DE4229175A1

DE4229175A1 - Netzwerkschnittstelle

Info

Publication number: DE4229175A1
Application number: DE4229175A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl Ing Mohr; Claus Dipl Ing Schmiederer; Robert Dipl Ing Kern; Gerhard Decker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-09-02
Filing date: 1992-09-02
Publication date: 1994-03-03
Also published as: ES2094552T3; EP0658258A1; US5572658A; EP0658258B1; WO1994006081A1; DE59304630D1; JPH08500707A; JP3475230B2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Netzwerkschnittstelle nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Netzwerkschnittstelle aus der DE-OS 38 26 774 bekannt. Die dort beschriebene Netzwerk schnittstelle ist für die Verwendung beim sog. Controller Area Network (CAN) ausgelegt. Das CAN ist ein serielles Bussystem, welches vor allem für den Einsatz in Kraftfahrzeugen ausgelegt ist. Dabei werden die Informationen zwischen mehreren Netzwerkteilnehmern über eine Zweidrahtverbindung übertragen. Jeder Netzwerkteilnehmer enthält eine Netzwerkschnittstelle. Jede Netzwerkschnittstelle ist an die Zweidrahtverbindung angeschlossen. Jede Netzwerkschnittstelle besitzt einen Differenzempfänger, dessen Eingange mit der Zwei drahtverbindung verknüpft sind. Bei Ausfall einer der beiden Signal leitungen durch Kurzschluß oder Unterbrechung, ist ein Zweidraht empfang nicht mehr möglich. Die Netzwerkschnittstelle nach der DE-OS 38 26 774 ist so ausgelegt daß sie Fehlzustände der obigen Art erkennt und dann vom Zweidrahtempfang auf Eindrahtempfang um schaltet. Sie legt dazu eine Eingangsleitung des Differenzempfängers auf ein festes Klemmpotential. Wenn daraufhin wieder ein Differenzempfang möglich ist, bleibt das Klemmpotential auf die Eingangsleitung aufgeschaltet und der Informationsempfang findet über die verbleibende Signalleitung statt. Andernfalls wird die andere Signalleitung mit dem Klemmpotential beaufschlagt und das Klemmpotential von der ersten Signalleitung gelöst. Danach kann der Informationsempfang über die andere Signalleitung stattfinden. In beiden Fällen wird das gleiche Klemmpotential an die jeweilige Signalleitung angelegt. Das Klemmpotential entspricht dabei dem Komparatormittenpotential. Im Eindrahtbetrieb der Netzwerkschnitt stelle können Gleichtaktstörungen z. B. durch Masseversatz zwischen zwei Netzwerkteilnehmern nicht vollständig unterdrückt werden. Der zulässige Masseversatz ist durch den Spannungshub zwischen Klemm potential und rezessivem Bitpegel auf einer der beiden Signal leitungen bestimmt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Netzwerkschnittstelle mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der zulässige Masseversatz bei beiden Bitpegeln (rezessiv und dominant) gleich und maximal ist. Damit ist eine größere Sicherheitsreserve für die Datenübertragung erreicht. Dies ist vor allem für Bus-Ver bindungen, die fehlertolerant ausgelegt sein sollen, z. B. bei der Verbindung von Steuergeräten in NKWs, wichtig.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Netzwerkschnittstelle möglich.

Besonders vorteilhaft ist es, in der Netzwerkschnittstelle zwei steuerbare Schalter und ein Widerstandsnetzwerk vorzusehen und die Schalter so auszulegen, daß in ihrem ersten Schaltzustand jeweils eine Eingangsleitung an eine Busleitung angeschlossen wird und in ihrem zweiten Schaltzustand jeweils eine Eingangsleitung mit einem Punkt des Widerstandsnetzwerkes verbunden wird. Damit kann ohne großen Hardwareaufwand ein Eindrahtbetrieb der Netzwerkschnittstelle realisiert werden. Durch Auslegung der steuerbaren Schalter so, daß sie in ihrem einen Schaltzustand unterschiedliche Eingangsleitungen mit unterschiedlichen Punkten des Widerstandsnetzwerkes verbinden, wird es einfach möglich, unterschiedliche Klemmpotentiale an die Eingangsleitungen anzuschließen.

