CN1350738A

CN1350738A - 数据传输方法和设备

Info

Publication number: CN1350738A
Application number: CN00806102A
Authority: CN
Inventors: 彼得·斯特朗
Original assignee: NSINE Ltd
Current assignee: NSINE Ltd
Priority date: 1999-04-10
Filing date: 2000-04-10
Publication date: 2002-05-22
Also published as: EP1169822A1; ATE245878T1; WO2000062486A9; KR20010111504A; KR100792772B1; JP2002542667A; US7103688B2; RU2001130352A; DE60004035D1; AU4128400A; GB9908105D0; GB2351884A; TR200102934T2; EP1169822B1; BR0009688A; ES2206222T3; WO2000062486A1; US20020126691A1; DE60004035T2; GB2351884B

Abstract

本发明公开了用于总线互联的多个站之间传送数据消息的设备和方法,其中每个消息包括帧部分和数据部分。帧部分表示数据消息的内容和优先级信息,数据部分表示要被传送的数据。至少一个站传送的数据消息具有以第一数据传输率传送的帧部分,数据部分以不小于第一数据传输率的第二数据传输率传送。根据数据消息传输确定的信号质量,可以调节第一和/或第二数据传输率。

Description

数据传输方法和设备

本发明涉及在数据网络中传送数据消息的方法和设备，该网络包括多个由总线线路互联的站。本发明尤其，但不专门，涉及在电源线互联的计算机之间传送数据的方法和设备。

在美国专利No.5001642和美国专利No.5524213中公开了用于操作汽车数据处理装置的方法，其中数据处理装置包括至少两个计算机和连接计算机用于传送数据消息的总线线路。上述美国专利中公开的方法根据称为CAN(控制器区域网络)的协议操作，在ISO(国际标准化组织)规范No.11898中公开了它的详细内容。

图1示出一种公知类型的数据消息。该数据消息包括表示数据网络中消息开始的帧开始部分(1)，以及当网络的两个或多个的节点争用数据总线时确定消息优先级的判优字段(2)。在第一版本中，判优字段(2)包含一个11位的标识符(3)和一个远端传输请求(RTR)位(4)，它主要用于数据帧，其次用于远端帧(下面描述它的含意)。另一种情况，在第二版本中，标识符(3)可以是一个包含2位替代远端请求(SRR)和标识符扩展(IDE)的29位标识符。如果在传递两种版本消息的网络上，两个消息具有相同的11位标识符，SSR位给出上面讨论版本的优先级。IDE位(6)把29位标识符(它们是次要的)和11位标识符(它们是主要的)区分开。

数据消息还包括控制字段(7)，该字段包含上面讨论的第一版本的标识符扩展位加上一个保留位(r0)，它们都设置为主要的，还包含一个4位数据长度代码(DLC)部分，它表示消息的数据字段(8)中字节的数量。在第二版本中，控制字段7还包括2个保留位(r1和r0)，它们被设置为主要的，以及一个4位数据长度代码，也表示数据字段(8)中字节的数量。数据字段(8)包含0到8个字节的数据。

在数据字段(8)的后面，CRC(循环冗余码校验)字段(9)包含在消息的有效部分计算的15位检查和并且用于检错。然后在CRC字段(9)后面是一个确认时隙(10)。能够正确地接收数据消息的任何控制器在确认位时间期间发送确认位，传送消息的装置检查确认位的存在。如果检测到确认位，发送下一个数据帧，但是如果没有检测到确认位，该装置重新传送数据帧。在重新传输之前，该节点传送一个差错帧，然后在重新传送之前等待8个帧位速率周期的时间。

图2示出使用图1数据帧的远端帧，与图1帧共同的部分用类似的参考标号表示，但要加上100。远端帧与数据帧的类似在于它集成了帧的开始101、具有标识符103的判优字段102、控制字段107、CRC字段109以及确认时隙110。然而，远端帧不包含数据字段，判优字段的RTR位是次要的，用于明显地将该帧标记为远端帧。

