WO2009074603A1 - Method for ascertaining the clock rate of a data signal, which is received from a node of a communication system, active star coupler for executing the method, and communication system having an active star coupler of this type - Google Patents

Method for ascertaining the clock rate of a data signal, which is received from a node of a communication system, active star coupler for executing the method, and communication system having an active star coupler of this type Download PDF

Info

Publication number
WO2009074603A1
WO2009074603A1 PCT/EP2008/067218 EP2008067218W WO2009074603A1 WO 2009074603 A1 WO2009074603 A1 WO 2009074603A1 EP 2008067218 W EP2008067218 W EP 2008067218W WO 2009074603 A1 WO2009074603 A1 WO 2009074603A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
data signal
star coupler
communication system
data
subscriber
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/067218
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Juergen Schirmer
Thorsten Huck
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2009074603A1 publication Critical patent/WO2009074603A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L7/00Arrangements for synchronising receiver with transmitter
    • H04L7/02Speed or phase control by the received code signals, the signals containing no special synchronisation information
    • H04L7/033Speed or phase control by the received code signals, the signals containing no special synchronisation information using the transitions of the received signal to control the phase of the synchronising-signal-generating means, e.g. using a phase-locked loop
    • H04L7/0331Speed or phase control by the received code signals, the signals containing no special synchronisation information using the transitions of the received signal to control the phase of the synchronising-signal-generating means, e.g. using a phase-locked loop with a digital phase-locked loop [PLL] processing binary samples, e.g. add/subtract logic for correction of receiver clock
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00Data switching networks
    • H04L12/28Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40Bus networks
    • H04L12/407Bus networks with decentralised control
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00Baseband systems
    • H04L25/02Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/0262Arrangements for detecting the data rate of an incoming signal
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L7/00Arrangements for synchronising receiver with transmitter
    • H04L7/0016Arrangements for synchronising receiver with transmitter correction of synchronization errors
    • H04L7/005Correction by an elastic buffer
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00Data switching networks
    • H04L12/28Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40Bus networks
    • H04L2012/40208Bus networks characterized by the use of a particular bus standard
    • H04L2012/40241Flexray
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L7/00Arrangements for synchronising receiver with transmitter
    • H04L7/0054Detection of the synchronisation error by features other than the received signal transition
    • H04L7/0066Detection of the synchronisation error by features other than the received signal transition detection of error based on transmission code rule