Weiterhin vorteilhaft ist es, das Widerstandsnetzwerk so auszulegen, daß, wenn beide Schalter ihr Klemmpotential auf die Eingangsleitung legen, der rezessive Bitpegel an den beiden Eingangsleitungen an liegt. Dadurch kann eine Netzwerkschnittstelle nach einem Bus Off-Zustand unabhängig vom Busverkehr schneller wieder am Busverkehr teilnehmen. Das CAN-Protokoll schreibt nämlich eine Mindestanzahl von Bitpegelabtastungen mit rezessivem Bitpegel vor, bevor eine Netzwerkschnittstelle einen Bus Off-Zustand verlassen darf. Eben falls vorteilhaft ist es, für jede Eingangsleitung einen Spannungs teiler vorzusehen. Damit können die Pegelhübe an den Arbeitsbereich des Differenzempfängers angepaßt werden.

Zeichnung

Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Steuergerätes mit einer erfindungsgemäßen Netzwerkschnittstelle; Fig. 2a die Bit pegel im Zweidrahtbetrieb der erfindungsgemäßen Netzwerkschnitt stelle; Fig. 2b die Bitpegel und das Klemmpotential für einen ersten Eindrahtbetrieb einer erfindungsgemäßen Netzwerkschnittstelle und Fig. 2c die Bitpegel und das Klemmpotential für den zweiten Eindrahtbetrieb der erfindungsgemäßen Netzwerkschnittstelle.

Beschreibung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In Fig. 1 ist ein Steuergerät 10 dargestellt. Das Steuergerät ist im folgenden nicht näher spezifiziert, da dies für den Erfindungsgegen stand unerheblich ist. Typische Steuergeräte, bei denen die Er findung eingesetzt sein kann, sind Kraftfahrzeug-Steuergeräte wie Zünd-, Einspritz-, Brems-, Getriebe-Steuergeräte, usw., aber auch Komfort- und Karosserie-Elektroniken. Das Steuergerät ist zum Daten austausch mit weiteren Steuergeräten an zwei Busleitungen 18, 19 angeschlossen. Das Steuergerät enthält einen Mikrorechner 11 und eine Netzwerkschnittstelle 12. Die Netzwerkschnittstelle enthält einen CAN-Baustein 13. Als CAN-Baustein 13 kann z. B. der kommerziell erhältliche 82C200 von der Firma Motorola eingesetzt werden. Mikro rechner 11 und CAN-Baustein 13 stehen über einen Bus miteinander in Verbindung. Der CAN-Baustein 13 enthalt einen Differenzempfänger 14. An den RX0-Eingang des Differenzempfängers 14 ist ein steuerbarer Schalter S0 angeschlossen. An den RX1-Eingang des Differenzempfängers 14 ist ein steuerbarer Schalter S1 ange schlossen. Beide Schalter S0, S1 können als FET-Schalter ausgelegt sein. Sie sind über Steuerleitungen 16, 17 mit dem Mikrorechner 11 verbunden. Die Schalter S0, S1 werden mit einem Signal auf den Steuerleitungen 16, 17 betätigt. Beide Schalter S0, S1 besitzen zwei Schaltzustände a und b. Der Schalter S0 verbindet in seinem ersten Schaltzustand a den RX0-Eingang des Differenzempfängers 14 mit einem ersten Eingang eines Busankoppelnetzwerkes 15. Der Schalter S1 ver bindet in seinem ersten Schaltzustand a den RX1-Eingang des Differenzempfängers 14 mit einem zweiten Eingang des Busankoppel netzwerkes 15. Der Schalter S0 verbindet in seinem zweiten Schalt zustand b den RX0-Eingang des Differenzempfängers 14 mit einem ersten Punkt 21 eines Widerstandsnetzwerkes. Der Schalter S1 ver bindet in seinem zweiten Schaltzustand b den RX1-Eingang des Differenzempfängers 14 mit einem zweiten Punkt 22 des Widerstands netzwerkes. Das Widerstandsnetzwerk besteht aus vier in Reihe ge schalteten Widerständen R1 bis R4. Der Widerstand R1 ist an die Ver sorgungsspannung UB der Netzwerkschnittstelle 12 angeschlossen und der Widerstand R4 ist an Masse angeschlossen. Der erste Verbindungs punkt 21 des Widerstandsnetzwerkes ist der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R1 und R2 und der zweite Verbindungspunkt 22 ist der Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen R3 und R4. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R2 und R3 ist mit einem dritten Eingang des Busankoppelnetzwerkes 15 verbunden. Das Busan koppelnetzwerk 15 enthält zwei Spannungsteiler 20. Der Spannungs teiler 20, der über den ersten Schaltzustand a des Schalters S0 mit dem RX0-Eingang des Differenzempfängers verbunden wird, ist mit der Busleitung 19 verknüpft. Der Spannungsteiler 20, der über den ersten Schaltzustand a des Schalters S1 mit dem RX1-Eingang des Differenz empfängers 14 verbunden ist, ist mit der Busleitung 18 verknüpft.

