Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem und Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem und ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem, das mit hoher Datenrate sowie großer Flexibilität und großer Fehlerrobustheit arbeitet.

Stand der Technik

Bussysteme für die Kommunikation zwischen Sensoren und Steuergeräten, beispielsweise in Fahrzeugen, sollen je nach der Anzahl an Funktionen einer technischen Anlage bzw. eines Fahrzeugs, die Übertragung einer großen Datenmenge ermöglichen. Dabei wird oft gefordert, dass die Daten schneller vom Sender zum Empfänger zu übertragen sind als bisher und bei Bedarf auch große Datenpakete übertragbar sind.

Bei Fahrzeugen ist derzeit ein Bussystem in der Einführungsphase, in welchem Daten als Nachrichten im Standard ISO11898-l:2015 als CAN Protokoll- Spezifikation mit CAN FD übertragen werden. Die Nachrichten werden zwischen den Busteilnehmern des Bussystems, wie Sensor, Steuergerät, Geber, usw., übertragen. Hierfür wird die Nachricht auf den Bus in einem Rahmen gesendet, in dem zwischen zwei Kommunikationsphasen umgeschaltet wird. In der ersten Kommunikationsphase (Arbitration) wird ausgehandelt, welche der Teilnehmerstationen des Bussystems in der nachfolgenden zweiten Kommunikationsphase (Datenphase bzw. Senden der Nutzdaten) ihren Rahmen auf den Bus senden darf. CAN FD wird von den meisten Herstellern im ersten Schritt mit 500kbit/s Arbitrationsbitrate und 2 Mbit/s Datenbitrate im Fahrzeug eingesetzt. Es ist also bei der Übertragung auf dem Bus zwischen einer langsamen Betriebsart und einer schnellen Betriebsart hin und her zu schalten.

Um noch größere Datenraten in der zweiten Kommunikationsphase zu ermöglichen, wird derzeit ein Nachfolgebussystem für CAN FD entwickelt, das CAN XL genannt wird und derzeit bei der Organisation CAN in Automation (CiA) standardisiert wird. CAN XL soll neben dem reinen Datentransport über den CAN-Bus auch andere Funktionen unterstützen, wie funktionale Sicherheit (Safety), Datensicherheit (Security) und Dienstgüte (QoS = Quality of Service). Dies sind elementare Eigenschaften, die in einem autonom fahrenden Fahrzeug benötigt werden.

CAN XL soll in der Datenphase hohe Bitraten unterstützen, beispielsweise bis zu 15 Mbit/s oder sogar 20 Mbit/s. Um dies zu erreichen, werden Sende- Empfangseinrichtungen verwendet, deren Betriebsart sich umschalten lässt, um die geforderten hohen Bitraten in der Datenphase zu erreichen. Dagegen bleibt die Bitrate in der Arbitrationsphase bei ca. 500 kbit/s, um die Arbitration zu ermöglichen.

Bei CAN FD sowie bei CAN XL ist eine Fehlersignalisierung für Fehler aktivierbar, die bei der Kommunikation auf dem Bus auftreten. Die Signalisierung kann insbesondere durch Senden von Fehlerkennungen (Error Flags) auf den Bus erfolgen. Hierbei ist vorgesehen, dass Teilnehmerstationen des Bussystems ab einer gewissen Anzahl an gesehenen Fehlern in einen sogenannten Fehlerpassiv-Zustand („Error Passive“ Zustand) schalten. Ist eine Teilnehmerstation in diesen Fehlerpassiv-Zustand geschaltet, darf diese Teilnehmerstation keine aktive Fehlerkennung (Error Flag), sondern nur eine passive Fehlerkennung (Error Flag) auf den CAN-Bus senden. Aufgrund dessen kann diese Teilnehmerstation die Kommunikation auf dem CAN-Bus nicht stören. Nach einer Fehlerkennung (Error Flag) sendet eine Teilnehmerstation (Knoten) immer auch einen Fehlerbegrenzer (Error Delimiter), welcher ausschließlich aus rezessiven Bits besteht. Jedoch ist in dem Standard ISO11898-l:2015 für CAN FD und der Spezifikation CiA610-l aktuell für CAN XL vorgesehen, dass eine solche Teilnehmerstation im Fehlerpassiv-Zustand, falls sie einen Fehler sieht, als Reaktion auf den Fehler eine passive Fehlerkennung (Error Flag) auf den CAN-Bus senden muss. Ein solcher Fehler kann beispielsweise ein lokaler Fehler sein. Ein lokaler Fehler ist ein Fehler, den nur diese Teilnehmerstation sieht.

Zum Senden der passiven Fehlerkennung (Error Flag) wechselt diese Teilnehmerstation in eine Betriebsart zum Senden von Signalen in der Arbitrationsphase, falls die Teilnehmerstation nicht schon in diese Betriebsart geschaltet ist. Findet zu dieser Zeit jedoch auf dem Bus eine Kommunikation in der Datenphase eines CAN FD Rahmens oder eines CAN XL Rahmens statt, wobei die Bitrate der Datenphase größer als in der Arbitrationsphase eingestellt ist, tastet die Teilnehmerstation die Kommunikation auf dem Bus mit einer anderen Bitrate ab als mit der Bitrate der laufenden Datenphase. Daher kann die Teilnehmerstationen durch Zufall die passive Fehlerkennung (Error Flag) also auch den Fehlerbegrenzer (Error Delimiter) abtasten und daher als gültig gesendet auf dem Bus erkennen. Dies kann dazu führen, dass die Kommunikation auf dem Bus ungewollt gestört wird.

Offenbarung der Erfindung

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem und ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem bereitzustellen, welche die zuvor genannten Probleme lösen. Insbesondere sollen eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem und ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem bereitgestellt werden, bei welchen auch bei unterschiedlichen Bitraten in Arbitrations- und Datenphase eine große Fehlerrobustheit der Kommunikation und eine Fehlersignalisierung realisierbar ist.

Die Aufgabe wird durch eine Teilnehmerstation für ein serielles Bussystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Teilnehmerstation hat eine Kommunikationssteuereinrichtung zum Steuern einer Kommunikation der Teilnehmerstation mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation des Bussystems, und zur Auswertung eines von einem Bus des Bussystems empfangenen Signals, bei dem sich die Bitzeit in einer ersten Kommunikationsphase unterscheiden kann von einer Bitzeit in einer zweiten Kommunikationsphase, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, das von dem Bus empfangene Signal, das auf einem von einer anderen Teilnehmerstation erzeugten Sendesignal basiert, gemäß einem vorbestimmten Rahmen abzutasten und auszuwerten, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, in eine Fehler-Passiv- Empfangsbetriebsart zu schalten, wenn mehr als eine vorbestimmte Anzahl von Fehlern bei der Kommunikation auf dem Bus auftritt, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, von der Fehler-Passiv- Empfangsbetriebsart in eine Re-Integrationsbetriebsart zu schalten, wenn die Kommunikationssteuereinrichtung einen Fehler in dem von dem Bus empfangenen Signal abtastet, und wobei die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, sich in der Re-Integrationsbetriebsart in die Kommunikation auf dem Bus zu re-integrieren.

Die beschriebene Teilnehmerstation verhindert, dass die Teilnehmerstation, die aus dem Fehlerpassiv-Zustand in die Betriebsart der Arbitrationsphase geschaltet wird, einen Rahmen, den eine andere Teilnehmerstation (Sendeknoten) in der Datenphase mit einer größeren Bitrate sendet, mit der kleineren Bitrate der Arbitrationsphase abtastet. Damit ist es nicht mehr von dem derzeit über den Bus gesendeten Rahmen abhängig, was eine Teilnehmerstation, die derzeit nur Empfänger einer über den Bus übertragenen Nachricht ist (Empfangsknoten), aus der empfangenen Nachricht abtastet.