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining the clock rate of a data signal which is transmitted in a communication system comprising a data bus and a plurality of connected thereto subscribers from a transmitting subscriber via the data bus to a receiving subscriber.
  • the invention also relates to a communication system for carrying out the method and to an active star coupler as a receiving subscriber of the communication system.
  • 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.
  • the communication link for example, a 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.
  • an active star coupler for use in a FlexRay Communication systems are offered by Philips Semiconductors (now NXP).
  • FlexRay communication controllers of type "SJA 2510" according to specification v2.1 and an ARM9 microcontroller can be integrated.
  • On a 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.
  • the star coupler has a bus driver, for example of the "NXP TJA 1080" type, for amplifying an outgoing data signal at each connection
  • a digital data signal received via one of the connections is forwarded digitally to a central processing logic of the star coupler, which is a computing device, eg In the form of a Field Programmable Gate Array (FPGA), a microcontroller or a digital signal processor (DSP), corresponding complete active star couplers are offered, for example, by TZM (Transfer Center Microelectronics, Göppingen) with semiconductors from NXP (formerly Philips Semiconductors) ,
  • TZM Transfer Center Microelectronics, Göppingen
  • the central processing logic allows 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 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.
  • Prior art TZM active star couplers include "NXP TJA 1080" bus drivers similar to those of FlexRay transceiver units, so the known star coupler is nothing more than linking multiple transceivers to a hub Subscriber (or node) of a communication network via a branch of the communication connection incoming data to all other participants of the communication system and at the same time amplifies the signal to be forwarded.
  • the "NXP TJA 1080" bus driver represents the state of the art.
  • 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 differential 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 Mbit / 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 in the static part at the beginning of a bus cycle.
  • the time slots are specified dynamically. In it is now the exclusive bus access only for a short time, for the
  • 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 be transmitted via the two channels, which could 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.
  • Synchronization messages are transmitted in the static part of the cycle for the synchronization of local clocks of the subscribers, whereby the local time of a subscriber is corrected with the aid of a special algorithm according to the FlexRay specification in such a way that all local clocks synchronously run to one global clock.
  • pulses are distorted because high-to-low and low-to-high edges are delayed in different ways on the transmission path.
  • 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 when the sampling instant refers to an edge of the signal and, relative to that, over many periods of the sample clock, several binary data values (bits) of the Transmitter evaluates.
  • 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
  • Network node 2 V z can give different transmission paths (every conceivable path has
  • Asymmetric delays can have both systematic and stochastic causes.
  • 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.
  • Each component of the network must be examined separately with respect to the asymmetrical delay caused by it, whereby in the prior art the delays occurring in the individual components must be added together in order to obtain the maximum asymmetric delay of the selected transmission path (so-called worst-case analysis).
  • oversampling With an 8-fold oversampling (so-called oversampling), as it is currently provided in FlexRay, between the sampling time (5th sample) and the 8th sample still remains 3 Sample clocks corresponding to a Merixationscontro Her clock of 80 MHz each 12.5 ns, in total so 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 is the case with complex network topologies, the asymmetric one
  • Delay exceeds the intended time budget, this leads to a wrong value being determined for a sample at the 5th sample clock (counter reading of the sample counter at 5), because the bit that should have been sampled actually becomes one due to the asymmetrical delay earlier date and no longer due to the early flank change.
  • 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 time budget to early or late are decoding errors, so wrong data is received.
  • 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 delays prohibit the construction of complex network structures, as these no longer meet the timing requirements of the FlexRay specification. For this reason, in addition to the clock control already implemented in FlexRay (sending a binary sequence for synchronization by correlation measurement), additional measures must be taken to improve the clock control and to reduce the asymmetrical delays. This may require that a receiving subscriber have information about the exact clock rate of a received data signal used to send the data signal, which is in FlexRay is currently not the case.
  • 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.
  • a possibility is to be created to determine the actual clock rate of the transmitted data signal at the receiver in a simple and efficient manner.
  • the transformed data signal is transmitted via the data bus and transformed back at the receiving party, wherein in the case of the inverse transformation, the additional information relating to the clock rate is recovered.
  • the data signal is then transmitted along with the overlaid information over the data bus.
  • the data signal is then transformed back to recover the clock rate information. This information is used to determine the clock rate of the transmitted data signal.
  • the determined clock rate can be used to correct the sampling of the received signal in the receiver, in particular in the context of clock control in the receiver.
  • the information relating to the clock rate can be superimposed on the data signal, for example in the form of at least one setpoint edge change, at a defined position within the data bits of the data signal.
  • a desired edge change can be, for example, by means of a
  • baseband coding is preferably a Manchester coding, a Biphase-Mark coding or a Miller coding used.
  • baseband coding is preferably a Manchester coding, a Biphase-Mark coding or a Miller coding used.
  • coding by means of Barker sequences, by means of a bipolar code, by means of an AMI code or by means of an HDBn code would also be conceivable.
  • a reference edge change at a defined position within the data bits of the data signal is generated as information about the clock rate of the transmitted data signal by a scrambler at the sending participant.
  • a corresponding descrambler must be provided. When using a scrambler or descrambler, however, the resulting delays must be taken into account.
  • the receiver is preferably part of an active star coupler of a star topology communications system in which the incoming data signal is decoupled from the transmitted data signal for asymmetric delay and the asymmetrical delay of the incoming data signal is reduced such that the data signal leaving the star coupler has less asymmetric delay has as the incoming data signal.
  • the information recovered in the receiver of the star coupler with respect to the clock rate of the signal transmission is used.
  • an asynchronous FIFO memory element is used in the star coupler at the transition between the receiver and transmitter, which is fed by two (non-synchronous) clocks, namely on the one hand to the extracted using the extracted information with respect to the clock rate of the communication system, with the
  • Data signal from the receiver is received, and the independent local clock of the transmitter, with which the data signal from the star coupler is sent again.
  • the synchronized clock signal is thus used in the receiver (or at the input) of the star coupler, while the local signal in the transmitter (or at the output) of the star coupler is used.
  • the clock signal in the receiver is synchronized with the aid of the transmitted information relating to the clock rate of the transmission of the data signal present at the input, so that the asymmetrical delay is reduced and the correct data bit is always sampled at the sampling instant.
  • the active star coupler 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, the active star coupler is thus extended to a significant reduction, if possible even elimination of the asymmetric delay which the data signal was impressed on the transmission line from the transmitter to the receiver of Sternkopp coupler, can be made. This only applies to the distance between the sending user of the communication system and the receiver of the active star point. Starting from a significantly reduced asymmetric delay at the output of the active Sternkopp coupler, the data signal on the last leg of the transmission path between the active star coupler and a receiving subscriber while a new share of the asymmetric delay can be impressed. However, when considered over the entire transmission path, the use of the described active star couplers can significantly reduce the asymmetrical delay of the data signal arriving at the receiver. In a worst case consideration, the classification of a
  • the decoupling can be achieved by the present invention at each described in the described manner star coupler with respect to the calculation of the maximum asymmetric delay of the entire network.
  • the star coupler Requirement by the star coupler, the additional information regarding the clock rate of the signal transmission is provided, the local clock of the star coupler can be synchronized to this clock rate as quickly as possible.
  • FIG. 1 shows an active star coupler according to the invention
  • FIG. 2 shows a central processing logic of the active star coupler on FIG. 1;
  • Figure 3 shows waveforms of a transmitted data signal and a received data signal for
  • Figure 4 is a circuit diagram of a latch for use in a central processing logic of Figure 2 of the active star coupler of Figure 1;
  • Figure 5 shows waveforms of the latch of Figure 4;
  • FIG. 6 shows a communication system with a complex network topology
  • FIG. 7 shows an example for explaining a Manchester coding
  • FIG. 8 shows an example for explaining a BMC coding.
  • an active star coupler according to the invention for a FlexRay communication system is designated in its entirety by the 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., a 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.
  • the star coupler 100 shown in FIG. 2 is connected to a line of a first branch via a first terminal 101 and a second terminal 102, respectively
  • 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 in a FlexRay 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).
  • transceiver the difference between the values transmitted via the two lines of the branches of the communication connection and at 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 comprising a computing device for processing the incoming digital data signal, for example as an FPGA (Field Programmable Gate Array), a microcontroller DSP (Digital Signal Processor), a CPLD (Complex Programmable Logic Device) or simply designed as a discrete logic circuit.
  • a central processing logic 113 comprising a computing device for processing the incoming digital data signal, for example as an FPGA (Field Programmable Gate Array), a microcontroller DSP (Digital Signal Processor), a CPLD (Complex Programmable Logic Device) or simply designed as a discrete logic circuit.
  • the 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 router function it would be conceivable to analyze the content of the incoming and preprocessed data 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 intended. This information could be taken from a header segment (so-called header) of the incoming data packets.
  • a header segment so-called header
  • the Sternkopp ler 100 includes a monitoring unit in the form of a bus guardian 118, which monitors the access of the communication controller 114 to the communication link and / or controls.
  • the bus guardian 118 can be controlled via a bus guardian trigger connection (Bus Guardian Enable BGE) 119 and a receive trigger connection (receive enable, RxEN) 120 from outside of the star coupler 100.
  • the star coupler 100 is part of a communication system, such as is designated in FIG. 6 in its entirety by the reference numeral 200, for example.
  • the communication system 200 includes a physical data bus 202 and a plurality of subscribers 204 connected thereto.
  • the communication system 200 has two star couplers 100.
  • a star coupler 100 receives and transmits data signals similar to a subscriber 204.
  • the term "subscriber” in the claims also includes a star coupler
  • the subscribers 204 in the communication network 200 need a common time base , the so-called global time. For the synchronization of local clocks the participant 204 becomes
  • Synchronization messages transmitted in the static part of the cycle using a special algorithm according to the FlexRay specification, the local time of a subscriber 204 is corrected so that all local clocks run synchronously to a global clock. The same applies to star coupler 100, whose local clock signal from a local clock is also synchronized to the global clock of the communication system.
  • FlexRay protocol v.2.1 a data bit of the received signal is 8-times oversampled. Approximately in the middle of the data bit, the data bit is sampled at a sampling instant. This is realized by synchronizing a sample counter with falling BSS (Byte Start Sequence) edge, ie setting it back to 1 and starting it. At a count of 5 is scanned.
  • BSS Binaryte Start Sequence
  • oversampling With an 8-fold 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, at a communication controller clock of 80 MHz, remain at 12.5 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.
  • 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.
  • asymmetric delay 20 of the transmitted data signal 10 on the considered transmission path.
  • pulses are distorted because high-to-low- or Low-to-high edges on the transmission are delayed differently. This ultimately leads to the asymmetric delay 20.
  • Each component on a particular transmission path through the communication system contributes to the total asymmetric delay.
  • Each component must be considered separately and the asymmetrical delays occurring in the components (so-called Slewrates) must be added together, which then results in a worst-case scenario for the asymmetrical delay of the communication channel.
  • the FlexRay system must take appropriate precautions to remain within preset limits for the asymmetric delay.
  • the aim is to be able to meet the requirements for a secure and reliable data transmission by suitable reduction or compensation of the asymmetric delay in communication systems 200 with complex topologies.
  • Important for the reduction or compensation of the asymmetrical delay is the most accurate possible determination of the clock rate of the received signals, for example by measuring the bit or symbol duration of the signals.
  • the data signal in the transmitting subscriber is superimposed with additional information relating to the clock rate of the data signal.
  • This additional information may, for example, in the form of at least one of the data signal
  • Target edge change to be superimposed on a defined position within the data bits of the data signal.
  • a desired edge change can be generated, for example, by means of a baseband coding at the transmitter.
  • the data signal is then transmitted along with the overlaid information over the data bus.
  • the data signal is then transformed back again (for example by means of a baseband decoding corresponding to the baseband coding) in order to recover the transmitted information regarding the clock rate.
  • This information is used to determine the clock rate of the transmitted data signal.
  • the determined clock rate can be used to correct the sampling of the received signal in the receiver, in particular in the context of clock control in the receiver.
  • baseband coding is preferably a Manchester
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • Miller coding is also known as delay coding.
  • each logical 1 in the serial data stream is coded with a clock edge in the middle of the bit, while a logical 0 either has no edge (if it is followed by a 1) or it is coded with an edge to the beginning of the bit.
  • edge changes occur in the multiples 1.0, 1.5, and 2.0 of the bit times.
  • a clock signal for the coding with the reference symbol 13, the data signal with the reference symbol 14 to be coded and the signal coded with the BMC with the reference symbol 15 are designated.
  • two zero crossings of the BMC signal 15 correspond to logic 1 per two clock cycles, and one zero crossing of the BMC signal per two clock cycles equals to logic 0.
  • each bit begins with an edge, in the case of a logical 1 occurs in the middle of the bit another edge, while for 0 the edge is missing.
  • the bit rate of the data signal 14 corresponds to half the frequency of the clock signal 13. The code is invertible since there is no exact assignment of the edges.
  • kBnT code k binary, n ternary
  • kBnT code k binary, n ternary
  • the bandwidth requirement can be kept very low (ie an increase of about 25% is sufficient when choosing a suitable code, the to transmit additional information regarding the clock rate).
  • Decisive for the quality of a code is always the effectiveness or the redundancy measure.
  • a kBnT code is more recommendable, but it has an effect on the propagation delay (propagation delay).
  • Barker codes are particularly well suited for synchronization, such as Barker episodes, but their use is associated with a much larger bandwidth needs. However, if enough bandwidth is available because, for example, the data signal only partially utilizes the bandwidth available in the communication system, this is not an insignificant limitation.
  • the use of a Barker code for coarse synchronization of the receiver is particularly well suited Start of transmission. Since here the data due to the shortening of the data frame (so-called.
  • Truncation can be discarded anyway, this period can be used to configure the recipient. Truncation is the part of the message that does not actually contain any information. The point is that there is a physical signal on the channel and the system can "tune in” to get “useful” information. This part of the frame, i. usually the first 14 bits, may also be lost or adulterated arrive as they contain no information for the receiver.
  • scramblers self-synchronizing scramblers
  • These provide a transformation of the data signal to force more frequent zero crossings independent of the source signal. In contrast to the above codes, this does not require a higher bandwidth and no additional redundancy.
  • the coding method used must have a reference edge change at a defined position within the data bit.
  • the Manchester encoding and on the other hand, the BMC encoding is particularly well suited.
  • a combination of the DBPSK method and a corresponding baseband coding with reference edge change is used.
  • a pure FlexRay communication system not power supply lines form the physical level, but a conventional one
  • the insertion of a baseband coding is sufficient. In both cases, this results in a transmission method with a bandwidth requirement that is increased by up to twice, which permits a defined recovery of the clock information from the setpoint edge changes at a defined position within the data bit in certain data bits, preferably in each data bit. This is necessary in order to be able to ensure the demand of a defined asymmetrical delay of the communication system at any time of the communication.
  • the clock rate of the transmitted data signal determined in the receiver, in particular in star point 100, can be used to implement a clock control.
  • the concept of a clock control is described in detail, for example, on page 233 in Kroschel, Kristian: Rathertragung, ISBN 3-540- 53746-5, Springer Verlag, 1991 in detail.
  • the clock control takes place in two stages: in an initialization phase after the modem is switched on, a known binary sequence, the so-called preamble, is sent, which is used for coarse synchronization of the receiver by means of correlation measurement. This period must be within the truncation period and could be, for example, a cash reward. If the actual data is transmitted in the second stage, the fine adjustment takes place in the manner described in detail below, taking advantage of the information transmitted in addition to the data signal with respect to the clock rate of the transmission.
  • the receiver adapts the data period by varying the clock frequency.
  • the receiver does not always use 8 clock cycles to recover the incoming coded and sampled signal, but optionally 7, 8 (ideal) or 9 clock cycles.
  • the receiver in which the clock rate of the transmitted data signal is recovered is preferably embodied as an active star coupler 100 of the communication system in which the incoming data signal is decoupled from the transmitted data signal for asymmetric delay and the asymmetrical delay of the incoming data signal is reduced the data signal leaving the star coupler has a smaller asymmetrical delay than the incoming data signal.
  • an extension of the star coupler 100 is proposed, which leads to a decoupling of the asymmetric delay on the transmission link.
  • the extension of the star coupler 100 proposed according to the invention is implemented in the central processing unit 113.
  • An example of an extended processing unit 113 is shown in FIG.
  • a complete node function is implemented in the inventive active star coupler 100.
  • the star coupler 100 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 clock signal 138 of the transmitting subscriber.
  • the recovered clock rate of the incoming data signal according to the inventive method is supplied to the synchronization unit 136, so that it can synchronize the local clock signal 134 to the global clock signal 138.
  • One of the bus drivers 109-112 of the inventive star coupler 100 is configured as a receiver and at least one other bus driver 109-112 as a transmitter.
  • the incoming signal is, for example, received 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, so that a to be transmitted via the star coupler data signal 40 can not be transmitted directly from the receiving bus driver 110 of the star coupler 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 comprise 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 written data word (First In) is read out first (First Out). In the case of a FIFO memory, in contrast to a shift register, this process can be carried out completely asynchronously, that is to say the read-out clock is independent of the input clock.
  • the incoming data signal 40 is first decoded with the globally synchronized clock signal 138 in a decoding unit 140.
  • the decoding of the received signal 40 on the one hand comprises a baseband decoding with which the baseband coded signal 40 can be decoded again.
  • the clock rate of the data transmission can be recovered in the decoder 140 from the additional edge change introduced by way of baseband coding into the data signal at defined times. This determined in the receiver of the star coupler 100 clock rate of data transmission is used to synchronize the clock signal in the receiver. Furthermore, the
  • the signal 40 bits for each bit repeatedly, eg. 8-fold, oversampled.
  • the value of the data bit is determined. For example, if 8 samples are “8" and only 2 samples are "0", assuming that samples "0" are erroneous (due, for example, to the asymmetric delay), and if 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 Sternkopp coupler 100 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.
  • 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 memory 130 and optionally sends this amplified through the physical layer.
  • CC communication controller
  • the use of the FIFO asynchronous memory 130 is required because of the frequency offset between the synchronized clock 138 and the clock of the transmitting subscriber and the clock 134 of the active star 100 no direct connection of data lines is permitted. 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 is 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 slightly increasing the propagation delay (the propagation delay). According to the
  • a 10 Mbit / s 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 Mbit / sec connection, one comes to 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 long. At the beginning of the transmission or the data frame (so-called frames), 4.5 bits will be lost (so-called 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.
  • FIG. 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 Throughput times play a lesser role compared to a conventional shift register. Because with this type of FIFOs, not the data are moved, but only pointers that point 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 four 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-flops 162-168 is done by dividing the synchronized clock 138 by a factor of four and an output shifted by one clock time.
  • the output of the data or the re-send and encode with the encoding unit 142 takes place with the local system clock 134 of Sternkopp coupler 100, as the figure 4 can be seen.
  • 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.
  • the transmission delay also increases.
  • Figure 5 shows the time course of the signals of the 1-bit asynchronous FIFO memory 130 in ring structure of length four from Figure 4, the arrival of a data signal (SOF; Start of Frame), after initialization and the subsequent beginning of caching of the data bits.
  • SOF Start of Frame
  • 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 approx. 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 easily be seen from FIG. 5 that propagation 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.
  • a FlexRay data frame contains a maximum of 2096 bits according to the specification. For a worst case consideration, this maximum frame length is important, resulting in a maximum frequency tolerance of
  • 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 information transmitted with the data signal is used with respect to the clock rate of the signal transmission. This information is transmitted in the form of a predetermined edge change at a defined time within a data bit of the data signal.
  • the reference edge change is introduced into the data signal in the transmitter and extracted again at the receiver from the received data signal in order to determine the clock rate of the signal transmission.
  • 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 ascertaining the clock rate of a data signal (40), which is transmitted in a communication system (200), which comprises a data bus (202) and multiple subscribers (100; 204) connected thereto, from a transmitting subscriber via the data bus (202) to a receiving subscriber. The invention additionally relates to a communication system (200) and an active star coupler (100) of the communication system (200) for implementing a method according to the invention. In order to allow a data transmission in the context of a predefined protocol specification even via complex network structures, in particular in regard to the occurring asymmetrical delays, and in order in particular to provide a possibility for ascertaining the actual clock rate of the transmitted data signal (40) at the receiver in a simple and efficient way, it is proposed that, to overlay the data signal (40) with additional information in regard to the clock rate, the data signal (40) is transformed at the transmitting subscriber, the transformed data signal is transmitted via the data bus (202) and transformed back at the receiving subscriber, wherein said additional information in regard to the clock rate is reclaimed in the context of the back transformation. The receiver is preferably part of the active star coupler (100) according to the invention.