Die Funktionsweise der Netzwerkschnittstelle 12, soweit sie für die Erfindung wesentlich ist, wird im folgenden anhand der Fig. 2a bis 2c erläutert. Im Normalbetrieb der Netzwerkschnittstelle sind beide Schalter S0 und S1 im Schaltzustand a. Findet eine Daten übertragung über die Busleitungen 18, 19 zur Netzwerkschnittstelle 12 statt, so sehen die Signalpegel für die einzelnen Bits am RX0- und RX1-Eingang des Differenzempfängers 14 wie in Fig. 2a dar gestellt aus. Beim CAN wird zwischen rezessivem und dominantem Bit pegel unterschieden. Dabei kann ein rezessiver Bitpegel durch ein ebenfalls an den Busleitungen 18, 19 anliegenden dominanten Bitpegel überschrieben werden. Für das konkrete Beispiel der Fig. 2a ist der Spannungswert beim rezessiven Bitpegel am RX0-Eingang 2,744 V und am RX1-Eingang 2,255 V. Die Spannungspegel beim dominanten Bitpegel sind 2,011V am RX0-Eingang und 2,988V am RX1-Eingang. Da der Differenz empfänger 14 die Differenz der Spannungspegel am RX0- und RX1-Ein gang bildet, ist der Bitpegel über den Schaltzustand am Ausgang des Differenzempfängers 14 abgreifbar. Im Normalbetrieb der Zweidraht schnittstelle 12 wirken sich Gleichtaktstörungen auf den Bus leitungen 18, 19 nicht schädlich aus.

Zur Fehlererkennung sendet ein Netzwerkteilnehmer (Master) in einem bestimmten Zeitraster eine Testbotschaft an alle weiteren Netzwerk teilnehmer (Slaves) ab. Dies wird vom Mikrorechner 11 überwacht. Dazu kann z. B. ein Zähler, der auch in Software realisiert sein kann, im Mikrorechner 11 vorgesehen sein. Dieser Zähler zählt im Normalbetrieb ständig aufwärts. Nur dann, wenn die Testbotschaft mit allen Fehlererkennungsmaßnahmen, wie Bit-Fehler-, CRC-Fehler-, Bit-Stuffing-Fehler- und Formatfehlererkennung vollständig empfangen wurde, wird der Zähler zurückgesetzt. Die einzelnen Fehlererkennungsmaßnahmen werden dabei von der Netzwerkschnittstelle getroffen. Überschreitet nun der Zähler einen bestimmten Wert, so interpretiert der Mikrorechner 11 dies als Fehler und legt daraufhin den Schalter S0 über ein Signal auf der Steuerleitung 16 um. Daraufhin ist Eingangsleitung RX0 mit dem Klemmpotential UK0 = 2,622V beaufschlagt.

Ist die dieser Leitung zugeordnete Busleitung 19 tatsächlich kurzge schlossen, so kann ein Datenempfang noch über die intakte Busleitung 18 stattfinden, wie in Fig. 2b dargestellt. Der Differenzempfänger 14 schaltet dann wieder für rezessiven und dominanten Bitpegel ordnungsgemäß. Das Klemmpotential UK0 ist mittig zwischen die Spannungspegel für rezessiven und dominanten Bitpegel auf Eingangs leitung RX1 gelegt; d. h. dU(rez) = dU(dom). Der Wert für UK0 be rechnet sich nach der Formel

UK0 = (URX1(dom)+URX1(rez))/2.

Wird nun eine Gleichtaktstörung über die Busleitung 18 z. B. durch Masseversatz zwischen zwei Netzwerkteilnehmern auf die Eingangs leitung RX1 übertragen, so wird die Datenübertragung so lange nicht verhindert, wie sie kleiner als dU(rez) bzw. dU(dom) ist.

Ist die Busleitung 19 nicht kurzgeschlossen, so findet erneut kein Datenempfang statt und der Zähler erreicht nochmals den bestimmten Wert. Daraufhin gibt der Mikrorechner 11 Signale über die Steuer leitungen 16, 17 an die Schalter S0 und S1 ab. Diese werden dadurch geschaltet. Somit liegt jetzt eine Klemmenspannung UK1 am RX1-Ein gang des Differenzempfängers 14 an und der Datenempfang findet über die Eingangsleitung RX0 statt. Dies ist in Fig. 2c dargestellt.

Das Klemmpotential UK1 ist wieder mittig zwischen die Spannungspegel für rezessiven und dominanten Bitpegel auf der Eingangsleitung RX0 gelegt. Der Wert für UK1 berechnet sich nach der Formel

UK1 = (URX0(dom)+URX0(rez))/2.

