阅读说明：本技术 进行数据通信的方法 (The method for carrying out data communication ) 是由 S·优素福 V·托伦蒂诺 于 2019-05-14 设计创作，主要内容包括：进行数据通信的方法。本发明涉及一种在至少两个装置之间进行数据通信的方法,其中,所述至少两个装置经由电气总线线路连接,各个装置检测从相应的装置流向所述总线线路的装置电流的幅值,一个装置提升其它装置的装置电流以便通告数据传递,并且在通告数据传递之后,通过对所述其它装置的装置电流进行调制来传递数据。(The method for carrying out data communication.The method that the present invention relates to a kind of to carry out data communication between at least two devices, wherein, at least two device is via electric bus connection, each device detection flows to the amplitude of the device electric current of the bus line from corresponding device, one device promotes the device electric current of other devices so as to notification data transmitting, and it after notification data transmitting, is modulated by the device electric current to other devices to transmit data.)

进行数据通信的方法

技术领域

本发明涉及在至少两个装置之间进行数据通信的方法。

背景技术

进行数据通信的方法广泛用于不同的应用中。例如，在汽车应用中，对需要进行数据通信的数据处理的需求日益增长。特别是在自主驾驶应用或半自主驾驶应用中，不同的处理单元(例如，芯片上系统-SOC)需要交换数据。这种数据通信需要高功能安全性。然而，与此同时，应当在不产生高成本的情况下实现数据通信。另外，还应提供其它方面，例如，抗电磁干扰(EMI)的稳定性。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种在至少两个装置之间进行数据通信的方法，该方法允许安全且可靠地传送数据，其中，该方法可以优选地以低成本实现。

该目的通过根据权利要求1所述的方法来实现。

权利要求1涉及一种在至少两个装置之间进行数据通信的方法，其中，

-所述至少两个装置经由电气总线线路连接，

-各个装置检测从相应装置流向所述总线线路的装置电流的幅值，

-一个装置提升其它装置的装置电流，以便通告数据传递，

-在通告所述数据传递之后，所述一个装置通过对所述其它装置的装置电流进行调制来传递数据。

换句话说，提升所述其它装置的装置电流的所述一个装置由此要求总线优先级(即，成为主装置)，而所述其它装置接着优选地切换成从模式/接收模式，其中，所述其它装置等待接收来自所述一个装置(即，所述主装置)的数据。在所述主装置通过提升所述其它装置的装置电流(例如，通过提升装置电流达预定时长，例如，1ms)来通告了所述数据传递之后，所述主装置调制所述其它装置的装置电流。借助于对所述其它装置的装置电流的这种调制，数据从主装置传递至所述其它装置。

根据本发明，因此，可以通过简单地首先提升然后调制所述其它装置的装置电流来进行数据通信。从而，可以实现对电磁干扰具有鲁棒性的数据通信。同时，提升和调制所述装置电流不需要过多的电路，从而允许以低成本实现数据通信。由于数据通信的可靠性，本发明的方法可以用于安全相关的功能，例如，用于高级驾驶员辅助系统(ADAS)中。

在这方面，所述装置电流是从相应装置流入所述总线线路的电流和/或从所述总线线路流入相应装置的电流，即，正电流或负电流。换句话说，所述装置电流是特定装置与所述总线线路交换的电流。

优选地，连接至所述电气总线线路的各个装置又可以连接至处理单元(例如，经由数据接口)，其中，所述装置转换从相应处理单元接收到的信息以经由所述电气总线线路传输。

要明白的是，“提升所述装置电流”可以意指“提升所述装置电流的幅值”和/或“提升所述装置电流的绝对值”。

通过所述总线线路通信的所述装置在这里被称为“总线装置”或“装置”。

在说明书、附图以及从属权利要求中公开了本发明的优选特征和实施方式。

优选地，所述装置利用所述电气总线线路进行双向数据通信，其中，所述其它装置中的至少一个装置在前一数据传递已经完成之后也通告数据传递。这意味着优选地，每个装置都可以成为主装置。然而，一次只允许一个主装置。因此，每个装置也可以成为从装置，从而接收由所述主装置发送的数据。

