用于评估可经由总线系统接收的接收信号的设备和方法与流程

本发明涉及一种用于评估可经由总线系统接收的接收信号的设备。本发明还涉及一种相应的方法。

背景技术：

已知对可经由总线系统接收或经由总线系统接收的输入信号进行评估。这特别是关于所接收信号的解码来执行。

技术实现要素：

本发明的任务是改进开头所述类型的设备和方法，使得给出提高的实用性。

在开头所述类型的设备中，优选的实施方式建议该设备被构造用于确定包含在接收信号中的至少一个比特序列的持续时间，特别是实际持续时间。由此可以有利地获得关于发送比特序列的总线用户的信息。已经认识到，在诸如can总线的总线系统中，相对于理想的比特长度或比特持续时间存在相对大的比特不对称性，这尤其是由于存在显性（被驱动的）和隐性（非被驱动的）的总线状态。对于两个总线用户之间的每个通信关系，比特不对称性都是表征性的。也就是说，比特或相应比特序列的实际持续时间或长度表征通信关系。接收节点（进行接收的总线用户）处的比特不对称性例如可以决定性地由发送收发器（发送总线用户的发送/接收装置）、接收收发器（接收总线用户的发送/接收装置）和总线拓扑确定。

在其他优选的实施方式中建议，该设备被构造为将持续时间分配给总线系统的总线用户。由此可以基于所确定的持续时间来表征所涉及的总线用户，必要时甚至可以识别所涉及的总线用户或将其区别于另外的总线用户，对于所述另外的总线用户来说类似的比特序列由于上述偏差而例如具有不同的实际持续时间。

在其他优选的实施方式中建议，该设备被构造为对于包含在接收信号中的多个比特序列分别确定相应的持续时间。由此可以提高本方法的准确性。

在其他优选的实施方式中建议，该设备被构造为根据分配给总线用户的一个或多个持续时间确定表征所涉及总线用户的指纹。指纹有利地允许对所涉及的总线用户进行明确的表征。例如，指纹可以由n个那么多不同比特序列的持续时间的n元组形成，其中n大于或等于1，所述不同比特序列由所涉及的总线用户发送并由根据实施方式的设备接收或评估。例如，可以根据实施方式评估由所涉及的总线用户发送的三个不同比特序列，即，为所考虑的三个比特序列中的每一个确定相应的持续时间，并且由此得到的持续时间的3元组（或从其导出的数据）可以用作针对所涉及的总线用户的指纹。

在其他优选的实施方式中建议，总线系统是can总线系统或can-fd总线系统，其中该设备被构造为根据差分总线接收信号（例如根据can_h信号和can_l信号）和/或根据从差分总线接收信号导出的数字接收信号来确定一个或多个持续时间。在一些实施方式中，可以例如在can收发器的输出处获得数字接收信号（“rxd”），该can收发器将差分总线接收信号变换为数字接收信号。

在其他优选的实施方式中建议，该设备被构造为考虑至少一个显性比特序列和/或隐性比特序列，以确定一个或多个持续时间。在其他优选的实施方式中，还可以既考虑显性比特序列又考虑隐性比特序列（例如，分别观察它们中的至少一个），以便确定相应的持续时间。

在其他优选的实施方式中建议，该设备被构造为评估同一个总线用户的多个相同类型的比特序列。由此，通过例如确定总线系统的统计影响以传输多个相同类型的比特序列，可以进一步提高准确性。

其他优选的实施方式涉及用于总线系统的接收装置，其中该接收装置具有用于与总线系统的第一信号线路连接的第一总线连接端，用于与总线系统的第二信号线路连接的第二总线连接端和用于从第一总线连接端和第二总线连接端接收总线接收信号的接收单元，其中接收装置具有至少一个根据实施方式的设备。在一些实施方式中，还可以设置用于总线系统的组合的发送和接收装置（收发器），其具有至少一个根据实施方式的设备。

其他优选的实施方式涉及具有至少一个根据实施方式的设备的计算单元，特别是微控制器。

其他优选的实施方式涉及一种用于评估可经由总线系统接收的接收信号的方法，其中确定包含在接收信号中的至少一个比特序列的持续时间。在一些实施方式中，该方法例如可以在用于总线系统的接收装置中或在用于总线系统的组合的发送和接收装置（收发器）中执行。在其他实施方式中，可以想到该方法在计算单元，特别是微控制器中执行，该计算单元或该微控制器从收发器获得数字接收信号。

在其他优选的实施方式中规定，持续时间或从持续时间导出的值用作指纹，特别是针对发送总线用户的指纹。

本发明的其他特征、应用可能和优点将从以下对附图中示出的本发明实施例的描述中得到。在此，描述或显示的所有特征单独地或以任意组合形成本发明的主题，而不管它们在权利要求中的概述或其引用关系如何，并且不管它们在说明书或附图中的表述或显示如何。

附图说明

在附图中：

图1示意性地示出了根据一种实施方式的总线系统的简化框图，

图2示意性地示出了根据另一种实施方式的总线系统的简化框图，

图3示意性地示出了根据一种实施方式的设备的简化框图，

图4示意性地示出了根据另一种实施方式的设备的简化框图，

图5示意性地示出了根据其他实施方式的信号，

图6示意性地示出了根据另一种实施方式的设备的简化框图，以及

图7示意性地示出了根据一种实施方式的方法的简化流程图。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据一种实施方式的总线系统1的简化框图，该总线系统可以用在车辆（特别是机动车辆）、飞机等中，或者用在工业机器人等中。在图1中，总线系统1具有第一用户站110、第二用户站120、第三用户站130、第四用户站140、第五用户站150、总线线路160和终端电阻170，其中用户站110至150被布置为星形拓扑。总线系统1可以是例如can总线系统或can-fd总线系统等。一般性地，本实施例中的总线系统1被设计用于通信，在所述通信中至少暂时地确保用户站110至150之一对总线线路160的独占的、无冲突的访问。第一用户站110可以是例如机动车辆的控制设备。第二、第四和第五用户站120，140，150可以例如分别是机动车辆的传感器。第三用户站130可以是例如机动车辆的显示装置。