Die beschriebene Teilnehmerstation stellt sicher, dass sie im Fehlerpassiv- Zustand nicht versehentlich die Kommunikation auf dem Bus stört.

Damit trägt die beschriebene Teilnehmerstation mit dazu bei, dass eine CAN- Kommunikation, bei der eine Umschaltung zwischen zwei unterschiedlich großen Bitraten erfolgt, robuster bzw. zuverlässiger wird. Mit der Teilnehmerstation wird damit auch bei aktivierter Fehlersignalisierung eine zuverlässige und robuste Kommunikation mit CAN FD oder CAN XL möglich.

Vorteilhaft ist außerdem, dass die beschriebene Ausgestaltung der Teilnehmerstation zur Lösung der zuvor genannten Aufgabe unaufwändig und damit kostengünstig realisierbar ist.

Somit ist es mit der Teilnehmerstation in dem Bussystem möglich, in einer ersten Kommunikationsphase eine von CAN bekannte Arbitration beizubehalten und dennoch die Übertragungsrate gegenüber CAN oder CAN FD nochmals beträchtlich zu steigern.

Das von der Teilnehmerstation durchgeführte Verfahren kann auch zum Einsatz kommen, wenn in dem Bussystem auch mindestens eine CAN-Teilnehmerstation und/oder mindestens eine CAN FD Teilnehmerstation vorhanden ist, die Nachrichten nach dem CAN-Protokoll und/oder CAN FD Protokoll senden.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Teilnehmerstation sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Kommunikationssteuereinrichtung kann ausgestaltet sein, sich in der Re- Integrationsbetriebsart an einer Flanke in einem vorbestimmten Feld des vorbestimmten Rahmens zu synchronisieren.

Die Kommunikationssteuereinrichtung kann ausgestaltet sein, in der Re- Integrationsbetriebsart eine Suche nach einer Leerlauf-oder Bereitschaftsbedingung jedes Mal neu zu starten, wenn die Kommunikationssteuereinrichtung in dem Fehler in dem von dem Bus empfangenen Signal eine fallende Flanke detektiert hat.

Die Kommunikationssteuereinrichtung kann derart ausgestaltet sein, dass die Kommunikationssteuereinrichtung in der Fehler- Passiv- Empfangsbetriebsart keine aktive Fehlerkennung auf den Bus senden darf, wenn die Kommunikationssteuereinrichtung bei der Kommunikation auf dem Bus einen Fehler erfasst hat.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel hat die Kommunikationssteuereinrichtung einen Auswerteblock zum Auswerten des von dem Bus empfangenen Signals und einen Betriebsart-Umschaltblock zum Umschalten der Betriebsart der Kommunikationssteuereinrichtung auf der Grundlage der von dem Auswerteblock ausgeführten Auswertung.

Die zuvor beschriebene Teilnehmerstation kann zudem eine Sende- /Empfangseinrichtung zum Senden eines Sendesignals auf den Bus des Bussystems und/oder zum Empfangen eines Signals von dem Bus des Bussystems haben.

Die Kommunikationssteuereinrichtung kann ausgestaltet sein, das Sendesignal zu erzeugen, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet ist, der Sende-/Empfangseinrichtung mittels Pulsweitenmodulation in dem Sendesignal zu signalisieren, dass die Sende-/Empfangseinrichtung ihre Betriebsart in eine Betriebsart zum Senden in der ersten Kommunikationsphase oder in eine Betriebsart zum Senden in einer zweiten Kommunikationsphase umzuschalten hat.

Gemäß einer Ausgestaltung ist die zuvor beschriebene Teilnehmerstation eine CAN XL Teilnehmerstation.

Möglicherweise ist der vorbestimmte Rahmen kompatibel zu CAN FD aufgebaut.

Gemäß einer Ausgestaltung ist die zuvor beschriebene Teilnehmerstation eine CAN FD Teilnehmerstation.

Zusätzlich oder alternativ kann die Kommunikationssteuereinrichtung ausgestaltet sein, in der ersten Kommunikationsphase mit den anderen Teilnehmerstationen auszuhandeln, welche der Teilnehmerstationen des Bussystems in der nachfolgenden zweiten Kommunikationsphase einen zumindest zeitweise exklusiven, kollisionsfreien Zugriff auf den Bus bekommt. Die zuvor beschriebene Teilnehmerstation kann Teil eines Bussystems sein, das zudem einen Bus und mindestens zwei Teilnehmerstationen umfasst, welche über den Bus derart miteinander verbunden sind, dass sie seriell miteinander kommunizieren können. Hierbei ist mindestens eine der mindestens zwei Teilnehmerstationen eine zuvor beschriebene Teilnehmerstation.

Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur Kommunikation in einem seriellen Bussystem nach Anspruch 12 gelöst. Das Verfahren wird mit einer Teilnehmerstation des Bussystems ausgeführt, die eine Kommunikationssteuereinrichtung aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, Steuern, mit der einer Kommunikationssteuereinrichtung, einer Kommunikation der Teilnehmerstation mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation des Bussystems und Auswerten eines von einem Bus des Bussystems empfangenen Signals, bei dem sich die Bitzeit in einer ersten Kommunikationsphase unterscheiden kann von einer Bitzeit in einer zweiten Kommunikationsphase, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung das von dem Bus empfangene Signal, das auf einem von einer anderen Teilnehmerstation erzeugten Sendesignal basiert, gemäß einem vorbestimmten Rahmen abtastet und auswertet, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung in eine Fehler- Passiv- Empfangsbetriebsart schaltet, wenn mehr als eine vorbestimmte Anzahl von Fehlern bei der Kommunikation auf dem Bus auftritt, wobei die Kommunikationssteuereinrichtung von der Fehler-Passiv- Empfangsbetriebsart in eine Re-Integrationsbetriebsart schaltet, wenn die Kommunikationssteuereinrichtung einen Fehler in dem von dem Bus empfangenen Signal abtastet, und wobei die Kommunikationssteuereinrichtung sich in der Re-Integrationsbetriebsart in die Kommunikation auf dem Bus reintegriert.

Das Verfahren bietet dieselben Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Teilnehmerstation genannt sind.

Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.

Zeichnungen

Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Bussystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 ein Schaubild zur Veranschaulichung des Aufbaus von Nachrichten, die von einer Sende-/Empfangseinrichtung für eine Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gesendet werden können;

Fig. 3 ein vereinfachtes schematisches Blockschaltbild einer Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 einen zeitlichen Verlauf von Bussignalen CAN_XL_H und CAN_XL_L bei der Teilnehmerstation gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 5 einen zeitlichen Verlauf einer Differenzspannung VDIFF der Bussignale CAN_XL_H und CAN_XL_L bei der Teilnehmerstation gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; und

Fig. 6 ein Schaubild von Betriebsarten, zwischen welchen die Teilnehmerstation des Bussystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel schaltbar ist.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts Anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt als Beispiel ein Bussystem 1, das insbesondere grundlegend für ein CAN-Bussystem, ein CAN FD-Bussystem, ein CAN XL-Bussystem, und/oder Abwandlungen davon ausgestaltet ist, wie nachfolgend beschrieben. Das Bussystem 1 kann in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, einem Flugzeug, usw., oder im Krankenhaus usw. Verwendung finden.