远端帧的目的是请求相应数据帧的传输。例如，如果节点A传送的远端帧的判优字段102设置到234，则如果节点B被适当地初始化，它可以用判优字段(2)也设置到234的数据帧来回答。

图3示出在网络中使用的差错帧，图1和图2的帧在该网络上传送。当节点检测到故障时传送差错帧，该差错帧导致所有其他节点检测故障使得它们也发送差错帧。然后该消息发射机自动地尝试重新传送消息，差错计数器的方案确保通过重复地传送差错帧，节点不能毁坏数据总线上的通信量。

差错帧包括具有6位相同值(如本领域技术人员熟悉的，它违反了位填充的规则)的差错标记(20)，以及包括8个次要位的差错分隔符(21)。差错分隔符提供一个间隔，其中当总线上其他节点检测到第一差错标记时，它们可以发送它们的差错标记。最后，可以使用过载帧(未示出)，它的格式类似于上面讨论的差错帧。过载帧由变得太忙的节点传送。

上面讨论的现有技术装置的缺点是经过网络可靠地传送数据的速率被网络节点之间传送数据的距离限制。当包括少量数据的消息在短距离上传送时(例如表示在车辆内数据总线上传送的汽车的物理测量的数据)，这不会导致任何明显的困难。然而，如果较大数量的数据需要经过较大距离上传送(例如经过明显的距离分开的计算机之间传输大量数据)，则能够传输数据的速率可能使得上面讨论的现有技术装置实际上不可行。特别地，上面讨论的现有技术装置仅能够传送每个数据帧最大8个字节，并且每个数据帧的数据位数量除以以米为单位的最大距离再乘以数据位速率(有效负载)被限制到1.6。

本发明优选实施例寻求克服现有技术的上述缺点。

根据本发明的第一方面，提供一种在总线线路互联的多个站之间传送数据消息的方法，其中每个所述消息包括表示数据消息的内容和优先级信息的帧部分以及表示要被传送的数据的数据部分，该方法包括下面步骤：让至少一个所述站传送数据消息到总线线路，使得该消息的所述帧部分以第一数据传输率传送，它的数据部分以不小于所述第一数据传输率的第二数据传输率传送，根据在所述总线线路上传输所确定的信号质量，调节所述第一和/或第二数据传输率。

根据本发明的第二方面，提供一种在总线线路互联的多个站之间传送数据消息的设备，每个所述数据消息包括表示数据消息的内容和优先级信息的帧部分以及表示要被传送的数据的数据部分，该设备包括：

用于在所述总线线路上传送数据消息的装置，使得所述帧部分以第一数据传输率传送，所述数据部分以不小于所述第一数据传输率的第二数据传输率传送；以及

用于根据在所述总线线路上传输所确定的信号质量，调节所述第一和/或第二数据传输率的装置。

本发明基于非常惊人的发现，即传送数据消息的数据部分的第二数据传输率可以高于传送消息的帧部分的第一数据传输率，与现有技术相比可以明显地改进了数据传输率，而不会明显降低可以可靠地传送数据的距离(这种情况是整个数据消息以第二传输率传送)。例如，尽管对于已知装置的有效负载被限制在1.6，本发明装置的有效负载可以高到102.4。