例如，第一装置最初可以是所述一个装置，其提升其它装置的装置电流，以便通告所述数据传递。然后，所述第一装置通过对其它装置的装置电流进行调制来传递数据。在所述数据传递之后，第二装置然后提升其它装置的装置电流，从而也提升所述第一装置的装置电流。从而所述第二装置成为所述一个装置/所述主装置。然后，所述第二装置通过对其它装置的装置电流进行调制来传递数据。

有利地，超过两个装置经由所述电气总线线路连接，其中，所述电气总线线路包括星形拓扑。换句话说，超过两个装置(或所有装置)电连接至同一电气总线线路。每一个装置都可以直接电连接至每个其它装置。

还有利的是，至少在没有发生数据传递时，所述装置从所述电气总线线路汲取(正或负)静态电流。所述静态电流具有以下优点：所述装置可以容易地检测所述总线的错误，例如，如果所述静态电流失效(即，减小至零)。为了提供所述静态电流，所述装置可以包括空闲电阻器，该空闲电阻器帮助所述静态电流从所述总线线路流至地，其中，不同装置的空闲电阻器优选具有不同欧姆的电阻。特别地，所述空闲电阻器可以直接连接至地和所述总线线路。然后，不同欧姆的电阻可以触发所述静态电流。不同装置的欧姆电阻可以相差至少+/-10％或至少+/-15％。另选地，可以通过对装置进行数字编程来实现不同欧姆的电阻。

如果检测到所述静态电流为零(尽管所述总线线路功能正常)，则可以改变所述空闲电阻器的欧姆电阻，例如，通过将一个或更多个调节电阻器(串联和/或并联)连接至所述空闲电阻器。可以在设置过程期间或在操作期间连接所述调节电阻器。然后，所述调节电阻器可以带来非零静态电流。

为了检测所述静态电流，可以检测所述空闲电阻器处的电压降，例如，借助于运算放大器。当然，也可以采用不同的方式来检测所述静态电流。

如果所述静态电流不同于在没有其它装置连接至所述总线线路的情况下将存在的静态电流，则可以假设所述总线线路功能正常。如果检测到总线故障(例如，通过检测所述静态电流)，则所述总线装置可以输出警告信号。

在通过对所述装置电流进行调制来传递数据期间，优选地，利用曼彻斯特(Manchester)码调制所述装置电流。在曼彻斯特码中，每个数据位的编码要么是低然后高、要么是高然后低，高和低持续同等时间。因此，所述装置电流的调制可以提供自同步信号(self-clocking signal)，优选地，不具有直流(DC)分量。由于使用曼彻斯特码，因此，所述电气总线线路和通过所述电气总线线路进行通信的所述装置可以很容易地电隔离。

有利地，在所述数据传递期间，首先发送目标装置的地址，跟着是针对所述目标装置指定的数据。例如，第一个发送字节可以包括所述目标装置(即，所述总线装置之一)的地址。然后，可以发送针对所述目标装置指定的一个或更多个字节的数据(即，净荷)。所述目标装置是接收数据的所述从装置之一。所述净荷还可以包括对数据的请求，其中，所述请求可以包括请求装置的地址，然后，所述请求触发所述目标装置成为主装置并将所请求的数据发送至所述请求装置。所述装置中的每一个可以具有唯一ID，即，唯一地址。

优选地，利用所调制的装置电流在所述装置之间进行数据通信仅使用单个电气总线线路。换句话说，所述总线线路实现了对地的单线连接。使用单个电气总线线路优选地意味着除了所述电气总线线路之外，不存在将数据从一个总线装置传递至另一总线装置的其它电气连接。

所述装置优选地可以具有调制电阻器(R_high)，该调制电阻器可以在所述总线线路与地之间切换，例如，借助于晶体管。当所述调制电阻器连接在所述总线线路与地之间时，这可以导致所述其它装置中的较高装置电流。为此，所述调制电阻器的欧姆电阻可以低于所述空闲电阻器的欧姆电阻，例如，低于1kΩ或优选约500Ω。