In Fig. 1 hat das Bussystem 1 eine Vielzahl von Teilnehmerstationen 10, 20, 30, die jeweils an einen Bus 40 mit einer ersten Busader 41 und einer zweiten Busader 42 angeschlossen sind. Die Busadern 41, 42 können auch CAN_H und CAN_L oder CAN_XL_H und CAN_XL_L genannt werden und dienen zur elektrischen Signalübertragung nach Einkopplung der dominanten Pegel bzw. Erzeugung von rezessiven Pegeln oder anderen Pegeln für ein Signal im Sendezustand. Über den Bus 40 sind Nachrichten 45, 46 in der Form von Signalen zwischen den einzelnen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 seriell übertragbar. Tritt bei der Kommunikation auf dem Bus 40 ein Fehler auf, wie durch den gezackten schwarzen Blockpfeil in Fig. 1 dargestellt, kann optional ein Fehlerrahmen 47 (Error Frame) mit einer Fehlerkennung (Error Flag) und einem Fehlerbegrenzer (Error Delimiter) gesendet werden. Dies ist anhand von Fig. 6 noch genauer beschrieben. Die Teilnehmerstationen 10, 20, 30 von Fig. 1 sind beispielsweise Steuergeräte, Sensoren, Anzeigevorrichtungen, usw. eines Kraftfahrzeugs.

Wie in Fig. 1 gezeigt, hat die Teilnehmerstation 10 eine Kommunikationssteuereinrichtung 11, eine Sende-/Empfangseinrichtung 12 und ein Betriebsart-Bestimmungsmodul 15. Die Teilnehmerstation 20 hat eine Kommunikationssteuereinrichtung 21, eine Sende-/Empfangseinrichtung 22 und optional ein Betriebsart-Bestimmungsmodul 25. Die Teilnehmerstation 30 hat eine Kommunikationssteuereinrichtung 31, eine Sende-/Empfangseinrichtung 32 und ein Betriebsart-Bestimmungsmodul 35. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 22, 32 der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 sind jeweils direkt an den Bus 40 angeschlossen, auch wenn dies in Fig. 1 nicht veranschaulicht ist.

Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 21, 31 dienen jeweils zur Steuerung einer Kommunikation der jeweiligen Teilnehmerstation 10, 20, 30 über den Bus 40 mit mindestens einer anderen Teilnehmerstation der Teilnehmerstationen 10, 20, 30, die an den Bus 40 angeschlossen sind. Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 31 erstellen und lesen erste Nachrichten 45, die beispielsweise modifizierte CAN Nachrichten 45 sind. Hierbei sind die modifizierten CAN Nachrichten 45 auf der Grundlage eines CAN XL- Formats aufgebaut, das in Bezug auf Fig. 2 detaillierter beschrieben ist. Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 31 können zudem ausgeführt sein, um je nach Bedarf eine CAN XL-Nachricht 45 oder eine CAN FD-Nachricht 46 für die Sende-/Empfangseinrichtung 32 bereitzustellen oder von dieser zu empfangen. Auch hierbei kommen die jeweiligen Betriebsart-Bestimmungsmodule 15, 35 zum Einsatz. Die Kommunikationssteuereinrichtungen 11, 31 erstellen und lesen also eine erste Nachricht 45 oder zweite Nachricht 46, wobei sich die erste und zweite Nachricht 45, 46 durch ihren Datenübertragungsstandard unterscheiden, nämlich in diesem Fall CAN XL oder CAN FD.

Die Kommunikationssteuereinrichtung 21 kann wie ein herkömmlicher CAN- Controller nach ISO 11898-1:2015 ausgeführt sein, d.h. wie ein CAN FD toleranter Classical CAN-Controller oder ein CAN FD Controller. Zusätzlich ist optional das Betriebsart-Bestimmungsmodul 25 vorhanden, das dieselbe Funktion hat, wie die Betriebsart-Bestimmungsmodule 15, 35. Die Kommunikationssteuereinrichtung 21 erstellt und liest zweite Nachrichten 46, beispielsweise CAN FD-Nachrichten 46. Bei den CAN FD-Nachrichten 46 kann eine Anzahl von 0 bis zu 64 Datenbytes umfasst sein, die noch dazu mit einer deutlich schnelleren Datenrate als bei einer Classical CAN-Nachrichtübertragen werden. Insbesondere ist die Kommunikationssteuereinrichtung 21 wie ein herkömmlicher CAN FD-Controller ausgeführt.

Die Sende-/Empfangseinrichtung 22 kann wie ein herkömmlicher CAN Transceiver nach ISO 11898-1:2015 oder CAN FD Transceiver ausgeführt sein. Die Sende-/Empfangseinrichtungen 12, 32 können ausgeführt sein, um je nach Bedarf Nachrichten 45 gemäß dem CAN XL- Format oder Nachrichten 46 gemäß dem derzeitigen CAN FD- Format für die zugehörige Kommunikationssteuereinrichtung 11, 31 bereitzustellen oder von dieser zu empfangen. Mit den beiden Teilnehmerstationen 10, 30 ist eine Bildung und dann Übertragung von Nachrichten 45 mit dem CAN XL Format sowie der Empfang solcher Nachrichten 45 realisierbar.

Fig. 2 zeigt für die Nachricht 45 einen CAN XL Rahmen 450, wie er von der Kommunikationssteuereinrichtung 11 für die Sende-/Empfangseinrichtung 12 zum Senden auf den Bus 40 bereitgestellt wird. Hierbei erstellt die Kommunikationssteuereinrichtung 11 den Rahmen 450 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als kompatibel mit CAN FD, wie auch in Fig. 2 veranschaulicht. Dasselbe gilt analog für die Kommunikationssteuereinrichtung 31 und die Sende-/Empfangseinrichtung 32 der Teilnehmerstation 30.

Gemäß Fig. 2 ist der CAN XL-Rahmen 450 für die CAN-Kommunikation auf dem Bus 40 in unterschiedliche Kommunikationsphasen 451, 452 unterteilt, nämlich eine Arbitrationsphase 451 und eine Datenphase 452. Der Rahmen 450 hat nach einem Startbit (SOF) ein Arbitrationsfeld 453, ein Steuerfeld 454 mit einem ADS- Feld für eine Umschaltung zwischen den Kommunikationsphasen 451, 452, ein Datenfeld 455, ein Prüfsummenfeld 456 sowie ein Rahmenabschlussfeld 457, in dem ein DAS-Feld für eine Umschaltung zwischen den Kommunikationsphasen 452, 451 vorhanden ist. Danach folgt ein Rahmenendefeld EOF.

In der Arbitrationsphase 451 wird mit Hilfe eines Identifizierers (ID) mit beispielsweise Bits ID28 bis ID18 in dem Arbitrationsfeld 453 bitweise zwischen den Teilnehmerstationen 10, 20, 30 ausgehandelt, welche Teilnehmerstation 10, 20, 30 die Nachricht 45, 46 mit der höchsten Priorität senden möchte und daher für die nächste Zeit zum Senden in der anschließenden Datenphase 452 einen exklusiven Zugriff auf den Bus 40 des Bussystems 1 bekommt. In der Arbitrationsphase 451 wird ein Physical Layer wie bei CAN und CAN-FD verwendet. Der Physical Layer entspricht der Bitübertragungsschicht oder Schicht 1 des bekannten OSI-Modells (Open Systems Interconnection Modell).

Ein wichtiger Punkt während der Phase 451 ist, dass das bekannte CSMA/CR- Verfahren Verwendung findet, welches gleichzeitigen Zugriff der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 auf den Bus 40 erlaubt, ohne dass die höher priorisierte Nachricht 45, 46 zerstört wird. Dadurch können dem Bussystem 1 relativ einfach weitere Bus-Teilnehmerstationen 10, 20, 30 hinzugefügt werden, was sehr vorteilhaft ist.