另外，可调节的数据传输率提供了使网络能够自动调节自身到第一和第二数据传输率的优点，它在传输的速度和可靠性之间提供了最有益的平衡。

在优选实施例中，至少另一个站将表示接收到所述数据消息的确认信号传送到总线线路。

更好地，至少一个所述站响应传输的所述确认信号，传送另一个所述数据消息。

它的优点是另外的消息可以在先前的消息被正确地接收之后立刻传送到网络。

更好地，如果没有接收到确认信号则重新传送所述消息。

更好地，在所述消息重新传送之前产生差错消息。

在优选实施例中，根据所述差错消息产生的频率，调节所述第一和/或第二数据传输率。在这个实施例中，信号质量可以由所述差错消息产生的频率确定。

在另一个实施例中，确定包括差错的接收消息的频率，并且根据所述频率调节第一和/或第二数据传输率。这样，由接收消息的质量确定信号质量。

更好地，确定接收的信号强度，仅仅根据接收的信号强度或结合包括差错的接收的数据消息的频率来调节所述第一和/或第二数据传输率。

用于确定差错的适当的装置是循环冗余码校验器。可以配置一个处理器来确定第一和/或第二数据传输率的调节。

适当地通过计算机程序来配置处理器以实现本发明实施例。可以在任何适当的载体介质如磁存储介质、光存储介质、固态存储介质或者经过通讯载体介质如射频载体或光载体信号来提供计算机程序。

所述帧部分适当地包含了表示引导消息到站的信息。

这提供了使网络能够被配置的优点，使得只有寻址的节点响应于特定的消息。

帧部分可以包含表示相应的数据部分大小的信息。

第二数据传输率可以是所述第一数据传输率的整数倍。

现在，参照附图并借助于只是说明而没有任何限制意义的例子来描述本发明的优选实施例。

图1是现有技术的数据消息；

图2是结合图1的数据消息使用的远端帧；

图3是结合图1的数据消息和图2的远端帧使用的差错帧；

图4是根据本发明在消息中使用的数据消息；

图5A和5B是根据本发明方法在第一和第二数据传输率之间转换的流程图；

图6是本发明设备的方框图；以及

图7说明了本发明实施例的实现。

参照图4，在根据本发明的方法中使用的数据帧具有帧的开始201、包含标识符203、RTR位204、替代远端请求位205以及标识符扩展位206的判优字段202。这些特性以类似于图1的现有技术数据帧的相应特性的方式操作，除了判优字段203可以包含有关传送和接收节点标识的信息以外，数据字段208的大小和数据传输率包含在数据字段208中。

该消息也具有控制字段207，该字段包括数据长度代码(DLC)、它的第四位可以包含关于数据字段208大小的信息。数据字段的大小可以从现有技术数据字段的8个字节增加到2048个字节。如果数据字段208的数据传输F2的速率是判优字段203和控制字段207的数据传输率的整数倍，乘数可以通过控制字段207未使用的r0和r1位来设置。虽然这些位速率可以根据网络的特定结构任意地改变，但是F1位速率通常从10Kbit到1Mbit，F2位速率通常从10Kbit到8Mbit。

当网络被最初建立时，用户可以配置F1和F2位速率为特定值，然后通过监控测试传输期间的差错帧产生的速率来确定对于特定网络设置的最可靠的F1和F2位速率。可以提供包含最初设置指南的表格，该表格基于网络中电缆的长度。也可以提供自动完成设置F1和F2任务的测试程序，这些设置可以随后存储在非易失性存储器中，并且每次该装置接通时可用于重新使用。

包含使用本发明方法操作的节点的装置可以使用低级别装置驱动器来自动完成设置F1和F2的任务。根据当时在实际网络上信号情况，通过在网络对话期间重复地运行低级别装置驱动器的程序，该节点能够将保留在非易失性存储器的F1和F2位速率更新为较高或较低的值。这确保传输位速率适应于可靠性和速度来优化。

上述实施例包括判优字段202的许多编码位，用于识别传送节点和识别预定接收的节点。当所有的节点接收数据帧时，它们将判优字段202的位与它们消息地址滤波器的位相比较(如本领域技术人员熟悉的)，以确定该数据帧是否是它们寻址的。如果不是，它们转换到被动模式，这确保如果消息被无差错地接收，只有该消息预定给的节点确认该消息。然后，发射机可以确定该消息被正确的节点无差错地接收，而不是简单地由网络的任何节点接收。

参照图1到图3讨论的现有技术装置中，控制字段207内4位数据长度代码有七个未使用值(16进制的9到F)。在本发明中，这些未使用值可用于表示下面表格1中示出的数据字段的一些字节：

