AUDI AG P7005

Patentanmeldung

Verfahren zum übermitteln von Botschaften in einem Bussystem, Busgerät und Bussystem

BESCHREIBUNG:

Die Erfindung betrifft das Gebiet von zeitgesteuerten Kommunikationssystemen, und zwar solchen, in denen die Zeit in eine Vielzahl von Zeitschlitzen eingeteilt ist. Den einzelnen Teilnehmern des Kommunikationssystems werden ganz bestimmte dieser Zeitschlitze zugeordnet, so dass besagte Teil- nehmer dann in den ihnen zugeordneten Zeitschlitzen Sendesignale abgeben können. üblicherweise sind die Zeitschlitze in einer zyklischen Folge den einzelnen Teilnehmern zugeordnet. Das Kommunikationsverfahren bedingt, dass sich die einzelnen Teilnehmer, auch als „Knoten" bezeichnet, synchronisieren müssen. Bekannte Protokolle zur Datenübertragung in solchen Kommunikationssystemen sind FlexRay, TTP/C und TTCAN.

Die Erfindung befasst sich insbesondere damit, dass solche Botschaften übermittelt werden, die von einem Sendegerät ausgesandt werden und in einem Bearbeitungsgerät bearbeitet werden, bevor sie zu einem Empfangs- gerät gelangen.

Will man Signale von einem anderen Busteilnehmer in einem Busteilnehmer bearbeiten, bedingt dies im Stand der Technik eine Auftrennung eines Busses in zwei Zweige. So sind beispielsweise bei Verwendung des FlexRay- Protokolls mindestens zwei Knoten (Busteilnehmer) für die Synchronisation innerhalb eines Zweiges erforderlich. So geht bei Auftrennung des Busses die Synchronisation verloren. Die Busteilnehmer aus einem der Zweige empfangen nämlich nur Signale über den diese Signale bearbeitenden und die Zweige voneinander trennenden Busteilnehmer. Um nicht das Protokoll zu verletzen, muss für jeden Zweig der jeweils restliche Bus simuliert werden, und bei einer solchen Simulation driften die Zeitbasen auseinander. Im Stand der Technik empfängt das bearbeitende Busgerät (das Bearbeitungsgerät) die Signale von dem Sendegerät in einem ersten Zeitschlitz und sendet sie im entsprechenden Zeitschlitz des anderen Zweiges nach der Bearbeitung

wieder aus. Dieser zweite Zeitschlitz muss ein zu dem Sendegerät gehöriger Zeitschlitz sein. üblicherweise handelt es sich um den nächsten Zeitschlitz in der Folge der Zeitschlitze, der zu den vorbestimmten Zeitschlitzen gehört, die zu dem Sendegerät definiert sind.

Wegen der Auftrennung eines Busses in zwei Zweige durch das Bearbeiten muss das Kommunikationssystem insgesamt sehr aufwendig sein. Wegen des Aussendens der Signale in dem jeweils nächsten zu dem Sendegerät gehörigen Zeitschlitz gelangen die Botschaften von dem Sendegerät auch mit erheblicher Verzögerung erst zu dem Empfangsgerät, die im schlimmsten Fall so groß ist wie die Zykluszeit der Zeitschlitze.

Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und ein dieses Verfahren ermöglichendes Busgerät mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 4 gelöst. Durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. bei Einsatz des erfindungsgemäßen Busgeräts ist auch ein Bus- System mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 6 ermöglicht.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sendet das Bearbeitungsgerät somit von ihm empfangene und bearbeitete Sendesignale zumindest teilweise (nämlich insbesondere wenn nach vorbestimmten Kriterien möglich) in dem- selben Zeitschlitz (natürlich mit Verzögerung) wieder aus, in dem es sie empfangen hat.