Das CSMA/CR-Verfahren hat zur Folge, dass es sogenannte rezessive Zustände auf dem Bus 40 geben muss, welche von anderen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 mit dominanten Zuständen auf dem Bus 40 überschrieben werden können. Im rezessiven Zustand herrschen an der einzelnen Teilnehmerstation 10, 20, 30 hochohmige Verhältnisse, was in Kombination mit den Parasiten der Busbeschaltung längere Zeitkonstanten zur Folge hat. Dies führt zu einer Begrenzung der maximalen Bitrate des heutigen CAN-FD-Physical-Layer auf derzeit etwa 2 Megabit pro Sekunde im realen Fahrzeug- Einsatz.

In der Datenphase 452 werden neben einem Teil des Steuerfelds 454 die Nutzdaten des CAN-XL-Rahmens bzw. der Nachricht 45 aus dem Datenfeld 455 sowie das Prüfsummenfeld 456 gesendet. Danach folgt das DAS- Feld, das zur Umschaltung von der Datenphase 452 zurück zur Datenphase 451 dient.

Ein Sender der Nachricht 45 beginnt ein Senden von Bits der Datenphase 452 auf den Bus 40 erst, wenn die Teilnehmerstation 10 als der Sender die Arbitration gewonnen hat und die Teilnehmerstation 10 als Sender damit zum Senden einen exklusiven Zugriff auf den Bus 40 des Bussystems 1 hat.

Ganz allgemein können in dem Bussystem mit CAN XL im Vergleich zu CAN oder CAN FD folgende abweichenden Eigenschaften realisiert werden: a) Übernahme und ggf. Anpassung bewährter Eigenschaften, die für die Robustheit und Anwenderfreundlichkeit von CAN und CAN FD verantwortlich sind, insbesondere Rahmenstruktur mit Identifier und Arbitrierung nach dem CSMA/CR- Verfahren, b) Steigerung der Netto-Datenübertragungsrate, insbesondere auf etwa 10 Megabit pro Sekunde, c) Anheben der Größe der Nutzdaten pro Rahmen, insbesondere auf etwa 2kbyte oder einen beliebigen anderen Wert.

Wie in Fig. 2 dargestellt, verwendet die Teilnehmerstation 10 in der Arbitrationsphase 451 als erster Kommunikationsphase teilweise, insbesondere bis zum FDF-Bit (inklusive), ein von CAN/CAN-FD bekanntes Format gemäß der 15011898-1:2015. Dagegen verwendet die Teilnehmerstation 10 ab dem FDF-Bit in der ersten Kommunikationsphase sowie in der zweiten Kommunikationsphase, der Datenphase 452, ein CAN XL Format, das nachfolgend beschrieben ist.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind CAN XL und CAN FD kompatibel. Hierbei wird das von CAN FD bekannte res-Bit, das nachfolgend XLF-Bit genannt ist, für die Umschaltung von dem CAN FD Format zu dem CAN XL Format genutzt. Daher sind die Rahmenformate von CAN FD und CAN XL bis zum res-Bit bzw. XLF-Bit gleich. Ein Empfänger erkennt erst bei dem res-Bit, in welchem Format der Rahmen 450 gesendet wird. Eine CAN XL Teilnehmerstation, also hier die Teilnehmerstationen 10, 30, unterstützt auch CAN FD.

Alternativ zu dem in Fig. 2 gezeigten Rahmen 450, bei welchem ein Identifizierer (Identifier) ID28 bis ID18 mit 11 Bit verwendet wird, ist optional ein CAN XL Erweitertes Rahmenformat möglich, bei dem ein Identifizierer (Identifier) mit 29 Bit verwendet wird. Dieses erweiterte Rahmenformat ist bis zum FDF-Bit identisch zu dem bekannten CAN FD Erweiterten Rahmenformat aus der ISO11898-l:2015.

Gemäß Fig. 2 ist der Rahmen 450 vom SOF-Bit bis einschließlich zum FDF-Bit identisch zum CAN FD Base Frame Format gemäß der ISO11898-l:2015. Daher ist der bekannte Aufbau hier nicht weiter erläutert. Bits, die an ihrer unteren Linie in Fig. 2 mit einem dicken Strich dargestellt sind, werden in dem Rahmen 450 als dominant oder ,0‘ gesendet. Bits, die an ihrer oberen Linie in Fig. 2 mit einem dicken Strich dargestellt sind, werden in dem Rahmen 450 als rezessiv oder ,1‘ gesendet. In der CAN XL Datenphase 452 werden symmetrische ,1‘ und ,0‘ Pegel verwendet, statt rezessiver und dominanter Pegel.

Allgemein werden bei der Erzeugung des Rahmens 450 zwei unterschiedliche Stuffing- Regeln angewendet. Bis vor dem FDF Bit im Arbitrationsfeld 453 gilt die dynamische Bit- Stuffing- Regel von CAN FD, so dass nach 5 gleichen Bits in Folge ein inverses Stuff- Bit einzufügen ist. In der Datenphase 452 bis vor das FCP Feld gilt eine feste Stuffing- Regel, so dass nach einer festen Zahl von Bits ein fixed Stuff-Bit einzufügen ist. Alternativ können statt nur einem Stuff-Bit eine Anzahl von 2 oder mehr Bits als fixed Stuff-Bits eingefügt werden.

In dem Rahmen 450 folgt direkt nach dem FDF-Bit das XLF-Bit, das von der Position her dem „res Bit“ im CAN FD Base Frame Format entspricht, wie zuvor erwähnt. Wird das XLF-Bit als 1, also rezessiv, gesendet, identifiziert es damit den Rahmen 450 als CAN XL-Rahmen. Für einen CAN FD Rahmen setzt die Kommunikationssteuereinrichtung 11 das XLF-Bit als 0, also dominant.

Nach dem XLF-Bit folgt in dem Rahmen 450 ein resXL-Bit, das ein dominantes Bit für die zukünftige Nutzung ist. Das resXL muss für den Rahmen 450 als 0, also dominant, gesendet werden. Empfängt die Teilnehmerstation 10 jedoch ein resXL-Bit als 1, also rezessiv, geht die empfangende Teilnehmerstation 10 beispielsweise in einen Protokollausnahmezustand (Protocoll Exception State), so wie es bei einer CAN FD Nachricht 46 für ein res=l ausgeführt wird. Alternativ könnte das resXL-Bit genau umgekehrt definiert sein, also, dass es als 1, also rezessiv, gesendet werden muss. In diesem Fall geht die empfangende Teilnehmerstation bei einem dominanten resXL-Bit in den Protokollausnahmezustand.

Nach dem resXL-Bit folgt in dem Rahmen 450 eine Sequenz ADS (Arbitration Data Switch), in welcher eine vorbestimmte Bitsequenz codiert wird. Diese Bitsequenz erlaubt eine einfache und sichere Umschaltung von der Bitrate der Arbitrationsphase 451 (Arbitrationsbitrate) zu der Bitrate der Datenphase 452 (Datenbitrate). Das erste Bit des ADS-Felds ist das ADH Bit. Optional wird innerhalb des ADH-Bits die Betriebsart der Sende-/Empfangseinrichtung 12, 32 von der Betriebsart B_451 (SLOW) der Arbitrationsphase 451 in eine von zwei Betriebsarten B_452_TX, B_452_RX der Datenphase 452 umgeschaltet. Die zwei Betriebsarten der Datenphase 452 sind eine Betriebsart B_452_TX (FAST_TX) für einen Sendeknoten, der sein Signal in der Datenphase 452 auf den Bus 40 senden darf, und eine Betriebsart B_452_RX (FAST_RX) für einen Empfangsknoten, der nur Empfänger des Signals vom Bus 40 ist.