Description

Beschreibung description
Titel:Title:
Verfahren zur Ermittlung der Taktrate eines von einem Teilnehmer eines Kommunikationssystems empfangenen Datensignals, aktiver Sternkoppler zur Ausführung des Verfahrens und Kommunikationssystem mit einem solchen aktiven SternkopplerMethod for determining the clock rate of a data signal received from a subscriber of a communication system, active star coupler for carrying out the method and communication system with such an active star coupler
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Taktrate eines Datensignals, das in einem Kommunikationssystem umfassend einen Datenbus und mehrere daran angeschlossene Teilnehmer von einem sendenden Teilnehmer über den Datenbus an einen empfangenden Teilnehmer übertragenen wird. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kommunikationssystem zur Ausführung des Verfahrens sowie einen aktiven Sternkoppler als empfangenden Teilnehmer des Kommunikationssystems.The present invention relates to a method for determining the clock rate of a data signal which is transmitted in a communication system comprising a data bus and a plurality of connected thereto subscribers from a transmitting subscriber via the data bus to a receiving subscriber. The invention also relates to a communication system for carrying out the method and to an active star coupler as a receiving subscriber of the communication system.
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.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.
Elektrische und elektronische Bauteile (das heißt die entsprechenden ICs) für einen aktiven Sternkoppler (einen sogenannten Active Star) für den Einsatz in einem FlexRay- Kommunikationssystem werden von der Firma Philips Semiconductors (heute NXP) angeboten. In einem Sternkopp ler können FlexRay-Kommunikations-Controller vom Typ "SJA 2510" gemäß der Spezifikation v2.1 und ein ARM9-Mikrocontroller integriert sein. An einem 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. Der Sternkoppler weist an jedem Anschluss einen Bus-Treiber, zum Beispiel vom Typ „NXP TJA 1080" zum Verstärken eines ausgehenden Datensignals auf. Ein über einen der Anschlüsse eingehendes analoges Datensignal wird digital 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. Entsprechende komplette aktive Sternkoppler werden zum Beispiel von TZM (TransferZentrum Mikroelektronik, Göppingen) mit Halbleitern der Firma NXP (ehemals Philips Semiconductors) angeboten.Electrical and electronic components (ie the corresponding ICs) for an active star coupler (a so-called Active Star) for use in a FlexRay Communication systems are offered by Philips Semiconductors (now NXP). In a star coupler, FlexRay communication controllers of type "SJA 2510" according to specification v2.1 and an ARM9 microcontroller can be integrated. On a 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. The star coupler has a bus driver, for example of the "NXP TJA 1080" type, for amplifying an outgoing data signal at each connection A digital data signal received via one of the connections is forwarded digitally to a central processing logic of the star coupler, which is a computing device, eg In the form of a Field Programmable Gate Array (FPGA), a microcontroller or a digital signal processor (DSP), corresponding complete active star couplers are offered, for example, by TZM (Transfer Center Microelectronics, Göppingen) with semiconductors from NXP (formerly Philips Semiconductors) ,
Die zentrale Verarbeitungslogik ermöglicht 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 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 allows 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 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 TZM bekannten aktiven Sternkoppler umfassen Bustreiber vom Typ „NXP TJA 1080", die denen von FlexRay-Transceivereinheiten 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 übrigen 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 „NXP 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.Prior art TZM active star couplers include "NXP TJA 1080" bus drivers similar to those of FlexRay transceiver units, so the known star coupler is nothing more than linking multiple transceivers to a hub Subscriber (or node) of a communication network via a branch of the communication connection incoming data to all other participants of the communication system and at the same time amplifies the signal to be forwarded. In the development of the physical layer for FlexRay, the "NXP TJA 1080" bus driver represents the state of the art. In addition, the use of integrated energy and data transmission is currently being sought (FlexRay-PLC, Power Line Communications) In accordance with Chapter 2.1 of the "Electrical Physical Layer Specification" FlexRay specification, Version 2.1, any physical layer can be used as a FlexRay communication channel as long as the specified basic requirements.
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 MBit/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 Mbit / 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 dieIn 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 in the static part at the beginning of a bus cycle. In the dynamic part, the time slots are specified dynamically. In it is now the exclusive bus access only for a short time, for the
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.Duration of at least one so-called minislot enabled. Only if bus access actually occurs within a minislot does the time slot become the time required for access extended. 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 be transmitted via the two channels, which could 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 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.In order to realize synchronous functions 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 subscribers, whereby the local time of a subscriber is corrected with the aid of a special algorithm according to the FlexRay specification in such a way that all local clocks synchronously run to one global clock.
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 (laut Spezifikation: asymmetrische Verzögerung) 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-1In the transmission of data or messages via such a bus system pulses are distorted because high-to-low and 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 when the sampling instant refers to an edge of the signal and, relative to that, over many periods of the sample clock, several binary data values (bits) of the Transmitter evaluates. In addition to a pulse distortion (according to specification: asymmetrical delay), 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 z unterschiedliche Übertragungswege geben kann (jeder denkbare Pfad hatNetwork node 2 V z can give different transmission paths (every conceivable path has
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.2 transmitter-receiver combinations), it has been found that the occurring asymmetric delays (ie rising and falling edges propagate with different delays in the network) on the different transmission paths can lead to timing problems. 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. Stochastische Verzögerungen haben Auswirkungen sowohl auf die steigenden als auch auf die fallenden Flanken und sind durch Rauschvorgänge oder EMV-Jitter verursacht. Jede Komponente des Netzwerks muss bezüglich der durch sie verursachten asymmetrischen Verzögerung separat untersucht werden, wobei nach dem Stand der Technik die in den einzelnen Komponenten auftretenden Verzögerungen addiert werden müssen, um die maximale asymmetrische Verzögerung des gewählten Übertragungspfads zu erhalten (sogenannte Worst-Case Analyse).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. Stochastic delays affect both rising and falling edges and are caused by noise or EMC jitter. Each component of the network must be examined separately with respect to the asymmetrical delay caused by it, whereby in the prior art the delays occurring in the individual components must be added together in order to obtain the maximum asymmetric delay of the selected transmission path (so-called worst-case analysis). ,
Bei der Realisierung von FlexRay-Datenübertragungssystemen, insbesondere bei komplexen Systemen umfassend mehrere aktive Sternkoppler und passive Netzwerke, hat sich zudem gezeigt, dass die theoretisch ermittelten worst-case 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-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 Kommunikationscontro Her-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 asymmetrischeIn the realization of FlexRay data transmission systems, especially in complex systems comprising several active star couplers and passive networks, it has also been found that the theoretically determined worst-case asymmetric delay times are so great that they exceed a predetermined by the FlexRay protocol time budget. In accordance with the FlexRay protocol, a sampling counter is synchronized with the falling BSS (Byte Start Sequence) edge, ie reset to 1. At a count of 5 is scanned. With an 8-fold oversampling (so-called oversampling), as it is currently provided in FlexRay, between the sampling time (5th sample) and the 8th sample still remains 3 Sample clocks corresponding to a Kommunikationscontro Her clock of 80 MHz each 12.5 ns, in total so 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 is the case with complex network topologies, the asymmetric one
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 des Zeitbudgets nach früh oder spät sind Decodierungsfehler, es werden also falsche Daten empfangen.Delay exceeds the intended time budget, this leads to a wrong value being determined for a sample at the 5th sample clock (counter reading of the sample counter at 5), because the bit that should have been sampled actually becomes one due to the asymmetrical delay earlier date and no longer due to the early flank change. 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 time budget to early or late are decoding errors, so wrong data is 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 Fehlererkennungsalgorithmus 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) can 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, for example, be retransmitted or discarded.
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 asymmetrischen Verzögerungen den Aufbau von komplexen Netzwerkstrukturen verbieten, da diese dann nicht mehr den Timing- Anforderungen der FlexRay-Spezifikation entsprechen. Aus diesem Grund ist es erforderlich, neben der bereits in FlexRay implementierten Taktregelung (Senden einer Binärfolge zur Synchronisation durch Korrelationsmessung), zusätzliche Vorkehrungen zur Verbesserung der Taktregelung und zur Verringerung der asymmetrischen Verzögerungen zu treffen. Dies kann es erforderlich machen, dass bei einem empfangenden Teilnehmer Informationen bezüglich der genauen Taktrate eines empfangenen Datensignals, mit der das Datensignal gesendet wurde, zur Verfügung stehen, was in FlexRay derzeit nicht der Fall ist.In 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 delays prohibit the construction of complex network structures, as these no longer meet the timing requirements of the FlexRay specification. For this reason, in addition to the clock control already implemented in FlexRay (sending a binary sequence for synchronization by correlation measurement), additional measures must be taken to improve the clock control and to reduce the asymmetrical delays. This may require that a receiving subscriber have information about the exact clock rate of a received data signal used to send the data signal, which is in FlexRay is currently not the case.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
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. Insbesondere soll mit der vorliegenden Erfindung eine Möglichkeit geschaffen werden, beim Empfänger auf eine einfache und effiziente Weise die tatsächliche Taktrate des übertragenen Datensignals zu ermitteln.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. In particular, with the present invention, a possibility is to be created to determine the actual clock rate of the transmitted data signal at the receiver in a simple and efficient manner.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass zur Überlagerung des Datensignals mit einer zusätzlichen Information bezüglich der Taktrate das Datensignal beim sendenden Teilnehmer transformiert, das transformierte Datensignal über den Datenbus übertragen und beim empfangenden Teilnehmer rücktransformiert wird, wobei im Rahmen der Rücktransformation die zusätzliche Information bezüglich der Taktrate zurückgewonnen wird.To solve this problem is proposed starting from the method of the type mentioned above, that for superimposing the data signal with additional information regarding the clock rate transformed the data signal at the sending party, the transformed data signal is transmitted via the data bus and transformed back at the receiving party, wherein in In the case of the inverse transformation, the additional information relating to the clock rate is recovered.
Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, das Datensignal im Sender mit zusätzlichen Informationen bezüglich die Taktrate der Signalübertragung zu überlagern. Das Datensignal wird dann zusammen mit der überlagerten Information über den Datenbus übertragen. Beim Empfänger wird das Datensignal dann wieder zurück transformiert, um die Information bezüglich der Taktrate zurückzugewinnen. Diese Information wird zur Ermittlung der Taktrate des übertragenen Datensignals herangezogen. Die ermittelte Taktrate kann zur Korrektur der Abtastung des empfangenen Signals im Empfänger herangezogen werden, insbesondere im Rahmen einer Taktregelung im Empfänger.According to the invention, it is therefore proposed to superimpose the data signal in the transmitter with additional information regarding the clock rate of the signal transmission. The data signal is then transmitted along with the overlaid information over the data bus. At the receiver, the data signal is then transformed back to recover the clock rate information. This information is used to determine the clock rate of the transmitted data signal. The determined clock rate can be used to correct the sampling of the received signal in the receiver, in particular in the context of clock control in the receiver.
Die Information bezüglich der Taktrate kann dem Datensignal bspw. in Form mindestens eines Sollflankenwechsels an einer definierten Position innerhalb der Datenbits des Datensignals überlagert werden. Ein solcher Sollflankenwechsel lässt sich bspw. mittels einerThe information relating to the clock rate can be superimposed on the data signal, for example in the form of at least one setpoint edge change, at a defined position within the data bits of the data signal. Such a desired edge change can be, for example, by means of a
Basisbandkodierung beim Sender erzeugen. Beim Empfänger müssen dann entsprechende Mittel zur Basisbanddekodierung vorgesehen werden. Als Basisbandkodierung wird vorzugsweise eine Manchester Codierung, eine Biphase-Mark Codierung oder eine Miller-Codierung verwendet. Theoretisch denkbar wäre auch eine Codierung mittels Barker-Folgen, mittels eines Bipolar- Codes, mittels eines AMI-Codes oder mittels eines HDBn-Codes. Alternativ ist es denkbar, dass ein Sollflankenwechsel an einer definierten Position innerhalb der Datenbits des Datensignals als Information über die Taktrate des übertragenen Datensignals auch durch einen Scrambler beim sendenden Teilnehmer erzeugt wird. Beim Empfänger muss dann ein entsprechender Descrambler vorgesehen werden. Beim Einsatz eines Scramblers bzw. Descrambler müssen allerdings die dadurch verursachten Verzögerungen berücksichtigt werden.Generate baseband encoding at the transmitter. The receiver must then be provided with appropriate means for baseband decoding. As baseband coding is preferably a Manchester coding, a Biphase-Mark coding or a Miller coding used. Theoretically, coding by means of Barker sequences, by means of a bipolar code, by means of an AMI code or by means of an HDBn code would also be conceivable. Alternatively, it is conceivable that a reference edge change at a defined position within the data bits of the data signal is generated as information about the clock rate of the transmitted data signal by a scrambler at the sending participant. At the receiver then a corresponding descrambler must be provided. When using a scrambler or descrambler, however, the resulting delays must be taken into account.
