WO2008071506A1 - Method for transmission of a data signal via an active star coupler in a communication system - Google Patents

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WO2008071506A1
WO2008071506A1 PCT/EP2007/062195 EP2007062195W WO2008071506A1 WO 2008071506 A1 WO2008071506 A1 WO 2008071506A1 EP 2007062195 W EP2007062195 W EP 2007062195W WO 2008071506 A1 WO2008071506 A1 WO 2008071506A1
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WO
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data signal
star coupler
delay
incoming data
data
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/062195
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Inventor
Juergen Schirmer
Klaus Dostert
Thorsten Huck
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/20—Repeater circuits; Relay circuits
    • H04L25/24—Relay circuits using discharge tubes or semiconductor devices
    • H04L25/242—Relay circuits using discharge tubes or semiconductor devices with retiming
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L7/00—Arrangements for synchronising receiver with transmitter
    • H04L7/0016—Arrangements for synchronising receiver with transmitter correction of synchronization errors
    • H04L7/005—Correction by an elastic buffer

Definitions

  • the present invention relates to a method for transmitting a data signal via an active star coupler of a communication system, in particular a FlexRay communication system, according to the preamble of claim 1 and an active star coupler of a communication system, in particular a FlexRay communication system, according to the preamble of claim 9.
  • Such star couplers are known, for example, for FlexRay communication systems from the FlexRay specification v2.1.
  • the structure and operation belong to the specified physical layer (so-called physical layer) of the FlexRay communication system.
  • Active star couplers are important in communication networks in which the communication link (for example, a data bus) splits up, that is to say has a star topology, and a data signal is to be split over several branches of the data bus.
  • active star couplers are important when it comes to the transmission of data signals over complex network topologies and longer distances, since they can also amplify the signal in addition to or as an alternative to dividing the data signal over several branches.
  • a corresponding active star coupler for use in a FlexRay communication system is offered by Philips Semiconductors.
  • the known star coupler are FlexRay communication controllers of the type "SJA 2510" according to the specification v2.1 and an ARM9 microcontroller integrated.
  • the known active star coupler several ports are provided to which a plurality of branches of the communication link are connected. The ports can be configured either as input for incoming data signals and / or as output for outgoing data signals.
  • Star coupler has at each port a bus driver for amplifying an outgoing data signal.
  • An analog data signal coming in via one of the connections is forwarded to a central processing logic of the star coupler, which has a computing device, for example in the form of a field programmable gate array (FPGA), a microcontroller or a digital signal processor (DSP).
  • FPGA field programmable gate array
  • DSP digital signal processor
  • the central processing logic digitizes the incoming analog data signal, thereby enabling further processing of the data signal (e.g., monitoring and / or router function) in the active star coupler. If a communication controller is provided in the star coupler, the latter can assume a monitoring and / or router function depending on the content of the incoming data signal decoded in the central processing logic. A likewise optionally provided bus guardian can monitor and / or control the access of the communication controller of the star coupler to the data bus.
  • the received in the central processing logic received digital data signal is applied via bus driver (so-called bus driver), which convert the bit sequence of the digital signal back into one or more analog signals and amplify, to the communication link.
  • the prior art active star couplers known in the art include Philips type "TJA 1080" bus drivers, which correspond to those of FlexRay transceiver units (called FlexRay nodes).
  • the known star coupler is thus nothing more than a combination of multiple transceivers to a hub.
  • a hub forwards data received from a subscriber (or node) of a communications network over a branch of the communications link to all others
  • the data is modulated onto a high-frequency carrier by means of DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying) modulation and transmitted via the energy on-board network.
  • DBPSK Different Binary Phase Shift Keying
  • the conditioned electrical system allows a simple design of the transmission system, since no expensive equalizers are required. In this respect, the digital signal processing is limited, which is why a fast data transfer of 10 MBi1 / sec with a propagation delay (Propagation Delay) of a maximum of 2.5 microseconds (as required in the FlexRay specification) can be achieved.
  • FlexRay is a fast, deterministic and fault-tolerant bus system, especially for use in motor vehicles.
  • the FlexRay protocol operates on the principle of Time Division Multiple Access (TDMA), whereby the subscribers or the messages to be transmitted are assigned fixed time slots in which they have exclusive access to the communication connection. The time slots are repeated in a fixed cycle, so that the time at which a message is transmitted over the bus, can be accurately predicted and the bus access is deterministic.
  • TDMA Time Division Multiple Access
  • FlexRay divides the cycle into a static and a dynamic part or into a static and a dynamic segment.
  • the fixed time slots are located doing so in the static part at the beginning of a bus cycle.
  • the time slots are specified dynamically.
  • exclusive bus access is now only possible for a short time, for the duration of at least one so-called minislot. Only if bus access actually takes place within a minislot will the time slot be extended by the time required for access. Thus, bandwidth is only consumed when it is actually needed.
  • the lines of the two channels correspond to the physical layer, in particular the so-called OSI (Open System Architecture) layer model.
  • the two channels are mainly used for the redundant and thus fault-tolerant transmission of messages, with the same data being transmitted over both channels.
  • different messages can also be transmitted via the two channels, which would then double the data rate in the FlexRay communication system.
  • the signal transmitted via the connecting lines results from the difference of signals transmitted via the two lines.
  • only one channel can be used for data transmission, the other channel is then unused and free.
  • the physical layer is designed such that it enables electrical or optical transmission of the signal or signals via the line (s) or a transmission in another way.
  • the local time of a subscriber is corrected so that all local clocks synchronously to a global clock run.
  • pulses are distorted because high-to-low or low-to-high edges are delayed in different ways on the transmission path. If the transmitted pulse in the receiver with the sampling rate present there (the so-called sampling rate) is scanned several times (for example n times per bit, in particular 8 times per bit), the position of the sampling point, ie the selection of precisely one of these n, decides Samples whether the date is sampled correctly or incorrectly.
  • the sampling time refers to an edge of the signal and relative to it also evaluates a plurality of binary data values (bits) of the transmitter over many periods of the sampling clock.
  • bits binary data values
  • the clock frequency deviation between transmitter and receiver also has an effect here.
  • the signal to be sampled can be pretreated, for example, to filter out short-term disturbances.
  • Such a filter can be realized by evaluating a plurality of scanning signals in the chronological order with a majority decision (so-called voting).
  • voting Especially in the specification of the FlexRay protocol, where n ⁇ -1
  • the delay between the rising and falling edge of a signal is also referred to as pulse distortion.
  • Asymmetric delays can have both systematic and stochastic causes.
  • FlexRay protocol systematic delays affect only the rising edges because they are synchronized to the falling edges.
  • Stochastic delays affect both rising and falling edges and are caused by noise or EMC jitter.
  • Oversampling (so-called oversampling), as currently provided in FlexRay, remains between the sampling instant (5th sample) and the 8th sample, ie 3 sample clocks which at a communication controller clock of 80 MHz each 12.5 ns, in sum So correspond to a time budget of 37.5 ns. This time budget actually serves to compensate for asymmetrical delays due to the difference between falling and rising edge steepness and the deviations of the local clocks between transmitter and receiver.
  • the asymmetric delay exceeds the intended time budget, this leads to an incorrect value being determined for a sample at the 5th sample clock (count of the sample counter at 5) because that bit, that should have been sampled, due to the asymmetric delay at an earlier time and applied by the early edge change is no longer present.
  • a similar treatment applies to an asymmetric delay after late. Then a time budget of 4 sampling clocks corresponding to 50 ns is available. The consequence of exceeding the
  • the present invention is therefore based on the object of enabling data transmission within the scope of a predetermined protocol specification, in particular with regard to the occurring asymmetrical delays, even over complex network structures.
  • the use of the active star coupler according to the invention can significantly reduce the asymmetrical delay of the data signal arriving at the receiving subscriber.
  • the present invention can achieve a decoupling with respect to the calculation of the maximum asymmetrical delay of the overall network at each star coupler designed according to the invention.
  • FIG. 2 shows an active star coupler known from the prior art
  • Figure 3 shows waveforms of a transmitted signal and a received
  • Figure 4 is a circuit diagram of a latch for use in a central processing logic of an active star coupler according to the invention.
  • FIG. 5 shows waveforms of the buffer of FIG. 4.
  • an active star coupler known from the prior art for a FlexRay communication system is designated in its entirety by reference numeral 100.
  • Star coupler 100 is also referred to as Active Star in the FlexRay protocol specification.
  • the star coupler 100 shown in Figure 2 may be connected to up to four branches of a communication link (e.g.
  • the communication link may comprise one or more electrical lines, one or more optical lines or transmission channels of a different type, for example radio links.
  • the star coupler 100 shown in FIG. 2 is connected via a first terminal 101 and a second terminal 102 to a respective line of a first branch of the communication connection (not shown). Via further connections 103, 104; 105, 106 and 107, 108, the active star coupler 100 can be connected in a corresponding manner to two lines of further branches of the communication link.
  • the star coupler 100 could thus be used in a FlexRay
  • the active star coupler 100 has its own bus driver (so-called bus driver, BD) 109, 110, 111, 112 for each of the four branches.
  • the bus drivers 109 - 112 correspond in function to a transceiver unit (so-called transceiver).
  • transceiver the difference of the signals transmitted via the two lines of the branches of the communication connection and to the terminals 101, 102; 103, 104; 105, 106 or 107, 108 applied signals and generated (for sending) for each branch a difference signal.
  • the bus drivers 109-112 convert an analog data signal or differential signal, received via one of the branches, into a digital signal for further processing in the star coupler 100.
  • the bit sequence of the received digital signal is forwarded by the bus drivers 109 - 112 to a central processing logic 113, which includes a computing device, for example as an FPGA (Field Programmable Gate Array), a microcontroller, a DSP (Digital Signal Processor), a CPLD (Complex Programmable Logic Device) or simply formed as a discrete logic circuit, for processing the incoming digital data signal comprises.
  • a computing device for example as an FPGA (Field Programmable Gate Array), a microcontroller, a DSP (Digital Signal Processor), a CPLD (Complex Programmable Logic Device) or simply formed as a discrete logic circuit, for processing the incoming digital data signal comprises.
  • the known star coupler 100 comprises a communication controller (CC) 114, which further processes and / or evaluates the data received via one of the bus drivers 109 - 112 and preprocessed in the central processing logic 113 to realize a monitoring and / or router functionality.
  • CC communication controller
  • the incoming and preprocessed data must be analyzed in terms of content in order to determine for which of the branches connected to the star coupler 100 or for which of the subscribers the data received via one of the channels are determined. This information can usually be taken from a header segment (so-called header) of the incoming data packets.
  • a communication controller 114 is provided in the star coupler 100, a receive (RxD) port 115, a transmit port (Transmit, TxD) 116, and a transmit enable (TxEN) port 117 are provided at the star coupler 100 which are routed to the communication controller 114.
  • the star coupler 100 comprises a monitoring unit in the form of a bus guardian 118, which monitors and / or controls the access of the communication controller 114 to the communication link.
  • the Bus Guardian 118 is connected via a Bus Guardian Enable BGE 119 and a receive
  • Trigger connection (receive enable, RxEN) 120 can be controlled from outside the star coupler 100.
  • the known active star coupler 100 also comprises a supply voltage source 121, to which an operating voltage is applied via a connection (V C c) 125 and ground via a further connection 123 (GND).
  • a voltage interruption port (inhibit, INH) 124 and a port 122 (V Ba t) may be provided, to which a vehicle electrical system voltage of a motor vehicle is applied.
  • Synchronization messages are transmitted in the static part of the cycle for the synchronization of local clocks of the participants, whereby the local time of a subscriber is corrected by means of a special algorithm according to the FlexRay specification in such a way that all local clocks synchronously run to one global clock.
  • This time budget actually serves to compensate for asymmetrical delays due to the difference between falling and rising edge steepness and the deviations of the local clocks or clock signals / quartz tolerances between transmitter and receiver.
  • the asymmetric delay exceeds the intended time budget, this will result in an incorrect value being determined for a sample at the 5th sample clock (count of the sample counter at 5) because that bit, that should have been sampled, due to the asymmetric delay at an earlier time and applied by the early edge change is no longer present.
  • An analogous treatment applies to an asymmetric delay after late. Then a time budget of 4 sampling clocks corresponding to 50 ns is available. The consequence of exceeding the time budget to early or late are decoding errors, so wrong data is received.
  • FIG. 1 a signal (TxD) designated by a transmitting subscriber of the communication system with the reference numeral 10 and the corresponding signal (RxD) as received by a receiving subscriber are shown.
  • the rising edge delay is designated by the reference numeral 16 and the falling edge delay by the reference numeral 18.
  • Difference of the delays for rising edges 16 and falling edges 18 results in an asymmetrical delay 20 of the transmitted data signal on the considered transmission path.
  • pulses are distorted because high-to-low or low-to-high edges are delayed differently in the transmission path. This ultimately leads to the asymmetric delay 20.
  • an extension of the known star coupler 100 is proposed in that a reduction or even elimination of the asymmetrical delay that was impressed on the data signal until the star coupler 100 is reached can be made. This only relates to the distance between the transmitting subscriber and the star coupler 100, while on the last leg of the transmission path between active star coupler 100 and the receiving subscriber, a new proportion of asymmetrical delay can be impressed on the data signal.