Die folgenden Felder bis zu dem Beginn der Datenfelds 455 sind hier nicht genauer beschrieben. Das Datenfeld 455 kann bis zu 2048 Byte haben. Nach dem Datenfeld 455 folgt in dem Rahmen 450 das Prüfsummenfeld 456 mit einer Rahmenprüfsumme FCRC und einem FCP-Feld. Hierbei gilt FCP = Frame Check Pattern = Rahmenprüfmuster. Das FCP-Feld besteht aus 4 Bits mit insbesondere der Bitfolge 1100. Ein Empfangsknoten prüft mittels des FCP Felds, ob der Empfangsknoten bitsynchron zum Sende- Datenstrom ist. Zudem synchronisiert sich ein Empfangsknoten auf die fallende Flanke im FCP-Feld.

Nach dem FCP-Feld schließt sich das Rahmenabschlussfeld 457 an. Das Rahmenabschlussfeld 457 besteht aus zwei Feldern, nämlich dem DAS- Feld, und dem Bestätigungsfeld oder ACK-Feld mit dem mindestens einen Bit ACK und dem Bit ACK-Dlm.

Das DAS-Feld enthält die Sequenz DAS (Data Arbitration Switch), in welcher eine vorbestimmte Bitsequenz codiert wird. Die Bitsequenz DAH, AHI, ALI erlaubt eine einfache und sichere Umschaltung von der Datenbitrate der Datenphase 452 zu der Arbitrationsbitrate der Arbitrationsphase 451. Zudem wird während des DAS- Felds die Betriebsart der Sende-/Empfangseinrichtung 12, 32, optional von einer Betriebsart B_452_TX oder B_452_RX (FAST) in die Betriebsart B_451 (SLOW), umgeschaltet. Innerhalb des DAH -Bits wird der Physical Layer, also die Betriebsart der Sende- Empfangseinrichtung 12, 32, umgeschaltet von FAST_TX oder FAST_RX nach SLOW. Auf das Bit AH1 folgt das Bit ALI (logisch 0) und das Bit AH2 (logisch 1). Mit den zwei Bits DAH und AH1 wird sichergestellt, dass genug Zeit für die Betriebsartumschaltung der Sende-/Empfangseinrichtung 11 vorhanden ist, und dass alle Teilnehmerstationen 10, 30 einen rezessiven Pegel von deutlich mehr als einer Arbitrationsbitzeit vor der Flanke am Anfang des AL2 Bits (logisch 0) sehen. Damit wird eine sichere Synchronisation der Teilnehmerstationen des Bussystems gewährleistet, die sich derzeit auf die Kommunikation auf dem Bus 40 re-integrieren.

In dem Rahmenabschlussfeld 457 folgt nach der Sequenz des DAS- Felds das Bestätigungsfeld (ACK). In dem Bestätigungsfeld sind Bits zur Bestätigung oder Nichtbestätigung eines korrekten Empfangs des Rahmens 450 vorgesehen. Nach dem Rahmenabschlussfeld 457 folgt in dem Rahmen 450 ein Endefeld (EOF = End of Frame). Die Bitsequenz des Endefelds (EOF) dient dazu, das Ende des Rahmens 450 zu kennzeichnen. Das Endefeld (EOF) sorgt dafür, dass am Ende des Rahmens 450 eine Anzahl von 8 rezessiven Bits gesendet wird. Das ist eine Bitfolge, die innerhalb des Rahmens 450 nicht auftreten kann. Dadurch kann von den Teilnehmerstationen 10, 20, 30 das Ende des Rahmens 450 sicher erkannt werden.

Das Endefeld (EOF) hat eine Länge, die abhängig davon unterschiedlich ist, ob im ACK-Bit ein dominantes Bit oder ein rezessives Bit gesehen wurde. Wenn die sendende Teilnehmerstation das ACK-Bit als dominant empfangen hat, dann hat das Endefeld (EOF) eine Anzahl von 7 rezessiven Bits. Ansonsten ist das Endefeld (EOF) nur 5 rezessive Bits lang.

Nach dem Endefeld (EOF) folgt in dem Rahmen 450 ein Zwischenrahmenabstand (IFS - Inter Frame Space), der in Fig. 2 nicht dargestellt ist. Dieser Zwischenrahmenabstand (IFS) ist ausgestaltet wie bei CAN FD entsprechend der ISO11898-l:2015. Der Zwischenrahmenabstand (IFS - Inter Frame Space) hat mindestens 3 Bit.

Fig. 3 zeigt den grundlegenden Aufbau der Teilnehmerstation 10 mit der Kommunikationssteuereinrichtung 11, der Sende-/Empfangseinrichtung 12 und dem Betriebsart-Bestimmungsmodul 15, das Teil der Kommunikationssteuereinrichtung 11 ist. Die Teilnehmerstation 30 ist in ähnlicher Weise aufgebaut, wie in Fig. 3 gezeigt, jedoch ist das Betriebsart- Bestimmungsmodul 35 gemäß Fig. 1 separat von der Kommunikationssteuereinrichtung 31 und der Sende-/Empfangseinrichtung 32 angeordnet. Daher wird die Teilnehmerstation 30 nicht separat beschrieben.

Gemäß Fig. 3 hat die Teilnehmerstation 10 zusätzlich zu der Kommunikationssteuereinrichtung 11 und der Sende-/Empfangseinrichtung 12 einen Mikrocontroller 13, welchem die Kommunikationssteuereinrichtung 11 zugeordnet ist, und eine System-ASIC 16 (ASIC = Anwendungsspezifische Integrierte Schaltung), die alternativ ein System Basis-Chip (SBC) sein kann, auf dem mehrere für eine Elektronik-Baugruppe der Teilnehmerstation 10 notwendige Funktionen zusammengefasst sind. In dem System-ASIC 16 ist zusätzlich zu der Sende-/Empfangseinrichtung 12 eine Energieversorgungseinrichtung 17 eingebaut, welche die Sende- /Empfangseinrichtung 12 mit elektrischer Energie versorgt. Die Energieversorgungseinrichtung 17 liefert üblicherweise eine Spannung CAN_Supply von 5 V. Je nach Bedarf kann die Energieversorgungseinrichtung 17 jedoch eine andere Spannung mit einem anderen Wert liefern. Zusätzlich oder alternativ kann die Energieversorgungseinrichtung 17 als Stromquelle ausgestaltet sein.

Das Betriebsart-Bestimmungsmodul 15 hat einen Auswerteblock 151, einen Betriebsart-Umschaltblock 152 und einen Fehlerzählblock 153. Die Blöcke 151, 152, 153 sind nachfolgend noch genauer beschrieben.

Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 hat zudem ein Sendemodul 121 und ein Empfangsmodul 122. Auch wenn nachfolgend immer von der Sende- /Empfangseinrichtung 12 gesprochen ist, ist es alternativ möglich, das Empfangsmodul 122 in einer separaten Einrichtung extern von dem Sendemodul 121 vorzusehen. Das Sendemodul 121 und das Empfangsmodul 122 können wie bei einer herkömmlichen Sende-/Empfangseinrichtung 22 aufgebaut sein. Das Sendemodul 121 kann insbesondere mindestens einen Operationsverstärker und/oder einen Transistor aufweisen. Das Empfangsmodul 122 kann insbesondere mindestens einen Operationsverstärker und/oder einen Transistor aufweisen.