Die Erfindung besteht in einer Nutzung einer in dem Zeitschlitz üblicherweise definierten Pufferzeit. Die Länge eines Zeitschlitzes ist nämlich üblicherweise größer als die Länge einer Botschaft (eines sogenannten Frames). Es wird mit dem Senden der Botschaft erst nach Verstreichen einer Pufferzeit begonnen, und es verbleibt eine Pufferzeit nach Beendigung des Sendens des Frames in dem Zeitschlitz. Die Pufferzeiten sind deswegen definiert, weil die einzelnen Geräte nicht perfekt miteinander synchronisiert sind. üblicherweise sind die Pufferzeiten jedoch sehr großzügig ausgelegt. Daher ist es sinnvoll, wenn das Bearbeitungsgerät (vorab, also vor dem Empfangen der Sendesignale) erfasst, wie genau eine zu ihm zugehörige Uhr (Zeitgeber) mit einer Uhr (einem Zeitgeber) des Sendegeräts synchronisiert ist. Zudem sollte es (insbesondere vorab) abschätzen oder berechnen, wie lange das Bearbeiten

der Sendesignale dauert. Aufgrund der ersten Information kann das Bearbeitungsgerät ermitteln, wieviel von der Pufferzeit tatsächlich aufgrund der nicht perfekten Synchronisation der beiden Uhren erforderlich ist (Mindestrestpuf- ferzeit). Aufgrund der zweiten Information kann die Zeitverzögerung abge- schätzt werden, mit der das Bearbeitungsgerät die bearbeiteten Sendesignale wieder aussenden kann. Damit kann abgeschätzt werden, um wieviel sich die Pufferzeit verkürzt. Somit kann abgeleitet werden, ob von einer Pufferzeit in dem Zeitschlitz die Mindestrestpufferzeit verbleibt. Es kann hierzu eine Restpufferzeit von größer als einer bestimmten Mikrosekundenanzahl festge- legt werden, die Mindestrestpufferzeit kann jedoch auch gleich 0 Mikrose- kunden sein, wenn von perfekter Synchronisation ausgegangen ist. Verbleibt die Mindestrestpufferzeit, dann erfolgt das Aussenden der bearbeiteten Sendesignale in demselben Zeitschlitz, in dem sie empfangen wurden.

Durch die Zeitverzögerung des Aussendens der bearbeiteten Sendesignale durch das Bearbeitungsgerät könnte es zu Fehlern in der Synchronisation kommen. Dies wäre insbesondere dann der Fall, wenn die Sendesignale ein Synchronisierungssignal umfassen, das mit Zeitverzögerung ungeändert weitergesandt wird. Daher sollte das Bearbeitungsgerät ein in den Sendesigna- len enthaltenes Synchronisierungssignal unwirksam machen (aufheben), zum Beispiel ein (auf 1) gesetztes Synchronisierungsbit wieder zurücksetzen (auf 0).

Das erfindungsgemäße Busgerät ist dazu ausgelegt, bearbeitete Sendesig- nale in demselben Zeitschlitz mit Verzögerung wieder auszusenden, in dem es sie empfängt. Es ist bevorzugt dazu ausgelegt, eine von einer Pufferzeit nach einem Empfangen und Bearbeiten bis zum Wiederaussenden der Sendesignale verbleibende Restpufferzeit zu ermitteln und die bearbeiteten Sendesignale nur dann in demselben Zeitschlitz mit Verzögerung wieder auszu- senden, in dem es sie empfangen hat, wenn die Restpufferzeit einen Mindestwert überschreitet. Sollte die Restpufferzeit nicht ausreichend groß sein, kann an das Verfahren gemäß dem Stand der Technik angeknüpft werden, was bedeutet, dass die Sendesignale in dem nächsten dem Sendegerät, von dem sie stammen, zugeordneten Zeitschlitz, weitergesandt werden.

Zur Erfindung gehört das erstmalige Bereitstellen eines Bussystems, das insbesondere als FlexRay-Bussystem ausgestaltet sein kann, wobei eine Mehrzahl von Busgeräten zu dem Bussystem gehört, ein Sendegerät das Sendesignale aussendet, welche von einem Bearbeitungsgerät bearbeitet

werden, bevor sie zu einem Empfangsgerät gesandt werden, wobei anders als im Stand der Technik alle Busgeräte an demselben einen (FlexRay-)Bus angeschlossen sind und daher auch synchronisierbar sind.