16进制的DLC值数据字段的字节长度

0到8 0到8

9 32

A 64

B 128

C 256

D 512

E 1024

F 2048

另一种表示数据字段208中字节数量的方法可以使用在预定模式标识符203中可利用的29位的任何几个。这另一种方法可以用于增加用户可利用的不同数据字段字节的数量。

如上面指出的，控制字段207的2个保留位可以用于表示数据字段208的数据传输率F2是判优字段202和控制字段207的数据传输率F1的整数倍。这可以根据下面的表格2实现：

控制字段 r1 r0 乘数 F2位速率

0 0 1 F1

0 1 2 2×F1

1 0 4 4×F1

1 1 8 8×F1

另一种表示位速率F2的方法可以是使用在预定模式标识符203中可利用的29位中任何几个。

参照图5A和图5B，它们示出从数据传输率F1到F2或者从F2到F1的转换方法有关的流程图，如图4所述，帧标题和结尾(footer)以F1位速率传送。在帧被传送之前，相关发射机的传送时钟检查包含当前F1位速率值的非易失性存储器中的寄存器，对于所有的帧位将传送时钟设置到这个值。特别地，传送序列在步骤501开始，如果帧开始的部分201在步骤502已经开始，计数器A在步骤503开始，否则发射机返回到步骤502。

在计数器A已经开始之后，它在步骤504确定是否计数器A已经到达控制字段208的最后位。当计数器检测到控制字段208的最后位已经发送时，则传送时钟检查包含当前F2位速率值的非易失性存储器的寄存器，并且随后在步骤505将传送时钟改变到F2。计数器B在步骤506开始，当计数器在步骤507检测到最后的CRC位已经发送时，传送时钟在步骤508复位到F1用于帧的其余部分。

当在步骤509接收到确认位时，在步骤510发送结束帧的部分，在步骤511确定是否要发送另一个帧。如果要发送另一个帧，则处理返回到步骤501。另一种情况，如果在步骤509没有接收到确认位，在步骤512发送差错帧并且在步骤513等待六个F1位周期之后，处理返回到步骤501。如果在步骤511没有其它帧要被发送，该设备在步骤514等待下一个传送序列的开始，在步骤515当下一个传送序列开始时，该设备返回到步骤501。

现在参照附图6描述一个设备的例子，该设备根据网络的信号情况使节点或站能够更新保留在非易失性存储器的F1和F2位速率为较高或较低的值。

根据本发明的实施例，网络节点或站包括如图6说明的设备600。设备600驻留在网络节点的接收一侧。

输入到设备600的接收(RX)信道602包括多个接收信道604₁…604_n(RXCH₁…RXCH_n)网络用于每个网络节点。在这个例子中，每个节点包括使用频率分集的离散的多频信号发射机来传送数据消息。多个接收信号强度指示器606₁…606_n(RSSI₁…RSSI_n)由相应的接收信道604₁…604_n获得，并且输入到n个信道多路复用器(MUX 608)。MUX 608的输出连接到模数转换器(ADC)610，该转换器将根据每个输入在转换时出现的变化的模拟电压转换到8位或更多位的数字范围。n个信道MUX 608和ADC 610与时钟信号611同步。

对于每个RSSI 606₁…606_n的ADC 610输出馈送到判定块612和RSSI寄存器614。判定块612确定具有最大RSSI的信道，并且将结果输出到信道选择器616。

包括消息帧以及对应于相应的接收信道604₁…604_n的多个串行数据位流618₁…618_n输入到相应的循环冗余码检查器(CRC)620₁…620_n。例如，在对于每个信道的点对点的CRC字段中传送的循环冗余码(CR)位与用于传送数据的相应的CRC 620₁…620_n中计算的CR位相比较。当相应的CRC 620₁…620_n的CR比较器输出一个真值时，它从保留在累加器622的相应值中减去1或更多的值，而输出假值时它将该值加1。在特定的例子中，表示加1或减1的信号经过相应的信号线路624₁…624_n和626₁…626_n发送。累加器602起误码率计数器的作用。

