具有通信接口元件的通信组件以及通信接口元件

摘要

用于通信组件(200)的通信接口元件(212)，该通信组件包含一个信息存储器(202)，其中设置到达和来自信息存储器的第一数据路径(V27)，通过第一数据路径传递到达和来自信息存储器的数据和/或信息，其中通信接口元件(212)在通信组件中提供一个附加的第二数据路径(V28－V31)并且包含开关元件(207、208)，该开关元件被设计成使得：通过附加的第二数据路径(V28－V31)传递第一数据路径(V27)的规定的数据和/或信息。

说明书

现有技术

本发明涉及一个根据独立权利要求1和7的前序部分、用于使通信连接、特别是总线、与一个分配给通信组件的用户耦合的通信组件以及相应的通信接口元件并且涉及根据不是从现有技术中公知的、按照权利要求8的特征、具有至少两个通信组件的布置。此外本发明涉及一个根据权利要求10的前序部分、用于在至少两个通信组件之间交换数据和/或信息的方法。

控制设备、传感器和执行器借助于包括一个通信连接、特别是总线和相应通信组件的通信系统的网状连接近几年在新式汽车的结构中或在机械、特别是在机床领域而且也在自动化中迅速增长。对此可以达到通过把功能分给多个用户、特别控制设备的协同效果。这就是谈论的分布系统。分布系统或网络因此包括用户和连接用户的总线系统或多个相连接的总线系统。因此越来越多地通过这样的通信系统或总线系统进行在不同站或者用户之间的通信，通过这样的通信系统或总线系统在信息中传递要传输的数据。通过相应的协议调节在总线系统、存取和接收装置上的通信联络以及故障处理。

例如在Kfz范围内作为协议开创了CAN(Controller Area Network)。该协议是一个事件控制协议，也就是说通过事件启动协议激活、比如发送一个消息，所述事件源自通信系统之外。通过基于优先权的比特仲裁来接除对通信系统或者总线系统的明确访问。对此的前提条件是，给要传输的数据并且因此给每一个信息分配一个优先权。CAN协议非常灵活；因此能够毫无问题地添加另外的用户和信息，只要还存在空的优先权(Message Identifier)。收集所有在网络中要发送的信息与优先权和其要发送的或者接收用户或者相应的通信组件一起保存在一个表、所谓的通信矩阵中。

用于事件控制的、自发通信的一个替代方案是纯时间控制的方案。在总线上的所有通信激活是严格周期性的。仅仅通过对于整个总线系统有效的时间流逝来触发协议激活、比如信息的发送。对这些媒体的访问基于时域的分配，在这些时域内发送者有独家的发送权限。在这种情况下，通常在投入运行之前已经规定了信息顺序。也就是制定运行计划，其满足信息在重复率、冗余、限期等方面的要求。这就是所提及的所谓总线调度。这样的总线系统例如是TTP/C。

在时间控制的CAN、所谓的TTCAN(Time Triggered Controller Area Network)的附加解决方案中实现了两种上述总线形式的优点的结合。TTCAN满足根据时间控制的通信的上述要求以及根据一定尺度对灵活性的要求。TTCAN通过构建通信环对于确定通信用户的周期信息在所谓的独家时间窗内并且对于多个通信用户的自发信息在所谓的工作时间窗内完成这些任务。对此TTCAN基本上基于时间控制的、周期性通信，通过主时间定时的用户或者通信组件、所谓的主时间借助于时间基准信息给该通信提供时钟脉冲。

FlexRay提供了另外的、连接不同传输形式的可能性，由此描述了一个快速的、决定性的并且容错的总线系统、特别适合于在汽车中的应用。该协议按照时分复用方法(TDMA)工作，其中给用户或者要传输的信息分配固定的时隙，在该时隙内用户独家访问通信连接、总线。对此在一个固定周期内重复该时隙，如此可以准确地预测这个时刻、在该时刻经过总线传输信息、并且确定地实现总线访问。为了最佳地使用在总线系统上信息传输的带宽把周期划分为静态部分和动态部分。对此固定的时隙处在总线周期开始的静态部分内。在动态部分中动态分配时隙。其中分别仅仅对于较短时间、所谓的微小时间段进行独家的总线访问。

正如刚才描述的，存在多种不同的传输技术并因此存在多种形式的总线系统。目前需要相同形式或不同形式的多个总线系统彼此连接。为此使用一个总线接口单元、所谓的网关。因此网关是在相同形式或不同形式的不同总线之间的一个接口，其中网关把信息从一个总线传递到一个或多个另外的总线上。已知的网关包括多个独立的通信组件，其中经过各自用户的处理器接口(CPU接口)或者各自通信组件的相应接口组件实现信息的交换。对此由于附加于要传输给用户的信息上的数据的交换显著加重了CPU接口的负担，由此与从中产生的传输结构一起产生相对较低的数据传输速度。此外存在集成的通信控制器或通信组件，其分享一个公共的信息存储器、所谓的Message Memory，并因此抵消了结构缺点。当然如此的集成通信组件关于数据传输是非常不灵活的并且特别限定了确定数目的总线连接。