Die Sende-/Empfangseinrichtung 12 ist an den Bus 40 angeschlossen, genauer gesagt dessen erste Busader 41 für CAN_H oder CAN_XL_H und dessen zweite Busader 42 für CAN_L oder CAN_XL_L. Über mindestens einen Anschluss 43 erfolgt die Spannungsversorgung für die Energieversorgungseinrichtung 17 zum Versorgen der ersten und zweiten Busader 41, 42 mit elektrischer Energie, insbesondere mit der Spannung CAN-Supply. Die Verbindung mit Masse bzw. CAN_GND ist über einen Anschluss 44 realisiert. Die erste und zweite Busader 41, 42 sind mit einem Abschlusswiderstand 49 terminiert. Die erste und zweite Busader 41, 42 sind in der Sende-/Empfangseinrichtung 12 nicht nur mit dem Sendemodul 121, das auch als Transmitter bezeichnet wird, sondern auch mit dem Empfangsmodul 122 verbunden, das auch als Receiver bezeichnet wird, auch wenn die Verbindung in Fig. 3 zur Vereinfachung nicht gezeigt ist.

Im Betrieb des Bussystems 1 setzt das Sendemodul 121 ein Sendesignal TXD oder TxD der Kommunikationssteuereinrichtung 11 in entsprechende Signale CAN_XL_H und CAN_XL_L für die Busadern 41, 42 um und sendet diese Signale CAN_XL_H und CAN_XL_L an den Anschlüssen für CAN_H und CAN_L auf den Bus 40.

Das Empfangsmodul 122 bildet aus von dem Bus 40 empfangenen Signalen CAN_XL_H und CAN_XL_L gemäß Fig. 4 ein Empfangssignal RXD oder RxD und gibt dieses an die Kommunikationssteuereinrichtung 11 weiter, wie in Fig. 3 gezeigt.

Gemäß dem Beispiel von Fig. 4 haben die Signale CAN_XL_H und CAN_XL_L zumindest in der Arbitrationsphase 451 die dominanten und rezessiven Buspegel 401, 402, wie von CAN bekannt. Auf dem Bus 40 bildet sich ein Differenzsignal VDIFF = CAN_XL_H - CAN_XL_L aus, das in Fig. 5 für die Arbitrationsphase 451 gezeigt ist. Die einzelnen Bits des Signals VDIFF mit der Bitzeit t_btl können in der Arbitrationsphase 451 mit einer Empfangsschwelle T_a von beispielsweise 0,7 V erkannt werden. In der Datenphase 452 können die Bits der Signale CAN_XL_H und CAN_XL_L schneller, also mit einer kürzeren Bitzeit t_bt2, gesendet werden als in der Arbitrationsphase 451. Somit unterscheiden sich die Signale CAN_XL_H und CAN_XL_L in der Datenphase 452 zumindest in deren schnelleren Bitrate von den herkömmlichen Signalen CAN_H und CAN_L.

Die Abfolge der Zustände 401, 402 für die Signale CAN_XL_H, CAN_XL_L in Fig. 4 und der daraus resultierende Verlauf der Spannung VDIFF von Fig. 5 dient nur der Veranschaulichung der Funktion der Teilnehmerstation 10. Die Abfolge der Datenzustände für die Buszustände 401, 402 ist je nach Bedarf wählbar. Mit anderen Worten erzeugt das Sendemodul 121, wenn es in eine erste Betriebsart B_451 (SLOW) geschaltet ist, gemäß Fig. 4 einen ersten Datenzustand als Buszustand 402 mit unterschiedlichen Buspegeln für zwei Busadern 41, 42 der Busleitung und einen zweiten Datenzustand als Buszustand 401 mit demselben Buspegel für die zwei Busadern 41, 42 der Busleitung des Busses 40.

Außerdem sendet das Sendemodul 121, für die zeitlichen Verläufe der Signale CAN_XL_H, CAN_XL_L in einer zweiten Betriebsart B_452_TX (FAST_TX), welche die Datenphase 452 umfasst, die Bits mit einer höheren Bitrate auf den Bus 40. Die CAN_XL_H und CAN_XL_L Signale können in der Datenphase 452 zudem mit einem anderen Physical Layer als bei CAN FD erzeugt werden. Dadurch kann die Bitrate in der Datenphase 452 noch weiter erhöht werden als bei CAN FD. Eine Teilnehmerstation (Empfangsknoten), die in der Datenphase 452 kein Sender des Rahmens 450 ist, also kein Sendeknoten ist, stellt in ihrer Sende-/Empfangseinrichtung eine dritte Betriebsart B_452_RX (FAST_RX) ein.

Zur Signalisierung der Umschaltung von der Betriebsart B_451 in die Betriebsart B_452_TX (FAST_TX) oder die Betriebsart B_452_RX (FAST_RX) führt die Kommunikationssteuereinrichtung 11 eine Pulsweitenmodulation (PWM) des Sendesignals TxD durch. Dazu verwendet die Kommunikationssteuereinrichtung 11 ein oder mehr PWM-Symbole pro logischem Bit des CAN XL Rahmens 450. Grundsätzlich gilt, dass ein PWM-Symbol aus zwei Phasen besteht, nämlich einer 0-Phase und einer 1-Phase. Außerdem wird ein PWM-Symbol von zwei gleichen Flanken begrenzt, beispielsweise von zwei steigenden Flanken.

Soll keine Betriebsartumschaltung der Sende- Empfangseinrichtungen 12, 32 stattfinden, findet auch keine Pulsweitenmodulation (PWM) für eine Codierung der Signalisierung für das Sendesignal TxD statt. Somit ist das Signal, das die Sende-Empfangseinrichtung 12, 32 als Differenzspannung VDIFF auf den Bus 40 treibt, wenn die Sende-Empfangseinrichtung 12, 32 als Sendeknoten agiert, identisch zu dem Sendesignal TxD.

Die Funktionsweise des Betriebsart-Bestimmungsmoduls 15 ist nachfolgend anhand von Fig. 6 genauer beschrieben. Fig. 6 veranschaulicht in einem Diagramm einen Wechsel der Kommunikationssteuereinrichtung 11, zwischen unterschiedlichen Betriebsarten. Hierbei ist angenommen, dass die Kommunikationssteuereinrichtung 11 derzeit keine Rahmen 450 auf den Bus 40 senden möchte. Daher ist nur der Fall gezeigt, in dem die Kommunikationssteuereinrichtung 11 als Empfänger von Rahmen 450 dient, genauer gesagt ein Empfangsknoten ist.

In der Betriebsart B_LB (Idle) ist die Kommunikationssteuereinrichtung 11 in den Leerlauf- oder Bereitschaftszustand geschaltet. Das heißt die Kommunikationssteuereinrichtung wartet auf den Empfang einer Nachricht 45, 46. In diesem Zustand findet keine Kommunikation auf dem Bus 40 statt. Mit anderen Worten, an dem RXD-Anschluss der Kommunikationssteuereinrichtung 11 wird kein Signal empfangen bzw. liegt der Wert logisch 1 an, da der rezessive Pegel einer logischen 1 entspricht.

Ist die Kommunikationssteuereinrichtung 11 in die Betriebsart B_LB (Idle) geschaltet und empfängt von der Sende- Empfangseinrichtung 12 einen anderen Pegel als logisch 1 für das RxD-Signal, insbesondere das erste Bit (SOF) eines Rahmens 450, schaltet der Betriebsart-Umschaltblock 152 die Kommunikationssteuereinrichtung 11 in eine Empfangsbetriebsart B_RX.