累加器622的输出馈送到信道选择器616，而模拟输出馈送到差错寄存器628。

信道选择器616的输出连接到信道转换630。基于从信道选择器616接收的值。通过对于每个信道寻找高RSSI和低BER的最佳组合来确定信道选择。信道转换630将多个数据流618₁…618_n中的一个转换到它的输出端632。输出数据流称为“最好的数据位流”634，并且被馈送到节点设备600的基带处理器636。

设备600还包括处理器638如微控制器、微处理器或一些其他可编程(智能)机或它们的组合。处理器638如用于处理器的软件或编程指令确定的，经常读出RSSI寄存器614和差错寄存器628的内容。更好地，根据有规律的周期读出寄存器内容，以便确定对于信道604₁…604_n产生的差错和/或不好的信号质量的频率。该处理器根据从寄存器614和628读出的值确定优化值F1、F2和数据代码长度(DLC)，即在连续的消息帧中传送的字节数。处理器638自适应地配置F1、F2和DLC以获得优化的数据有效负载传输。

处理器638在计算机程序控制下起作用，该计算机程序根据上述本发明实施例的方法配置处理器操作。在优选实施例中，计算机程序存储在与处理器相关的固态存储器640中。然而，计算机程序也可以存储在任何适当的介质如磁盘、磁带或光盘中，并且也可以经过通讯载体介质如射频或光信号载体传送到处理器638。

现在参照图7描述本发明实施例实现的例子。

Quicklogic PCI FPGA板已经被配置插入在IBM兼容个人计算机(未示出)的PCI 652插槽。现场可编程门阵列(FPGA)654包括以VHDL编码的状态机，以配置FPGA 654与基带处理器和微控制器656一起来实现上述的功能，在这个实现中它是Arizona Microchip PICI6C73。微控制器656包括一个8位ADC 610、RSSI寄存器614和差错寄存器628。PCI卡650还包括连接器块658用于将外部信号连接到PIC 656和FPGA654。

适当地，可以在0.35微米的CMOS ASIC上实现。

本领域的技术人员应该理解上面的实施例仅仅是描述的例子，而没有任何限制的意思，可以进行各种改变和修改而不背离如附加书规定的本发明的范围。

公开的本专利的范围包括任何新颖的特性或这里公开的特性的组合，包括明显的、隐含的或一般的特性，而不管是否它涉及到申请的本发明或本发明解决的问题。因此，本专利申请提请注意，在执行这个申请或任何由它获得的其他申请期间，新的权利要求可以表达这些特性。特别地，参照附加的权利要求书，来自附加的权利要求书的特性可以与独立的权利要求结合，来自相应的独立权利要求的特性可以以任何适当的方式组合，并且不仅仅是在权利要求中列举的这些特定的组合。

Claims

1.一种在总线线路互联的多个站之间传输数据消息的方法，其中每个所述消息包括表示数据消息的内容和优先级信息的帧部分以及表示要被传送的数据的数据部分，该方法包括的步骤使至少一个所述站传送数据消息到总线线路，使得它的所述帧部分以第一数据传输率传送，它的数据部分以不小于所述第一数据传输率的第二数据传输率传送，以及根据在所述总线上传输确定的信号质量，调节所述第一和/或第二数据传输率。

2.如权利要求1所述的方法，还包括使至少另一个站将表示所述数据消息接收的确认信号传送到总线线路的步骤。

3.如权利要求2所述的方法，还包括使至少一个所述站根据所述传输的确认信号传送另一个所述数据消息的步骤。

4.如权利要求2或3所述的方法，还包括如果没有接收到确认信号则重新传送所述消息的步骤。

5.如权利要求4所述的方法，还包括在所述消息重新传输之前产生差错消息的步骤。

6.如权利要求5所述的方法，还包括根据所述差错消息产生的频率，调节所述第一和/或第二数据传输率的步骤。

7.如权利要求1所述的方法，还包括确定包括差错的接收数据消息的频率，并且根据包括差错的接收数据消息的频率调节所述第一和/或第二数据传输率的步骤。

8.如权利要求7所述的方法，还包括确定用于数据消息的接收信号强度，并且根据所述确定的接收的信号强度以及结合包括差错的接收数据消息的所述频率来调节所述第一和/或第二数据传输率。