Der Empfänger ist vorzugsweise Teil eines aktiven Sternkopp lers eines Kommunikationssystems mit Sterntopologie ausgebildet, in dem das eingehende Datensignal hinsichtlich einer asymmetrischen Verzögerung von dem übertragenen Datensignal entkoppelt und die asymmetrische Verzögerung des eingehenden Datensignals reduziert wird, so dass das vom Sternkoppler abgehende Datensignal eine geringere asymmetrische Verzögerung aufweist als das eingehende Datensignal. Zur Verringerung der asymmetrischen Verzögerung wird die im Empfänger des Sternkopplers zurückgewonnene Information bezüglich der Taktrate der Signalübertragung herangezogen. Dazu wird im Sternkoppler am Übergang zwischen Empfänger und Sender ein asynchrones FIFO-Speicherelement eingesetzt, welches von zwei (nicht synchronen) Takten gespeist wird, nämlich zum einen dem anhand der extrahierten Information bezüglich der Taktrate synchronisierten Takt des Kommunikationssystems, mit dem dasThe receiver is preferably part of an active star coupler of a star topology communications system in which the incoming data signal is decoupled from the transmitted data signal for asymmetric delay and the asymmetrical delay of the incoming data signal is reduced such that the data signal leaving the star coupler has less asymmetric delay has as the incoming data signal. To reduce the asymmetric delay, the information recovered in the receiver of the star coupler with respect to the clock rate of the signal transmission is used. For this purpose, an asynchronous FIFO memory element is used in the star coupler at the transition between the receiver and transmitter, which is fed by two (non-synchronous) clocks, namely on the one hand to the extracted using the extracted information with respect to the clock rate of the communication system, with the
Datensignal vom Empfänger empfangen wird, und dem davon unabhängigen lokalen Takt des Senders, mit dem das Datensignal vom Sternkoppler wieder ausgesandt wird. Das synchronisierte Taktsignal wird also im Empfänger (bzw. am Eingang) des Sternkopplers genutzt, während das lokale Signal im Sender (bzw. am Ausgang) des Sternkopplers zum Einsatz kommt. Das Taktsignal im Empfänger wird mit Hilfe der übertragenen Information bezüglich der Taktrate der Übertragung des am Eingang anliegenden Datensignals synchronisiert, so dass die asymmetrische Verzögerung reduziert und zum Abtastzeitpunkt stets das richtige Datenbit abgetastet wird.Data signal from the receiver is received, and the independent local clock of the transmitter, with which the data signal from the star coupler is sent again. The synchronized clock signal is thus used in the receiver (or at the input) of the star coupler, while the local signal in the transmitter (or at the output) of the star coupler is used. The clock signal in the receiver is synchronized with the aid of the transmitted information relating to the clock rate of the transmission of the data signal present at the input, so that the asymmetrical delay is reduced and the correct data bit is always sampled at the sampling instant.
Bei der Übertragung eines Datensignals von einem sendenden Teilnehmer zu einem empfangenden Teilnehmer über eine komplexe Netzwerktopologie mit mindestens einem aktiven Sternkoppler, wird der aktive Sternkoppler also dahingehend erweitert, dass eine deutliche Verringerung, nach Möglichkeit sogar eine Eliminierung der asymmetrischen Verzögerung, welche dem Datensignal auf der Übertragungsstrecke vom Sender bis zum Empfänger des Sternkopp lers aufgeprägt wurde, vorgenommen werden kann. Dies bezieht sich nur auf die Strecke zwischen dem sendenden Teilnehmer des Kommunikationssystems und dem Empfänger des aktiven Sternpunkts. Ausgehend von einer deutlich reduzierten asymmetrischen Verzögerung am Ausgang des aktiven Sternkopp lers kann dem Datensignal auf der letzten Teilstrecke des Übertragungspfads zwischen dem aktiven Sternkoppler und einem empfangenden Teilnehmer zwar ein neuer Anteil der asymmetrischen Verzögerung aufgeprägt werden. In der Summe über den gesamten Übertragungspfad betrachtet kann der Einsatz der beschriebenen aktiven Sternkoppler die asymmetrische Verzögerung des beim Empfänger eingehenden Datensignals jedoch deutlich reduzieren. In einer worst case Betrachtung, die für die Klassifizierung einesIn 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, the active star coupler is thus extended to a significant reduction, if possible even elimination of the asymmetric delay which the data signal was impressed on the transmission line from the transmitter to the receiver of Sternkopp coupler, can be made. This only applies to the distance between the sending user of the communication system and the receiver of the active star point. Starting from a significantly reduced asymmetric delay at the output of the active Sternkopp coupler, the data signal on the last leg of the transmission path between the active star coupler and a receiving subscriber while a new share of the asymmetric delay can be impressed. However, when considered over the entire transmission path, the use of the described active star couplers can significantly reduce the asymmetrical delay of the data signal arriving at the receiver. In a worst case consideration, the classification of a
Kommunikationssystems erforderlich ist, kann durch die vorliegende Erfindung an jedem in der beschriebenen Weise ausgebildeten Sternkoppler eine Entkopplung hinsichtlich der Berechnung der maximalen asymmetrischen Verzögerung des Gesamtnetzwerks erzielt werden.Communication system is required, the decoupling can be achieved by the present invention at each described in the described manner star coupler with respect to the calculation of the maximum asymmetric delay of the entire network.
Dadurch ist es möglich, eine einfache, sehr effiziente und kostengünstige Reduktion der asymmetrischen Verzögerung auf der Übertragungsstrecke zu erzielen. Dazu ist es bereits ausreichend, wenn nicht alle, sondern nur einige Sternkoppler in einem Kommunikationsnetzwerk in der vorgeschlagenen Weise ausgebildet werden. Vorzugsweise werden jedoch alle Sternkoppler in einem Kommunikationsnetzwerk in der vorgeschlagenen Weise ausgebildet, sofern dies nicht in Konflikt mit der maximal zulässigen Ausbreitungsverzögerung steht. Insgesamt kann dadurch die Akzeptanz von FlexRay erhöht werden, da FlexRay-Kommunikationssysteme bisher auf relativ einfache Netztopologien beschränkt waren, was nunmehr nicht mehr der Fall ist. Mit dem beschriebenen Sternkoppler können auch sehr komplexe Topologien realisiert werden, ohne dass die asymmetrische Verzögerung auf den Übertragungspfaden Werte jenseits des gemäß FlexRay- Spezifikation erlaubten Toleranzfensters erreicht. Die vorliegende Erfindung bildet dafür dieThis makes it possible to achieve a simple, very efficient and cost-effective reduction of the asymmetrical delay on the transmission path. For this purpose, it is already sufficient, if not all, but only some star couplers are formed in a communication network in the proposed manner. Preferably, however, all star couplers are formed in a communication network in the manner proposed, unless this conflicts with the maximum allowable propagation delay. Overall, this can increase the acceptance of FlexRay, since FlexRay communication systems were previously limited to relatively simple network topologies, which is now no longer the case. Very complex topologies can also be realized with the described star coupler without the asymmetrical delay on the transmission paths reaching values beyond the tolerance window permitted according to the FlexRay specification. The present invention forms for the
Voraussetzung, indem dem Sternkoppler die zusätzliche Information bezüglich der Taktrate der Signalübertragung zur Verfügung gestellt wird, wobei der lokale Takt des Sternkopp lers auf diese Taktrate schnellstmöglich synchronisiert werden kann.Requirement by the star coupler, the additional information regarding the clock rate of the signal transmission is provided, the local clock of the star coupler can be synchronized to this clock rate as quickly as possible.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand. IhreThe dependent claims have advantageous embodiments of the invention the subject. Your
Vorteile und weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung können im einzelnen der nachfolgenden Figurenbeschreibung entnommen werden. Kurze Beschreibung der ZeichnungenAdvantages and further embodiments of the invention can be found in detail in the following description of the figures. Brief description of the drawings
Figur 1 einen erfindungsgemäßen aktiven Sternkoppler; Figur 2 eine zentrale Verarbeitungslogik des aktiven Sternkopplers auf Figur 1 ;FIG. 1 shows an active star coupler according to the invention; FIG. 2 shows a central processing logic of the active star coupler on FIG. 1;
Figur 3 Signalverläufe eines gesendeten Datensignals und eines empfangenen Datensignals zurFigure 3 shows waveforms of a transmitted data signal and a received data signal for
Erläuterung der asymmetrischen Verzögerung; Figur 4 ein Schaltbild eines Zwischenspeichers zum Einsatz in einer zentralen Verarbeitungslogik aus Figur 2 des aktiven Sternkopplers aus Figur 1; Figur 5 Signalverläufe des Zwischenspeichers aus Figur 4;Explanation of the asymmetric delay; Figure 4 is a circuit diagram of a latch for use in a central processing logic of Figure 2 of the active star coupler of Figure 1; Figure 5 shows waveforms of the latch of Figure 4;
Figur 6 ein Kommunikationssystem mit einer komplexen Netztopologie; Figur 7 ein Beispiel zur Erläuterung einer Manchester Kodierung; und Figur 8 ein Beispiel zur Erläuterung einer BMC-Kodierung.FIG. 6 shows a communication system with a complex network topology; FIG. 7 shows an example for explaining a Manchester coding; and FIG. 8 shows an example for explaining a BMC coding.
Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention
In Figur 2 ist ein erfindungsgemäßer 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. eines Datenbusses) angeschlossen werden. Die Kommunikationsverbindung kann eine oder mehrere elektrische Leitungen, eine oder mehrere optische Leitungen oder andersartig ausgebildete Übertragungskanäle, beispielsweise Funkverbindungen, aufweisen.In FIG. 2, an active star coupler according to the invention for a FlexRay communication system is designated in its entirety by the 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., a 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 derThe star coupler 100 shown in FIG. 2 is connected to a line of a first branch via a first terminal 101 and a second terminal 102, respectively
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-Kommunikationssystem mit einer Kommunikationsverbindung mit Sterntopologie und bis zu vier Zweigen (oder Armen) eingesetzt werden.Communication connection (not shown) connected. 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 in a FlexRay communication system with a Communication connection with star topology and up to four branches (or arms) are used.
Der aktive Sternkopp ler 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 Sternkopp ler 100 um. Die Bitfolge des empfangenen digitalen Signals wird von den Bus-Treibern 109 - 112 an eine zentrale Verarbeitungslogik 113 weitergeleitet, die ein Rechengerät zur Verarbeitung des eingehenden digitalen Datensignals umfasst, 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.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 between the values transmitted via the two lines of the branches of the communication connection and at 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 comprising a computing device for processing the incoming digital data signal, for example as an FPGA (Field Programmable Gate Array), a microcontroller DSP (Digital Signal Processor), a CPLD (Complex Programmable Logic Device) or simply designed as a discrete logic circuit.
Wahlweise und deshalb gestrichelt dargestellt umfasst der Sternkopp ler 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 wäre es denkbar, die eingehenden und vorverarbeiteten Daten inhaltlich zu analysieren, 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 könnte einem Kopf- Segment (sog. Header) der eingehenden Datenpakete entnommen werden. Eine derartige Realisierung einer Routerfunktionalität ist jedoch gemäß derzeit aktueller FlexRay-Spezifikation jedoch (noch) nicht vorgesehen. 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 Sternkopp ler 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-Auslöseanschluss (Receive Enable, RxEN) 120 von außerhalb des Sternkopp lers 100 ansteuerbar.Optionally and therefore shown in dashed lines, the 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 realize the router function, it would be conceivable to analyze the content of the incoming and preprocessed data 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 intended. This information could be taken from a header segment (so-called header) of the incoming data packets. However, such a realization of a router functionality is not (yet) provided according to the current FlexRay specification. 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 Sternkopp ler 100 includes a monitoring unit in the form of a bus guardian 118, which monitors the access of the communication controller 114 to the communication link and / or controls. The bus guardian 118 can be controlled via a bus guardian trigger connection (Bus Guardian Enable BGE) 119 and a receive trigger connection (receive enable, RxEN) 120 from outside of the star coupler 100.
Schließlich umfasst der aktive Sternkopp ler 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 Batterie-Spannungsunterbrechungs-Anschluss (Inhibit, INH) 124 und ein Klemme 30/15-Anschluss 122 (VBat) vorgesehen sein, an dem eine Bordnetzspannung eines Kraftfahrzeugs, z.B. je nach Auslegung eine Batteriespannung von 6V, 12V oder 24V, anliegt.Finally, the active star coupler 100 also includes a supply voltage source 121 to which an operating voltage is applied via a terminal (Vcc) 125 and ground via a further terminal 123 (GND). In addition, a battery voltage interruption port (inhibit, INH) 124 and a terminal 30/15 port 122 (V Ba t) may be provided, at which a vehicle electrical system voltage, eg depending on the design, a battery voltage of 6V, 12V or 24V , is present.
Der Sternkopp ler 100 ist Teil eines Kommunikationssystems, wie es bspw. in Figur 6 in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 200 bezeichnet ist. Das Kommunikationssystem 200 umfasst einen physikalischen Datenbus 202 sowie mehrere daran angeschlossene Teilnehmer 204. Darüber hinaus verfügt das Kommunikationssystem 200 über zwei Sternkoppler 100. Ein Sternkoppler 100 empfängt und versendet - ähnlich einem Teilnehmer 204 - Datensignale. Aus diesem Grund ist von dem Begriff „Teilnehmer" in den Ansprüchen auch ein Sternkoppler mit umfasst. Um in dem Kommunikationssystem synchrone Funktionen zu realisieren und die Bandbreite durch kleine Abstände zwischen zwei Botschaften zu optimieren, benötigen die Teilnehmer 204 in dem Kommunikationsnetzwerk 200 eine gemeinsame Zeitbasis, die sogenannte globale Zeit. Für die Synchronisation von lokalen Uhren der Teilnehmer 204 werdenThe star coupler 100 is part of a communication system, such as is designated in FIG. 6 in its entirety by the reference numeral 200, for example. The communication system 200 includes a physical data bus 202 and a plurality of subscribers 204 connected thereto. In addition, the communication system 200 has two star couplers 100. A star coupler 100 receives and transmits data signals similar to a subscriber 204. For this reason, the term "subscriber" in the claims also includes a star coupler In order to realize synchronous functions in the communication system and to optimize the bandwidth by small distances between two messages, the subscribers 204 in the communication network 200 need a common time base , the so-called global time. For the synchronization of local clocks the participant 204 becomes