  • the extension of the star coupler 100 proposed according to the invention is implemented in the central processing unit 113.
  • An advanced processing unit 113 is shown in FIG. Instead of a simple branching matrix for controlling the incoming and outgoing signals within the central processing logic 113, as well as the monitoring by the optional bus guardian 118, a complete transceiver function is implemented in the active star coupler according to the invention.
  • the star coupler is thus a real participant of the communication system with its own local clock (Oscillator 132) whose local clock signal 134 is synchronized in a synchronization unit 136 to the global clock signal 138.
  • One of the bus drivers 109-112 of the inventive star coupler is configured as a receiver and at least one other bus driver 109-112 as a transmitter.
  • the input signal 10 is received, for example, by the bus driver 110 and sent out of the star coupler 100 again via the bus driver 112.
  • the central processing unit 113 of the star coupler has means for decoupling the asymmetrical delay on the transmission link. These means physically separate the input (bus driver 110) from the output (bus driver 112) of the star coupler, such that a data signal 40 to be transmitted via the star coupler can no longer be transmitted directly from the star bus coupler's receiving bus driver 110 to the transmitting bus driver 112 ,
  • the star coupler 100 has means for reducing the asymmetrical delay of the incoming data signal 40 so that the outgoing data signal 41 has a lower asymmetric delay than the incoming data signal 40.
  • both the means for reducing the asymmetrical delay and the means for decoupling the asymmetrical delay are designed as a memory element 130, which is realized, for example, as an asynchronous FIFO memory.
  • a FIFO is a special form of shift register. The common feature is that the data appears in the same order at the output of the FIFO memory as it was input. The first word read (First In) is read out first (First Out). In the case of a FIFO memory, this process, in contrast to a shift register, can be carried out completely asynchronously, ie the read-out clock is independent of the read-in clock.
  • the incoming data signal 40 is first decoded with the globally synchronized clock signal 138 in a decoding unit 140.
  • this bit is oversampled bit by bit, for example 8 times.
  • the value of the data bit is determined. For example, if 8 samples are "8" in the case of 8-times oversampling and only 2 samples are "0", it is assumed that samples "0" are erroneous (due to the asymmetric delay, for example) the data bit actually has the value "1".
  • the data bit is stored in the memory 130 with the value "1".
  • the receiving part of the star coupler corresponds to that of a conventional node, that is, the clock is synchronized to the receive sequence and thus to the clock of the transmitting node. Due to the asymmetric delay occurring in the signal 40, shifts may occur during the synchronization. Therefore, before the data in this form is put back on the channel, the asymmetrical delay is removed from the signal 40. For this purpose, the data is buffered in the asynchronous FIFO memory 130 and then recoded in a coding unit 142 with the local system clock 134 of the active star coupler 100, that is not with the synchronized clock signal 138 of the communication system.
  • the output of the active star coupler then in turn corresponds to a transmitting node, which reads the data of the communication controller (CC), in this case from the buffer 130 and this possibly amplified and sent via the physical layer.
  • the calculation of the asymmetrical delay can now in turn start anew, because by reading out the transmission data from the memory 130 only the asymmetric delay of the oscillator 132, that is the active star coupler 100 itself, has an influence on the data signal 41 at the output of the star ,
  • the use of the asynchronous FIFO memory 130 is required because no direct connection of data lines is allowed due to the frequency offset between the synchronized clock 138 and the clock of the transmitting subscriber and the clock of the active star. Otherwise, transmission errors could occur with longer data frames due to the two asynchronously running clock signals 134, 138. For this reason, the asynchronous FIFO memory 130 used as an interface between the two clock levels.
  • the asynchronous FIFO memory 130 can be used for data exchange between completely independent clock domains. The removal of the asymmetrical delay from the data signal 40 is obtained by buffering the data and thus by a slight increase in the transmission delay (of the
  • a 10 M bit / sec connection is considered, since at lower data rates, larger asymmetric delays may occur, in order to still ensure error-free reception of the transmitted data. If one expresses the transmission delay in bit times for a 10 M Bi1 / sec connection, one arrives at a maximum allowable delay of less than or equal to 2.5 bit times. A data bit may thus be stored in the FIFO memory 130 for a maximum of 2 bit times since 3 bit times would already be too much. At the beginning of the transmission or the data frame (so-called frames) 4.5 bits are lost - (truncation).
  • FIFO memories are used to store 8-bit data words, although other variants are also available (see data sheets of the manufacturers of FIFO memories, for example Texas Instruments, Inc.).
  • the information is stored in a random access memory (RAM).
  • RAM random access memory
  • the storage of complete data words is not required. It is sufficient to store only one bit in a memory at a time.
  • the "durability" of the stored information must also not be very long, that is, the memory can be made short because of the maximum allowable transmission delay. In the present case, a 4-bit FIFO memory is sufficient.
  • Figure 4 shows a 1-bit asynchronous FIFO memory 130 in ring structure of length 4.
  • the FIFO memory 130 was deliberately programmed as a ring structure, since in this type the cycle times play a lesser role compared to a conventional shift register. Because with this type of FIFOs, the data is not moved but only a pointer that points to the stored data. Thus, however, a memory with separate read and write clock is needed.
  • the name ring memory should be traced back to the overflow of the pointers, since this creates a quasi ring of the memory.
  • the respective pointers are obtained by clock dividers 150 to 154.
  • the incoming data bits of the decoded receive data 160 are sequentially stored in the 4 D flip-flops 162-168.
  • the storage takes place synchronously with the synchronized clock 138 with the clock signals Tl to T4.
  • the selection of the flip-flop 162 to 168 is made by a practitioner's designating the following features:
  • the output of the data or re-sending and encoding with the coding unit 142 takes place with the local system clock 134 of the star coupler 100, as can be seen from FIG.
  • the selection of the corresponding memory location for the read operation is similar to that of the write operation.
  • a switch so-called switch 170.
  • Figure 5 shows the time course of the signals of the 1-bit asynchronous FIFO memory 130 in ring structure of length 4 of Figure 4, upon arrival of a data signal (SOF), after initialization and the subsequent beginning of caching of the data bits.
  • SOF data signal
  • the system is at the beginning of the waveforms of Figure 5 in a standby state. During this period, the flip-flops are initialized according to the values named INIT. Thereafter, the beginning of the data frame (so-called data frame), which was designated SOF (Start of Frame) in FIG. In the line “Data In” the incoming data can be recognized, while at this time a synchronized clock ("CIk syn") is present. In addition, according to the FlexRay specification v.2.1, there is an additional margin of approximately 4 bits (see FIG. 3). By the clock divider from the corresponding trigger or delayed clock signals Tl to T4 are obtained. In the following line is indicated by arrows, which bit is stored in which positive flank-triggered register DO to D3.
  • the system clock 134 (“Sys-Clk”) is also switched to the output of the asynchronous FIFO memory 130. Due to the initialization, this starts to read the data bits by two register values offset from the ring buffer. Thus, the first two bits (D2, D3) applied to the output (“Output") must be discarded before the first payload data (DO, Dl,%) Are read from the FIFO memory 130. It can be clearly seen from FIG. 5 that the transmission delay (propagation delay) was increased by use of the present invention, but with a duration of 2 bit times exactly in the range of the permissible limit value according to the FlexRay specification.
  • the receiver oversamples the incoming signal according to the FlexRay specification at 8 times the frequency of the bit rate or symbol rate.
  • the receiver must therefore be at least 80 MHz. This results in a new sample every 12.5 ns.
  • the receiver adapts the data period by varying the clock frequency.
  • the receiver optionally uses 7, 8 (ideal) or 9 clock cycles to recover the incoming coded and sampled signal.
  • a FlexRay data frame contains a maximum of 2096 bits according to the specification. For one
  • Quartz tolerance ⁇ f c - f c results.
  • Conventional quartz oscillators even have a tolerance range of only 100 ppm.
  • the present invention thus provides a particularly advantageous possibility of reducing the asymmetrical delay even in complex network structures to a very low value, which lies without problems within the tolerance window for the asymmetrical delay permissible according to the protocol specification.
  • the present invention can be easily combined with further measures to reduce the asymmetric delay or otherwise improve the data transmission behavior in the network structure, for example a variable adaptation of the sampling instant.

Abstract

The invention relates to a method for transmission of a data signal (40) via an active star coupler (100) in a communication system with a star topology, and to an active star coupler (100). The data signal (40) is applied to one input of the star coupler (100), and is tapped off as a data signal (41) transmitted via the star coupler (100), at at least one output of the star coupler (100). In order to allow data transmission for predetermined protocol specification purposes, in particular with regard to asymmetric delays that have occurred, even about complex network structures, the invention proposes that the incoming data signal (40) be decoupled from the transmitted data signal (41) with regard to any asymmetric delay in the star coupler (100), and that the asymmetric delay of the incoming data signal (40) in the star coupler (100) be reduced such that the transmitter data signal (41) has an asymmetric delay which is less than that of the incoming data signal (40). In particular, it is proposed that the data in the data signal (40) be decoded using a synchronized clock (138) in the communication system, be stored in an asynchronous FIFO memory (130), and that the stored data be read from the memory using a local clock (134) of the star coupler (100), and be coded again for further transmission.

Description

Beschreibung description
Titeltitle
Verfahren zum Übertragen eines Datensignals über einen aktiven Sternkoppler eines KommunikationssystemsMethod for transmitting a data signal via an active star coupler of a communication system
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen eines Datensignals über einen aktiven Sternkoppler eines Kommunikationssystems, insbesondere eines FlexRay- Kommunikationssystems, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen aktiven Sternkoppler eines Kommunikationssystems, insbesondere eines FlexRay- Kommunikationssystems, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.The present invention relates to a method for transmitting a data signal via an active star coupler of a communication system, in particular a FlexRay communication system, according to the preamble of claim 1 and an active star coupler of a communication system, in particular a FlexRay communication system, according to the preamble of claim 9.
Derartige Sternkoppler sind beispielsweise für FlexRay- Kommunikationssysteme aus der FlexRay-Spezifikation v2.1 bekannt. Der Aufbau und die Funktionsweise gehören zu der spezifizierten physikalischen Schicht (sogenannter Physical Layer) des FlexRay- Kommunikationssystems. Aktive Sternkoppler sind in Kommunikationsnetzen von Bedeutung, in denen sich die Kommunikationsverbindung (zum Beispiel ein Datenbus) aufspaltet, also eine Sterntopologie hat, und ein Datensignal auf mehrere Zweige des Datenbusses aufgeteilt werden soll. Außerdem sind aktive Sternkoppler von Bedeutung, wenn es um die Übertragung von Datensignalen über komplexe Netztopologien und längere Strecken geht, da sie zusätzlich oder alternativ zur Aufteilung des Datensignals auf mehrere Zweige das Signal auch verstärken können.Such star couplers are known, for example, for FlexRay communication systems from the FlexRay specification v2.1. The structure and operation belong to the specified physical layer (so-called physical layer) of the FlexRay communication system. Active star couplers are important in communication networks in which the communication link (for example, a data bus) splits up, that is to say has a star topology, and a data signal is to be split over several branches of the data bus. In addition, active star couplers are important when it comes to the transmission of data signals over complex network topologies and longer distances, since they can also amplify the signal in addition to or as an alternative to dividing the data signal over several branches.
Ein entsprechender aktiver Sternkoppler (sogenannter Active Star) für den Einsatz in einem FlexRay- Kommunikationssystem wird von der Firma Philips Semiconductors angeboten. In dem bekannten Sternkoppler sind FlexRay-Kommunikations-Controller vom Typ "SJA 2510" gemäß der Spezifikation v2.1 und ein ARM9-Mikrocontroller integriert. An dem bekannten aktiven Sternkoppler sind mehrere Anschlüsse vorgesehen, an die mehrere Zweige der Kommunikationsverbindung angeschlossen sind. Die Anschlüsse können entweder als Eingang für eingehende Datensignale und/oder als Ausgang für abgehende Datensignale konfiguriert werden. DerA corresponding active star coupler (so-called Active Star) for use in a FlexRay communication system is offered by Philips Semiconductors. In the known star coupler are FlexRay communication controllers of the type "SJA 2510" according to the specification v2.1 and an ARM9 microcontroller integrated. At the known active star coupler several ports are provided to which a plurality of branches of the communication link are connected. The ports can be configured either as input for incoming data signals and / or as output for outgoing data signals. Of the
Sternkoppler weist an jedem Anschluss einen Bus-Treiber zum Verstärken eines ausgehenden Datensignals auf. Ein über einen der Anschlüsse eingehendes analoges Datensignal wird an eine zentrale Verarbeitungslogik des Sternkopplers weitergeleitet, die ein Rechengerät, bspw. in Form eines Field Programmable Gate Arrays (FPGA), eines Mikrocontrollers oder eines digitalen Signalprozessors (DSP), aufweist.Star coupler has at each port a bus driver for amplifying an outgoing data signal. An analog data signal coming in via one of the connections is forwarded to a central processing logic of the star coupler, which has a computing device, for example in the form of a field programmable gate array (FPGA), a microcontroller or a digital signal processor (DSP).