Es entfällt somit der durch die Aufteilung des Busses in zwei Zweige im Stand der Technik notwendige Aufwand. Durch die Synchronisierbarkeit aller Busgeräte ist ein gutes Funktionieren der Kommunikation in dem Bussystem, insbesondere ohne Zeitverzögerung gewährleistet.

Ein Bussystem nach Patentanspruch 6 ist insbesondere bereitstellbar, wenn das Bearbeitungsgerät ein Busgerät der erfindungsgemäßen Art ist.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei

Fig. 1 ein Kommunikationssystem gemäß dem Stand der Technik veranschaulicht,

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Kommunikationssystem veranschaulicht, das als zusammenhängendes Bussystem ausgelegt ist,

Fig. 3A den zeitlichen Verlauf des Aussendens von Signalen in einem Zeitschlitz durch ein Sendegerät und

Fig.3B den zeitlichen Verlauf des Aussendens von Signalen durch ein Bearbeitungsgerät, das die in Fig. 3A dargestellten Signale empfangen und bearbeitet hat, bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht.

Ein Sendegerät 10 sendet in einem zeitgesteuerten Kommunikationssystem Sendesignale in vorbestimmten, nämlich genau dem Sendegerät 10 zugeordneten, Zeitschlitzen aus. Bevor die Sendesignale zu einem Restbus 12, insbesondere zu einem Empfangsgerät, gelangen, sollen sie durch ein Bearbeitungsgerät 14 bearbeitet werden. Das Bearbeitungsgerät 14 arbeitet QbIi- cherweise so, dass es die Sendesignale in dem einen Zeitschlitz empfängt und bearbeitet und dann in dem nächsten dem Sendegerät 10 zugeordneten Zeitschlitz weitersendet. Dadurch kommt es zu einer Verzögerung bei der übermittlung der Sendesignale, die dem zeitlichen Abstand zwischen zwei Zeitschlitzen, die zum selben Gerät gehören, entspricht, also durch die so-

genannte Sendehäufigkeit definiert ist. Die Vorgehensweise im Stand der Technik bedingt, dass das Kommunikationssystem durch das Bearbeitungsgerät 14 in zwei Teile geteilt ist, nämlich in ein erstes FlexRay-Cluster 16 und ein zweites FlexRay-Cluster 18. Die beiden FlexRay-Cluster sind jeweils Zweige eines FlexRay-Busses. Die beiden FlexRay-Cluster haben keine gemeinsame Zeitbasis mehr. Vielmehr hat das erste FlexRay-Cluster 16 eine erste Zeitbasis und das zweite FlexRay-Cluster 18 eine zweite Zeitbasis, Sendegerät 10 einerseits und Restbus 12 mit dem Empfangsgerät andererseits sind nicht mehr synchronisiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht nun das Bereitstellen eines Bussystems 20, bei dem Sendegerät 10, Bearbeitungsgerät 14 und Restbus 12 mit dem Empfangsgerät an einem einzigen FlexRay-Bus angeschlossen sind, es gibt also nur noch ein FlexRay-Cluster, wodurch alle Busteilnehmer (Busgeräte) eine gemeinsame Zeitbasis erhalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren, welches von dem Bearbeitungsgerät 14 angewandt wird, wird nun anhand eines zeitlichen Signalverlaufs erläutert. Fig. 3A zeigt den Signalverlauf in einem im Ganzen mit 22 bezeichneten Zeitschlitz. Der Zeitschlitz 22 ist in einen ersten Abschnitt 24, einen zweiten Abschnitt 26 und einen dritten Abschnitt 28 unterteilt. Die Abschnitte 24 und 28 sind Puffer. Im Abschnitt 26 wird die eigentliche Nachricht bzw. Botschaft gesendet, also ein sogenannter Frame. Ein Frame hat eine vorbestimmte Länge, und diese ist kürzer als ein Zeitschlitz. Beispielsweise ist die Dauer eines Frames 65 μs . Der Puffer 1 (Abschnitt 24) hat eine Dauer von 5 μs , und der Puffer 2 (Abschnitt 28) hat eine Dauer von 7 μs . Insgesamt hat der Zeitschlitz 22 also eine Dauer von 77 μs bei einer Dauer eines Frames von 65 μs . Beispielhaft ist in Fig. 3A ein Signal 30 dargestellt, das in dem Frame

