一种用于分布式控制系统的高速嵌入协议的生成方法技术方案

一种控制网络通信布置，包括以一种方式嵌入到第一协议中的第二协议，这种方式下支持第二协议的模块可能会意识到并使用第一协议，而只支持第一协议的模块可能没有意识到第二协议。使用第二协议的模块的操作，不打扰未配置使用或理解第二协议的模块的操作。通过一种方法，使用第二协议发送的消息将被视为使用第一协议发送但没有必要理解的消息或视为需要特定响应。在另一种方法中，使用第二协议的模块可以被配置以在第一协议消息的传输期间由另一个模块发送消息，第二协议消息被触发在第一协议下发送的消息的预期方面。

A Generation Method of High Speed Embedded Protocol for Distributed Control System

【技术实现步骤摘要】
一种用于分布式控制系统的高速嵌入协议的生成方法本申请是以下申请的分案申请：申请日：2014年3月14日；申请号：201480015812.1；专利技术名称“一种用于分布式控制系统的高速嵌入协议的生成方法”。相关申请本申请是2013年3月15日提交的申请号为13/833238的美国申请的部分继续申请，其内容在此通过引用包含，尽管完全重写。
本专利技术涉及电子通信，更具体地涉及一种用于控制网络的高速协议。
技术介绍
电子设备通过各种各样的方式相互通信，通常基于给定的上下文的要求。一种这样的上下文是控制系统上下文。不像简单的通信系统，其中系统只允许通过该系统通信的设备之间进行通信，控制系统以明确控制在控制系统上连接以通信的模块为目的而通信。这样的系统允许其他应用运行在各种模块上。然而，分布式嵌入控制系统中的那些应用，应协调工作。提供分组控制，大多数分布式嵌入式控制系统是建立在一个通信协议标准上，例如包括CAN(ISO11898)、SERCOS、FlexRay、EtherCAT，有时甚至与其他系统之间使用Ethernet。高层协议被嵌入在通信标准之上，以提供参与控制系统的的电子控制单元的应用之间数据交换的规则、时序规则、顺序规则以及类似的辅助交换信息的分布式应用之间的通信的规则。CANopen、DeviceNet、SDS、J1939以及NMEA2000只是几个协议的例子，这些协议分层在CAN标准之上。甚至使用元协议(metaprotocols)，像CanKingdom，通过它可以为特定的分布式嵌入式控制系统，构建和优化更高层的协议。每个协议标准都有自己的长处和短处。理想的通信有无限的带宽、没有延迟以及完整的数据完整性。可用的通信可选方案是费用不同于理想方案且必须找到的折中方案。例如，以太网具有大的带宽，但由于它的消息冲突处理具有不好的时效性。CAN具有高效的冲突解决方案，但具有低的带宽，无同步支持。SERCOS快速，但所有节点必须支持系统中要求最高的节点的通信要求。因此，当设计分布式嵌入控制系统时一大困难，是选择基本的通信系统，以满足给定系统的需要。另一个复杂化的因素是系统的不同部分通常有不同的需要。一些部分可能涉及高级反馈回路，高级反馈回路要求精确的时间同步和短的延时，而其他部分可能根本不是时间关键的，而是取决于事件的正确顺序。在另一个实例中，一个系统可能在运行时条件下使用低的带宽工作良好，但在维护模式下重新刷新(re-flashing)模块需要高的带宽。此外，行业需要大量的开发与分析工具以及精通所选择的通信协议找到正确折中方案的工程师。应用给定的技术以利用协议的好的特性并极小化它的缺点的方式，典型地需要基于所选择的协议以及相关工具、在设计和维护分布式嵌入式控制系统方面的长时间的实际工作经验。在CAN系统的实例中，开发了CANFD协议，尝试解决CAN议的数据带宽的限制。然而，该系统不是与以前的基于CAN的模块向下兼容的。因此，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，实现与那些模块的通信。另一个缺点是，CANFD协议是基于模块的寻找一个给定的时间点，这就要求模块具有高度精确的时钟和处理器。具体来说，CAN-FD要求相对于一个边沿结合采样点的位置，从第一比特率切换到第二比特率。该解决方案要求从边沿到采样点以及第一比特率定义的采样点的共同的位置的时间段上的稳定的时钟。