Synchronisationsnachrichten im statischen Teil des Zyklus übertragen, wobei mit Hilfe eines speziellen Algorithmus entsprechend der FlexRay- Spezifikation die lokale Uhrzeit eines Teilnehmers 204 so korrigiert wird, dass alle lokalen Uhren zu einer globalen Uhr synchron laufen. So verhält es sich auch bei dem Sternkoppler 100, dessen lokales Taktsignal von einer lokalen Uhr ebenfalls auf den globalen Zeittakt des Kommunikationssystems synchronisiert ist.Synchronization messages transmitted in the static part of the cycle, using a special algorithm according to the FlexRay specification, the local time of a subscriber 204 is corrected so that all local clocks run synchronously to a global clock. The same applies to 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 Netzwerktopologien mit mehreren Sternkopplern und passiven Netzwerken, hat sich gezeigt, dass die in dem System auftretenden asymmetrischen Verzögerungszeiten so groß sind, dass sie ein durch das FlexRay-Protokoll vorgegebenes Zeitbudget übersteigen. Gemäß FlexRay-Protokoll v.2.1 wird ein Datenbit des empfangenen Signals 8-fach überabgetastet. Etwa in der Mitte des Datenbits wird zu einem Abtastzeitpunkt das Datenbit abgetastet. Dies wird dadurch realisiert, dass mit fallender BSS (Byte Start Sequence)-Flanke ein Abtastzähler synchronisiert, d.h. zurück auf 1 gesetzt und gestartet wird. 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.In the implementation of FlexRay data transmission systems, especially in complex Network topologies with multiple star couplers and passive networks have shown that the asymmetric delay times that occur in the system are so great that they exceed a time budget imposed by the FlexRay protocol. According to FlexRay protocol v.2.1, a data bit of the received signal is 8-times oversampled. Approximately in the middle of the data bit, the data bit is sampled at a sampling instant. This is realized by synchronizing a sample counter with falling BSS (Byte Start Sequence) edge, ie setting it back to 1 and starting it. At a count of 5 is scanned. With an 8-fold 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, at a communication controller clock of 80 MHz, remain at 12.5 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 der Differenz der Verzögerungen für steigende Flanken 16 und fallende Flanken 18 ergibt sich eine asymmetrische Verzögerung 20 des übertragenen Datensignals 10 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.To 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. Depending on the difference of the delays for rising edges 16 and falling edges 18 results in an asymmetric delay 20 of the transmitted data signal 10 on the considered transmission path. In the transmission of data or messages via a bus system with such delays 16, 18, pulses are distorted because high-to-low- or Low-to-high edges on the transmission are delayed differently. This ultimately leads to the asymmetric delay 20.
Jede Komponente auf einem bestimmten Übertragungsweg über das Kommunikationssystem trägt zur gesamten asymmetrischen Verzögerung bei. Jede Komponente muss separat betrachtet und die jeweils in den Komponenten auftretenden asymmetrischen Verzögerungen (sog. Slewrates) addiert werden, wodurch sich dann ein worst-case Szenario für die asymmetrische Verzögerung des Kommunikationskanals ergibt. Das FlexRay- System muss entsprechende Vorkehrungen treffen, um bezüglich der asymmetrischen Verzögerung innerhalb vorgegebener Grenzwerte zu bleiben. Ziel ist es, durch geeignete Verringerung bzw. Kompensation der asymmetrischen Verzögerung auch in Kommunikationssystemen 200 mit komplexen Topologien die Anforderungen an eine sichere und zuverlässige Datenübertragung einhalten zu können. Wichtig für die Verringerung bzw. Kompensation der asymmetrischen Verzögerung ist eine möglichst genaue Ermittlung der Taktrate der empfangen Signale, bspw. durch Messung der Bit- bzw. Symboldauer der Signale.Each component on a particular transmission path through the communication system contributes to the total asymmetric delay. Each component must be considered separately and the asymmetrical delays occurring in the components (so-called Slewrates) must be added together, which then results in a worst-case scenario for the asymmetrical delay of the communication channel. The FlexRay system must take appropriate precautions to remain within preset limits for the asymmetric delay. The aim is to be able to meet the requirements for a secure and reliable data transmission by suitable reduction or compensation of the asymmetric delay in communication systems 200 with complex topologies. Important for the reduction or compensation of the asymmetrical delay is the most accurate possible determination of the clock rate of the received signals, for example by measuring the bit or symbol duration of the signals.
Um auf der Empfängerseite die Taktrate einer Signalübertragung zur Verfügung stellen zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Datensignal im sendenden Teilnehmer mit zusätzlichen Informationen bezüglich der Taktrate des Datensignals überlagert wird. Diese zusätzliche Information kann dem Datensignal bspw. in Form mindestens einesIn order to be able to provide the clock rate of a signal transmission on the receiver side, it is proposed according to the invention that the data signal in the transmitting subscriber is superimposed with additional information relating to the clock rate of the data signal. This additional information may, for example, in the form of at least one of the data signal
Sollflankenwechsels an einer definierten Position innerhalb der Datenbits des Datensignals überlagert werden. Ein solcher Sollflankenwechsel lässt sich bspw. mittels einer Basisbandkodierung beim Sender erzeugen. Das Datensignal wird dann zusammen mit der überlagerten Information über den Datenbus übertragen. Beim Empfänger wird das Datensignal dann wieder zurück transformiert (bspw. mittels einer der Basisbandkodierung entsprechenden Basisbanddekodierung), um die übertragene Information bezüglich der Taktrate zurückzugewinnen. Diese Information wird zur Ermittlung der Taktrate des übertragenen Datensignals herangezogen. Die ermittelte Taktrate kann zur Korrektur der Abtastung des empfangenen Signals im Empfänger herangezogen werden, insbesondere im Rahmen einer Taktregelung im Empfänger. Als Basisbandkodierung wird vorzugsweise eine ManchesterTarget edge change to be superimposed on a defined position within the data bits of the data signal. Such a desired edge change can be generated, for example, by means of a baseband coding at the transmitter. The data signal is then transmitted along with the overlaid information over the data bus. At the receiver, the data signal is then transformed back again (for example by means of a baseband decoding corresponding to the baseband coding) in order to recover the transmitted information regarding the clock rate. This information is used to determine the clock rate of the transmitted data signal. The determined clock rate can be used to correct the sampling of the received signal in the receiver, in particular in the context of clock control in the receiver. As baseband coding is preferably a Manchester
Codierung (MC), eine Biphase-Mark Codierung (BMC) oder eine Miller-Codierung verwendet. In Figur 7 ist ein Manchester kodiertes Signal mit dem Bezugszeichen 11, und der entsprechende dekodierte Wert der Datenbits des Signals 11 ist darunter angegeben und mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet. Bei der Manchester Codierung werden die Datenbits in die Flanken des Signals codiert. Der informationstragende Flankenwechsel tritt immer zur Bitmitte auf. Eine fallende Flanke bedeutet zum Beispiel eine logische 1, eine steigende Flanke eine logische 0 (bzw. je nach Definition auch umgekehrt). Daher gibt es mindestens eine Flanke pro Datenbit. Für die Übertragung des Manchester kodierten Signals wird die doppelte Bitrate des eigentlichen Nutzsignals benötigt. Der Code ist definitionsgemäß nicht invertierbar. Daneben gibt es noch den Differentiellen Manchester Code, bei dem im Gegensatz zur Manchester Codierung am Bitanfang nur bei Nullen ein Flankenwechsel stattfindet. Dadurch geht die feste Zuordnung zwischen Richtung des Flankenwechsels und logischem Signalzustand verloren.Coding (MC), a Biphase-Mark coding (BMC) or a Miller coding used. In Fig. 7, a Manchester encoded signal is designated by the reference numeral 11, and the corresponding decoded value of the data bits of the signal 11 is indicated below and designated by the reference numeral 12. In Manchester coding, the data bits are encoded into the edges of the signal. The information-bearing edge change always occurs at the middle of the bit. A falling edge means, for example, a logical 1, a rising edge means a logical 0 (or vice versa depending on the definition). Therefore, there is at least one edge per data bit. For the transmission of the Manchester coded signal twice the bit rate of the actual useful signal is required. The code is by definition not invertible. In addition, there is the differential Manchester code, in which, in contrast to the Manchester coding at the beginning of the bit only at zeros, an edge change takes place. As a result, the fixed assignment between the direction of the edge change and logical signal state is lost.
Die Miller Codierung ist auch unter dem Begriff Delay Codierung bekannt. Mittels dieser Kodierung wird jede logische 1 im seriellen Datenstrom mit einer Taktflanke in der Bitmitte kodiert, während eine logische 0 entweder keine Flanke besitzt (sofern sie von einer 1 gefolgt wird) oder sie wird mit einer Flanke zum Bitbeginn kodiert. Als Ergebnis treten Flankenwechsel in den Vielfachen 1.0, 1.5, und 2.0 der Bitzeiten auf.Miller coding is also known as delay coding. By means of this coding, each logical 1 in the serial data stream is coded with a clock edge in the middle of the bit, while a logical 0 either has no edge (if it is followed by a 1) or it is coded with an edge to the beginning of the bit. As a result, edge changes occur in the multiples 1.0, 1.5, and 2.0 of the bit times.
In Figur 8 ist ein Taktsignal für die Kodierung mit dem Bezugszeichen 13, das zu kodierende Datensignal mit dem Bezugszeichen 14 und das BMC kodierte Signal mit dem Bezugszeichen 15 bezeichnet. Bei der BM Codierung entsprechen zwei Nulldurchgänge des BMC-Signals 15 pro zwei Taktzyklen logisch 1 und ein Nulldurchgang des BMC-Signals pro zwei Taktzyklen entsprechen logisch 0. Mit anderen Worten beginnt jedes Bit mit einer Flanke, im Falle einer logischen 1 erfolgt in der Mitte des Bits eine weitere Flanke, während für die 0 die Flanke ausbleibt. Die Bitrate des Datensignals 14 entspricht der halben Frequenz des Taktsignals 13. Der Code ist invertierbar, da keine genaue Zuordnung der Flanken existiert.In FIG. 8, a clock signal for the coding with the reference symbol 13, the data signal with the reference symbol 14 to be coded and the signal coded with the BMC with the reference symbol 15 are designated. In the BM encoding, two zero crossings of the BMC signal 15 correspond to logic 1 per two clock cycles, and one zero crossing of the BMC signal per two clock cycles equals to logic 0. In other words, each bit begins with an edge, in the case of a logical 1 occurs in the middle of the bit another edge, while for 0 the edge is missing. The bit rate of the data signal 14 corresponds to half the frequency of the clock signal 13. The code is invertible since there is no exact assignment of the edges.
Ansonsten gibt es noch eine Reihe von weiteren Codes, bspw. den kBnT-Code (k Binärzeichen, n Ternärzeichen), die jeweils mehrere Bits zusammenfassen und dafür sorgen, dass genügend Flankenwechsel innerhalb dieser Pakete auftreten und eine Synchronisation des Abtasttaktes beim Empfänger ermöglichen. Auf diese Weise kann der Bandbreitenbedarf sehr gering gehalten werden (d.h. eine Erhöhung von ca. 25% ist bei Wahl eines geeigneten Codes ausreichend, die zusätzliche Information bezüglich der Taktrate zu übertragen). Ausschlaggebend für die Güte eines Codes ist immer die Effektivität bzw. das Redundanzmaß. So gesehen ist ein kBnT-Code natürlich eher empfehlenswert, jedoch hat dieser Auswirkungen auf die Übertragungsverzögerung (sog. Propagation Delay). Natürlich gibt es noch eine Reihe weiterer Codes, die sich speziell für die Synchronisation sehr gut eignen, z.B. Barker-Folgen, jedoch ist deren Einsatz mit einem sehr viel größeren Bandbreitenbedarf verbunden. Wenn jedoch genug Bandbreite zur Verfügung steht, weil bspw. das Datensignal die in dem Kommunikationssystem verfügbare Bandbreite nur teilweise nutzt, stellt dies keine bzw. lediglich eine unerhebliche Einschränkung dar. Besonders gut geeignet ist der Einsatz eines Barker-Codes zur groben Synchronisation des Empfängers zu Beginn der Übertragung. Da hier die Daten aufgrund der Verkürzung des Datenrahmens (sog.Otherwise, there are a number of other codes, such as the kBnT code (k binary, n ternary), each of which summarize several bits and ensure that enough edge changes occur within these packets and allow synchronization of the sampling clock at the receiver. In this way, the bandwidth requirement can be kept very low (ie an increase of about 25% is sufficient when choosing a suitable code, the to transmit additional information regarding the clock rate). Decisive for the quality of a code is always the effectiveness or the redundancy measure. Of course, a kBnT code is more recommendable, but it has an effect on the propagation delay (propagation delay). Of course, there are a number of other codes that are particularly well suited for synchronization, such as Barker episodes, but their use is associated with a much larger bandwidth needs. However, if enough bandwidth is available because, for example, the data signal only partially utilizes the bandwidth available in the communication system, this is not an insignificant limitation. The use of a Barker code for coarse synchronization of the receiver is particularly well suited Start of transmission. Since here the data due to the shortening of the data frame (so-called.
Truncation) ohnehin verworfen werden, kann dieser Zeitraum genutzt werden, um den Empfänger zu konfigurieren. Truncation ist der Teil der Nachricht, der eigentlich keine Informationen enthält. Es geht darum, dass ein physikalisches Signal auf dem Kanal liegt und sich das System darauf „einstellen" kann, dass gleich „nützliche" Informationen kommen. Dieser Teil des Frames, d.h. in der Regel die ersten 14 Bit, dürfen auch verloren gehen oder verfälscht ankommen, da sie keine Informationen für den Empfänger beinhalten.Truncation) can be discarded anyway, this period can be used to configure the recipient. Truncation is the part of the message that does not actually contain any information. The point is that there is a physical signal on the channel and the system can "tune in" to get "useful" information. This part of the frame, i. usually the first 14 bits, may also be lost or adulterated arrive as they contain no information for the receiver.
Weitere Codes, wie bspw. der Bipolar- oder Alternate Mark Inversion (AMI)-Code, erlauben ebenfalls eine Rückgewinnung des Takts (besser ist hier jedoch der HDBn (High Density Bipolar)-Code). Sie beinhalten jedoch auch ein Auslöschen des Signals, was in diesem Fall mit einer Amplitudenmodulation gleichgesetzt werden kann.Other codes, such as the Bipolar or Alternate Mark Inversion (AMI) code, also allow recovery of the clock (better here, however, the HDBn (High Density Bipolar) code). However, they also include a cancellation of the signal, which in this case can be equated with an amplitude modulation.
Alternativ könnten auch Scrambler (selbstsynchronisierende Verwürfler) eingesetzt werden, welche die Datenbits nach einem bestimmten Algorithmus verwürfein. Diese sorgen für eine Transformation des Datensignals, um unabhängig vom Quellensignal häufigere Nulldurchgänge zu erzwingen. Im Gegensatz zu den obigen Codes wird hierfür keine höhere Bandbreite, sowie keine zusätzliche Redundanz benötigt.Alternatively, scramblers (self-synchronizing scramblers) could be used which scrambled the data bits according to a particular algorithm. These provide a transformation of the data signal to force more frequent zero crossings independent of the source signal. In contrast to the above codes, this does not require a higher bandwidth and no additional redundancy.
Um eine sichere Rückgewinnung der Bitdauer gewährleisten zu können, muss das eingesetzte Kodierverfahren einen Sollflankenwechsel an einer definierten Position innerhalb des Datenbits besitzen. Hierfür ist zum einen die Manchester-Codierung und zum anderen die BMC-Codierung besonders gut geeignet. Zur Übertragung der Daten in einem FlexRay-PLC-System wird eine Kombination aus dem DBPSK- Verfahren und einer entsprechenden Basisbandkodierung mit Sollflankenwechsel verwendet. Im Falle eines reinen FlexRay-Kommunikationssystems (nicht Energieversorgungsleitungen bilden die physikalische Ebene, sondern ein herkömmlicherIn order to ensure safe recovery of the bit duration, the coding method used must have a reference edge change at a defined position within the data bit. For this purpose, on the one hand, the Manchester encoding and on the other hand, the BMC encoding is particularly well suited. To transfer the data in a FlexRay PLC system, a combination of the DBPSK method and a corresponding baseband coding with reference edge change is used. In the case of a pure FlexRay communication system (not power supply lines form the physical level, but a conventional one
Datenbus), genügt das Einfügen einer Basisbandkodierung. In beiden Fällen ergibt sich somit ein Übertragungsverfahren mit einem bis zum zweifachen erhöhten Bandbreitenbedarf, welches in bestimmten Datenbits, vorzugsweise in jedem Datenbit, eine definierte Rückgewinnung der Taktinformation aus den Sollflankenwechseln an einer definierten Position innerhalb des Datenbits zulässt. Dies ist erforderlich, um die Forderung eines definierten asymmetrischen Delays des Kommunikationssystems zu jedem Zeitpunkt der Kommunikation sicherstellen zu können.Data bus), the insertion of a baseband coding is sufficient. In both cases, this results in a transmission method with a bandwidth requirement that is increased by up to twice, which permits a defined recovery of the clock information from the setpoint edge changes at a defined position within the data bit in certain data bits, preferably in each data bit. This is necessary in order to be able to ensure the demand of a defined asymmetrical delay of the communication system at any time of the communication.