如此表明，现有技术背景在各方面不可能提供最佳的结果。

因此本发明的技术问题是，描述一个通信组件和一个通信接口组件以及方法，以该方法可以改善数据和/或信息的交换。

发明的优点

在这种情况下，尤其能够在多个通信组件之间进行数据/或信息的交换而不会显著加重CPU接口负担并且没有多个信息存储器彼此相关。同时特别提高了传输速度并且能够灵活传输。

特别地通过将通信接口元件实现为特殊的网关接口解决上述技术问题，该网关接口中间连接在信息存储器之间、也就是连接在相应的数据路径中，如此能够实现新的附加数据路径。

本发明为了解决该技术问题提出了一个通信接口元件和一个相应的通信组件，该通信组件包含一个信息存储器，其中设置一个到达并且来自信息处理器的第一数据路径，通过该数据路径传递到达并且来自信息存储器的数据和/或信息，其中上述通信接口元件在通信组件中有益地提供一个附加的第二数据路径并且包含一个开关元件，该开关元件被设计成使得：经过附加的第二数据路径传递第一数据路径的规定的数据和/或信息。

对此通信接口元件适当地包含一个第一开关元件和一个第二开关元件，由此规定的数据和/或信息能够导入或导出第一数据路径和/或第二数据路径。

对此开关元件适当地被设计成多路转换组件。

有益地给通信接口元件分配一个控制器，通过该控制器特别控制开关元件。对此该控制器根据第一实施形式特别包含在通信接口元件中。根据第二实施形式该控制器也可以适当地安置在通信组件中或根据第三实施形式安置在分配给通信组件的用户中。

对此控制器控制数据和/或信息经过第二附加数据路径的传输或者传递或者特别规定：在第二数据路径上传递哪些数据和/或信息和/或从第二数据路径移交给相应的信息存储器、也就是移交到第一数据路径上。

上述根据所有三种实施形式的控制器可以同样以软件或硬件实现。

除了通信接口元件之外本发明有益地也提出了一个特别具有如此通信接口元件的通信组件，其中在通信组件中设置一个附加的第二数据路径并且包含开关元件，该开关元件被设计成使得：经过第二数据路径传递第一数据路径输出的数据和/或信息。

这样的通信组件以及相应的通信接口元件能够使具有至少两个这样的通信组件的布置实现为网关并且通信组件经过附加的第二数据路径连接是特别有益的，这些通信组件特别相互连接成环形并且能够快速灵活地传输。

此外本发明提出了用于在至少两个分别包含一个信息存储器的通信组件之间交换数据和/或信息的方法，其中经过在第一通信组件中的第一数据路径传递到达并且来自信息存储器的数据和/或信息，有益地设置一个附加的第二数据路径，经过该数据路径传递第一数据路径的规定的数据和/或信息，其中通信组件经过第二数据路径连接并且如此在通信组件之间交换规定的数据/或信息。

通过本发明因此得出力求的优点：一方面与CPU接口相比在经过通信接口元件传输数据和/或信息时速度较高以及另一方面非常灵活并且自由的传输配置；与集成的通信组件或者集成的网关相比非常灵活并且自由地预先确定总线连接的数目。

从权利要求的描述以及特征中得出另外的优点和有益的设计方案。

附图说明

根据在附图中示出的图进一步详细阐述本发明。

其中图1指出一个总线系统的通信组件、特别是一个CAN总线系统。

图2指出了根据本发明的、具有一个通信接口元件的通信组件。

图3指出了具有多个彼此错接的通信组件的布置、特别是作为网关应用。

根据实施例进一步详细阐述本发明。

具体实施形式

图1示意指出了一个通信组件100，其把用户或主机110或者其CPU的执行单元连接在通信线路或者总线111上。为此通信组件100经过接口组件104与用户110或者作为CPU接口的一部分与用户100的CPU连接。因此以CLK1表示时钟输入端(Clock)，以RS1表示复位输入端，以CTRL1表示控制校验或输入端，以ADD1表示地址输入端，以DI1表示数据输入端并且以DO1表述数据输出端以及以W1表示提供等待信号(Wait)的输出端和具有中断信号(Interrupt)的输出端INT1。