所述调制电阻器(R_high)可以通过调制晶体管进行切换。调制电阻器和所述调制晶体管可以串联连接。所述调制电阻器(R_high)和所述调制晶体管的串联连接可以与所述空闲电阻器并联连接，即，在所述总线线路与地之间。如果所述调制晶体管变为导通(接通)，则所述调制电阻器(R_high)导通地设置在所述总线线路与地之间。然后，通过所述调制电阻器(R_high)的额外电流可以提升所述其它装置的装置电流。所述调制晶体管还可以通过重复开关动作来对电流进行调制以进行所述数据传递。

有利地，所述电气总线线路仅设置在印刷电路板(PCB)上，优选地，所述电气总线线路的超过50％的长度与所述PCB的基板直接接触。换句话说，所述电气总线线路仅用于连接PCB上的总线装置，例如，用于间接连接同一PCB上的不同芯片上系统(SOC)。所述SOC优选地可以被配置为高级驾驶员辅助系统(ADAS)。

如果一次只有一个装置提升其它装置的装置电流，则是更优选的。因此，所述装置中的仅一个装置可以成为所述一个装置(主装置)，从而消除了当几个装置同时尝试发送数据时发生的问题。由于首先提升了所述其它装置的装置电流，因此所述其它装置立刻得知所述一个装置想要发送数据。在这种情况下，所述其它装置避开要求总线优先级，即，提升所述其它装置本身的装置电流。相反，所述其它装置等待直到所述一个装置的所述数据传递完成。

优选地，在提升所述其它装置的装置电流期间和/或在所述其它装置的装置电流已经提升之后，所述一个装置断开其接收器部分(参见下文)，即，不能再接收数据。

本发明还涉及一种进行数据通信的装置，其中，所述装置被配置为

-连接至电气总线线路，

-检测从所述装置流入所述总线线路的装置电流的幅值，

-提升连接至所述总线线路的其它装置的装置电流，以便通告数据传递，

-在通告所述数据传递之后，通过对所述其它装置的装置电流进行调制来传递数据，以及

-通过检测所述装置的装置电流的调制来接收数据。

所述装置优选地包括感测电阻器(R_sense)，该感测电阻器例如在感测晶体管处于导通状态的情况下连接在电源电压(V_DD)与所述总线线路之间。换句话说，所述感测电阻器(R_sense)和所述感测晶体管可以串联连接，其中，该串联连接连接至电源电压和所述总线线路。如果所述感测晶体管处于导通状态，那么可以借助所述感测电阻器上的电压降来检测装置电流的变化。从而，可以检测另一装置是否已经提升了所述装置电流和/或是否利用所述装置电流的调制发送了数据。

为清楚起见，应注意到，所述装置电流可以包括所述静态电流。然而，利用所述感测电阻器(R_sense)，可能仅能检测与在没有所述静态电流的情况下的装置电流相等的电流。

如上所述，所述装置优选地还包括调制电阻器(R_high)，该调制电阻器在所述调制晶体管处于导通状态的情况下连接在所述总线线路与地之间。要注意的是，通常，仅所述感测晶体管和所述调制晶体管中的一方处于导通状态。例如，如果所述调制晶体管处于导通状态，则所述感测晶体管关断，从而使所述感测电阻器与所述电气总线线路电分离。当所述感测电阻器与所述电气总线线路分离时，检测不到提升的或调制的装置电流。因此，所述装置的所述接收器部分(即，所述感测电阻器)断开。

同样，如果所述感测晶体管处于导通状态，则所述调制晶体管优选被关断。如果所述总线装置不想发送数据，则所述总线装置优选地保持在接收状态(从装置)。在所述接收状态下，所述感测晶体管处于导通状态，而所述调制晶体管不处于导通状态。

当所述调制电阻器在所述总线线路与地之间切换时，所述调制电阻器从所述总线线路汲取电流，从而提升所述其它装置的装置电流。按相同方式，所述调制晶体管和所述调制电阻器可以用于对所述其它装置的装置电流进行调制以传递数据。

本发明还涉及一种总线系统，该总线系统包括至少两个(优选地，至少5个)如上所述的装置。所述装置经由单个电气总线线路连接。如上所述，所述装置经由单线电气总线线路(对地)连接。