Die zentrale Verarbeitungslogik digitalisiert das eingehende analoge Datensignal und ermöglicht so eine Weiterverarbeitung des Datensignals (z.B. Überwachungs- und/oder Routerfunktion) in dem aktiven Sternkoppler. Falls in dem Sternkoppler ein Kommunikations-Controller vorgesehen ist, kann dieser in Abhängigkeit von dem Inhalt des in der zentralen Verarbeitungslogik dekodierten eingehenden Datensignals eine Überwachungs- und/oder Routerfunktion übernehmen. Ein ebenfalls optional vorgesehener Bus-Guardian kann den Zugriff des Kommunikations-Controllers des Sternkopplers auf den Datenbus überwachen und/oder steuern. Das in der zentralen Verarbeitungslogik vorhandene eingegangene digitale Datensignal wird über Bus- Treiber (sogenannter Bus Driver), welche die Bitfolge des digitalen Signals in eines oder mehrere analoge Signale zurückwandeln und verstärken, an die Kommunikationsverbindung angelegt.The central processing logic digitizes the incoming analog data signal, thereby enabling further processing of the data signal (e.g., monitoring and / or router function) in the active star coupler. If a communication controller is provided in the star coupler, the latter can assume a monitoring and / or router function depending on the content of the incoming data signal decoded in the central processing logic. A likewise optionally provided bus guardian can monitor and / or control the access of the communication controller of the star coupler to the data bus. The received in the central processing logic received digital data signal is applied via bus driver (so-called bus driver), which convert the bit sequence of the digital signal back into one or more analog signals and amplify, to the communication link.
Die aus dem Stand der Technik von Philips bekannten aktiven Sternkoppler umfassen Bustreiber vom Typ Philips "TJA 1080", die denen von FlexRay-Transceivereinheiten (man spricht hier von FlexRay- Knoten) entsprechen. Der bekannte Sternkoppler ist somit nichts anderes als eine Verknüpfung mehrerer Transceiver zu einem Hub. Ein Hub leitet von einem Teilnehmer (oder Knoten) eines Kommunikationsnetzwerks über einen Zweig der Kommunikationsverbindung eingehende Daten an alle übrigenThe prior art active star couplers known in the art include Philips type "TJA 1080" bus drivers, which correspond to those of FlexRay transceiver units (called FlexRay nodes). The known star coupler is thus nothing more than a combination of multiple transceivers to a hub. A hub forwards data received from a subscriber (or node) of a communications network over a branch of the communications link to all others
Teilnehmer des Kommunikationssystems weiter und verstärkt gleichzeitig das weiter zu leitende Signal. In der Entwicklung der physikalischen Schicht für FlexRay stellt der Bustreiber vom Typ Philips "TJA 1080" den Stand der Technik dar. Zudem wird derzeit der Einsatz einer integrierten Energie- und Datenübertragung angestrebt (FlexRay-PLC; Power Line Communications). Unter Beachtung der FlexRay-Spezifikation wurde ein FlexRay-PLC- System auf Basis eines konditionierten Bordnetzes in einem Kraftfahrzeug aufgebaut. Gemäß Kapitel 2.1 der FlexRay-Spezifikation "Electrical Physical Layer Specification", Version 2.1 kann jede beliebige physikalische Schicht als FlexRay- Kommunikationskanal eingesetzt werden, so lange die spezifizierten grundlegenden Anforderungen erfüllt werden.Subscriber of the communication system on and simultaneously reinforces the signal to be forwarded. In the development of the physical layer for FlexRay the bus driver of the type Philips "TJA 1080" represents the state of the art. In addition, the use of integrated energy and data transmission is currently being pursued (FlexRay-PLC, Power Line Communications). In compliance with the FlexRay specification, a FlexRay PLC system was set up on the basis of a conditioned vehicle electrical system in a motor vehicle. According to Chapter 2.1 of the "Electrical Physical Layer Specification" FlexRay Specification Version 2.1, any physical layer may be used as a FlexRay communication channel as long as the specified essential requirements are met.
Bei der FlexRay-PLC werden mittels einer DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying)-Modulation die Daten auf einen hochfrequenten Träger aufmoduliert und über das Energiebordnetz übertragen. Das konditionierte Bordnetz ermöglicht eine simple Gestaltung des Übertragungssystems, da keine aufwendigen Entzerrer erforderlich sind. Insofern hält sich die digitale Signalverarbeitung in Grenzen, weshalb eine schnelle Datenübertragung von 10 MBi1/sec mit einer Übertragungsverzögerung (Propagation Delay) von maximal 2,5 μsec (wie in der FlexRay-Spezifikation gefordert) erzielt werden kann.In the FlexRay PLC, the data is modulated onto a high-frequency carrier by means of DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying) modulation and transmitted via the energy on-board network. The conditioned electrical system allows a simple design of the transmission system, since no expensive equalizers are required. In this respect, the digital signal processing is limited, which is why a fast data transfer of 10 MBi1 / sec with a propagation delay (Propagation Delay) of a maximum of 2.5 microseconds (as required in the FlexRay specification) can be achieved.
Bei FlexRay handelt es sich um ein schnelles, deterministisches und fehlertolerantes Bussystem, insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen. Das FlexRay-Protokoll arbeitet nach dem Prinzip des Time Division Multiple Access (TDMA), wobei den Teilnehmern bzw. den zu übertragenden Botschaften feste Zeitschlitze zugewiesen werden, in denen sie einen exklusiven Zugriff auf die Kommunikationsverbindung haben. Die Zeitschlitze wiederholen sich dabei in einem festgelegten Zyklus, so dass der Zeitpunkt, zu dem eine Botschaft über den Bus übertragen wird, exakt vorausgesagt werden kann und der Buszugriff deterministisch erfolgt.FlexRay is a fast, deterministic and fault-tolerant bus system, especially for use in motor vehicles. The FlexRay protocol operates on the principle of Time Division Multiple Access (TDMA), whereby the subscribers or the messages to be transmitted are assigned fixed time slots in which they have exclusive access to the communication connection. The time slots are repeated in a fixed cycle, so that the time at which a message is transmitted over the bus, can be accurately predicted and the bus access is deterministic.
Um die Bandbreite für die Übertragung von Botschaften auf dem Bussystem optimal zu nutzen, unterteilt FlexRay den Zyklus in einen statischen und einen dynamischen Teil bzw. in ein statisches und ein dynamisches Segment. Die festen Zeitschlitze befinden sich dabei im statischen Teil am Anfang eines Buszyklusses. Im dynamischen Teil werden die Zeitschlitze dynamisch vorgegeben. Darin wird nun der exklusive Buszugriff jeweils nur für eine kurze Zeit, für die Dauer mindestens eines sogenannten Minislots, ermöglicht. Nur wenn innerhalb eines Minislots tatsächlich ein Buszugriff erfolgt, wird der Zeitschlitz um die für den Zugriff benötigte Zeit verlängert. Damit wird Bandbreite also nur verbraucht, wenn sie auch tatsächlich benötigt wird. In FlexRay sind zwei Kanäle vorgesehen. Dabei kommuniziert FlexRay über eine oder zwei physikalisch getrennte Leitungen je Kanal mit einer Datenrate von jeweils maximal 10 Mbit/sec. Selbstverständlich kann FlexRay aber auch mit niedrigeren Datenraten betrieben werden. Die Leitungen der beiden Kanäle entsprechen dabei der physikalischen Schicht, insbesondere des sogenannten OSI (Open System Architecture) Schichtenmodells. Die beiden Kanäle dienen hauptsächlich der redundanten und damit fehlertoleranten Übertragung von Botschaften, wobei die gleichen Daten über beide Kanäle übertragen werden. Alternativ können jedoch über die beiden Kanäle auch unterschiedliche Botschaften übertragen werden, wodurch sich dann die Datenrate in dem FlexRay- Kommunikationssystem verdoppeln könnte. Es ist auch denkbar, dass sich das über die Verbindungsleitungen übertragene Signal aus der Differenz von über die beiden Leitungen übertragenen Signalen ergibt. Schließlich kann für die Datenübertragung auch lediglich ein Kanal genutzt werden, wobei der andere Kanal dann ungenutzt und frei ist. Die physikalische Schicht ist derart ausgestaltet, dass sie eine elektrische aber auch optische Übertragung des oder der Signale über die Leitung(en) oder eine Übertragung auf anderem Wege ermöglicht.In order to get the most out of bandwidth for the transmission of messages on the bus system, FlexRay divides the cycle into a static and a dynamic part or into a static and a dynamic segment. The fixed time slots are located doing so in the static part at the beginning of a bus cycle. In the dynamic part, the time slots are specified dynamically. In this case, exclusive bus access is now only possible for a short time, for the duration of at least one so-called minislot. Only if bus access actually takes place within a minislot will the time slot be extended by the time required for access. Thus, bandwidth is only consumed when it is actually needed. There are two channels in FlexRay. FlexRay communicates via one or two physically separate lines per channel at a maximum data rate of 10 Mbit / sec. Of course, FlexRay can also be operated at lower data rates. The lines of the two channels correspond to the physical layer, in particular the so-called OSI (Open System Architecture) layer model. The two channels are mainly used for the redundant and thus fault-tolerant transmission of messages, with the same data being transmitted over both channels. Alternatively, however, different messages can also be transmitted via the two channels, which would then double the data rate in the FlexRay communication system. It is also conceivable that the signal transmitted via the connecting lines results from the difference of signals transmitted via the two lines. Finally, only one channel can be used for data transmission, the other channel is then unused and free. The physical layer is designed such that it enables electrical or optical transmission of the signal or signals via the line (s) or a transmission in another way.
Um synchrone Funktionen zu realisieren und die Bandbreite durch kleine Abstände zwischen zwei Botschaften zu optimieren, benötigen die Teilnehmer in demIn order to realize synchronous functions and to optimize the bandwidth by small distances between two messages, the participants need in the
Kommunikationsnetzwerk eine gemeinsame Zeitbasis, die sogenannte globale Zeit. Für die Synchronisation von lokalen Uhren der Teilnehmer werdenCommunication network a common time base, the so-called global time. For the synchronization of local clocks the participants will be
Synchronisationsnachrichten im statischen Teil des Zyklus übertragen, wobei mit Hilfe eines speziellen Algorithmus entsprechend der FlexRay-Spezifikation die lokale Uhrzeit eines Teilnehmers so korrigiert wird, dass alle lokalen Uhren zu einer globalen Uhr synchron laufen. Bei der Übertragung von Daten oder Botschaften über ein solches Bussystem werden Impulse verzerrt, weil High-to-Low bzw. Low-to- High- Flanken auf dem Übertragungsweg unterschiedlich stark verzögert werden. Wird der gesendete Impuls im Empfänger mit dem dort vorliegenden Abtasttakt (der sogenannter Sampling Rate) mehrfach (zum Beispiel n-mal pro Bit, insbesondere 8-mal pro Bit) abgetastet, so entscheidet die Lage des Abtastpunktes, d.h. die Auswahl genau eines dieser n Abtastwerte, ob das Datum richtig oder falsch abgetastet wird. Das ist insbesondere dann schwierig, wenn der Abtastzeitpunkt auf eine Flanke des Signals Bezug nimmt und relativ dazu auch über viele Perioden des Abtasttaktes mehrere binäre Datenwerte (Bits) des Senders auswertet. Hier wirkt sich zusätzlich zu einer Impulsverzerrung auch noch die Taktfrequenzabweichung zwischen Sender und Empfänger aus. Dabei kann das abzutastende Signal vorbehandelt sein, um zum Beispiel kurzzeitige Störungen auszufiltern. Ein solches Filter kann durch das Auswerten mehrerer Abtastsignale in der zeitlichen Reihenfolge mit einer Mehrheitsentscheidung (sog. Voting) realisiert sein. Insbesondere bei der Spezifikation des FlexRay-Protokolls, in dem es bei n κ-1Transfer synchronization messages in the static part of the cycle, using a special algorithm according to the FlexRay specification, the local time of a subscriber is corrected so that all local clocks synchronously to a global clock run. In the transmission of data or messages via such a bus system pulses are distorted because high-to-low or low-to-high edges are delayed in different ways on the transmission path. If the transmitted pulse in the receiver with the sampling rate present there (the so-called sampling rate) is scanned several times (for example n times per bit, in particular 8 times per bit), the position of the sampling point, ie the selection of precisely one of these n, decides Samples whether the date is sampled correctly or incorrectly. This is particularly difficult if the sampling time refers to an edge of the signal and relative to it also evaluates a plurality of binary data values (bits) of the transmitter over many periods of the sampling clock. In addition to a pulse distortion, the clock frequency deviation between transmitter and receiver also has an effect here. In this case, the signal to be sampled can be pretreated, for example, to filter out short-term disturbances. Such a filter can be realized by evaluating a plurality of scanning signals in the chronological order with a majority decision (so-called voting). Especially in the specification of the FlexRay protocol, where n κ-1
Netzwerkknoten 2 V i unterschiedliche Übertragungswege geben kann (jeder ι=0 denkbare Pfad hat 2 Sender-Empfänger-Kombinationen), hat es sich gezeigt, dass die auftretenden asymmetrischen Verzögerungen (das heißt steigende und fallende Flanken breiten sich mit unterschiedlichen Verzögerungen im Netzwerk aus) auf den unterschiedlichen Übertragungswegen zu Problemen beim Timing führen können. Die Verzögerung zwischen steigender und fallender Flanke eines Signals wird auch als Impulsverzerrung bezeichnet.Network node 2 V i can give different transmission paths (each ι = 0 conceivable path has 2 transmitter-receiver combinations), it has been shown that the occurring asymmetric delays (that is, rising and falling edges propagate with different delays in the network) can cause timing problems on the different transmission paths. The delay between the rising and falling edge of a signal is also referred to as pulse distortion.