Er beträgt 2,377V. Der zulässige Masseversatz zwischen zwei Netz werkteilnehmern beträgt hier ebenfalls dU(rez) bzw. dU(dom).

Die in Fig. 2b und 2c angegebenen Spannungswerte für UK0 und UK1 ergeben sich bei UB = 5V und wenn zusätzlich die Widerstände des Widerstandsnetzwerkes wie folgt gewählt sind:
R1 = R4 = 442 Ohm und R2 = R3 = 23,3 Ohm.

Erreicht der Zähler auch jetzt noch den bestimmten Wert, so konnte die Netzwerkschnittstelle den Datenempfang nicht wieder herstellen. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn beide Busleitungen 18, 19 defekt sind. In diesem Fall nimmt die Netzwerkschnittstelle 12 einen Bus Off-Zustand ein. Darin ist die Netzwerkschnittstelle 12 passiv, d. h. sie darf weder Daten vom Bus empfangen, noch Daten auf den Bus über tragen. Erst wenn eine Reset-Anforderung von Seiten des Mikro rechners 12 vorliegt, versucht die Netzwerkschnittstelle 12 wieder am Busverkehr teilzunehmen. Nach dem CAN-Protokoll muß die Netz werkschnittstelle 12 aber erst 128 Mal 11 aufeinanderfolgende Bits mit rezessivem Bitpegel empfangen haben, bevor sie wieder Daten auf den Bus ausgeben darf. Liegt die Reset-Anforderung vor, schaltet der Mikrorechner 11 beide Schalter S0, S1 in Stellung b. Damit ist der rezessive Bitpegel fest auf den Differenzempfänger 14 aufgeschaltet und die Netzwerkschnittstelle 12 kann schnell die Bedingung des CAN-Protokolls erfüllen. Sie nimmt also nach einem Bus Off-Zustand schnell wieder am Busverkehr teil.

Claims

1. Netzwerkschnittstelle für einen mindestens zwei Busleitungen auf weisenden seriellen Bus, insbesondere für einen Bus in Kraftfahr zeugen, mit einem Differenzempfänger, der an mindestens zwei Ein gangsleitungen angeschlossen ist, wobei jede Eingangsleitung an eine der mindestens zwei Busleitungen angeschlossen ist, mit Mitteln zur Erkennung von Fehlzuständen bei der digitalen Übertragung von Daten über den Bus, insbesondere Kurzschluß- oder Unterbrechungszuständen bei den Busleitungen, mit Mitteln zur Wiederherstellung des Empfangs von Daten nachdem ein Fehlzustand erkannt wurde, wobei die Mittel eine der mindestens zwei Eingangsleitungen auf ein Klemmpotential schalten und der Datenempfang über die nicht mit dem Klemmpotential beschaltete Eingangsleitung fortgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzwerkschnittstelle (12) Mittel (R1, R2, R3, R4, S0, S1) auf weist, die das Klemmpotential (UK0, UK1) so legen, daß der Betrag der Potentialdifferenz (dU(rez), dU(dom)) zwischen den mindestens zwei Eingangsleitungen (RX0, RX1) für beide Bitpegel gleich ist.

2. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Wiederherstellung des Empfangs zwei steuerbare Schalter (S0, S1) vorhanden sind, die in ihrem ersten Schaltzustand (a) jeweils eine Eingangsleitung (RX0, RX1) an eine Busleitung (18, 19) anschließen und in ihrem zweiten Schaltzustand (b) jeweils eine Eingangsleitung (RX0, RX1) mit einem Punkt eines Widerstandsnetz werkes (R1, R2, R3, R4) verbinden.

3. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schalter (S0) die erste Eingangsleitung (RX0) mit einem anderen Punkt des Widerstandsnetzwerkes verbindet als der zweite Schalter (S1) die zweite Eingangsleitung (RX1).

4. Netzwerkschnittstelle nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsnetzwerk (R1, R2, R3, R4) so aus gelegt ist, daß für den Fall, daß beide Schalter (S0, S1) in Stellung (b) gebracht sind, ein rezessiver Bitpegel an den beiden Eingangsleitungen (RX0, RX1) anliegt.

5. Netzwerkschnittstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Eingangsleitungen (RX0, RX1) und Busleitungen (18, 19) ein Busankoppelnetzwerk (15) geschaltet ist.

6. Netzwerkschnittstelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Busankoppelnetzwerk (15) zwei Eingangsspannungsteiler (20) enthält, an die die mindestens zwei Busleitungen (18, 19) ange schlossen.