置为将乘以了权重的所述带通CAN信号与所述标准CAN
信号相加。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述带通CAN信号发生器包括：
串并转换器，该串并转换器被配置为将所述高速CAN传输比特转换成多个流；
I信号映射器，该I信号映射器被配置为将所述多个流中的一个流映射到I信号，并且生
成所述I信号；
Q信号映射器，该Q信号映射器被配置为将所述多个流中的另一个流映射到Q信号，并且
生成所述Q信号；
脉冲成形滤波器，该脉冲成形滤波器被配置为对所述I信号和所述Q信号进行滤波，并
且输出带限CAN信号；
载波发生器，该载波发生器被配置为生成具有带通频率的载波；以及
调制器，该调制器被配置为，在经滤波的I信号和经滤波的Q信号各自与所述载波或者
所述载波的相位延迟信号相乘之后，将所述I信号和所述Q信号相加，并且输出带通CAN信
号。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述信号合成器包括第二信号选择器，该第二信
号选择器被配置为接收所述标准CAN传输比特流作为控制输入，并且针对所述标准CAN传输
比特流的显性比特输出1V并针对所述标准CAN传输比特流的隐性比特输出0V。
5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述带通CAN信号发生器提供这样的功能，即，当
所述脉冲成形滤波器的输出大于0时将所述脉冲成形滤波器的所述输出限幅到1，并且当所
述脉冲成形滤波器的输出小于0时将所述脉冲成形滤波器的所述输出限幅到0，并且所述带
通CAN信号发生器被配置为出于使所述信号合成器和所述信号转换器简化的目的而仅具有
0或正值。
6.根据权利要求2所述的系统，其中，所述信号合成器包括第一信号选择器，该第一信
号选择器被配置为接收所述标准CAN传输比特流作为控制输入，针对所述标准CAN传输比特
流的所述显性比特输出带通CAN信号，并且针对所述标准CAN传输比特流的隐性比特输出
0V。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述高速CAN控制器在所述标准CAN传输比特流中
的固定字段和可变字段的显性比特间隔中发送所述高速CAN传输比特流，其中，所述固定字
段包括帧字段的开始和标识符字段，所述可变字段包括数据长度码DLC字段、数据字段和循
环冗余校验CRC字段。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述高速CAN控制器将标准CAN帧的数据字段中的
所有比特指派到比特0，按照5个连续的显性比特和接着的1个隐性比特的重复模式生成标
准CAN传输比特流，并且将所述标准CAN传输比特...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜守元，
申请(专利权)人：姜守元，
类型：发明
国别省市：韩国;KR