进一步描述通信组件的内容，其中在此根据各自的总线系统或者通信组件示范地选择功能，比如作为CAN通信组件。可是本发明也可以应用任意另外的通信组件或者通信控制器以及另外的总线系统和总线协议，如此在下面的图和实施例中所选择的描述不认为是关于这方面的限制。特别可以双信道实施这些组件、例如用于FlexRay协议。当然CAN或TTCAN应用是一个有益的并且优选的实施形式。

对此通信组件100包含一个控制单元101，在此特别是一个CAN控制单元或CAN核心。此外以102表示信息存储器，特别作为信息随机存储器、例如作为单端口随机存储器。双端口随机存储器例如在FlexRay中应用在双信道中。以105和106表示两个中间存储器或缓冲存储器、特别是寄存器组件，其一方面用于关于数据或者信息传输的缓冲器，另一方面可以包含在信息存储器中关于相应存储器位置的相应分配。在该实施例中示出了两个寄存器105和106，其中这仅仅是示范性的并且也可以仅仅使用一个单独的寄存器或相应划分为两个存储区域的一个寄存器。通过信息管理器、所谓信息处理器103控制数据或者信息传输。

在这种情况下，第一寄存器105(例如作为CPU IFC寄存器)与接口组件104以及控制单元101通过连接线V11连接。此外第二寄存器106与接口组件104连接。这两个寄存器分别经过连接线V15和V16与信息处理器或信息管理器103连接。信息管理器本身经过连接线V13与控制单元101连接并且经过V14与信息存储器102连接。经过连接线V17实现真正的信息交换或者信息传递，其在一定程度上表示第一数据路径(或者其中重要的部分)，其在控制单元101、信息存储器102和寄存器105和106之间建立连接。

如果由在图1中指出的通信组件组成一个网关、特别是一个CAN网关，则数据传输、也就是在通信组件之间的数据和/或信息传输要求多个读和写操作，该过程象数据传输一样必须通过CPU总线(CPU接口)进行并因此显著增加了主CPU、也就是用户110的负担并因此延缓传输。

以TX和RX表示总线连接，也就是在此在发送方面TX1(transmit)或者在接收方面RX1(Receive)作为到总线111的连接。在一个集成的网关中该连接当然是固定的并且不灵活。

为了解决该问题根据图2建议一个通信接口元件212，其与通信组件200的连接后面详细阐述。在图1中在相应部分100-111和V11-17中已经进行的论述当然也适合于图2中的相应部分200-211(没有207-209和212)和V21-27。图2主要示出了具有相应根据本发明扩展(207-209和212以及V28-31)的、图1的通信组件，如此可以共同看到图1和2的实施形式。

通信组件200使用户210或者主机或者主CPU与总线211连接，其中具有TX2和RX2的总线连接表示相应的发送输出端(TX2、transmit)和接收输入端(RX2、receive)。通信组件200也包含一个特别作为CAN核心的控制单元201、一个特别作为信息随机存储器的信息存储器202、一个信息管理器或信息处理器203、两个示范的寄存器、在此以205和206表示(正如上面论述的、相应考虑寄存器105和106)、以及到主机210的接口组件、在此以204表示。接口组件包含用于时钟CLK2(clock)、复位RS2、控制输入端CTRL2(control)、地址输入端ADD2和数据输入端DI2的输入端。此外设置作为数据输出端的输出端D02、等待信号W2和终端输出端INT2。在该实例中寄存器205也与控制单元201和接口组件204经过连接线V21耦合。寄存器206经过连接线V22与接口单元204连接。在此这两个寄存器205和206也同样经过连接线V25和V26与信息管理器203连接。控制单元201经过连接线V23与信息管理器203连接并且经过连接线V24与信息存储器202连接。在此信息管理器也控制在总线211和主机210之间的真正的数据和/或信息传输。

根据图1的第一数据路径V17在这里用V27表示并且就此具有这样的特点，其不是与第二寄存器206连接而是与通信接口元件212、也就是网关借口连接。也就是说网关接口中间连接在第一数据路径上、在这里是V27，或者与该第一数据路径V27连接。通信接口元件212(网关接口)嵌接在到达或来自信息存储器202(Message Memory)的第一数据路径V27中并且有益地具有同信息存储器202本身一样的传输字宽。可是也可以考虑整数、特别是该字宽的整数倍。对此按照各自总线协议适应数据和/或信息传输、例如在CAN的情况下CAN信息具有控制位(control)和状态位。这可以根据各自的总线系统设计。

经过连接线V28、V29、V30、V31以及开关元件207和208因此在通信组件200中实现了一个附加的第二数据路径，其具有一个输入端CI(Cascsde-Input)和一个输出端CO(Cascade-Output)。对此在该实例中示出的两个开关元件207和208特别形成为多路转换器或多路转换部件。