获得采样点的精确定义，限制了用于运行CAN-FD控制器的可能的时钟频率。此外，尽管通过以前的基于CAN的系统，速度被提高，最大消息长度仍然限制到64字节，这样的系统对于系统设计者来说缺乏灵活性。此外，对于基于CAN的控制系统的当前用户，CANFD可能呈现一些实现挑战。在另一个实例中，汽车工业使用基于CAN的模块，用于车辆中各种部件之间通信。考虑到汽车业务的性质，简单改变车辆系统中的一个模块是非常昂贵的。鉴于面临CANFD模块与CAN模块集成的挑战，引入一个CANFD模块，迫使汽车制造商要么将给定的车辆中的每一个模块改变为CANFD(吸收许多倍的设计、制造以及测试每一个新模块的成本)，要么分割车辆的通信总线为两根：一根运行CAN，另一根运行CANFD。因此，需要一项技术，允许随着时间推移将CANFD模块逐渐引入到，例如汽车行业中，预先建立的基于CAN的系统，以降低CANFD模块可能面临的进入壁垒。
技术实现思路
一般而言，根据这些不同的实施例，第二协议以一种方式嵌入到第一协议中，这种方式下支持第二协议的模块可能会意识到并使用的第一协议，而只支持第一协议的模块可能没有意识到第二协议。使用第二协议的模块的操作，不打扰未配置使用或理解第二协议的模块的操作。通过一种方法，使用第二协议发送的消息将被视为使用第一协议发送但没有必要理解的消息或视为需要特定响应。在另一种方法中，使用第二协议的模块可以被配置以在第一协议消息的传输期间由另一个模块发送消息，第二协议消息被触发在第一协议下发送的消息的预期方面。在一个具体的实例中，第一协议可能是CAN协议，第二协议是将位嵌入到CAN协议的部分的协议。例如，CAN协议的位通常包括几个位份额，CAN协议操作是通过在特定的部分或单个位份额寻找特定的信号电平。通过一种方法，因此，第二协议可以在CAN信息包中包括发送附加信息，通过使用在定义的位份额以外的CAN信息包的传播段位的位份额。第二协议信息被嵌入，这样第二次协议中的位的下降沿不会干扰只理解第一或CAN协议的模块的正常操作。这一点可以做到，例如，通过实现使用第一与第二协议的模块同步于消息包的一部分。使用这种方法，可以允许使用第二协议模块使用第一协议消息的消息控制，其携带第二协议消息以控制第二协议消息，从而增加了用单个第二协议消息发送的数据量。这些教导是可扩展的，使得单个常见控制网络上的多个模块，可以在第一协议内使用多个不同类型的嵌入的协议。此外，使用第二协议的模块可以被安装到使用更老的模块的控制网络中，所述更老的模块被配置为只使用第一协议，因而在升级现有控制网络允许显著灵活性。在汽车业的实施例中可以设想这样的好处。这里，新模块可以配置以使用CAN标准，如本文所述的第二协议，以及CANFD协议来操作。这样的模块可以被引入其他稳定的基于CAN通信总线，并通过使用第二协议的提高通信速度。随着时间的推移，所有的老的CAN模块被替换之后，这些模块可以使用CANFD协议进行通信，以提供一致、高速的通信环境。以这种方式，采纳使用CANFD协议的模块可以立即进行，而没有随之而来关于将CANFD模块合并入具有旧的CAN模块的通信总线的担忧。这些和其他益处在对以下详细描述进行彻底的审阅和研究，可能变得更清晰。附图说明图1包括根据本专利技术的各种实施例配置的控制网络实例的框图；图2包括CAN消息的示意图；图3包括实例CAN时间份额的示意图；图4包括实例CAN位的示意图；图5包括根据本专利技术的各种实施例配置的，第二协议消息嵌入第一协议消息的部分，这里是CAN消息的传播段部分，的实施例的示意图，；图6包括根据本专利技术的各种实施例配置的，第二协议消息嵌入第一协议基于CAN的消息的部分的另一个实施例的示意图；图7包括根据本专利技术的各种实施例配置的，第二协议消息嵌入第一协议基于CAN的消息的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通信设备装置，用于在控制网络上与其他设备通信，所述通信设备装置包括：通信端口，被配置为连接到控制网络；处理设备，其可操作地连接到所述控制网络，以控制在所述控制网络上接收和发送通信，所述处理设备被配置以在所述控制网络上传送控制器局域网络(CAN)消息包，所述CAN消息包由具有多个位份额的位定义，其中，用于所述CAN消息包的数据由在一个位的定义的位份额处的信号电平定义，所述定义的位份额小于一个位的每个位份额；其中所述处理设备进一步被配置以在所述CAN消息包中发送附加信息，通过使用所述定义的位份额以外的所述CAN消息包的传播段位的位份额。