Asymmetrische Verzögerungen können sowohl systematische als auch stochastische Ursachen haben. Beim FlexRay-Protokoll wirken sich systematische Verzögerungen nur auf die steigenden Flanken aus, da auf die fallenden Flanken synchronisiert wird.Asymmetric delays can have both systematic and stochastic causes. With the FlexRay protocol, systematic delays affect only the rising edges because they are synchronized to the falling edges.
Stochastische Verzögerungen haben Auswirkungen sowohl auf die steigenden als auch auf die fallenden Flanken und sind durch Rauschvorgänge oder EMV-Jitter verursacht.Stochastic delays affect both rising and falling edges and are caused by noise or EMC jitter.
Jede Komponente des Netzwerks muss bezüglich der durch sie verursachten asymmetrischen Verzögerung separat untersucht werden, wobei nach dem Stand derEach component of the network must be examined separately with respect to the asymmetric delay caused by it, whereby, according to the state of the art
Technik die in den einzelnen Komponenten auftretenden Verzögerungen addiert werden müssen, um die asymmetrische Verzögerung des gewählten Übertragungspfads zu erhalten.Technology adds the delays that occur in the individual components must be in order to obtain the asymmetric delay of the selected transmission path.
Bei der Realisierung von FlexRay-Datenübertragungssystemen, insbesondere bei komplexen Systemen umfassend mehrere aktive Sternkoppler und passive Netzwerke, hat sich zudem gezeigt, dass die dort auftretenden asymmetrischen Verzögerungszeiten so groß sind, dass sie ein durch das FlexRay-Protokoll vorgegebenes Zeitbudget übersteigen. Gemäß FlexRay-Protokoll wird mit fallender BSS (Byte Start Sequence)- Flanke ein Abtastzähler synchronisiert, d.h. zurück auf 1 gesetzt. Bei einem Zählerstand von 5 wird abgetastet. Bei einer 8-fachenWhen realizing FlexRay data transmission systems, in particular in complex systems comprising a plurality of active star couplers and passive networks, it has also been found that the asymmetrical delay times occurring there are so great that they exceed a time budget specified by the FlexRay protocol. According to the FlexRay protocol, a sample counter is synchronized with falling BSS (Byte Start Sequence) edge, i. set back to 1. At a count of 5 is scanned. At an 8-fold
Überabtastung (sogenanntes Oversampling), wie sie derzeit in FlexRay vorgesehen ist, verbleiben zwischen dem Abtastzeitpunkt (5. Abtastwert) und dem 8. Abtastwert also noch 3 Abtasttakte die bei einem Kommunikationscontroller- Takt von 80 MHz jeweils 12,5 ns, in der Summe also einem Zeitbudget von 37,5 ns entsprechen. Dieses Zeitbudget dient eigentlich zum Ausgleich von asymmetrischen Verzögerungen aufgrund der Differenz von fallender zu steigender Flankensteilheit und der Abweichungen der lokalen Uhren zwischen Sender und Empfänger. Falls jedoch - wie dies bei komplexen Netztopologien der Fall sein kann - die asymmetrische Verzögerung das vorgesehene Zeitbudget übersteigt, führt dies dazu, dass bei einer Abtastung zum 5. Abtasttakt (Zählerstand des Abtastzählers auf 5) ein falscher Wert ermittelt wird, weil dasjenige Bit, das eigentlich hätte abgetastet werden sollen, auf Grund der asymmetrischen Verzögerung schon zu einem früheren Zeitpunkt anlag und durch den frühen Flankenwechsel nicht mehr anliegt. Eine entsprechende Behandlung gilt für eine asymmetrische Verzögerung nach spät. Dann steht ein Zeitbudget von 4 Abtasttakten entsprechend 50 ns zur Verfügung. Die Folge eines Übersteigens desOversampling (so-called oversampling), as currently provided in FlexRay, remains between the sampling instant (5th sample) and the 8th sample, ie 3 sample clocks which at a communication controller clock of 80 MHz each 12.5 ns, in sum So correspond to a time budget of 37.5 ns. This time budget actually serves to compensate for asymmetrical delays due to the difference between falling and rising edge steepness and the deviations of the local clocks between transmitter and receiver. If, however, as in the case of complex network topologies, the asymmetric delay exceeds the intended time budget, this leads to an incorrect value being determined for a sample at the 5th sample clock (count of the sample counter at 5) because that bit, that should have been sampled, due to the asymmetric delay at an earlier time and applied by the early edge change is no longer present. A similar treatment applies to an asymmetric delay after late. Then a time budget of 4 sampling clocks corresponding to 50 ns is available. The consequence of exceeding the
Zeitbudgets nach früh oder spät sind Decodierungsfehler, es werden also falsche Daten empfangen.Time budgets after early or late are decoding errors, so wrong data will be received.
Diese Decodierungsfehler können zwar durch geeignete Fehlererkennungsalgorithmen erkannt werden, so dass eine erneute Übertragung des Bits oder des gesamten Datenrahmens veranlasst werden kann. Als Fehlererkennungsalgorithmus kann beispielsweise ein sog. Parity Bit oder ein sog. Cyclic Redundancy Check (CRC) eingesetzt werden. Der Nachteil eines häufigen Ansprechens des Fehlererkennungs- algorithmus liegt jedoch in der damit verbundenen schlechteren Verfügbarkeit des Datenübertragungssystems, da die fehlerhaften Daten bspw. erneut übertragen oder verworfen werden.Although these decoding errors can be detected by suitable error detection algorithms, so that a retransmission of the bit or the entire data frame can be caused. As an error detection algorithm, for example, a so-called. Parity bit or a so-called. Cyclic Redundancy Check (CRC) be used. The disadvantage of frequent response of the error detection algorithm, however, lies in the associated poorer availability of the data transmission system, since the faulty data are, for example, re-transmitted or discarded.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass durch das FlexRay-Protokoll Vorgaben gemacht werden, die der Physical Layer - zumindest bei komplexen Netztopologien - nicht halten kann. Es hat sich gezeigt, dass die auftretenden asymmetrischenIn summary, it can be said that the FlexRay protocol makes specifications that the physical layer can not maintain - at least for complex network topologies. It has been shown that the occurring asymmetric
Verzögerungen den Aufbau von komplexen Netzwerkstrukturen verbieten, da diese dann nicht mehr den Timing-Anforderungen der FlexRay-Spezifikation entsprechen. Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Datenübertragung im Rahmen einer vorgegebenen Protokollspezifikation, insbesondere hinsichtlich der auftretenden asymmetrischen Verzögerungen, auch über komplexe Netzwerkstrukturen zu ermöglichen.Delays prohibit the creation of complex network structures, as these no longer meet the timing requirements of the FlexRay specification. The present invention is therefore based on the object of enabling data transmission within the scope of a predetermined protocol specification, in particular with regard to the occurring asymmetrical delays, even over complex network structures.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass in dem Sternkoppler das eingehende Datensignal hinsichtlich einer asymmetrischen Verzögerung von dem übertragenen Datensignal entkoppelt wird und dass in dem Sternkoppler die asymmetrische Verzögerung des eingehenden Datensignals reduziert wird, so dass das ausgehende Datensignal eine geringere asymmetrische Verzögerung aufweist als das eingehende Datensignal.To solve this problem, it is proposed, starting from the method of the type mentioned above, that in the star coupler the incoming data signal is decoupled from the transmitted data signal with respect to an asymmetrical delay and that the asymmetric delay of the incoming data signal is reduced in the star coupler, so that the outgoing Data signal has a lower asymmetric delay than the incoming data signal.
Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, bei der Übertragung eines Datensignals von einem sendenden Teilnehmer zu einem empfangenden Teilnehmer über eine komplexe Netzwerktopologie mit mindestens einem aktiven Sternkoppler, den aktiven Sternkoppler dahingehend zu erweitern, dass eine deutliche Verringerung, nach Möglichkeit sogar eine Eliminierung der asymmetrischen Verzögerung, welche dem Datensignal bis zum Erreichen des Sternkopplers aufgeprägt wurde, vorgenommen werden kann. Dies bezieht sich nur auf die Strecke zwischen dem sendenden Teilnehmer des Kommunikationssystems und dem erfindungsgemäßen aktiven Sternpunkt. Ausgehend von einer deutlich reduzierten asymmetrischen Verzögerung am Ausgang des aktiven Sternkoppler kann dem Datensignal auf der letzten Teilstrecke des Übertragungspfads zwischen dem aktiven Sternkoppler und dem empfangenden Teilnehmer zwar ein neuer Anteil der asymmetrischen Verzögerung aufgeprägt werden. In der Summe über den gesamten Übertragungspfad betrachtet kann der Einsatz der erfindungsgemäßen aktiven Sternkoppler die asymmetrische Verzögerung des bei dem empfangenden Teilnehmer eingehenden Datensignals jedoch deutlich reduzieren. In einer Worst Case Betrachtung, die für die Klassifizierung eines Kommunikationssystems erforderlich ist, kann durch die vorliegende Erfindung an jedem erfindungsgemäß ausgebildeten Sternkoppler eine Entkopplung hinsichtlich der Berechnung der maximalen asymmetrischen Verzögerung des Gesamtnetzwerks erzielt werden.According to the invention, it is thus proposed, in the transmission of a data signal from a transmitting subscriber to a receiving subscriber via a complex network topology with at least one active star coupler, to expand the active star coupler to the effect that a significant reduction, if possible even an elimination of the asymmetrical delay, which the data signal was impressed until reaching the star coupler, can be made. This refers only to the route between the transmitting subscriber of the communication system and the active according to the invention Star point. Based on a significantly reduced asymmetric delay at the output of the active star coupler, the data signal on the last leg of the transmission path between the active star coupler and the receiving subscriber, although a new share of the asymmetric delay can be impressed. However, when considered as a whole over the entire transmission path, the use of the active star coupler according to the invention can significantly reduce the asymmetrical delay of the data signal arriving at the receiving subscriber. In a worst case consideration, which is required for the classification of a communication system, the present invention can achieve a decoupling with respect to the calculation of the maximum asymmetrical delay of the overall network at each star coupler designed according to the invention.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine einfache, sehr effiziente und kostengünstige Reduktion der asymmetrischen Verzögerung auf derWith the present invention it is possible to achieve a simple, very efficient and cost-effective reduction of the asymmetrical delay on the
Übertragungsstrecke zu erzielen. Dazu ist es ausreichend, wenn einige Sternkoppler in einem Kommunikationsnetzwerk durch erfindungsgemäße Sternkoppler ersetzt werden. Vorzugsweise werden jedoch alle Sternkoppler in einem Kommunikationsnetzwerk durch erfindungsgemäße Sternkoppler ersetzt, sofern dies nicht in Konflikt mit der maximal zulässigen Ausbreitungsverzögerung steht. Mit der vorliegenden Erfindung kann die Akzeptanz von FlexRay erhöht werden, da FlexRay- Kommunikationssysteme bisher auf relativ einfache Netztopologien beschränkt waren, was nunmehr nicht mehr der Fall ist. Mit der Erfindung können auch sehr komplexe Topologien realisiert werden, ohne dass die asymmetrische Verzögerung auf den Übertragungspfaden Werte jenseits des gemäß FlexRay-Spezifikation erlaubten Toleranzfensters erreicht.To achieve transmission distance. For this it is sufficient if some star couplers in a communication network are replaced by star couplers according to the invention. Preferably, however, all star couplers in a communication network are replaced by star couplers according to the invention, unless this conflicts with the maximum propagation delay. With the present invention, the acceptance of FlexRay can be increased because FlexRay communication systems have heretofore been limited to relatively simple network topologies, which is now no longer the case. Very complex topologies can also be realized with the invention without the asymmetrical delay on the transmission paths reaching values beyond the tolerance window permitted according to the FlexRay specification.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand. Ihre Vorteile und weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung können im einzelnen der nachfolgenden Figurenbeschreibung entnommen werden.The dependent claims have advantageous embodiments of the invention the subject. Their advantages and further embodiments of the invention can be seen in detail in the following description of the figures.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Figur 1 eine zentrale Verarbeitungslogik eines erfindungsgemäßen aktivenBrief description of the drawings 1 shows a central processing logic of an active according to the invention
Sternkopplers;Star coupler;
Figur 2 einen aus dem Stand der Technik bekannten aktiven Sternkoppler;FIG. 2 shows an active star coupler known from the prior art;
Figur 3 Signalverläufe eines gesendeten Signals und eines empfangenenFigure 3 shows waveforms of a transmitted signal and a received
Signals zur Erläuterung der asymmetrischen Verzögerung;Signal explaining the asymmetric delay;
Figur 4 ein Schaltbild eines Zwischenspeichers zum Einsatz in einer zentralen Verarbeitungslogik eines erfindungsgemäßen aktiven Sternkopplers; undFigure 4 is a circuit diagram of a latch for use in a central processing logic of an active star coupler according to the invention; and
Figur 5 Signalverläufe des Zwischenspeichers aus Figur 4.FIG. 5 shows waveforms of the buffer of FIG. 4.
Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention
In Figur 2 ist ein aus dem Stand der Technik bekannter aktiver Sternkoppler für ein FlexRay- Kommunikationssystem in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet. Der Sternkoppler 100 wird in der FlexRay-Protokollspezifikation auch als aktiver Sternpunkt (Active Star) bezeichnet. Der in Figur 2 dargestellte Sternkoppler 100 kann an bis zu vier Zweige einer Kommunikationsverbindung (z.B. einesIn FIG. 2, an active star coupler known from the prior art for a FlexRay communication system is designated in its entirety by reference numeral 100. Star coupler 100 is also referred to as Active Star in the FlexRay protocol specification. The star coupler 100 shown in Figure 2 may be connected to up to four branches of a communication link (e.g.
Datenbusses) angeschlossen werden. Die Kommunikationsverbindung kann eine oder mehrere elektrische Leitungen, eine oder mehrere optische Leitungen oder andersartig ausgebildete Übertragungskanäle, beispielsweise Funkverbindungen, aufweisen.Data bus). The communication link may comprise one or more electrical lines, one or more optical lines or transmission channels of a different type, for example radio links.
Der in Figur 2 dargestellte Sternkoppler 100 ist über einen ersten Anschluss 101 und einen zweiten Anschluss 102 jeweils an eine Leitung eines ersten Zweiges der Kommunikationsverbindung (nicht dargestellt) angeschlossen. Über weitere Anschlüsse 103, 104; 105, 106 und 107, 108 kann der aktive Sternkoppler 100 in entsprechender Weise an jeweils zwei Leitungen von weiteren Zweigen der Kommunikationsverbindung angeschlossen werden. Der Sternkoppler 100 könnte also in einem FlexRay-The star coupler 100 shown in FIG. 2 is connected via a first terminal 101 and a second terminal 102 to a respective line of a first branch of the communication connection (not shown). Via further connections 103, 104; 105, 106 and 107, 108, the active star coupler 100 can be connected in a corresponding manner to two lines of further branches of the communication link. The star coupler 100 could thus be used in a FlexRay
Kommunikationssystem mit einer Kommunikationsverbindung mit Sterntopologie und bis zu vier Zweigen (oder Armen) eingesetzt werden. Der aktive Sternkoppler 100 weist für jeden der vier Zweige einen eigenen Bus-Treiber (sogenannten Bus Driver, BD) 109, 110, 111, 112 auf. Die Bus-Treiber 109 - 112 entsprechen von ihrer Funktion her einer Sende- Empfangs- Einheit (sogenannter Transceiver). In den Bus-Treibern 109 - 112 wird (zum Empfangen) die Differenz der über die beiden Leitungen der Zweige der Kommunikationsverbindung übertragenen und an den Anschlüssen 101, 102; 103, 104; 105, 106 oder 107, 108 anliegenden Signale gebildet und (zum Senden) für jeden Zweig ein Differenzsignal generiert. Des weiteren wandeln die Bus-Treiber 109 - 112 ein über einen der Zweige eingehendes analoges Datensignal bzw. Differenzsignal in ein digitales Signal zur Weiterverarbeitung in dem Sternkoppler 100 um. Die Bitfolge des empfangenen digitalen Signals wird von den Bus-Treibern 109 - 112 an eine zentrale Verarbeitungslogik 113 weitergeleitet, die ein Rechengerät, das bspw. als ein FPGA (Field Programmable Gate Array), ein Mikrocontroller, ein DSP (Digital Signal Processor), ein CPLD (Complex Programmable Logic Device) oder einfach als eine diskrete Logikschaltung ausgebildet ist, zur Verarbeitung des eingehenden digitalen Datensignals umfasst.Communication system with a communication connection with star topology and up to four branches (or arms) are used. The active star coupler 100 has its own bus driver (so-called bus driver, BD) 109, 110, 111, 112 for each of the four branches. The bus drivers 109 - 112 correspond in function to a transceiver unit (so-called transceiver). In the bus drivers 109-112, the difference of the signals transmitted via the two lines of the branches of the communication connection and to the terminals 101, 102; 103, 104; 105, 106 or 107, 108 applied signals and generated (for sending) for each branch a difference signal. Furthermore, the bus drivers 109-112 convert an analog data signal or differential signal, received via one of the branches, into a digital signal for further processing in the star coupler 100. The bit sequence of the received digital signal is forwarded by the bus drivers 109 - 112 to a central processing logic 113, which includes a computing device, for example as an FPGA (Field Programmable Gate Array), a microcontroller, a DSP (Digital Signal Processor), a CPLD (Complex Programmable Logic Device) or simply formed as a discrete logic circuit, for processing the incoming digital data signal comprises.
Wahlweise und deshalb gestrichelt dargestellt umfasst der bekannte Sternkoppler 100 einen Kommunikations-Controller (Communication Controller, CC) 114, der die über einen der Bus-Treiber 109 - 112 eingehenden und in der zentralen Verarbeitungslogik 113 vorverarbeiteten Daten weiter verarbeitet und/oder auswertet, um eine Überwachungs- und/oder Routerfunktionalität zu realisieren. Zur Realisierung der Routerfunktion müssen die eingehenden und vorverarbeiteten Daten inhaltlich analysiert werden, um zu ermitteln, für welchen der an den Sternkoppler 100 angeschlossenen Zweige bzw. für welchen der Teilnehmer die über einen der Kanäle eingegangenen Daten bestimmt sind. Diese Information kann in der Regel einem Kopf- Segment (sog. Header) der eingehenden Datenpakete entnommen werden. Falls ein Kommunikations-Controller 114 in dem Sternkoppler 100 vorgesehen ist, sind an dem Sternkoppler 100 ein Empfangs-Anschluss (Receive, RxD) 115, ein Sendeanschluss (Transmit, TxD) 116 und ein Übertragungs-Auslöseanschluss (Transmit Enable, TxEN) 117 vorgesehen, welche an den Kommunikations-Controller 114 geführt sind. Ebenfalls optional und deshalb gestrichelt dargestellt, umfasst der Sternkoppler 100 eine Überwachungseinheit in Form eines Bus-Guardian 118, welche den Zugriff des Kommunikations-Controllers 114 auf die Kommunikationsverbindung überwacht und/oder steuert. Der Bus-Guardian 118 ist über einen Bus-Guardian- Auslöseanschluss (Bus Guardian Enable BGE) 119 und einen Empfangs-Optionally and therefore shown in dashed lines, the known star coupler 100 comprises a communication controller (CC) 114, which further processes and / or evaluates the data received via one of the bus drivers 109 - 112 and preprocessed in the central processing logic 113 to realize a monitoring and / or router functionality. To implement the router function, the incoming and preprocessed data must be analyzed in terms of content in order to determine for which of the branches connected to the star coupler 100 or for which of the subscribers the data received via one of the channels are determined. This information can usually be taken from a header segment (so-called header) of the incoming data packets. If a communication controller 114 is provided in the star coupler 100, a receive (RxD) port 115, a transmit port (Transmit, TxD) 116, and a transmit enable (TxEN) port 117 are provided at the star coupler 100 which are routed to the communication controller 114. Also shown as optional and therefore dashed, the star coupler 100 comprises a monitoring unit in the form of a bus guardian 118, which monitors and / or controls the access of the communication controller 114 to the communication link. The Bus Guardian 118 is connected via a Bus Guardian Enable BGE 119 and a receive
Auslöseanschluss (Receive Enable, RxEN) 120 von außerhalb des Sternkopplers 100 ansteuerbar.Trigger connection (receive enable, RxEN) 120 can be controlled from outside the star coupler 100.
Schließlich umfasst der bekannte aktive Sternkoppler 100 auch eine Versorgungsspannungsquelle 121, an der über einen Anschluss (VCc) 125 eine Betriebsspannung und über einen weiteren Anschluss 123 (GND) Masse anliegt. Zusätzlich kann ein Spannungsunterbrechungs-Anschluss (Inhibit, INH) 124 und ein Anschluss 122 (VBat) vorgesehen sein, an dem eine Bordnetzspannung eines Kraftfahrzeugs anliegt.Finally, the known active star coupler 100 also comprises a supply voltage source 121, to which an operating voltage is applied via a connection (V C c) 125 and ground via a further connection 123 (GND). In addition, a voltage interruption port (inhibit, INH) 124 and a port 122 (V Ba t) may be provided, to which a vehicle electrical system voltage of a motor vehicle is applied.
Um in dem Kommunikationssystem synchrone Funktionen zu realisieren und die Bandbreite durch kleine Abstände zwischen zwei Botschaften zu optimieren, benötigen die Teilnehmer in dem Kommunikationsnetzwerk eine gemeinsame Zeitbasis, die sogenannte globale Zeit. Für die Synchronisation von lokalen Uhren der Teilnehmer werden Synchronisationsnachrichten im statischen Teil des Zyklus übertragen, wobei mit Hilfe eines speziellen Algorithmus entsprechend der FlexRay-Spezifikation die lokale Uhrzeit eines Teilnehmers so korrigiert wird, dass alle lokalen Uhren zu einer globalen Uhr synchron laufen. So verhält es sich auch bei dem bekannten Sternkoppler 100, dessen lokales Taktsignal von einer lokalen Uhr ebenfalls auf den globalen Zeittakt des Kommunikationssystems synchronisiert ist.In order to realize synchronous functions in the communication system and to optimize the bandwidth by small distances between two messages, the subscribers in the communication network need a common time base, the so-called global time. Synchronization messages are transmitted in the static part of the cycle for the synchronization of local clocks of the participants, whereby the local time of a subscriber is corrected by means of a special algorithm according to the FlexRay specification in such a way that all local clocks synchronously run to one global clock. The same applies to the known star coupler 100, whose local clock signal from a local clock is also synchronized to the global clock of the communication system.
Bei der Realisierung von FlexRay-Datenübertragungssystemen, insbesondere bei komplexen Systemen umfassend mehrere Sternkoppler und passive Netzwerke, hat sich gezeigt, dass die dort auftretenden asymmetrischen Verzögerungszeiten so groß sind, dass sie ein durch das FlexRay-Protokoll vorgegebenes Zeitbudget übersteigen. Gemäß FlexRay-Protokoll v.2.1 wird mit fallender BSS (Byte Start Sequence)- Flanke ein Abtastzähler synchronisiert, d.h. zurück auf 1 gesetzt. Bei einem Zählerstand von 5 wird abgetastet. Bei einer 8-fachen Überabtastung (sogenanntes Oversampling), wie sie derzeit in FlexRay vorgesehen ist, verbleiben zwischen dem Abtastzeitpunkt (5. Abtastwert) und dem 8. Abtastwert also noch 3 Abtasttakte die bei einem Kommunikationscontroller- Takt von 80 MHz jeweils 12,5 ns, in der Summe also einem Zeitbudget von 37,5 ns entsprechen. Dieses Zeitbudget dient eigentlich zum Ausgleich von asymmetrischen Verzögerungen aufgrund der Differenz von fallender zu steigender Flankensteilheit und der Abweichungen der lokalen Uhren bzw. Taktsignale/ Quarztoleranzen zwischen Sender und Empfänger. Falls jedoch - wie dies bei komplexen Netztopologien der Fall sein kann - die asymmetrische Verzögerung das vorgesehene Zeitbudget übersteigt, führt dies dazu, dass bei einer Abtastung beim 5. Abtasttakt (Zählerstand des Abtastzählers auf 5) ein falscher Wert ermittelt wird, weil dasjenige Bit, das eigentlich hätte abgetastet werden sollen, auf Grund der asymmetrischen Verzögerung schon zu einem früheren Zeitpunkt anlag und durch den frühen Flankenwechsel nicht mehr anliegt. Eine analoge Behandlung gilt für eine asymmetrische Verzögerung nach spät. Dann steht ein Zeitbudget von 4 Abtasttakten entsprechend 50 ns zur Verfügung. Die Folge eines Übersteigens des Zeitbudgets nach früh oder spät sind Decodierungsfehler, es werden also falsche Daten empfangen.When realizing FlexRay data transmission systems, in particular in complex systems comprising a plurality of star couplers and passive networks, it has been found that the asymmetrical delay times occurring there are so great that they exceed a time budget specified by the FlexRay protocol. According to FlexRay protocol v.2.1, a sampling counter is synchronized with falling BSS (Byte Start Sequence) edge, ie set back to 1. At a count of 5 is scanned. With an 8-times oversampling (so-called oversampling), as currently provided in FlexRay, between the sampling time (5th sample) and the 8th sample, there are still 3 sampling cycles which are 12.5 at a communication controller clock of 80 MHz ns, in total therefore correspond to a time budget of 37.5 ns. This time budget actually serves to compensate for asymmetrical delays due to the difference between falling and rising edge steepness and the deviations of the local clocks or clock signals / quartz tolerances between transmitter and receiver. However, if, as can be the case with complex network topologies, the asymmetric delay exceeds the intended time budget, this will result in an incorrect value being determined for a sample at the 5th sample clock (count of the sample counter at 5) because that bit, that should have been sampled, due to the asymmetric delay at an earlier time and applied by the early edge change is no longer present. An analogous treatment applies to an asymmetric delay after late. Then a time budget of 4 sampling clocks corresponding to 50 ns is available. The consequence of exceeding the time budget to early or late are decoding errors, so wrong data is received.