优选地，所述总线系统中的所述装置中的每一个装置包括与处理单元的数据接口，其中，所述装置经由所述电气总线线路传递从所述数据接口接收到的接口数据。换句话说，每个处理单元(例如，SOC)可以直接连接至所述总线装置之一，其中，相应的装置直接连接至所述电气总线线路。例如，所述处理单元与相应装置之间的所述数据接口包括几条并行数据线，例如，八条并行电气数据线。另选地或另外，所述处理单元和相应装置可以经由SPI(串行***接口)连接。所述数据接口可以提供比所述电气总线线路上的数据传输高的数据传递速度。所述装置然后可以包括缓冲器，该缓冲器临时存储经由所述数据接口从处理单元接收到的数据，直到经由所述电气总线线路传递了该数据。所述电气总线线路上的数据传递速度可以介于100kbit到1Mbit之间，优选约400kbit。

所述装置优选形成为集成电路(IC)和/或ASIC(专用集成电路)。

在所述总线系统操作期间，所述处理单元之一经由所述数据接口将数据传递至该处理单元连接的总线装置。该总线装置接收该数据，然后断开其感测电阻器(R_sense)并将其调制电阻器(R_high)连接在所述电气总线线路与地之间。从而，增加的电流流过所述调制电阻器，从而增加了也连接至所述电气总线线路的所述其它装置的装置电流。所述其它装置将所提升的装置电流理解为期望传递数据的信号。

所述一个装置(即，提升了所述其它装置的装置电流的装置)然后通过(借助于所述调制晶体管)在所述总线线路与地之间重复临时切换所述调制电阻器来传递数据。经由所述其它装置的所调制的装置电流，首先发送所述目标装置的地址。然后发送净荷(即，实际数据)。优选地利用曼彻斯特编码来发送所有数据

然后，所述目标装置接收所述净荷并将所述净荷传递至经由所述数据接口连接至该目标装置的处理单元。如果所述净荷包括数据请求，则所述目标装置可以(反过来)提升其它装置的装置电流，然后传递回所请求的数据。

仅作为示例，所述装置的电源电压可以约为3.3V或5V。所述静态装置电流可以介于0.05mA到2mA之间，优选介于0.1mA到1mA之间。当所述装置电流提升时，所述装置电流可以增加5倍到25倍，优选增加10倍。

要明白的是，若没有其它说明，本文提到的电压通常是指对地电压。

所述感测电阻器的欧姆电阻优选处于0.5Ω到50Ω之间的范围内，特别是介于5Ω到25Ω之间。所述调制电阻器可以具有处于100Ω至2kΩ的范围内的欧姆电阻，优选为300Ω至500Ω。

要注意的是，本文中关于本发明的方法所进行的公开也适用于本发明的装置和本发明的总线系统。

附图说明

现在，参照附图，通过示例对本发明进行描述。

图1示出了总线系统的示意图；

图2示出了其中一个装置的内部结构；以及

图3示出了感测电阻器随时间的电压。

具体实施方式

图1示出了总线系统10，其包括采用芯片上系统形式的七个处理单元，SOC 12。每个SOC 12经由并行数据接口14联接至一个总线装置16。因此，总线系统10包括七个总线装置16。总线装置16全部直接连接至一个单电气总线线路18。总线装置16也连接至地(图1中未示出)。

可以在图1中看出，总线线路18包括星形拓扑。

图2示出了总线装置16之一的内部结构。总线装置包括直接电连接至总线线路18的总线引脚20。总线装置16还包括电连接至地的接地引脚22。在总线引脚20与接地引脚22之间连接空闲电阻器(idle resistor)R_idle。空闲电阻器R_idle具有约3kΩ的欧姆电阻。不同总线装置16的空闲电阻器R_idle的欧姆电阻不同，以实现静态电流。

与空闲电阻器R_idle并联地设置有调制电阻器R_high，该调制电阻器R_high与调制晶体管24串联设置。如果调制晶体管24处于导通状态，则电流可以通过调制电阻器R_high从总线引脚20流至接地引脚22。