在这个示出的优选实施形式中因此应用两个开关元件207和208，可是同样可以考虑仅仅是用一个开关元件。

因此可以直接经过附加的第二数据路径传递第一数据路径的规定数据和/或信息，不会按照正常的数据通路加重主CPU的负担。

通过一个控制器209实现第二数据路径的控制、也就是经过第二数据路径传输或者传递数据和/或信息以及特别是选择或设置数据和/或信息，该控制器特别形成为有限状态机、也就是状态机或状态自动装置(有限状态自动装置，Finite-State-Machine FSM)。该控制器209特别作为状态机或状态自动装置可以安置在通信组件200中或可以附加于通信组件并且安排在外部。在一个实施形式中特别可以包含在用户210、主机中。在一个实行形式中其可以直接包含在网关接口212、也就是通信接口元件中。通过一个写-选择输出端WRS(Write Select)可以控制第一开关元件、多路转换部件207。通过第二输出端、一个读-控制输出端RDS(Read Select)可以控制第二开关元件、多路转换组件208。通过在网关接口、也就是通信接口元件的第二个附加的数据路径中控制两个多路转换器207、208能够控制数据传输、也就是数据和/或信息的传输、特别可以确定关于信息存储器的、数据和/或信息的方向。通过另一个输出端CM/CR(Communication mask/Communication Request)可以确定在第二数据路径上传输的数据的选择或规定。

通过CM/CR例如借助于识别码并且特别是借助于一个命令请求寄存器和一个命令标记寄存器以及相应的控制识别码或控制位并且以输出端WRS与RDS能够控制经过第二数据路径的传输以及为第二数据路径选择或者设置相应的数据和/或信息。因此CPU接口、也就是接口组件204、例如与CPU接口寄存器205和206一起此外用于传送、也就是传输来自或到达本地CPU、也就是主CPU210的数据和/或信息，其中通过上述控制输入端WRS\RDS\CM/CR控制规定数据和/或信息的传输、也就是数据和/或信息的传送。

通过这个如此介绍的第二附加数据路径根据图3多个通信组件可以有益地串联连接成一个网关。在一个优选实施形式中因此任意多个通信组件、特别是CAN模块、通过网关接口、也就是通信接口元件连接成为一个网关并且分别从输出端CO(Cascade Output)到下一个通信组件的输入端CI(Cascade Input)适当地环形连接。这也能适合于另外的总线系统并且也适合于在网关上的不同的总线系统。

如此在图3中通信组件300、301至305例如作为CAN模块CAN1、CAN2至CANn错接，其中n是自然数。每一个这样的通信组件具有一个发送输出端(TX31、TX32、TX3n)以及一个用于与相应的总线或者相应的通信连接320、321和325连接的接收输入端(RX31、RX32、RX3n)。通过连接线V32、V33和V34任意多个通信组件在此特别成环形彼此错接。可是同样可以考虑星形连接。对此布置从通信组件300的输出端CO1到通信组件302的输入端CI2的连接线V32，实现从301的CO2到通信组件305的CIn的连接V33和从通信组件305的COn到通信组件300的输入端CI1的连接V34。

为了清楚明了，寄存器组合为寄存器组306、307和308并且作为所谓的CPU接口寄存器CPU IFC描述，其中示意示出了到主CPU的连接并且很清楚地作为CPU总线313示出。根据图2的各个通信组件的控制器在图3中有选择地作为网关总控制器、也就是作为网关有限状态机309示出并且通过输出端310、311和312如前所述控制在第二数据路径上的传输。也就是说通过每一个连接310、311和312特别实现根据图2的输出端WRS和RDS和/或CM/CR。因此允许网关接口或者通过通信接口元件错接的通信组件通过第二数据路径非常快速地在所有通信组件之间传输数据和/或信息。特别也可以同时把信息从一个通信组件传输到多个另外的通信组件。

一个这样的、具有用于实现第二附加数据路径的网关接口、也就是具有通信接口元件的通信组件不仅可以用作网关的一部分、正如图3示出的，而且也可以用作没有网关功能的单独控制器或单个组件。如果该通信组件在硬件中作为网关连接，则通过配置软件可以调整该通信组件或也可以在控制器中直接考虑，哪一个通信组件作为网关工作并且哪一个独立工作，如此能够非常灵活地由现存的或者所希望的通信组件装配网关。

通过上述的网关控制器309、也就是网关有限状态机实现网关功能的控制，亦即：哪一个信息从哪一个总线传递到哪一个另外总线、也就是控制第二数据路径，该网关控制器或者以硬件构成特有的状态机或者以软件特别运行在主机中，通过上述的特殊寄存器、特别是通信请求寄存器或通信标记寄存器访问网关控制输入端。因此有益地能够进行快速的数据传输并且具有较高的灵活性，特别是能够自由配置总线连接的数目以及非常灵活地装配并且构成网关。