Zur Erläuterung des Begriffs der asymmetrischen Verzögerung wird auf Figur 3 verwiesen. Dort ist ein von einem sendenden Teilnehmer des Kommunikationssystems mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnetes Signal (TxD) und das entsprechende Signal (RxD), wie es bei einem empfangenden Teilnehmer empfangen wird, dargestellt. Die Verzögerung für steigende Flanken ist mit dem Bezugszeichen 16 und die Verzögerung für fallende Flanken mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet. Abhängig von derTo explain the concept of asymmetric delay, reference is made to FIG. There, a signal (TxD) designated by a transmitting subscriber of the communication system with the reference numeral 10 and the corresponding signal (RxD) as received by a receiving subscriber are shown. The rising edge delay is designated by the reference numeral 16 and the falling edge delay by the reference numeral 18. Depends on the
Differenz der Verzögerungen für steigende Flanken 16 und fallende Flanken 18 ergibt sich eine asymmetrische Verzögerung 20 des übertragenen Datensignals auf dem betrachteten Übertragungspfad. Bei der Übertragung von Daten oder Botschaften über ein Bussystem mit solchen Verzögerungen 16, 18, werden Impulse verzerrt, weil High- to-Low- bzw. Low-to- High- Flanken auf dem Übertragungsweg unterschiedlich stark verzögert werden. Das führt dann letzten Endes zu der asymmetrischen Verzögerung 20. Um die asymmetrischen Verzögerungen 20 in einem Kommunikationsnetzwerk reduzieren zu können, wird eine Erweiterung des bekannten Sternkopplers 100 dahingehend vorgeschlagen, dass eine Reduzierung bzw. sogar Eliminierung der asymmetrischen Verzögerung, die bis zum Erreichen des Sternkopplers 100 dem Datensignal aufgeprägt wurde, vorgenommen werden kann. Dies bezieht sich nur auf die Strecke zwischen dem sendenden Teilnehmer und dem Sternkoppler 100, während auf der letzten Teilstrecke des Übertragungspfads zwischen aktivem Sternkoppler 100 und dem empfangenden Teilnehmer ein neuer Anteil an asymmetrischer Verzögerung auf das Datensignal aufgeprägt werden kann.Difference of the delays for rising edges 16 and falling edges 18 results in an asymmetrical delay 20 of the transmitted data signal on the considered transmission path. When transmitting data or messages via a bus system with such delays 16, 18, pulses are distorted because high-to-low or low-to-high edges are delayed differently in the transmission path. This ultimately leads to the asymmetric delay 20. In order to be able to reduce the asymmetrical delays 20 in a communication network, an extension of the known star coupler 100 is proposed in that a reduction or even elimination of the asymmetrical delay that was impressed on the data signal until the star coupler 100 is reached can be made. This only relates to the distance between the transmitting subscriber and the star coupler 100, while on the last leg of the transmission path between active star coupler 100 and the receiving subscriber, a new proportion of asymmetrical delay can be impressed on the data signal.
Insbesondere wird eine Erweiterung des Sternkopplers 100 vorgeschlagen, die zu einer Entkopplung der asymmetrischen Verzögerung auf der Übertragungsstrecke führt. Somit muss für eine Worst Case Betrachtung des asymmetrischen Delays nur noch der Pfad zwischen einem Knoten (bzw. Teilnehmer) und einem erfindungsgemäßen aktiven Sternkoppler, sowie zwischen zwei erfindungsgemäßen aktiven Sternkopplern untersucht werden. Das bedeutet, dass sofern die Summe aller auf diesen beiden Teil- Übertragungsstrecken maximal auftretenden asymmetrischen Verzögerungen je Komponente den Grenzwert des maximal zulässigen asymmetrischen Delays nicht verletzt, keine weitere Analyse des späteren Gesamtaufbaus des Kommunikationsnetzwerks erforderlich ist.In particular, an extension of the star coupler 100 is proposed, which leads to a decoupling of the asymmetric delay on the transmission link. Thus, for a worst-case view of the asymmetric delay, only the path between a node (or subscriber) and an active star coupler according to the invention, as well as between two active star couplers according to the invention has to be investigated. This means that if the sum of all asymmetric delays per component occurring on these two sub-transmission paths does not violate the limit value of the maximum permissible asymmetrical delay, no further analysis of the later overall structure of the communication network is required.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Erweiterung des Sternkopplers 100 wird in der zentralen Verarbeitungseinheit 113 implementiert. Eine erweiterte Verarbeitungseinheit 113 ist in Figur 1 dargestellt. Anstelle einer simplen Verzweigungsmatrix zum Steuern der ein- und ausgehenden Signale innerhalb der zentralen Verarbeitungslogik 113, sowie der Überwachung durch den optionalen Bus Guardian 118, wird im erfindungsgemäßen aktiven Sternkoppler eine komplette Transceiverfunktion implementiert. Der Sternkoppler ist also ein echter Teilnehmer des Kommunikationssystems mit einer eigenen lokalen Uhr (Oscillator 132), deren lokales Taktsignal 134 in einer Synchronisationseinheit 136 auf das globale Taktsignal 138 synchronisiert wird. Einer der Bustreiber 109-112 des erfindungsgemäßen Sternkopplers ist als Empfänger konfiguriert und mindestens ein anderer Bustreiber 109-112 als Sender. In dem Ausführungsbeispiel aus Figur 1 wird das Eingangssignal 10 bspw. von dem Bustreiber 110 empfangen und über den Bustreiber 112 wieder aus dem Sternkoppler 100 ausgesandt. Die zentrale Verarbeitungseinheit 113 des Sternkopplers weist Mittel zum Entkoppeln des asymmetrischen Delays auf der Übertragungsstrecke auf. Diese Mittel bewirken eine physikalische Trennung des Eingangs (Bustreiber 110) von dem Ausgang (Bustreiber 112) des Sternkopplers, so dass ein über den Sternkoppler zu übertragendes Datensignal 40 nicht mehr direkt von dem empfangenden Bustreiber 110 des Sternkopplers zu dem sendenden Bustreiber 112 übertragen werden kann. Außerdem weist der Sternkoppler 100 Mittel zum Reduzieren der asymmetrische Verzögerung des eingehenden Datensignals 40 auf, so dass das abgehende Datensignal 41 eine geringere asymmetrische Verzögerung aufweist als das eingehende Datensignal 40.The extension of the star coupler 100 proposed according to the invention is implemented in the central processing unit 113. An advanced processing unit 113 is shown in FIG. Instead of a simple branching matrix for controlling the incoming and outgoing signals within the central processing logic 113, as well as the monitoring by the optional bus guardian 118, a complete transceiver function is implemented in the active star coupler according to the invention. The star coupler is thus a real participant of the communication system with its own local clock (Oscillator 132) whose local clock signal 134 is synchronized in a synchronization unit 136 to the global clock signal 138. One of the bus drivers 109-112 of the inventive star coupler is configured as a receiver and at least one other bus driver 109-112 as a transmitter. In the embodiment of FIG. 1, the input signal 10 is received, for example, by the bus driver 110 and sent out of the star coupler 100 again via the bus driver 112. The central processing unit 113 of the star coupler has means for decoupling the asymmetrical delay on the transmission link. These means physically separate the input (bus driver 110) from the output (bus driver 112) of the star coupler, such that a data signal 40 to be transmitted via the star coupler can no longer be transmitted directly from the star bus coupler's receiving bus driver 110 to the transmitting bus driver 112 , In addition, the star coupler 100 has means for reducing the asymmetrical delay of the incoming data signal 40 so that the outgoing data signal 41 has a lower asymmetric delay than the incoming data signal 40.
Gemäß der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind sowohl die Mittel zum Reduzieren der asymmetrische Verzögerung als auch die Mittel zum Entkoppeln des asymmetrischen Delays als ein Speicherelement 130 ausgebildet, das beispielsweise als ein asynchroner FIFO-Speicher realisiert ist. Ein FIFO ist eine besondere Form eines Schieberegisters. Das gemeinsame Merkmal ist, dass die Daten in der gleichen Reihenfolge am Ausgang des FIFO-Speichers erscheinen, wie sie eingegeben wurden. Das zuerst gelesene Wort (First In) wird wieder zuerst ausgelesen (First Out). Bei einem FIFO-Speicher kann dieser Vorgang im Unterschied zu einem Schieberegister völlig asynchron erfolgen, das heißt der Auslesetakt ist unabhängig vom Einlesetakt.According to the embodiment of the invention shown in FIG. 1, both the means for reducing the asymmetrical delay and the means for decoupling the asymmetrical delay are designed as a memory element 130, which is realized, for example, as an asynchronous FIFO memory. A FIFO is a special form of shift register. The common feature is that the data appears in the same order at the output of the FIFO memory as it was input. The first word read (First In) is read out first (First Out). In the case of a FIFO memory, this process, in contrast to a shift register, can be carried out completely asynchronously, ie the read-out clock is independent of the read-in clock.
Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das eingehende Datensignal 40 zunächst mit dem global synchronisierten Taktsignal 138 in einer Dekodiereinheit 140 dekodiert. Zum Dekodieren des eingehenden Signals 40 wird dieses Bit für Bit jeweils mehrfach, bspw. 8-fach, überabgetastet. Durch eine Mehrheitsentscheidung über die abgetasteten Signalwerte eines zu verschiedenen Abtastzeitpunkten abgetasteten Datenbits wird der Wert des Datenbits ermittelt. Falls bspw. bei einer 8- fachen Überabtastung sechs Abtastungen den Wert "1" ergeben und lediglich zwei Abtastungen den Wert "0", wird davon ausgegangen, dass die Abtastwerte "0" fehlerhaft sind (bspw. als Folge des asymmetrischen Delays) und dass das Datenbit tatsächlich den Wert "1" hat. Das Datenbit wird mit dem Wert "1" in dem Speicher 130 abgespeichert.To implement the method according to the invention, the incoming data signal 40 is first decoded with the globally synchronized clock signal 138 in a decoding unit 140. For decoding the incoming signal 40, this bit is oversampled bit by bit, for example 8 times. By a majority vote on the sampled signal values of one at different sampling instants sampled data bits, the value of the data bit is determined. For example, if 8 samples are "8" in the case of 8-times oversampling and only 2 samples are "0", it is assumed that samples "0" are erroneous (due to the asymmetric delay, for example) the data bit actually has the value "1". The data bit is stored in the memory 130 with the value "1".
