[发明专利]用于总线间信息自动路由的网关

说明书

本发明涉及用于总线之间，尤其是串行总线和现场总线之间的信 息自动路由的网关。

控制装置、传感器和激励器借助包含通信连接(尤其是总线)和相 应的通信组件的网络及通信系统的联网，近几年来在构建现代车辆或 在机械制造中，尤其是在机床领域中和自动化中的应用迅速增加。通 过将功能分配给多个参与者(尤其是控制装置)能够获得协合作用。人 们称之为分布式系统。这种分布式系统或网络由此包括参与者和连接 参与者的总线系统或多个相连的总线系统。多个站点即参与者之间的 通信越来越多地通过这种通信系统、总线系统或网络来进行，通过这 种通信系统、总线系统或网络要传送的数据以消息的形式传输。在总 线系统上的该通信业务、访问机制和接收机制以及错误处理通过相应 的协议来管理，其中各自的协议名称本身通常也用作网络及总线系统 的别名。

例如，作为协议在车辆领域已建立CAN总线(控制器局域网)。这 是事件控制协议，即如信息发送的协议活动通过事件起动，这些事件 具有在通信系统外部的源。到通信系统及总线系统的唯一入口通过基 于优先级的位仲裁(Bitabitrierung)来解决。对此的前提条件是给要传送 的数据和由此的各个消息提供优先级。CAN协议是非常灵活的；只要 仍存在空闲的优先级(消息标识)，另外的参与者和消息连到其上就是 可能的。所有在网络中要发送的具有优先级和发送或接收参与者和相 应通信组件的消息的汇集在列表中(所谓的通信矩阵)放置。

用于事件控制、自发的通信的备选方式是纯粹时间控制方式。所 有在总线上的通信活动是严格地周期性的。如发送消息的协议活动仅 通过更新对整个总线系统有效的时间的更新来触发。到该媒介的入口 基于时域分配，在时域中发送者具有唯一发送权。消息顺序通常在运 行之前已经确定。即创建运行计划，运行计划满足相关重复率、冗余、 期限等等的消息请求。人们称之为所谓的总线调度。例如，这种总线 系统是TTP/C。

在时间控制CAN(所谓的TTCAN(时间触发控制器局域网))解决 方式中实现了两种提及总线方式优点的综合。这满足了上面起草的对 时间控制通信的要求以及对一定程度灵活性的要求。TTCAN通过以 下满足这些要求，即通过在用于确定的通信参与者的周期性消息的所 谓的独占时间窗中和在用于多个通信参与者的自发消息的所谓的仲 裁时间窗中构建通信环。由此TTCAN主要基于时间控制、周期性的 通信，该通信由主计时参与者和/或通信组件，即所谓的时间主设备 (Zeitmaster)借助时间参考信息而提供时钟脉冲(takten)。

FlexRay协议提供了综合多种传送方式的另一种可能，通过 FlexRay协议介绍了尤其是用于在车辆中的快速、确定性的和容错的 总线系统的使用。该协议按照时分多址(TDMA)方法工作，其中向参 与者及要传送的消息提供固定的时隙，在这些时隙中它们具有对通信 连接(总线)独占的访问。这些时隙以确定的周期重复，从而使消息通 过总线传送的时间点能够精确预测并且确定性地实现总线访问。为了 最佳地利用在总线系统上用于消息传送的带宽，该周期细分为静态部 分和动态部分。固定的时隙位于总线周期开始的静态部分中。在动态 部分中，时隙根据灵活时分多址(FTDMA)方法动态给出。其中专用总 线访问分别只是短时间被允许。如果没有实现访问，则允许下一个参 与者的访问。这个时间段被称为小间隙(Minislot)，在该间隙中等待第 一参与者的访问。

如上所述存在多个不同的传送技术以及由此产生的总线系统或 网络形式。通常是这样的，即相同或不同形式的多个总线系统必须相 互连接。对此总线接口单元(所谓的网关)起作用。网关是不同总线之 间的接口，这些总线可以是相同或不同形式，其中网关将(部分)消息 从一总线转发到一个或多个其它总线。已知网关包括多个独立通信组 件，其中消息交换通过相应参与者的处理器接口(CPU接口)即相应通 信组件的相关接口组件来实现。除要发送到参与者本身的消息之外， 数据交换和另外的应用功能大大的加重了CPU接口的负担，这样连同 由此得到的传送结构导致较低的数据传送速度或者另一方面得到具 有高功率消耗的高脉冲频率。此外还存在集成的通信控制器或通信组 件，它们共同使用共有的消息存储器(所谓的信息存储器和/或消息 RAM)从而由此弥补这些结构缺点。这样这种集成通信组件相关于数 据传送是非常不灵活的，且尤其是固定为确定数目的总线联接并且通 常也固定为相同总线系统。