9.如前面权利要求中任何一个所述的方法，其中所述帧部分包含表示引导消息到站的信息。

10.如前面权利要求中任何一个所述的方法，其中帧部分包含表示相应的数据部分大小的信息。

11.如前面权利要求中任何一个所述的方法，其中第二数据传输率是所述第一数据传输率的整数倍。

12.一种在总线线路互联的多个站之间传送数据消息的方法，上文中实际上参照图4和5描述了该方法。

13.一种用于在总线线路互联的多个站之间传送数据消息的设备，所述数据消息的每一个包括表示数据消息的内容和优先级信息的帧部分以及表示要被传送的数据的数据部分，该设备包括：

在所述总线线路上传送数据消息的装置，使得它的所述帧部分以第一数据传输率传送，它的所述数据部分以不小于所述第一数据传输率的第二数据传输率传送，以及

根据在所述总线线路上传输确定的信号质量，用于调节所述第一和/第二数据传输率的装置。

14.如权利要求13所述的设备，还包括响应接收的数据消息在所述总线上传送确认信号的装置。

15.如权利要求13或14所述的设备，还包括响应确认信号传送另一个所述数据消息的装置。

16.如权利要求13到15中任何一个所述的设备，还包括如果没有接收到确认信号则重新传送消息的装置。

17.如权利要求16所述的设备，还包括在所述消息重新传送之前产生差错消息的装置。

18.如权利要求17所述的设备，还包括根据所述差错消息产生的频率，用于调节所述第一和/或第二数据传输率的装置。

19.如权利要求13所述的设备，还包括用于确定数据消息是否包括差错的装置。

20.如权利要求19所述的设备，所述装置用于确定包括差错的数据消息是否包括循环冗余码校验。

21.如权利要求20所述的设备还包括差错寄存器，用于保留表示包括差错的接收消息级别的值，以及包括对于不包括差错所确定的接收数据消息的所述值减1，对于包括差错确定的接收数据消息的所述值加1的装置。

22.如权利要求13或权利要求19到21中任何一个所述的设备，还包括接收信号强度测量单元，用于测量接收数据消息的信号强度。

23.如权利要求22所述的设备，还包括用于保留表示接收信号强度值的信号强度寄存器。

24.如权利要求21所述的设备，还包括根据所述差错寄存器的内容，用于调节所述第一和/或第二数据传输率的处理装置。

25.如权利要求23所述的设备，还包括根据所述信号强度寄存器的内容，用于调节所述第一和/或第二数据传输率的处理装置。

26.如权利要求25和24所述的设备，所述处理装置被配置以根据所述差错寄存器和所述信号强度寄存器的内容，调节第一和/或第二数据传输率。

27.如权利要求13到26中任何一个所述的设备，其中所述帧部分包含表示引导消息到站的信息。

28.如权利要求13到27中任何一个所述的设备，其中帧部分包含表示相应数据部分大小的信息。

29.如权利要求13到28中任何一个所述的设备，其中第二数据传输率是所述第一数据传输率的整数倍。

30.一个用于在总线线路互联的多个站之间传送数据消息的设备，在上文中实际上参照图6和附图7描述了该设备。

31.一种计算机程序，包括计算机程序装置，用于根据权利要求1到12中任何一个来配置处理器操作。

32.一种计算机程序载体介质，包括如权利要求31所述的计算机程序。

33.如权利要求32所述的计算机程序载体介质，包括磁存储介质、光存储介质、固态存储介质或通讯载体介质中的一种。