Wie bereits erwähnt, entspricht der Empfangsteil des Sternkopplers dem eines herkömmlichen Knotens, das heißt der Takt wird auf die Empfangsfolge und somit auf den Takt des sendenden Knotens synchronisiert. Aufgrund der im Signal 40 vorkommenden asymmetrischen Verzögerung kann es zu Verschiebungen im Rahmen der Synchronisation kommen. Bevor die Daten in dieser Form wieder auf den Kanal gegeben werden, wird deshalb der asymmetrische Delay aus dem Signal 40 entfernt. Dazu werden die Daten in dem asynchronen FIFO-Speicher 130 zwischengespeichert und anschließend in einer Kodiereinheit 142 mit dem lokalen Systemtakt 134 des aktiven Sternkopplers 100, das heißt nicht mit dem synchronisierten Taktsignal 138 des Kommunikationssystems, erneut kodiert. Der Ausgang des aktiven Sternkopplers entspricht dann wiederum einem sendenden Knoten, der die Daten des Kommunikations-Controllers (CC), in diesem Fall aus dem Zwischenspeicher 130 liest und diese gegebenenfalls verstärkt und über die physikalische Schicht (physical layer) versendet. Die Berechnung des asymmetrischen Delays kann nun wiederum von neuem beginnen, da durch das Auslesen der Sendedaten aus dem Speicher 130 nur noch das asymmetrische Delay des Oszillators 132, das heißt des aktiven Sternkopplers 100 selbst, einen Einfluss auf das Datensignal 41 am Ausgang des Sterns besitzt.As already mentioned, the receiving part of the star coupler corresponds to that of a conventional node, that is, the clock is synchronized to the receive sequence and thus to the clock of the transmitting node. Due to the asymmetric delay occurring in the signal 40, shifts may occur during the synchronization. Therefore, before the data in this form is put back on the channel, the asymmetrical delay is removed from the signal 40. For this purpose, the data is buffered in the asynchronous FIFO memory 130 and then recoded in a coding unit 142 with the local system clock 134 of the active star coupler 100, that is not with the synchronized clock signal 138 of the communication system. The output of the active star coupler then in turn corresponds to a transmitting node, which reads the data of the communication controller (CC), in this case from the buffer 130 and this possibly amplified and sent via the physical layer. The calculation of the asymmetrical delay can now in turn start anew, because by reading out the transmission data from the memory 130 only the asymmetric delay of the oscillator 132, that is the active star coupler 100 itself, has an influence on the data signal 41 at the output of the star ,
Der Einsatz des asynchronen FIFO-Speichers 130 ist erforderlich, da aufgrund des Frequenzversatzes zwischen dem synchronisierten Takt 138 bzw. dem Takt des sendenden Teilnehmers und dem Takt 134 des aktiven Sterns keine direkte Verbindung von Datenleitungen zulässig ist. Ansonsten könnten bei längeren Datenrahmen aufgrund der beiden asynchron laufenden Taktsignale 134, 138 Übertragungsfehler auftreten. Aus diesem Grund wird der asynchrone FIFO-Speicher 130 als Schnittstelle zwischen den beiden Taktebenen eingesetzt. Der asynchrone FIFO-Speicher 130 kann zum Datenaustausch zwischen komplett unabhängigen Taktdomänen eingesetzt werden. Die Beseitigung des asymmetrischen Delays aus dem Datensignal 40 erkauft man sich durch eine Zwischenspeicherung der Daten und somit durch eine geringfügige Erhöhung der Übertragungsverzögerung (desThe use of the asynchronous FIFO memory 130 is required because no direct connection of data lines is allowed due to the frequency offset between the synchronized clock 138 and the clock of the transmitting subscriber and the clock of the active star. Otherwise, transmission errors could occur with longer data frames due to the two asynchronously running clock signals 134, 138. For this reason, the asynchronous FIFO memory 130 used as an interface between the two clock levels. The asynchronous FIFO memory 130 can be used for data exchange between completely independent clock domains. The removal of the asymmetrical delay from the data signal 40 is obtained by buffering the data and thus by a slight increase in the transmission delay (of the
Propagation Delays). Gemäß der FlexRay-Spezifikation v.2.1 muss darauf geachtet werden, dass die maximale Verzögerung eines aktiven Sternkopplers zwei Bitzeiten nicht überschreitet, das heißt mit anderen Worten, ein Datenbit darf für maximal 2 Bitzeiten in dem FIFO-Speicher 130 gespeichert werden. Für das Timing eines aktiven Sternkopplers gelten gemäß Spezifikation folgende Grenzwerte:Propagation Delays). According to the FlexRay specification v.2.1, care must be taken that the maximum delay of an active star coupler does not exceed two bit times, in other words, one bit of data may be stored in the FIFO memory 130 for a maximum of 2 bit times. The following limits apply to the timing of an active star coupler according to the specification:
- Übertragungsverzögerung (sog. Propagation delay) über einen aktiven Sternkoppler: max. 250 ns- Transmission delay (so-called Propagation delay) via an active star coupler: max. 250 ns
- Asymmetrische Verzögerung (sog. Asymmetrie propagation delay): max. 8 ns- Asymmetric delay (so-called asymmetry propagation delay): max. 8 ns
- Zusätzliche Verkürzung des Datenrahmens (sog. Truncation) durch Einfügen eines aktiven Sternkopplers in einen Übertragungspfad zwischen Knoten M und Knoten N: max. 450 nsAdditional shortening of the data frame (so-called truncation) by inserting an active star coupler into a transmission path between node M and node N: max. 450 ns
Für die Worst-Case-Betrachtung wird eine 10 M Bit/sec- Verbindung betrachtet, da bei niedrigeren Datenraten größere asymmetrische Verzögerungen auftreten dürfen, um trotzdem noch einen fehlerfreien Empfang der übertragenen Daten zu gewährleisten. Wenn man die Übertragungsverzögerung in Bitzeiten für eine 10 M Bi1/sec- Verbindung ausdrückt, kommt man auf eine maximal zulässige Verzögerung von kleiner oder gleich 2,5 Bitzeiten. Ein Datenbit darf somit für maximal 2 Bitzeiten in dem FIFO-Speicher 130 gespeichert werden, da 3 Bitzeiten bereits zu viel wären. Zu Beginn der Übertragung bzw. des Datenrahmens (sog. Frames) 4,5 Bits verloren gehen -(Truncation).For the worst case consideration, a 10 M bit / sec connection is considered, since at lower data rates, larger asymmetric delays may occur, in order to still ensure error-free reception of the transmitted data. If one expresses the transmission delay in bit times for a 10 M Bi1 / sec connection, one arrives at a maximum allowable delay of less than or equal to 2.5 bit times. A data bit may thus be stored in the FIFO memory 130 for a maximum of 2 bit times since 3 bit times would already be too much. At the beginning of the transmission or the data frame (so-called frames) 4.5 bits are lost - (truncation).
Herkömmliche FIFO-Speicher dienen zum Speicher von 8 Bit- Datenworten, wobei auch andere Varianten erhältlich sind (vgl. Datenblätter der Hersteller von FIFO-Speichern, beispielsweise Texas Instruments, Inc.). Generell erfolgt das Ablegen der Informationen in einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff (sog. Random Access Memory; RAM). Für den Einsatz in einem erfindungsgemäßen aktiven Sternkoppler ist die Speicherung kompletter Datenworte nicht erforderlich. Es reicht aus, jeweils nur ein Bit in einen Speicher abzulegen. Die "Haltbarkeit" der abgelegten Informationen muss ebenfalls nicht sehr lange sein, das heißt der Speicher kann aufgrund der maximal zulässigen Übertragungsverzögerung kurz ausgelegt werden. In dem vorliegenden Fall genügt ein 4 Bit FIFO-Speicher.Conventional FIFO memories are used to store 8-bit data words, although other variants are also available (see data sheets of the manufacturers of FIFO memories, for example Texas Instruments, Inc.). In general, the information is stored in a random access memory (RAM). For the use in an active star coupler according to the invention, the storage of complete data words is not required. It is sufficient to store only one bit in a memory at a time. The "durability" of the stored information must also not be very long, that is, the memory can be made short because of the maximum allowable transmission delay. In the present case, a 4-bit FIFO memory is sufficient.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein spezielles Speicherkonzept eingeführt. Figur 4 zeigt einen 1-Bit asynchronen FIFO-Speicher 130 in Ringstruktur der Länge 4. Der FIFO-Speicher 130 wurde bewusst als Ringstruktur programmiert, da bei diesem Typ die Durchlaufzeiten im Vergleich zu einem herkömmlichen Schieberegister eine geringere Rolle spielen. Denn bei dieser Art von FIFOs werden nicht die Daten verschoben, sondern lediglich ein Pointer, der auf die abgelegten Daten zeigt. Somit wird allerdings ein Speicher mit separatem Lese- und Schreibtakt benötigt. Der Name Ringspeicher ist auf den Überlauf der Pointer zurück zu führen, da dadurch quasi ein Ring des Speichers entsteht. Die jeweiligen Pointer werden durch Taktteiler 150 bis 154 gewonnen. Die eingehenden Datenbits der dekodierten Empfangsdaten 160 werden nacheinander in den 4 D- Flip- Flops 162 bis 168 abgespeichert. Die Speicherung erfolgt synchron zum synchronisierten Takt 138 mit den Taktsignalen Tl bis T4. Die Auswahl des Flip- Flops 162 bis 168 erfolgt durch eine Vorteilung des synchronisierten Takts 138 um den Faktor 4 und einer um eine Taktzeit verschobenen Ausgabe.In the context of the present invention, a special storage concept is introduced. Figure 4 shows a 1-bit asynchronous FIFO memory 130 in ring structure of length 4. The FIFO memory 130 was deliberately programmed as a ring structure, since in this type the cycle times play a lesser role compared to a conventional shift register. Because with this type of FIFOs, the data is not moved but only a pointer that points to the stored data. Thus, however, a memory with separate read and write clock is needed. The name ring memory should be traced back to the overflow of the pointers, since this creates a quasi ring of the memory. The respective pointers are obtained by clock dividers 150 to 154. The incoming data bits of the decoded receive data 160 are sequentially stored in the 4 D flip-flops 162-168. The storage takes place synchronously with the synchronized clock 138 with the clock signals Tl to T4. The selection of the flip-flop 162 to 168 is made by a Vorteilung the synchronized clock 138 by a factor of 4 and shifted by one clock output.
Die Ausgabe der Daten bzw. das erneute versenden und kodieren mit der Kodiereinheit 142 erfolgt dagegen mit dem lokalen Systemtakt 134 des Sternkopplers 100, wie der Figur 4 entnommen werden kann. Die Auswahl der entsprechenden Speicherstelle für den Lesevorgang erfolgt ähnlich der des Schreibvorgangs. Ebenfalls durch eine Teilung des Systemtakts 134 mittels Taktteiler 156 und 158 wird die jeweilig folgende Speicherstelle durch einen Schalter (sog Switch) 170 ausgewählt. Je mehr Speicherzellen der Ringspeicher beinhalten würde, umso größer könnte der zulässige Unterschied in den Taktfrequenzen zwischen synchronisiertem Takt 138 und lokalem Systemtakt 134 ausfallen. Figur 5 zeigt den zeitlichen Verlauf der Signale des 1-Bit asynchronen FIFO-Speichers 130 in Ringstruktur der Länge 4 aus Figur 4, beim Eintreffen eines Datensignals (SOF), nach vorheriger Initialisierung und der nachfolgend beginnenden Zwischenspeicherung der Datenbits.The output of the data or re-sending and encoding with the coding unit 142, on the other hand, takes place with the local system clock 134 of the star coupler 100, as can be seen from FIG. The selection of the corresponding memory location for the read operation is similar to that of the write operation. Likewise, by dividing the system clock 134 by means of clock dividers 156 and 158, the respectively following memory location is selected by a switch (so-called switch) 170. The more memory cells the ring buffer would contain, the greater the allowable difference in clock frequencies between synchronized clock 138 and local system clock 134 could be. Figure 5 shows the time course of the signals of the 1-bit asynchronous FIFO memory 130 in ring structure of length 4 of Figure 4, upon arrival of a data signal (SOF), after initialization and the subsequent beginning of caching of the data bits.
Das System befindet sich zu Beginn der Signalverläufe aus Figur 5 in einem Standby- Zustand. In diesem Zeitraum werden die Flip- Flops entsprechend der Werte unter der Bezeichnung INIT initialisiert. Danach erfolgt dann der Beginn des Datenrahmens (sog. Datenframe), welcher in der Figur 5 mit SOF (Start of Frame) bezeichnet wurde. In der Zeile "Data In" sind die eingehenden Daten zu erkennen, während zu diesem Zeitpunkt ein synchronisierter Takt ("CIk syn") vorliegt. Zudem besteht hier gemäß der FlexRay- Spezifikation v.2.1 ein zusätzlicher Spielraum von ca. 4 Bits (siehe Figur 3). Durch die Taktteiler werden daraus die entsprechenden Trigger bzw. verzögerten Taktsignale Tl bis T4 gewonnen. In der darauf folgenden Zeile ist mit Pfeilen bezeichnet, welches Bit in welchem positiv flankengetriggertem Register DO bis D3 abgespeichert wird.The system is at the beginning of the waveforms of Figure 5 in a standby state. During this period, the flip-flops are initialized according to the values named INIT. Thereafter, the beginning of the data frame (so-called data frame), which was designated SOF (Start of Frame) in FIG. In the line "Data In" the incoming data can be recognized, while at this time a synchronized clock ("CIk syn") is present. In addition, according to the FlexRay specification v.2.1, there is an additional margin of approximately 4 bits (see FIG. 3). By the clock divider from the corresponding trigger or delayed clock signals Tl to T4 are obtained. In the following line is indicated by arrows, which bit is stored in which positive flank-triggered register DO to D3.
Parallel zur Detektion des Beginns des Datenrahmens (SOF) wird auch der Systemtakt 134 ("Sys-Clk") auf den Ausgang des asynchronen FIFO-Speichers 130 geschaltet. Aufgrund der Initialisierung beginnt dieser die Datenbits um zwei Registerwerte versetzt aus dem Ringspeicher zu lesen. Somit müssen die ersten beiden am Ausgang ("Output") anliegenden Bits (D2, D3) verworfen werden, bevor die ersten Nutzdaten (DO, Dl, ...) aus dem FIFO-Speicher 130 ausgelesen werden. Anhand der Figur 5 lässt sich gut erkennen, dass die Übertragungsverzögerung (Propagation delay) durch Einsatz der vorliegenden Erfindung zwar erhöht wurde, jedoch mit einer Dauer von 2 Bitzeiten genau im Bereich des zulässigen Grenzwerts gemäß FlexRay-Spezifikation liegt.In parallel with the detection of the beginning of the data frame (SOF), the system clock 134 ("Sys-Clk") is also switched to the output of the asynchronous FIFO memory 130. Due to the initialization, this starts to read the data bits by two register values offset from the ring buffer. Thus, the first two bits (D2, D3) applied to the output ("Output") must be discarded before the first payload data (DO, Dl,...) Are read from the FIFO memory 130. It can be clearly seen from FIG. 5 that the transmission delay (propagation delay) was increased by use of the present invention, but with a duration of 2 bit times exactly in the range of the permissible limit value according to the FlexRay specification.