In der Empfangsbetriebsart B_RX empfängt die Kommunikationssteuereinrichtung 11 Signale von dem Bus 40 als RxD-Signal, wie zuvor beschrieben. Zudem hat der Zählwert des Fehlerzählblocks 153 bei Aufwärtszählung noch nicht einen vorbestimmten Zählwert überschritten. Daher befindet sich die Kommunikationssteuereinrichtung 11 in einem Zustand, der auch „Error Active“ Zustand genannt werden kann. In diesem Zustand darf die Teilnehmerstation 10 im Falle eines Fehlers eine aktive Fehlerkennung 47_A auf den Bus 40 senden, um den anderen Teilnehmerstationen 10, 20, 30 den Fehler mitzuteilen.

Ein Fehler, wie mit dem schwarzen Blockpfeil in Fig. 6 gezeigt, kann zu einem beliebigen Zeitpunkt bei der Kommunikation im Bussystem 1 vorkommen. Beispielsweise kann ein Fehler auftreten, weil beispielsweise eine elektromagnetische Einstrahlung den Pegel auf den Busadern CAN_XL_H und CAN_XL_L verändert hat und die Teilnehmerstation 10 als Empfangsknoten bei der laufenden Kommunikation auf dem Bus 40 ein fixed Stuff-Bit mit logisch 0 abgetastet hat, obwohl das fixed Stuff-Bit als logisch 1 gesendet wurde. Selbstverständlich sind andere Fehler möglich, insbesondere wird ein einzelnes Bit mit einem anderen Wert als erwartet abgetastet. Abhängig vom verfälschten Bit, wird der Fehler eventuell auch erst durch eine der beiden Prüfsummen bzw. CRC Prüfungen (PCRC, FCRC) entdeckt.

In der Empfangsbetriebsart B_RX tastet die Kommunikationssteuereinrichtung 11 das RxD-Signal ab und wertet dieses mit Hilfe des Auswerteblocks 151 in Bezug auf den Rahmen 450 aus. Erkennt die Kommunikationssteuereinrichtung 11, insbesondere ihr Auswerteblock 151, bei der Abtastung des RxD-Signals einen Fehler, schaltet der Betriebsart-Umschaltblock 152 die Kommunikationssteuereinrichtung 11 in eine Betriebsart B_47_A.

Ausschließlich in der Empfangsbetriebsart B_RX kann die Kommunikationssteuereinrichtung 11 für einen Empfang von Bits der ersten Kommunikationsphase 451 oder für einen Empfang von Bits der zweiten Kommunikationsphase 452 eingerichtet sein, je nachdem an welcher Stelle des Rahmens 450 derzeit empfangen wird. Mit dem Wechsel in eine andere Betriebsart, wie der Betriebsart B_47_A, wechselt die Kommunikationssteuereinrichtung in einen Betrieb für einen Empfang von Bits in der ersten Kommunikationsphase 451.

In der Betriebsart B_47_A sendet die Kommunikationssteuereinrichtung 11 die aktive Fehlerkennung 47_A an ihrem TXD-Anschluss zum Bus 40. Die aktive Fehlerkennung 47_A hat sechs dominante Bits in Folge. Die aktive Fehlerkennung 47_A ist der erste Teil eines Fehlerrahmens 47, wie in Fig. 6 gezeigt. Außerdem wird der Zählwert des Fehlerzählblocks 153 um einen vorbestimmten Wert verändert, insbesondere inkrementiert. Durch Überlagerung der aktiven Fehlerkennungen 47_A, die von verschiedenen Teilnehmerstationen als Reaktion auf die erste aktive Fehlerkennung 47_A gesendet werden, kann die empfangene aktive Fehlerkennung 47_A verlängert sein. Danach schaltet der Betriebsart-Umschaltblock 152 die Kommunikationssteuereinrichtung 11 in eine Betriebsart B_47_DL. In der Betriebsart B_47_DL sendet die Kommunikationssteuereinrichtung 11 einen Fehlerbegrenzer 47_DL, der auch Error Delimiter genannt wird, an ihrem TXD-Anschluss zum Bus 40. Der Fehlerbegrenzer 47_DL hat acht rezessive Bits in Folge. Der Fehlerbegrenzer 47_DL ist der zweite und letzte Teil des Fehlerrahmens 47, wie in Fig. 6 gezeigt. Alternativ kann der Zählwert des Fehlerzählblocks 153 erste jetzt um einen vorbestimmten Wert verändert werden. Danach schaltet der Betriebsart-Umschaltblock 152 die Kommunikationssteuereinrichtung 11 in eine Betriebsart B_IM.

Der Fehlerrahmen 47 aus aktiver Fehlerkennung 47_A und Fehlerbegrenzer 47_DL zerstört den bisher von einer anderen Teilnehmerstation des Bussystems 1 gesendeten Rahmen 450. Dadurch wird die Kommunikation auf dem Bus 40 absichtlich gestört, um den Fehler zu signalisieren.

In der Betriebsart B_47_IM warten alle Teilnehmerstationen 10, 20, 30 des Bussystems 1 eine vorbestimmte Anzahl von rezessiven Bits ab, die bei der Kommunikation auf dem Bus 40 zwischen zwei Rahmen 450 vorhanden sein müssen. Wie zuvor erwähnt, hat ein solcher Zwischenrahmenabstand (IFS - Inter Frame Space) mindestens 3 Bit. Somit erwartet die Kommunikationssteuereinrichtung 11 in der Betriebsart B_47_IM die vorbestimmte Anzahl von rezessiven Bits, die bei der Kommunikation auf dem Bus 40 zwischen zwei Rahmen 450 vorhanden sind. Danach schaltet der Betriebsart-Umschaltblock 152 die Kommunikationssteuereinrichtung 11 in die Betriebsart B_LB zurück.

Sobald die Kommunikationssteuereinrichtung 11 in der Betriebsart B_LB (Idle) von der Sende- Empfangseinrichtung 12 einen anderen Pegel als logisch 1 für das RxD-Signal empfängt, insbesondere das erste Bit (SOF) eines Rahmens 450, schaltet der Betriebsart-Umschaltblock 152 die Kommunikationssteuereinrichtung 11 wieder in die Empfangsbetriebsart B_RX, wie zuvor beschrieben.

Überschreitet der Wert des Fehlerzählblocks 153 jedoch einen vorbestimmten Wert, schaltet der Betriebsart-Umschaltblock 152 die Kommunikationssteuereinrichtung 11 in eine Fehler- Passiv- Empfangsbetriebsart B_RX_P.

Auch in der Fehler- Passiv- Empfangsbetriebsart B_RX_P empfängt die Kommunikationssteuereinrichtung 11 Signale von dem Bus 40 als RxD-Signal, wie zuvor beschrieben. Die Kommunikationssteuereinrichtung 11 tastet das RxD- Signal ab und wertet dieses mit Hilfe des Auswerteblocks 151 in Bezug auf den Rahmen 450 aus. Erkennt die Kommunikationssteuereinrichtung 11, insbesondere ihr Auswerteblock 151, bei der Abtastung des RxD-Signals einen Fehler, schaltet der Betriebsart-Umschaltblock 152 die Kommunikationssteuereinrichtung 11 jedoch in eine Betriebsart B_R. Optional kann der Auswerteblock 151 beim Erkennen des Fehlers den Fehlerzählblock 153 anweisen, den Zählwert um einen vorbestimmten Wert zu verändern, insbesondere zu inkrementieren.