Die im Empfänger, insbesondere im Sternpunkt 100, ermittelte Taktrate des übertragenen Datensignals, kann zur Realisierung einer Taktregelung herangezogen werden. Das Konzept einer Taktregelung ist an sich bspw. auf S. 233 in Kroschel, Kristian: Datenübertragung, ISBN 3-540- 53746-5, Springer Verlag, 1991 ausführlich beschrieben. Für gewöhnlich erfolgt die Taktregelung in zwei Stufen: in einer Initialisierungsphase nach dem Einschalten des Modems wird eine bekannte Binärfolge, die sog. Präambel gesendet, die zur groben Synchronisation des Empfängers durch Korrelationsmessung verwendet wird. Dieser Zeitraum muss innerhalb der Truncation Periode liegen und könnte beispielsweise eine Barkerfolge sein. Wenn in der zweiten Stufe die eigentlichen Daten übertragen werden, erfolgt die Feinregelung in der nachfolgend im Detail beschriebenen Weise unter Ausnutzung der zusammen mit dem Datensignal zusätzlich übertragenen Informationen bezüglich der Taktrate der Übertragung.The clock rate of the transmitted data signal determined in the receiver, in particular in star point 100, can be used to implement a clock control. The concept of a clock control is described in detail, for example, on page 233 in Kroschel, Kristian: Datenübertragung, ISBN 3-540- 53746-5, Springer Verlag, 1991 in detail. Usually, the clock control takes place in two stages: in an initialization phase after the modem is switched on, a known binary sequence, the so-called preamble, is sent, which is used for coarse synchronization of the receiver by means of correlation measurement. This period must be within the truncation period and could be, for example, a cash reward. If the actual data is transmitted in the second stage, the fine adjustment takes place in the manner described in detail below, taking advantage of the information transmitted in addition to the data signal with respect to the clock rate of the transmission.
Durch den Einsatz der überlagerten Basisbandkodierung mit Sollflankenwechsel kann ein langer Synchronisierungsvorgang umgangen werden, da die Sollflanken zweier aufeinander folgender Bits des Datensignals sofort eine Aussage über die aktuelle Taktrate des Datensignals liefern. Dadurch wird die Rückgewinnung des Taktes sehr einfach, beinhaltet jedoch einen limitierten Fangbereich auf dem die Frequenz "einrasten" kann, weshalb stets ein kleiner, praktisch vernachlässigbarer Fehler vorhanden sein wird. Dieser Fehler ergibt sich wie folgt. Der Empfänger (z.B. der Sternkoppler 100) überabtastet das eingehende Datensignal gemäß der FlexRay- Spezifikation mit der 8-fachen Frequenz der Bitdauer bzw. Symbolrate. Die Abtastfrequenz im Empfänger muss somit mindestens 80 MHz betragen. Somit ergibt sich alle 12,5ns 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 nicht immer 8 Taktzyklen, um das eingehende kodierte und abgetastete Signal zurück zu gewinnen, sondern wahlweise 7, 8 (ideal) oder 9 Taktzyklen.By using the superimposed baseband coding with reference edge change, a long synchronization process can be bypassed since the set edges of two successive bits of the data signal immediately provide information about the current clock rate of the data signal. This makes the recovery of the clock very easy, but includes a limited catch range on which the frequency can "lock", so there will always be a small, practically negligible error. This error is as follows. The receiver (eg, the star coupler 100) oversamples the incoming data signal according to the FlexRay specification at 8 times the frequency of the bit duration or symbol rate. The sampling frequency in the receiver must therefore be at least 80 MHz. Thus, every 12.5ns results in a new sample. To compensate for the offset between transmitter and receiver and deviations arising through the channel, the receiver adapts the data period by varying the clock frequency. Thus, the receiver does not always use 8 clock cycles to recover the incoming coded and sampled signal, but optionally 7, 8 (ideal) or 9 clock cycles.
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 des asymmetrischen Delays eines FlexRay-Kommunikationssystems muss dieser Fehler berücksichtigt werden, was auf einen maximalen Delay von 12,5ns bei einer Abtastfrequenz von 80 MHz führt. Dieser Fehler wird zwar am Eingang des aktiven Sternkopp lers 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.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 12.5ns at a sampling frequency of 80 MHz. Although this error is caused by the proposed concept at the input of the active star coupler 100 (as is also the case in every FlexRax node, by the way), it is not passed on to the transmission path by the concept presented.
Der Empfänger, in dem die Taktrate des übertragenen Datensignals zurück gewonnen wird, ist vorzugsweise als ein aktiver Sternkoppler 100 des Kommunikationssystems ausgebildet, in dem das eingehende Datensignal hinsichtlich einer asymmetrischen Verzögerung von dem übertragenen Datensignal entkoppelt und die asymmetrische Verzögerung des eingehenden Datensignals reduziert wird, so dass das vom Sternkoppler abgehende Datensignal eine geringere asymmetrische Verzögerung aufweist als das eingehende Datensignal. Um die asymmetrischen Verzögerungen 20 in einem Kommunikationsnetzwerk reduzieren zu können, wird eineThe receiver in which the clock rate of the transmitted data signal is recovered is preferably embodied as an active star coupler 100 of the communication system in which the incoming data signal is decoupled from the transmitted data signal for asymmetric delay and the asymmetrical delay of the incoming data signal is reduced the data signal leaving the star coupler has a smaller asymmetrical delay than the incoming data signal. In order to reduce the asymmetric delays 20 in a communication network, a
Erweiterung des 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 wird. 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. 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. Selbstverständlich muss noch die Laufzeit (Propagation Delay) eingehalten werden.Extension of the star coupler 100 to the effect that a reduction or even elimination of the asymmetric delay, which was impressed on the data signal until reaching the star coupler 100, is 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. 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 consideration 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, unless the sum of all asymmetric delays per component occurring on these two sub-transmission links does not violate the maximum asymmetric delay allowed, no further analysis of the later overall configuration of the communications network is required. Of course, the propagation delay (Propagation Delay) must be adhered to.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Erweiterung des Sternkopplers 100 wird in der zentralen Verarbeitungseinheit 113 implementiert. Ein Beispiel für 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 100 eine komplette Knotenfunktion implementiert. Der Sternkoppler 100 ist also ein echter Teilnehmer des Kommunikationssystems mit einer eigenen lokalen Uhr (Oscillator 132), dessen lokales Taktsignal 134 in einer Synchronisationseinheit 136 auf das Taktsignal 138 des sendenden Teilnehmers synchronisiert wird. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zurück gewonnene Taktrate des eingehenden Datensignals wird der Synchronisationseinheit 136 zugeführt, damit diese das lokale Taktsignal 134 auf das globale Taktsignal 138 synchronisieren kann.The extension of the star coupler 100 proposed according to the invention is implemented in the central processing unit 113. An example of an extended 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 node function is implemented in the inventive active star coupler 100. The star coupler 100 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 clock signal 138 of the transmitting subscriber. The recovered clock rate of the incoming data signal according to the inventive method is supplied to the synchronization unit 136, so that it can synchronize the local clock signal 134 to the global clock signal 138.
Einer der Bustreiber 109-112 des erfindungsgemäßen Sternkopplers 100 ist als Empfänger konfiguriert und mindestens ein anderer Bustreiber 109-112 als Sender. In dem Ausführungsbeispiel aus Figur 1 wird das eingehende Signal 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.One of the bus drivers 109-112 of the inventive star coupler 100 is configured as a receiver and at least one other bus driver 109-112 as a transmitter. In the embodiment of FIG. 1, the incoming signal is, for example, received 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, so that a to be transmitted via the star coupler data signal 40 can not be transmitted directly from the receiving bus driver 110 of the star coupler 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 umfassen sowohl die Mittel zum Reduzieren der asymmetrische Verzögerung als auch die Mittel zum Entkoppeln des asymmetrischen Delays ein Speicherelement 130, 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 geschriebene Datenwort (First In) wird als erstes 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 Eingabetakt.According to the embodiment of the invention illustrated in FIG. 1, both the means for reducing the asymmetrical delay and the means for decoupling the asymmetrical delay comprise 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 written data word (First In) is read out first (First Out). In the case of a FIFO memory, in contrast to a shift register, this process can be carried out completely asynchronously, that is to say the read-out clock is independent of the input clock.
Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das eingehende Datensignal 40 zunächst mit dem global synchronisierten Taktsignal 138 in einer Dekodiereinheit 140 dekodiert. Das Dekodieren des empfangenen Signals 40 umfasst zum einen eine Basisbanddekodierung, mit der das basisbandkodierte Signal 40 wieder dekodiert werden kann. Aus den im Wege der Basisbandkodierung in das Datensignal eingebrachten zusätzlichen Flankenwechsel zu definierten Zeitpunkten kann im Dekodierer 140 die Taktrate der Datenübertragung zurückgewonnen werden. Diese im Empfänger des Sternkopplers 100 ermittelte Taktrate der Datenübertragung wird zur Synchronisation des Taktsignals im Empfänger genutzt. Des weiteren wird zumTo 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. The decoding of the received signal 40 on the one hand comprises a baseband decoding with which the baseband coded signal 40 can be decoded again. The clock rate of the data transmission can be recovered in the decoder 140 from the additional edge change introduced by way of baseband coding into the data signal at defined times. This determined in the receiver of the star coupler 100 clock rate of data transmission is used to synchronize the clock signal in the receiver. Furthermore, the
Dekodieren des eingehenden Signals 40 im Dekodierer 140 das Signal 40 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.Decode the incoming signal 40 in the decoder 140, the signal 40 bits for each bit repeatedly, eg. 8-fold, oversampled. By a majority decision on the sampled signal values of a data bit sampled at different sampling times, the value of the data bit is determined. For example, if 8 samples are "8" and only 2 samples are "0", assuming that samples "0" are erroneous (due, for example, to the asymmetric delay), and if 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 Sternkopp lers 100 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 über die physikalische Schicht (physical layer) versendet. DieAs already mentioned, the receiving part of Sternkopp coupler 100 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 memory 130 and optionally sends this amplified through the physical layer. The
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.Computation of the asymmetrical delay can now again start again, since 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 100 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 (des Propagation Delays). Gemäß derThe use of the FIFO asynchronous memory 130 is required because of the frequency offset between the synchronized clock 138 and the clock of the transmitting subscriber and the clock 134 of the active star 100 no direct connection of data lines is permitted. 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 is 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 slightly increasing the propagation delay (the propagation delay). According to the
FlexRay-Spezifikation V.2.1 muss darauf geachtet werden, dass die maximale Verzögerung eines aktiven Sternkopplers zwei Bitzeiten nicht überschreitet. Für das Timing eines aktiven Sternkopplers 100 gelten gemäß Spezifikation folgende Grenzwerte:FlexRay specification V.2.1 must be taken to ensure that the maximum delay of a active star coupler does not exceed two bit times. The following limits apply to the timing of an active star coupler 100 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 MBit/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 MBit/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 lang wären. Zu Beginn der Übertragung bzw. des Datenrahmens (sog. Frames) werden 4,5 Bits verloren gehen (sog. Truncation).For the worst case consideration, a 10 Mbit / s 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 Mbit / sec connection, one comes to 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 long. At the beginning of the transmission or the data frame (so-called frames), 4.5 bits will be lost (so-called truncation).
Herkömmliche FIFO-Speicher dienen zum Speichern von 8 Bit-Datenworten, wobei auch andere Varianten erhältlich sind (vgl. Datenblätter der Hersteller von FIFO-Speichern, bspw. 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 100 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 use in an active star coupler 100 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 Pointer, die auf die abgelegten Daten zeigen. 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 vier 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 Vierteilung des synchronisierten Takts 138 um den Faktor vier und eine um eine Taktzeit verschobenen Ausgabe.In the context of the present invention, a special storage concept is introduced. FIG. 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 Throughput times play a lesser role compared to a conventional shift register. Because with this type of FIFOs, not the data are moved, but only pointers that point 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 four 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-flops 162-168 is done by dividing the synchronized clock 138 by a factor of four and an output shifted by one clock time.
Die Ausgabe der Daten bzw. das erneute versenden und kodieren mit der Kodiereinheit 142 erfolgt dagegen mit dem lokalen Systemtakt 134 des Sternkopp lers 100, wie der Figur 4 entnommen werden kann. Die Auswahl der entsprechenden Speicherstelle für den Lesevorgang erfolgt ähnlich der des Schreib Vorgangs. 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. Allerdings nimmt mit der Anzahl der Speicherzellen auch die Übertragungsverzögerung zu.The output of the data or the re-send and encode with the encoding unit 142, however, takes place with the local system clock 134 of Sternkopp coupler 100, as the figure 4 can be seen. 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. However, with the number of memory cells, the transmission delay also increases.
Figur 5 zeigt den zeitlichen Verlauf der Signale des 1-Bit asynchronen FIFO-Speichers 130 in Ringstruktur der Länge vier aus Figur 4, beim Eintreffen eines Datensignals (SOF; Start of Frame), nach vorheriger Initialisierung und der nachfolgend beginnenden Zwischenspeicherung der Datenbits.Figure 5 shows the time course of the signals of the 1-bit asynchronous FIFO memory 130 in ring structure of length four from Figure 4, the arrival of a data signal (SOF; Start of Frame), 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 approx. 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 easily be seen from FIG. 5 that propagation 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.
Setzt man weiter als maximal zulässigen Frequenzoffset der beiden Taktfrequenzen den Versatz um maximal eine Bitdauer an (wobei durch die Ringstruktur der Länge vier mit Startversatz um zwei Speicherstellen nach der Initialisierung in positiver wie negativer Versatzrichtung genügend Spielraum für diese Annahme besteht), so ergibt sich die Quarzgüte zu:If one further sets the offset by a maximum of one bit duration as the maximum permissible frequency offset of the two clock frequencies (with enough space for this assumption due to the ring structure of length four with start offset by two memory locations after initialization in positive and negative offset directions), this results in Quartz quality to:
Güte = !L-- NFrame +±_χ Goodness =! L-- N frame + ± _ χ
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 eine worst case Betrachtung ist eben diese maximale Framelänge von Bedeutung wodurch sich eine maximale Frequenztoleranz vonwith 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 a worst case consideration, this maximum frame length is important, resulting in a maximum frequency tolerance of
Quarztoleranz = \fc - fc
Figure imgf000026_0001
ergibt. Herkömmliche Quarzoszillatoren haben sogar nur einen Toleranzbereich von 100 ppm.
Quartz tolerance = \ f c - f c
Figure imgf000026_0001
results. Conventional quartz oscillators even have a tolerance range of only 100 ppm.
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. Zum Reduzieren der asymmetrischen Verzögerung beim Empfänger wird die zusammen mit dem Datensignal übertragene Information bzgl. der Taktrate der Signalübertragung herangezogen. Diese Information wird in Form eines vorgegebenen Flankenwechsels zu einem definierten Zeitpunkt innerhalb eines Datenbits des Datensignals übertragen. Der Sollflankenwechsel wird im Sender in das Datensignal eingebracht und beim Empfänger aus dem empfangenen Datensignal wieder extrahiert, um die Taktrate der Signalübertragung zu ermitteln. 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. In order to reduce the asymmetrical delay at the receiver, the information transmitted with the data signal is used with respect to the clock rate of the signal transmission. This information is transmitted in the form of a predetermined edge change at a defined time within a data bit of the data signal. The reference edge change is introduced into the data signal in the transmitter and extracted again at the receiver from the received data signal in order to determine the clock rate of the signal transmission. 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 zur Ermittlung der Taktrate eines Datensignals, das in einem1. A method for determining the clock rate of a data signal in a
Kommunikationssystem umfassend einen Datenbus und mehrere daran angeschlossene Teilnehmer von einem sendenden Teilnehmer über den Datenbus an einen empfangenden Teilnehmer übertragenen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überlagerung desCommunication system comprising a data bus and a plurality of subscribers connected thereto is transmitted from a transmitting subscriber via the data bus to a receiving subscriber, characterized in that for superimposing the
Datensignals mit einer zusätzlichen Information bezüglich der Taktrate das Datensignal beim sendenden Teilnehmer transformiert, das transformierte Datensignal über den Datenbus übertragen und beim empfangenden Teilnehmer rücktransformiert wird, wobei im Rahmen der Rücktransformation die zusätzliche Information bezüglich der Taktrate zurückgewonnen wird.Data signal with additional information regarding the clock rate transforms the data signal at the sending party, the transformed data signal is transmitted over the data bus and transformed back at the receiving party, wherein the additional information regarding the clock rate is recovered in the context of the inverse transformation.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Transformation des2. The method according to claim 1, characterized in that by the transformation of
Datensignals an einer definierten Position innerhalb der Datenbits des Datensignals mindestens einen Sollflankenwechsel erzeugt wird.Data signal at a defined position within the data bits of the data signal at least one reference edge change is generated.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Datensignal beim sendenden Teilnehmer mit einer Basisbandkodierung kodiert und beim empfangenden Teilnehmer mit einer entsprechenden Basisbanddekodierung dekodiert wird.3. The method according to claim 2, characterized in that the data signal is encoded at the transmitting subscriber with a baseband coding and decoded at the receiving subscriber with a corresponding baseband decoding.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Basisbandkodierung eine Manchester Codierung, eine Biphase-Mark Codierung, eine Miller-Codierung, eine Codierung mittels Barker-Folgen, eine Codierung mittels eines Bipolar-Codes, eines AMI-Codes oder eines HDBn-Codes verwendet wird.4. The method according to claim 3, characterized in that as baseband coding a Manchester coding, a Biphase-Mark coding, a Miller coding, a coding by means of Barker sequences, an encoding by means of a bipolar code, an AMI code or a HDBn Codes is used.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Datensignal beim sendenden Teilnehmer mittels eines Scrambler transformiert und beim empfangenden Teilnehmer mittels eines Descramblers rücktransformiert wird. 5. The method according to claim 2, characterized in that the data signal is transformed at the transmitting subscriber by means of a scrambler and transformed back at the receiving subscriber by means of a descrambler.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die übermittelte Information eines empfangenen Datensignals zur Korrektur der Taktrate bei dem empfangenden Teilnehmer des Datensignals herangezogen wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the transmitted information of a received data signal is used to correct the clock rate at the receiving subscriber of the data signal.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das eingehende Datensignal beim empfangenden Teilnehmer überabgetastet wird und die Lage des Abtastpunktes durch7. The method according to claim 6, characterized in that the incoming data signal is oversampled at the receiving party and the location of the sampling point
Variation einer lokalen Taktfrequenz im empfangenden Teilnehmer in Abhängigkeit von der übermittelten Information variiert wird.Variation of a local clock frequency in the receiving subscriber in dependence on the transmitted information is varied.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das eingehende kodierte Datensignal beim empfangenden Teilnehmer 8-fach überabgetastet wird und die lokale Taktfrequenz im empfangenden Teilnehmer in Abhängigkeit von der übermittelten Information derart variiert wird, dass der empfangende Teilnehmer 7 bis 9, vorzugsweise 8, Taktzyklen verwendet, um das eingehende kodierte Datensignal zu dekodieren.8. The method according to claim 7, characterized in that the incoming coded data signal is oversampled 8 times at the receiving subscriber and the local clock frequency in the receiving subscriber is varied in dependence on the transmitted information such that the receiving subscriber 7 to 9, preferably 8 , Clock cycles used to decode the incoming coded data signal.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktrate eines in einem aktiven Sternkoppler des Kommunikationssystems mit Sterntopologie eingehenden Datensignals ermittelt wird, wobei das über den Sternkoppler übertragene Datensignal hinsichtlich einer asymmetrischen Verzögerung in dem Sternkoppler von dem eingehenden Datensignal entkoppelt und die asymmetrische Verzögerung des über den Sternkoppler übertragenen Datensignals in dem Sternkoppler reduziert wird, so dass das vom Sternkoppler abgehende Datensignal eine geringere asymmetrische Verzögerung aufweist als das eingehende Datensignal.9. The method according to any one of claims 6 to 8, characterized in that the clock rate of a received in an active star coupler of the communication system with star topology data signal is detected, wherein the data transmitted via the star coupler data signal decoupled from the incoming data signal with respect to an asymmetric delay in the star coupler and reducing the asymmetric delay of the data signal transmitted via the star coupler in the star coupler, such that the data signal leaving the star coupler has a smaller asymmetric delay than the incoming data signal.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Datensignal überlagerte Information des eingehenden Datensignals mit der synchronisierten Taktrate des Kommunikationssystems in einem Speicherelement des Sternkopplers zwischengespeichert werden.10. The method according to claim 9, characterized in that the information superimposed on the data signal of the incoming data signal with the synchronized clock rate of the communication system are cached in a memory element of the star coupler.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischengespeicherte Information des eingehenden Datensignals mit einer lokalen Taktrate des aktiven Sternkopplers aus dem Speicherelement ausgelesen wird, wobei der lokale Takt des aktiven Sternkopplers unabhängig ist von dem synchronisierten Takt des Kommunikationssystems und der lokale Takt des aktiven Sternkopplers geregelt wird. 11. The method according to claim 10, characterized in that the cached information of the incoming data signal with a local clock rate of the active star coupler is read from the memory element, wherein the local clock of the active star coupler is independent of the synchronized clock of the communication system and the local clock of active star coupler is regulated.
12. Kommunikationssystem umfassend einen Datenbus und mehrere daran angeschlossene Teilnehmer zum Senden und/oder Empfangen eines über den Datenbus übertragenen Datensignals, dadurch gekennzeichnet, dass ein sendender Teilnehmer zur Überlagerung des zu übertragenden Datensignals mit einer zusätzlichen Information bezüglich der Taktrate Mittel zur Transformation des Datensignals und ein empfangender Teilnehmer zum Zwecke der Rückgewinnung der zusätzlichen Information bezüglich der Taktrate Mittel zur Rücktransformation des eingehenden Datensignals aufweist.12. A communication system comprising a data bus and a plurality of subscribers connected thereto for transmitting and / or receiving a data bus transmitted via the data bus, characterized in that a transmitting subscriber for superimposing the data signal to be transmitted with additional information regarding the clock rate means for transforming the data signal and a receiving subscriber for the purpose of recovering the additional information relating to the clock rate has means for inverse transformation of the incoming data signal.
13. Kommunikationssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformation des Datensignals mindestens einen Sollflankenwechsel an einer definierten Position innerhalb der Datenbits des Datensignals erzeugt.13. Communication system according to claim 12, characterized in that the transformation of the data signal generates at least one reference edge change at a defined position within the data bits of the data signal.
14. Kommunikationssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der sendende Teilnehmer das zu übertragende Datensignal mit einer Basisbandkodierung kodiert und der empfangende Teilnehmer das empfangene kodierte Datensignal mit einer entsprechenden Basisbanddekodierung dekodiert.14. Communication system according to claim 13, characterized in that the transmitting subscriber encodes the data signal to be transmitted with a baseband coding and the receiving subscriber decodes the received encoded data signal with a corresponding baseband decoding.
15. Kommunikationssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die15. Communication system according to claim 14, characterized in that the
Basisbandkodierung eine Manchester Codierung, eine Biphase-Mark Codierung oder eine Miller- Codierung umfasst.Baseband coding comprises a Manchester coding, a Biphase-Mark coding or a Miller coding.
16. Kommunikationssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationsmittel des sendenden Teilnehmers als ein Scrambler und die Rücktransformationsmittel beim empfangenden Teilnehmer als ein Descrambler ausgebildet sind.16. A communication system according to claim 13, characterized in that the transformation means of the transmitting subscriber as a scrambler and the inverse transform means are formed at the receiving subscriber as a descrambler.
17. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der empfangende Teilnehmer Teil eines aktiven Sternkopplers mit mindestens einem Eingang für das eingehende Datensignal und mindestens einem Ausgang für ein abgehendes Datensignal ist.17. Communication system according to one of claims 12 to 16, characterized in that the receiving subscriber is part of an active star coupler with at least one input for the incoming data signal and at least one output for an outgoing data signal.
18. Aktiver Sternkoppler für den Einsatz in einem Kommunikationssystem mit Sterntopologie, wobei der Sternkoppler mindestens einen Eingang für ein eingehendes Datensignal und mindestens einen Ausgang für ein abgehendes Datensignal aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sternkoppler Mittel zum Empfangen eines von einem sendenden Teilnehmer des Kommunikationssystems ausgesandten Datensignals aufweist, wobei der sendende Teilnehmer das zu übertragende Datensignal zuvor zur Überlagerung des zu übertragenden Datensignals mit einer zusätzlichen Information bezüglich der Taktrate des Datensignals transformiert hat, und der Sternkoppler Mittel zur Rücktransformation des empfangenen Datensignals zum Zwecke einer Rückgewinnung der zusätzlichen Information aufweist.18. An active star coupler for use in a star topology communication system, the star coupler having at least one input for an incoming data signal and at least one output for an outgoing data signal, characterized in that the star coupler comprises means for receiving one of a transmitting one Subscriber of the communication system has transmitted data signal, wherein the transmitting party has previously transformed the data signal to be transmitted to superimpose the data signal to be transmitted with additional information regarding the clock rate of the data signal, and the star coupler means for inverse transformation of the received data signal for the purpose of recovering the additional information having.
19. Sternkoppler nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Sternkoppler im Rahmen der Rücktransformation des empfangenen Datensignals mindestens einen Sollflankenwechsel an einer definierten Position innerhalb der Datenbits des Datensignals detektiert und daraus die Taktrate des empfangenen Datensignals ermittelt.19. Star coupler according to claim 18, characterized in that the star coupler detects at least one reference edge change at a defined position within the data bits of the data signal in the context of the inverse transformation of the received data signal and determines therefrom the clock rate of the received data signal.
20. Sternkoppler nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Sternkoppler das empfangene, zuvor kodierte Datensignal mit einer zur Kodierung des zu übermittelnden Datensignals im sendenden Teilnehmer des Kommunikationssystems verwendeten Basisbandkodierung entsprechenden Basisbanddekodierung dekodiert.20. The star coupler according to claim 19, wherein the star coupler decodes the received, previously coded data signal with a baseband decoding corresponding to the baseband coding used to encode the data signal to be transmitted in the transmitting subscriber of the communication system.
21. Sternkoppler nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisbandkodierung eine Manchester Codierung, eine Biphase-Mark Codierung oder eine Miller-Codierung umfasst.21. Star coupler according to claim 20, characterized in that the baseband coding comprises a Manchester coding, a Biphase-Mark coding or a Miller coding.
22. Sternkoppler nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücktransformationsmittel als ein Descrambler ausgebildet sind, der das empfangene, zuvor beim sendenden Teilnehmer mittels eines Scramblers transformierte Datensignal zurücktransformiert. 22. A star coupler according to claim 19, characterized in that the inverse transforming means are designed as a descrambler, which transforms back the received data signal previously transformed by the sending subscriber by means of a scrambler.
PCT/EP2008/067218 2007-12-11 2008-12-10 Method for ascertaining the clock rate of a data signal, which is received from a node of a communication system, active star coupler for executing the method, and communication system having an active star coupler of this type WO2009074603A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007059554.0 2007-12-11
DE200710059554 DE102007059554A1 (en) 2007-12-11 2007-12-11 Method for determining the clock rate of a data signal received from a subscriber of a communication system, active star coupler for carrying out the method and communication system with such an active star coupler