总线装置16还包括连接至约3.3V电源电压的电源引脚26。在电源引脚26与总线引脚20之间设置有串联的感测电阻器R_sense和感测晶体管28。

设置第一运算放大器(OpAmp)30以检测感测电阻器R_sense上的电压降。为此，第一OpAmp 30的两个输入端中的每个输入端连接至感测电阻器R_sense的端子之一。第二OpAmp 32接收第一OpAmp 30的输出并将该输出与基准电压V_ref进行比较。第二OpAmp 32的输出被馈送到解码器34中，解码器34将总线装置16所使用的协议转换成SOC 12所使用的协议。解码器34在其输出侧联接至接收和发送引脚36。

接收和发送引脚36还联接至编码器38，编码器38将SOC 12所使用的协议转换成总线装置16所使用的协议(即，曼彻斯特编码)。编码器38的输出端经由加法器40与调制晶体管24联接，使得编码器38可以控制调制晶体管24的开关动作。只有当读/写引脚42处于低电压电平时，才能控制调制晶体管24的开关动作。读/写引脚42还经由反相器44连接至加法器40。因此，调制晶体管24只能在读/写引脚42被拉低的情况下调制流过调制电阻器R_high的电流。

总线装置16最后包括联接在电源引脚26与接地引脚22之间的安全二极管46，其中，安全二极管46的阴极联接至电源引脚26。

必须要注意的是，解码器34和编码器38也可以在SOC 21中实现，特别是在SOC12的软件中实现。

读/写引脚42还联接至感测晶体管28，以使当读/写引脚42被拉低时，感测晶体管28处于非导通状态。因此，在总线装置16传输数据期间，感测电阻器R_sense处的电压为零。

如果总线装置16从其连接的SOC 12接收数据，则读/写引脚42被拉低，并且数据是通过接收和发送引脚36接收的。然后，感测晶体管28断开，而调制晶体管24闭合。调制晶体管24的闭合导致其它总线装置16的装置电流增加，即，通过其它总线装置16的相应感测电阻器R_sense的电流增加。在此阶段的提升电流之后，通过闭合和断开调制晶体管24来调制待发送数据，这引起通过其它装置16的感测电阻器R_sense的调制电流。其它装置16由此可以接收所发送的数据。

在接收到数据的情况下，读/写引脚42被拉高，从而断开调制晶体管24并闭合感测晶体管28(即，使其进入导通状态)。然后，通过感测电阻器R_sense的调制电流可以由OpAmp30、32检测并由解码器34解码，并最终在接收和发送引脚36处输出。

图3示出了感测电阻器R_sense随时间的电压图中的这些不同阶段。感测电阻器R_sense处的电压指示装置电流(即，流过总线引脚20的电流)的变化。在第一区段I中，电压处于空闲电压，意味着没有任何活动。在第二区段II中，电压(因此通过感测电阻器R_sense的电流)被另一装置提升，从而将当前总线装置16配置为从装置或接收装置。在区段III中，利用曼彻斯特编码接收数据。在传输数据后，电压在区段IV中返回其空闲电平。如果当前总线装置16本身发送数据并因此被配置为主装置，则感测电阻器R_sense通过感测晶体管28与总线引脚20分离，导致感测电阻器R_sense处的电压降至零(如图3的区段V所示)。最后，区段VI示出了返回至空闲电平。

可以看出，以上内容允许通过单线总线安全地传输数据，其中，可以提供可靠且EMI鲁棒的传输。

附图标记列表

10 总线系统

12 SOC

14 数据接口

16 总线装置

18 总线线路

20 总线引脚

22 接地引脚

24 调制晶体管

26 电源引脚

28 感测晶体管

30 第一OpAmp

32 第二OpAmp

34 解码器

36 接收和发送引脚

38 编码器

40 加法器

42 读/写引脚

44 反相器

46 安全二极管

R_sense 感测电阻器

R_high 调制电阻器

R_idle 空闲电阻器

V_ref 基准电压

I 没有活动

II 配置为从装置

III 数据传输

IV 返回至空闲

V 作为主装置发送数据

VI 返回至空闲