In der Re-Integrationsbetriebsart B_R sucht die Teilnehmerstation 10, insbesondere der Auswerteblock 151, nach einer Leerlauf- oder Bereitschaftsbedingung (Idle). Bei dem internationalen Standard gemäß der ISO11898-l:2015 entspricht die Leerlauf- oder Bereitschaftsbedingung einer Anzahl von 11 rezessiven Bits in Folge. Wertet der Auswerteblock 151 des Betriebsart-Bestimmungsmoduls 15 aus, dass die Leerlauf- oder Bereitschaftsbedingung (Idle) empfangen wurde, schaltet der Betriebsart- Umschaltblock 152 die Kommunikationssteuereinrichtung 11 in die Betriebsart B_LB. Der Auswerteblock 151 startet die Suche nach der Leerlauf-oder Bereitschaftsbedingung jedes Mal neu, wenn er im RxD-Signal eine fallende Flanke detektiert hat. Somit kann ausgeschlossen werden, dass der Auswerteblock 151 die Leerlaufbedingung zufällig verfrüht detektiert, während die sendende Teilnehmerstation noch in der zweiten Kommunikationsphase 452 sendet.

Wie zuvor in Bezug auf Fig. 2 beschrieben, synchronisiert sich die Kommunikationssteuereinrichtung 11 in der Re-Integrationsbetriebsart B_R an einer dafür vorgesehenen Flanke in dem vom Bus 40 empfangenen Rahmen 450 bzw. dem Signal RxD. Somit kann die Kommunikationssteuereinrichtung 11 synchron mit den anderen Teilnehmerstationen, die den Rahmen 450 eventuell korrekt empfangen haben, in die Betriebsart B_LB wechseln und wieder an der Kommunikation in dem Bussystem 1 teilnehmen.

Die Teilnehmerstation 10 sendet somit in der Fehler- Passiv- Empfangsbetriebsart B_RX_P keine passive Fehlerkennung 47_P, wenn die Teilnehmerstation 10, insbesondere ihr Auswerteblock 151, als Empfangsknoten, einen Fehler beim Empfang eines Rahmens 450 erfasst. Eine passive Fehlerkennung 47_P hat sechs rezessive Bits in Folge.

Der Fehlerzählblock 153 dekrementiert seinen Zählwert um einen bestimmten Wert beim korrekten Empfang eines Rahmens 450. Somit kann der Zählwert die bestimmte Schwelle unterschreiten und die Teilnehmerstation 10 kann dadurch wieder auf einen Fehler mit einer aktiven Fehlerkennung 47_A reagieren.

Dadurch kann bei CAN XL auch bei unterschiedlicher Bitrate in den Kommunikationsphasen 451, 452 dennoch mit großer Fehlerrobustheit die Fehlersignalisierung für Fehler aktiviert werden, die bei der Kommunikation auf dem Bus 40 auftreten.

Auch das Betriebsart-Bestimmungsmodul 25 kann auf dieselbe Weise ausgeführt sein, wie zuvor für die Module 15, 35 beschrieben. Somit kann auch bei CAN FD bei unterschiedlicher Bitrate in den Kommunikationsphasen 451, 452 dennoch mit großer Fehlerrobustheit die Fehlersignalisierung für Fehler aktiviert werden, die bei der Kommunikation auf dem Bus 40 auftreten.

Die Teilnehmerstationen 10, 30 verhindern, dass der aktuell gesendete CAN FD oder CAN XL Rahmen durch einen Empfangsknoten gestört wird, der in die Fehlerpassiv-Betriebsart B_RX_P geschaltet ist.

Die Teilnehmerstationen 20, insbesondere ihr Modul 25 kann dieselben Funktionen haben, wie zuvor für das Modul 15 beschrieben.

Eine empfangende Teilnehmerstation reagiert also in der Fehler-Passiv- Empfangsbetriebsart B_RX_P auf einen Empfangsfehler nicht mit einer passiven Fehlerkennung 47_P und einem Fehlerbegrenzer 47_DL. Dadurch wird der Fehlerfall wirksam verhindert, dass auf dem Bus 40 eine Überlagerung von zwei Rahmen 450 vorkommt, die beide Rahmen 450 zerstört. Dasselbe gilt für CAN FD Rahmen.

Ein solcher Fehlerfall könnte zum einen auftreten, wenn der Empfangsknoten, insbesondere sein Auswerteblock 151, seine passive Fehlerkennung (6 rezessive Bits) und einen Fehlerbegrenzer (Error Delimiter, 8 rezessive Bits) als abgeschlossen betrachtet, also rezessiv gesehen hat, und die 3 Bit des Intermission Feldes korrekt als rezessiv gesehen hat. Dann tastet der Empfangsknoten zufällig 6 + 8 + 3 = 17 rezessive Bits in Folge ab und beginnt daher, einen Rahmen zu senden, obwohl der Sendeknoten seinen Rahmen noch sendet.

Zum anderen könnte ein solcher Fehlerfall auftreten, wenn der Empfangsknoten zufällig 6 + 7 = 13 rezessive Bits in Folge abtastet, da der Empfangsknoten seine eigene passive Fehlerkennung (6 rezessive Bits) und den Fehlerbegrenzer (Error Delimiter, die ersten 7 rezessiven Bits) als quasi abgeschlossen ansieht. Wenn der Empfangsknoten nun in den nächsten 3 Bits, nämlich dem 8. Bit des Fehlerbegrenzers (Error Delimiter) oder den ersten beiden Bits des Zwischenrahmenabstands (IFS) ein dominantes Bit abtastet, dann wertet der Empfangsknoten dies als Überlast-Bedingung (Overload Condition). Daher würde der Empfangsknoten eine Überlastkennung, die auch Overload Flag genannt werden kann, auf den Bus 40 senden, obwohl der Sendeknoten seinen Rahmen 450 noch sendet. Die Überlastkennung hat, wie eine aktive Fehlerkennung 47 _A, sechs dominante Bits in Folge.

Da die genannten Fehlerfälle bei den Teilnehmerstationen 10, 30 nicht auftreten können, wird die Kommunikation auf dem Bus 40 nicht ungewollt gestört.

Dadurch kann die Kommunikation im Bussystem mit großer Fehlerrobustheit und hoher Nettodaten rate stattfinden.

Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Teilnehmerstationen 10, 20, 30, des Bussystems 1 und des darin ausgeführten Verfahrens können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere können alle Merkmale der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele und/oder deren Modifikationen beliebig kombiniert werden. Zusätzlich oder alternativ sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.

Auch wenn die Erfindung zuvor am Beispiel des CAN-Bussystems beschrieben ist, kann die Erfindung bei jedem Kommunikationsnetzwerk und/oder Kommunikationsverfahren eingesetzt werden, bei welchem zwei verschiedene Kommunikationsphasen verwendet werden, in denen sich die Buszustände unterscheiden, die für die unterschiedlichen Kommunikationsphasen erzeugt werden.

Insbesondere kann das Bussystem 1 gemäß den Ausführungsbeispielen ein Kommunikationsnetzwerk sein, bei welchem Daten seriell mit zwei verschiedenen Bitraten übertragbar sind. Es ist vorteilhaft, jedoch nicht zwangsläufige Voraussetzung, dass bei dem Bussystem 1 zumindest für bestimmte Zeitspannen ein exklusiver, kollisionsfreier Zugriff einer Teilnehmerstation 10, 20, 30 auf einen gemeinsamen Kanal gewährleistet ist.

Die Anzahl und Anordnung der Teilnehmerstationen 10, 20, 30 in dem Bussystem 1 der Ausführungsbeispiele ist beliebig. Insbesondere kann die Teilnehmerstation 20 in dem Bussystem 1 entfallen. Es ist möglich, dass eine oder mehrere der Teilnehmerstationen 10 oder 30 in dem Bussystem 1 vorhanden sind. Denkbar ist, dass alle Teilnehmerstationen in dem Bussystem 1 gleich ausgestaltet sind, also nur Teilnehmerstation 10 oder nur Teilnehmerstation 30 vorhanden sind.