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009074603A1 true WO2009074603A1 (en) 2009-06-18

Family

ID=40456697

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2008/067218 WO2009074603A1 (en) 2007-12-11 2008-12-10 Method for ascertaining the clock rate of a data signal, which is received from a node of a communication system, active star coupler for executing the method, and communication system having an active star coupler of this type

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102007059554A1 (en)
WO (1) WO2009074603A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014121057A1 (en) * 2013-01-31 2014-08-07 Oracle International Corporation Rotational synchronizer circuit for metastablity resolution

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008014254B4 (en) * 2008-03-13 2014-11-27 Audi Ag Star coupler for a bus system, bus system with such a star coupler and method for exchanging signals in a bus system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3637515A1 (en) * 1986-11-04 1988-05-11 Ant Nachrichtentech Clock recovery arrangement
US5309475A (en) * 1991-10-01 1994-05-03 Abb Power T&D Company Inc. Data interchange network
DE4434803C1 (en) * 1994-09-29 1996-03-07 Ant Nachrichtentech Serial bit stream sampling method for high speed data transmission equipment
US6137851A (en) * 1998-02-13 2000-10-24 Agilent Technologies System and method for synchronizing a signal with respect to another signal
EP1335520A1 (en) * 2002-02-11 2003-08-13 AMI Semiconductor Belgium BVBA Multiplex bus system with duty cycle correction
US20060033646A1 (en) * 2004-07-22 2006-02-16 International Business Machines Corporation Method and apparatus for minimizing threshold variation from body charge in silicon-on-insulator circuitry

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3637515A1 (en) * 1986-11-04 1988-05-11 Ant Nachrichtentech Clock recovery arrangement
US5309475A (en) * 1991-10-01 1994-05-03 Abb Power T&D Company Inc. Data interchange network
DE4434803C1 (en) * 1994-09-29 1996-03-07 Ant Nachrichtentech Serial bit stream sampling method for high speed data transmission equipment
US6137851A (en) * 1998-02-13 2000-10-24 Agilent Technologies System and method for synchronizing a signal with respect to another signal
EP1335520A1 (en) * 2002-02-11 2003-08-13 AMI Semiconductor Belgium BVBA Multiplex bus system with duty cycle correction
US20060033646A1 (en) * 2004-07-22 2006-02-16 International Business Machines Corporation Method and apparatus for minimizing threshold variation from body charge in silicon-on-insulator circuitry

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JIAN-CUO ZHANG ET AL: "High-reliability optical fiber local area networks for aircraft applications", AEROSPACE AND ELECTRONICS CONFERENCE, 1993. NAECON 1993., PROCEEDINGS OF THE IEEE 1993 NATIONAL DAYTON, OH, USA 24-28 MAY 1993, NEW YORK, NY, USA,IEEE, US, 24 May 1993 (1993-05-24), pages 1116 - 1122, XP010115836, ISBN: 978-0-7803-1295-1 *
UHLHORN R W: "A robust fibre optic active star coupler for the SAE linear token-passing multiplex data bus", 19880523; 19880523 - 19880527, 23 May 1988 (1988-05-23), pages 174 - 181, XP010076888 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014121057A1 (en) * 2013-01-31 2014-08-07 Oracle International Corporation Rotational synchronizer circuit for metastablity resolution
JP2016509810A (en) * 2013-01-31 2016-03-31 オラクル・インターナショナル・コーポレイション Rotating synchronizer circuit for metastability solution
US9509317B2 (en) 2013-01-31 2016-11-29 Oracle International Corporation Rotational synchronizer circuit for metastablity resolution

Also Published As

Publication number Publication date
DE102007059554A1 (en) 2009-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1878166B1 (en) Method and device for decoding a signal
EP1994700B1 (en) Method and system for compensating for asymmetric delays
EP2619947B1 (en) Method and apparatus for serial data transmission at a switchable data rate
DE69922972T2 (en) SYSTEM AND METHOD FOR TRANSMITTING AND RECEIVING DATA SIGNALS THROUGH A PASS SIGNAL LINE
EP1915833B1 (en) Method and device for decoding a signal
EP2700017A1 (en) Method and device for serially transferring data, having switchable data encoding
DE102011080476A1 (en) Method and apparatus for improving data transmission security in serial data transmission with flexible message size
DE102015209196A1 (en) Method for the serial transmission of a frame via a bus system from a transmitter to at least one receiver and subscribers of a bus system
EP3178203B1 (en) Participant station for a bus system and method for broadband can-bus communication
DE102010063797A1 (en) Method and device for serial data transmission with additionally inserted data
WO2020089008A1 (en) Subscriber station for a serial bus system and method for transmitting a message in a serial bus system
EP3008842B1 (en) Methods of operating a user in a communication network
DE102012108696A1 (en) Data bus subscribers and method for the synchronization of data bus subscribers
EP4029202A1 (en) Subscriber station for a serial bus system and method for communication in a serial bus system
DE1948533C3 (en) Device for the transmission of a synchronous, binary pulse train
WO2009074603A1 (en) Method for ascertaining the clock rate of a data signal, which is received from a node of a communication system, active star coupler for executing the method, and communication system having an active star coupler of this type
DE102019207542A1 (en) Subscriber station for a serial bus system and method for communication in a serial bus system
DE102018214967A1 (en) Subscriber station for a serial bus system and method for transmitting data in a serial bus system
EP0898818B1 (en) Process for transmitting data
EP3744021B1 (en) Subscriber station for a serial communication network, and method for correcting individual errors in a message of a serial communication network
EP3744046B1 (en) Subscriber station for a serial bus system, and method for fault signalling for a message received in a serial bus system
WO2008071506A1 (en) Method for transmission of a data signal via an active star coupler in a communication system
EP1724970B1 (en) Cyclical time-based communication system, the user of the communication system and method for transmitting data between participants of the communication system
WO2022106114A1 (en) Subscriber station for a serial bus system, and method for communication in a serial bus system
DE102017202879B4 (en) Method for wireless serial data transmission

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08858527

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 08858527

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1