Der Empfänger überabtastet das eingehende Signal gemäß FlexRay-Spezifikation mit der 8-fachen Frequenz der Bitdauer bzw. Symbolrate. Die Abtastfrequenz imThe receiver oversamples the incoming signal according to the FlexRay specification at 8 times the frequency of the bit rate or symbol rate. The sampling frequency in
Empfänger muss folglich mindestens 80 MHz betragen. Somit ergibt sich alle 12,5 ns ein neuer Abtastwert. Zur Kompensation des Versatzes zwischen Sender und Empfänger und Abweichungen, die durch den Kanal entstehen, adaptiert der Empfänger die Datenperiode durch Variation der Taktfrequenz. Somit verwendet der Empfänger wahlweise 7, 8 (ideal) oder 9 Taktzyklen, um das eingehende kodierte und abgetastete Signal zurück zu gewinnen.The receiver must therefore be at least 80 MHz. This results in a new sample every 12.5 ns. To compensate for the offset between transmitter and Receivers and deviations that arise through the channel, the receiver adapts the data period by varying the clock frequency. Thus, the receiver optionally uses 7, 8 (ideal) or 9 clock cycles to recover the incoming coded and sampled signal.
Durch Begrenzung der maximalen Phasenkorrektur auf 1/8 der gesamten Datenperiode ergibt sich der theoretische Fehler bei der Detektion einer Sollflanke ebenfalls zu 1/8 der Bitdauer. Bei der Berechnung der asymmetrischen Verzögerung eines FlexRay- Kommunikationssystems muss dieser Fehler berücksichtigt werden, was auf eine maximale Verzögerung von 12,5 ns bei einer Abtastfrequenz von 80 MHz führt. Dieser Fehler wird zwar am Eingang des aktiven Sternkopplers 100 durch das vorgeschlagene Konzept herbeigeführt (wie dies übrigens auch in jedem FlexRax- Knoten der Fall ist), jedoch durch das vorgestellte Konzept nicht auf den Sendepfad weitergegeben, sondern durch den Einsatz des asynchronen FIFO-Speichers 130 ebenfalls bereinigt.By limiting the maximum phase correction to 1/8 of the entire data period, the theoretical error in the detection of a desired edge also results in 1/8 of the bit duration. When calculating the asymmetric delay of a FlexRay communication system, this error must be taken into account, resulting in a maximum delay of 12.5 ns at a sampling frequency of 80 MHz. Although this error is caused at the input of the active star coupler 100 by the proposed concept (as is also the case in every FlexRax node), it is not passed on to the transmission path by the concept presented, but by the use of the asynchronous FIFO memory 130 also adjusted.
Setzt man weiter als maximal zulässigen Frequenzoffset der beiden Taktfrequenzen den Versatz um maximal eine Bitdauer an (wobei durch die Ringstruktur der Länge 4 mit Startversatz um 2 Speicherstellen nach der Initialisierung in positiver wie negativer Versatzrichtung genügend Spielraum für diese Annahme besteht), so ergibt sich die Quarzgüte zu:Continuing as the maximum allowable frequency offset of the two clock frequencies, the offset by a maximum of one bit duration (with enough space for this assumption by the ring structure of length 4 with start offset by 2 memory locations after initialization in positive and negative offset direction), the result Quartz quality to:
Güte = j rL - - NFmme +]_ _ ι Quality = j r L - - N Fmme +] _ _ ι
N FrameN frame
mit rb als Datenrate und NFrame als Anzahl an Bits pro Datenrahmen (sog. Frame). Ein FlexRay-Datenrahmen beinhaltet laut der Spezifikation maximal 2096 Bits. Für einewith r b as the data rate and N Fram e as the number of bits per data frame (so-called frame). A FlexRay data frame contains a maximum of 2096 bits according to the specification. For one
Worst-Case Betrachtung ist eben diese maximale Framelänge von Bedeutung wodurch sich eine maximale Frequenztoleranz vonWorst-case consideration is just this maximum frame length of importance which results in a maximum frequency tolerance of
Quarztoleranz = \fc - fc
Figure imgf000021_0001
ergibt. Herkömmliche Quarzoszillatoren haben sogar nur einen Toleranzbereich von 100 ppm. Weitere Unsicherheiten wie die der asymmetrischen Verzögerungen auf den relevanten Übertragungsstrecken und der oben beschriebenen Digitalisierung haben nur einen Einfluss auf den Empfang des Bits jedoch nicht auf den gemittelten Frequenzversatz, der für das Beschreiben und das Auslesen des FIFO-Speichers in Ringstruktur von Bedeutung ist.Quartz tolerance = \ f c - f c
Figure imgf000021_0001
results. Conventional quartz oscillators even have a tolerance range of only 100 ppm. Other uncertainties, such as the asymmetric delays on the relevant links and the digitization described above, only have an impact on the receipt of the bit, but not on the averaged frequency offset of importance for writing and reading the FIFO memory in ring structure.
Zusammenfassend ergibt sich durch die vorliegende Erfindung also eine besonders vorteilhafte Möglichkeit, die asymmetrische Verzögerung selbst in komplexen Netzwerkstrukturen auf einen sehr niedrigen Wert zu reduzieren, der problemlos innerhalb des gemäß Protokollspezifikation zulässigen Toleranzfensters für die asymmetrische Verzögerung liegt. Die vorliegende Erfindung kann problemlos mit weiteren Maßnahmen zur Reduzierung der asymmetrischen Verzögerung oder zur anderweitigen Verbesserung des Datenübertragungsverhaltens in der Netzwerkstruktur, bspw. einer variablen Adaption des Abtastzeitpunktes, kombiniert werden. In summary, the present invention thus provides a particularly advantageous possibility of reducing the asymmetrical delay even in complex network structures to a very low value, which lies without problems within the tolerance window for the asymmetrical delay permissible according to the protocol specification. The present invention can be easily combined with further measures to reduce the asymmetric delay or otherwise improve the data transmission behavior in the network structure, for example a variable adaptation of the sampling instant.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zum Übertragen eines Datensignals (40) über einen aktiven Stern- koppler (100) eines Kommunikationssystems mit Sterntopologie, wobei das Datensignal (40) an einen Eingang des Sternkopplers (100) angelegt und als über den Sternkoppler (100) übertragenes Datensignal (41) an mindestens einemA method of transmitting a data signal (40) over an active star coupler (100) of a star topology communication system, wherein the data signal (40) is applied to an input of the star coupler (100) and as a data signal (100) transmitted through the star coupler (100). 41) on at least one
Ausgang des Sternkopplers (100) abgegriffen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das eingehende Datensignal (40) hinsichtlich einer asymmetrischen Verzögerung in dem Sternkoppler (100) von dem übertragenen Datensignal (41) entkoppelt wird und dass die asymmetrische Verzögerung des eingehenden Daten- Signals (40) in dem Sternkoppler (100) reduziert wird, so dass das ausgehendeOutput of the star coupler (100) is tapped, characterized in that the incoming data signal (40) for an asymmetric delay in the star coupler (100) from the transmitted data signal (41) is decoupled and that the asymmetric delay of the incoming data signal (40 ) is reduced in the star coupler (100), so that the outgoing
Datensignal (41) eine geringere asymmetrische Verzögerung aufweist als das eingehende Datensignal (40).Data signal (41) has a lower asymmetric delay than the incoming data signal (40).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten des eingehenden Datensignals (40) mit einem synchronisierten Takt (138) des Kommuni- kationssystems an den Eingang des Sternkoppler (100) angelegt und in dem2. The method according to claim 1, characterized in that the data of the incoming data signal (40) with a synchronized clock (138) of the communication kationsssystems applied to the input of the star coupler (100) and in the
Sternkoppler (100) dekodiert werden.Star coupler (100) are decoded.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dekodierten Daten des eingehenden Datensignals (40) mit dem synchronisierten Takt (138) des Kommunikationssystems in einem Speicherelement (130) des Sternkopplers (100) zwischengespeichert werden.3. The method according to claim 2, characterized in that the decoded data of the incoming data signal (40) with the synchronized clock (138) of the communication system in a memory element (130) of the star coupler (100) are cached.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischengespeicherten Daten des eingehenden Datensignals (40) mit einem lokalen Takt (134) des aktiven Sternkopplers (100) aus dem Speicherelement (130) ausgelesen werden, wobei der Takt (134) des aktiven Sternkopplers (100) unabhängig ist von dem synchronisierten Takt (138) des Kommunikationssystems. 4. The method according to claim 3, characterized in that the buffered data of the incoming data signal (40) with a local clock (134) of the active star coupler (100) are read out of the memory element (130), wherein the clock (134) of the active Star coupler (100) is independent of the synchronized clock (138) of the communication system.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Spei- cherelement (130) ausgelesenen Daten des eingehenden Datensignals (40) mit dem lokalen Takt (134) des aktiven Sternkopplers (100) kodiert und an dem mindestens einen Ausgang des Sternkopplers (100) angelegt werden.5. Method according to claim 4, characterized in that the data of the incoming data signal (40) read from the memory element (130) is coded with the local clock (134) of the active star coupler (100) and at the at least one output of the star coupler (100).
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die kodierten Daten des eingehenden Datensignals (40) als Daten des ausgehenden Datensignals (41) mit dem synchronisierten Takt (138) des Kommunikationssystems an dem mindestens einen Ausgang des Sternkopplers (100) abgegriffen werden.6. The method according to claim 5, characterized in that the coded data of the incoming data signal (40) as data of the outgoing data signal (41) with the synchronized clock (138) of the communication system at the at least one output of the star coupler (100) are tapped.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten des eingehenden Datensignals (40) mittels einer Mehrheitsentscheidung dekodiert werden.7. The method according to any one of claims 2 to 6, characterized in that the data of the incoming data signal (40) are decoded by means of a majority decision.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das eingehende Datensignal (40) in dem Sternkoppler (100) verstärkt wird, bevor es an den mindestens einen Ausgang des Sternkopplers (100) angelegt wird.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the incoming data signal (40) in the star coupler (100) is amplified before it is applied to the at least one output of the star coupler (100).
9. Aktiver Sternkoppler (100) für den Einsatz in einem Kommunikationssystem mit Sterntopologie, wobei der Sternkoppler (100) mindestens einen Eingang für ein eingehendes Datensignal (40) und mindestens einen Ausgang für ein abgehendes Datensignal (41), dadurch gekennzeichnet, dass der Sternkoppler (100) Mittel zum Entkoppeln des eingehenden Datensignals (40) hinsichtlich einer a- symmetrischen Verzögerung von dem ausgehenden Datensignal (41) und Mittel zum Reduzieren der asymmetrischen Verzögerung des eingehenden Datensignals (40) aufweist, so dass das ausgehende Datensignal (41) eine geringere a- symmetrische Verzögerung aufweist als das eingehende Datensignal (40).9. Active star coupler (100) for use in a communication system with star topology, wherein the star coupler (100) at least one input for an incoming data signal (40) and at least one output for an outgoing data signal (41), characterized in that the star coupler (100) comprising means for decoupling the incoming data signal (40) for an out-of-sync delay from the outgoing data signal (41) and means for reducing the asymmetric delay of the incoming data signal (40) so that the outgoing data signal (41) is a lower one a- symmetric delay than the incoming data signal (40).
10. Sternkoppler (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Entkoppeln des eingehenden Datensignals (40) hinsichtlich einer asymmetrischen Verzögerung von dem ausgehenden Datensignal (41) ein Speicherelement (130) umfassen. 10. A star coupler (100) according to claim 9, characterized in that the means for decoupling the incoming data signal (40) with respect to an asymmetrical delay from the outgoing data signal (41) comprise a memory element (130).
11. Sternkoppler (100) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Reduzieren der asymmetrischen Verzögerung des eingehenden Datensignals (40) ein Speicherelement (130) umfassen.The star coupler (100) of claim 9 or 10, characterized in that the means for reducing the asymmetrical delay of the incoming data signal (40) comprises a memory element (130).
12. Sternkoppler (100) nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherelement (130) der Mittel zum Entkoppeln des eingehenden Datensignals12. Star coupler (100) according to claim 10 and 11, characterized in that the memory element (130) of the means for decoupling the incoming data signal
(40) hinsichtlich einer asymmetrischen Verzögerung von dem ausgehenden Datensignal (41) das gleiche ist wie das Speicherelement (130) der Mittel zum Reduzieren der asymmetrische Verzögerung des eingehenden Datensignals (40).(40) is the same in terms of an asymmetrical delay from the outgoing data signal (41) as the memory element (130) of the means for reducing the asymmetrical delay of the incoming data signal (40).
13. Sternkoppler (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeich- net, dass das Speicherelement (130) mindestens einen FIFO-Speicher umfasst.13. Star coupler (100) according to any one of claims 10 to 12, marked thereby, that the memory element (130) comprises at least one FIFO memory.
14. Sternkoppler (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherelement (130) mindestens einen asynchronen FIFO-Speicher umfasst, insbesondere einen 1-Bit asynchronen FIFO-Speicher der Länge n, mit n vorzugsweise > 1.14. star coupler (100) according to claim 13, characterized in that the memory element (130) comprises at least one asynchronous FIFO memory, in particular a 1-bit asynchronous FIFO memory of length n, with n preferably> 1.
15. Sternkoppler (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sternkoppler (100) zwischen dem mindestens einen Eingang und dem mindestens einen Ausgang angeordnete Mittel zum Verstärken des eingehenden Datensignals (40) aufweist. 15. Star coupler (100) according to one of claims 9 to 14, characterized in that the star coupler (100) between the at least one input and the at least one output arranged means for amplifying the incoming data signal (40).
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