[发明专利]一种用于分布式控制系统的高速嵌入协议的生成方法

说明书

一种控制网络通信布置，包括以一种方式嵌入到第一协议中的第二协议，这种方式下支持第二协议的模块可能会意识到并使用第一协议，而只支持第一协议的模块可能没有意识到第二协议。使用第二协议的模块的操作，不打扰未配置使用或理解第二协议的模块的操作。通过一种方法，使用第二协议发送的消息将被视为使用第一协议发送但没有必要理解的消息或视为需要特定响应。在另一种方法中，使用第二协议的模块可以被配置以在第一协议消息的传输期间由另一个模块发送消息，第二协议消息被触发在第一协议下发送的消息的预期方面。

相关申请

本申请是2013年3月15日提交的申请号为13/833238的美国申请的部分继续申请，其内容在此通过引用包含，尽管完全重写。

技术领域

本发明涉及电子通信，更具体地涉及一种用于控制网络的高速协议。

背景技术

电子设备通过各种各样的方式相互通信，通常基于给定的上下文的要求。一种这样的上下文是控制系统上下文。不像简单的通信系统，其中系统只允许通过该系统通信的设备之间进行通信，控制系统以明确控制在控制系统上连接以通信的模块为目的而通信。这样的系统允许其他应用运行在各种模块上。然而，分布式嵌入控制系统中的那些应用，应协调工作。

提供分组控制，大多数分布式嵌入式控制系统是建立在一个通信协议标准上，例如包括CAN(ISO 11898)、SERCOS、FlexRay、EtherCAT，有时甚至与其他系统之间使用Ethernet。高层协议被嵌入在通信标准之上，以提供参与控制系统的的电子控制单元的应用之间数据交换的规则、时序规则、顺序规则以及类似的辅助交换信息的分布式应用之间的通信的规则。CANopen、DeviceNet、SDS、J1939以及NMEA 2000只是几个协议的例子，这些协议分层在CAN标准之上。甚至使用元协议(meta protocols)，像CanKingdom，通过它可以为特定的分布式嵌入式控制系统，构建和优化更高层的协议。

每个协议标准都有自己的长处和短处。理想的通信有无限的带宽、没有延迟以及完整的数据完整性。可用的通信可选方案是费用不同于理想方案且必须找到的折中方案。例如，以太网具有大的带宽，但由于它的消息冲突处理具有不好的时效性。CAN具有高效的冲突解决方案，但具有低的带宽，无同步支持。SERCOS快速，但所有节点必须支持系统中要求最高的节点的通信要求。因此，当设计分布式嵌入控制系统时一大困难，是选择基本的通信系统，以满足给定系统的需要。另一个复杂化的因素是系统的不同部分通常有不同的需要。一些部分可能涉及高级反馈回路，高级反馈回路要求精确的时间同步和短的延时，而其他部分可能根本不是时间关键的，而是取决于事件的正确顺序。在另一个实例中，一个系统可能在运行时条件下使用低的带宽工作良好，但在维护模式下重新刷新(re-flashing)模块需要高的带宽。此外，行业需要大量的开发与分析工具以及精通所选择的通信协议找到正确折中方案的工程师。应用给定的技术以利用协议的好的特性并极小化它的缺点的方式，典型地需要基于所选择的协议以及相关工具、在设计和维护分布式嵌入式控制系统方面的长时间的实际工作经验。

在CAN系统的实例中，开发了CANFD协议，尝试解决CAN议的数据带宽的限制。然而，该系统不是与以前的基于CAN的模块向下兼容的。因此，使用CANFD协议的模块不能被安装到具有基于CAN的模块的控制网络，实现与那些模块的通信。另一个缺点是，CANFD协议是基于模块的寻找一个给定的时间点，这就要求模块具有高度精确的时钟和处理器。具体来说，CAN-FD要求相对于一个边沿结合采样点的位置，从第一比特率切换到第二比特率。该解决方案要求从边沿到采样点以及第一比特率定义的采样点的共同的位置的时间段上的稳定的时钟。获得采样点的精确定义，限制了用于运行CAN-FD控制器的可能的时钟频率。此外，尽管通过以前的基于CAN的系统，速度被提高，最大消息长度仍然限制到64字节，这样的系统对于系统设计者来说缺乏灵活性。