【技术特征摘要】
2013.03.15 US 13/833,238;2013.08.13 US 13/965,3421.一种通信设备装置，用于在控制网络上与其他设备通信，所述通信设备装置包括：通信端口，被配置为连接到控制网络；处理设备，其可操作地连接到所述控制网络，以控制在所述控制网络上接收和发送通信，所述处理设备被配置以在所述控制网络上传送控制器局域网络(CAN)消息包，所述CAN消息包由具有多个位份额的位定义，其中，用于所述CAN消息包的数据由在一个位的定义的位份额处的信号电平定义，所述定义的位份额小于一个位的每个位份额；其中所述处理设备进一步被配置以在所述CAN消息包中发送附加信息，通过使用所述定义的位份额以外的所述CAN消息包的传播段位的位份额。2.如权利要求1所述的通信设备装置，其中，所述处理设备被配置以使用所述CAN消息包的CRC位作为用于所述CAN消息包的质量控制检查，并且为所述CAN消息包内发送的附加信息的质量控制检查使用所述定义的位份额以外的CRC位的位份额。3.如权利要求1或2所述的通信设备装置，其中，所述处理装置包括：第一处理装置，其被配置以控制用于CAN通信仲裁的所述通信设备装置，以及控制所述CAN消息包的通信；和至少一个第二处理装置，其被配置以控制附加信息的至少一部分的通信，在所述定义的位份额以外的所述位份额的至少一个上。4.如权利要求3所述的通信设备装置，其中，所述至少一个第二处理装置包括单独的处理设备，每一个被配置以控制所述附加信息的至少一部分的通信，在所述定义的位份额以外的所述位份额的不同的一个上。5.如权利要求1-4中任一项所述的通信设备装置，还包括：可操作地连接到至少两个寄存器的时间事件发生器，其中，所述至少两个寄存器的第一寄存器被配置以计数从所述时间事件发生器接收到的周期，以及输出第一触发信号并复位以响应于计数周期的第一数目；其中，所述至少两个寄存器的第二寄存器被配置以计数从所述时间事件发生器接收到的周期，以及输出第二触发信号并复位以响应于计数周期的第二数目。6.如权利要求5所述的通信设备装置，其中，所述第一寄存器被配置以为所述第一处理设备提供所述第一触发信号，其中所述第一触发信号对应于用于所述CAN消息包的采样时间，以及其中所述第二寄存器被配置以为至少一个所述至少第二处理设备提供所述第二触发信号，其中所述第二触发信号对应于用于在所述CAN消息包中发送的所述附加信息的采样时间。7.如权利要求1-6中任一项所述的通信设备装置，还包括：复位设备，所述复位设备被配置以检测帧起始并被连接以复位至少两个寄存器，以响应于检测所述帧起始。8.如权利要求1-7中任一项所述的通信设备装置，其中，所述通信端口可操作地连接到所述第一处理设备以在所述控制网络上发送所述CAN消息包，以及连接到至少一个第二处理设备以在所述控制网络上发送所述所述附加信息。9.如权利要求8所述的通信设备装置，其中，所述通信端口被配置以连接到所述控制网络以接收在所述控制网络上传输的CAN消息包，并且被可操作地连接以向所述第一处理设备提供所述接收的CAN消息包，以读取CAN消息数据，以及向所述至少一个第二处理设备提供所述接收的CAN消息包，以读取所述CAN消息包中的附加信息。10.如权利要求1-9中任一项所述的通信设备装置，其中，所述定义的位份额是相对应位的第一位份额与所述相对应位的采样点位份额，所述第一位份额是同步段位份额。11.一种在通用控制网络上两个或多个模块之间通信的方法，所述方法包括：在控制网络上从通信设备发送控制器局域网络(...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔斯·百诺·弗莱吉克森，肯特·艾克·莱纳特·莱纳特森，乔纳斯·亨宁·奥尔森，
申请(专利权)人：康西欧控股有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US