26 übermittelt wird. Das Bearbeitungsgerät 14 empfängt nun mehr oder we- niger das in Fig. 3A gezeigte ideale Signal: Sendet das Sendegerät 10 den Frame 26 in dem Zeitschlitz 22 genauso aus wie in Fig. 3A dargestellt, empfängt das Bearbeitungsgerät 14 die Signale auch entsprechend, wenn die Uhr des Bearbeitungsgeräts 14 perfekt mit der des Sendegeräts 10 synchronisiert ist. Das Bearbeitungsgerät 14 kann nun im Rahmen eines ständigen Datenflusses ermitteln, wie gut seine Uhr mit der des Sendegeräts synchronisiert ist. Der Fehler in der Synchronisation bedingt die Mindestrestpuffer- zeit, die in dem Zeitschlitz 22 nach Beendigung des Aussendens des Frames 26 noch verbleiben darf. Das Bearbeitungsgerät 14 braucht zum Empfangen und Bearbeiten eine bestimmte Zeit, bis das Wiederaussenden begonnen

werden kann. Auch diese berücksichtigt das Bearbeitungsgerät 14. Das Bearbeitungsgerät 14 kann erfassen, ob eine Mindestrestpufferzeit von dem Puffer 2 (Abschnitt 28), die in Anbetracht des Synchronisationsfehlers zwischen der Uhr des Bearbeitungsgeräts 14 und der Uhr des Sendegeräts 10 definiert wurde, in Anbetracht der durch das Empfangen, Bearbeiten und Wiederaussenden erforderlichen Zeit verbleibt. Ist dies der Fall, sendet das Bearbeitungsgerät 14 beispielsweise in einem Zeitschlitz 22 den Frame 26' wie in Fig. 3B dargestellt aus, nämlich mit einer vorbestimmten Verzögerung 32. Die Dauer des Abschnitts 28 wird um dieselbe Verzögerung 32 verkürzt, so dass sich ein kürzerer Abschnitt 28' ergibt. Das Bearbeitungsgerät 14 hat hier ermittelt, dass die Dauer des Abschnitts 28' ausreichend groß ist, um dem Synchronisationsfehler Rechnung zu tragen.

Die Erfindung macht Gebrauch von der Verwendung der Puffer, insbesonde- re davon, dass es den Puffer 2 gibt, also einen Puffer, der nach Beendigung eines Frames 26 bereitgestellt ist. Wegen des Vorhandenseins dieses Puffers 2 ist es möglich, den Frame nach seiner Bearbeitung als Frame 26' mit Verzögerung 32 auszusenden (sofern die Verzögerung 32 nicht zu groß ist).

Es kann, wenn das Bearbeitungsgerät 14 lediglich das Signal 30 bearbeitet, bereits mit dem Wiederaussenden mit der Verzögerung 32 begonnen werden, bevor der Frame 26 vollständig empfangen wurde, also auch, bevor das Signal 30 empfangen wurde. Die Empfangszeit, die bei Berechnung der Verzögerung 32 angesetzt wird, ist lediglich die für den reinen elektronischen Vorgang des Empfangens im Bearbeitungsgerät 14 notwendige Zeit und enthält nicht eine Wartezeit vom Beginn des Frames 26 bis zum zu bearbeitenden Signal 30.