图2示出了根据另一实施例的总线系统2。然而，与根据第一实施例的总线系统1不同，根据第二实施例的总线系统2具有线性总线拓扑，其中在总线线路160的相应端部处具有两个终端电阻170a，170b。用户站110至150可以在根据图2的总线系统2中以与图1中相同的方式构造。

图3示出了根据一种实施方式的用于评估可经由总线系统1,2（图1,2）接收的接收信号的设备100的示意性框图。目前不属于设备100的发送/接收装置（收发器）10从图3中未示出的总线系统1（图1）接收差分接收信号be，所述差分接收信号例如由两个信号can_h，can_l之间的电位差表征，并且根据所述差分接收信号确定将输送给设备100的数字接收信号rxd。设备100被构造为确定包含在目前的数字接收信号rxd中的至少一个比特序列的持续时间。由此可以推断出发送总线用户的表征性特性，该发送总线用户已经发送了所述比特序列。

优选地，设备100被构造为将确定的持续时间分配给总线系统的发送总线用户110。例如，这可以通过使用来自由收发器10接收的一个或多个数据帧的信息来进行。特别地，从这些数据帧中可以确定标识发送总线用户的变量（can标识符），该变量相对于如上所述确定的持续时间来设置。所确定的持续时间在此对应于所涉及比特序列的实际长度，该实际长度表征所涉及的总线用户。只要收发器10接收到未来的数据帧或比特序列，设备100就可以重新确定针对所涉及的一个或多个比特序列的一个或多个持续时间，并且只要重新确定的持续时间与先前确定的持续时间相差小于可预给定的阈值，就可以推断出：再次由同一总线用户发送了后来接收和评估的比特序列。以这种方式还可以识别到操纵尝试，在所述操纵尝试中发送总线用户被修改了或被更换为另一设备，所述另一设备必要时使用相同的can标识符，但典型地不会导致由它发送的比特序列的相同持续时间。

优选地，设备100被构造成为包含在接收信号rxd（图3）中的多个比特序列分别确定相应的持续时间。这特别是也可以为不同的比特序列（具有不同的内容和/或不同的长度）来进行。由此提高了准确性，因为收集了更多表征特定发送器的信息。

设备100优选地被构造为根据分配给总线用户110的一个或多个持续时间来确定表征所涉及总线用户110的指纹。指纹可以例如以持续时间的n元组的形式设置，所述持续时间分别被分配给所涉及总线用户的不同比特序列，其中n是大于或等于1的自然数。

如上已经描述的，在根据图3的实施方式中，根据数字接收信号rxd来确定持续时间，如例如由can（或can-fd）收发器10提供的。

在其他实施方式中，设备100的功能也可以集成到用于总线系统1,2的接收装置10a或收发器中。图4为此示意性地示出了接收装置10a，其具有用于与总线系统1,2（图1,2）的第一信号线路can_h连接的第一总线连接端12a，用于与总线系统1，2的第二信号线路can_l连接的第二总线连接端12b，以及接收单元14，用于从第一和第二总线连接端12a，12b接收差分总线接收信号be。接收装置10a具有至少一个根据实施方式的设备100a，其例如具有上面参考图3描述的设备100的功能。

在根据图4的配置中，设备100a被构造为确定包含在差分接收信号be中的至少一个比特序列的持续时间。这可以例如通过对信号线路can_h，can_l上的电压电平的相应评估来进行，和/或通过评估可从中导出的差分信号vdiff=can_h-can_l来进行。可选地，接收装置10a还从总线接收信号be导出数字接收信号rxd1，以例如用于输出到微控制器（未示出）。

在其他实施方式中，设备100，100a的功能也可以直接集成在例如是微控制器的计算单元1000中。下面参考图4示例性地进一步对此进行描述。

具有图5a，5b，5c，5d，5e，5f的图5示意性地并且示例性地示出了根据其他实施方式的数字接收信号rxd，所述数字接收信号在公共时间轴t上绘制。数字接收信号rxd例如可以借助于根据图3、图4的接收装置10，10a获得。

图5a示例性地示出了理想的比特持续时间或比特时间tbid，如例如在总线系统1，2（图1，图2）的规范中定义的。理想的比特持续时间由时刻t0和时刻t1之间的时间间隔描述。

图5b示意性地示出了包括一个比特的第一比特序列，该第一比特序列表征显性比特（对应于图5b中的低信号电平）的传输。从图5b可以看出，该第一比特序列的实际持续时间td1（从时刻t0到时刻t11）偏离理想的比特持续时间tbid，在目前情况下，超过理想的比特持续时间一个值t11-t1。

图5c示意性地示出了包括两个比特的第二比特序列，该第二比特序列表征两个连续显性比特的传输。从图5c可以看出，第二比特序列的实际持续时间td2也偏离两倍的理想的比特持续时间tbid（从时刻t0到时刻t2）。

根据图5d在表征三个显性比特的第三比特序列（持续时间td3）中、根据图5e在表征四个显性比特的第四比特序列（持续时间td4）中和根据图5e在表征五个显性比特的第五比特序列（持续时间td5）中可以出现类似的效果。这些效果也可以称为比特不对称性，因为显性比特在其比特持续时间方面例如比隐性比特更长，参见来自图5b的第一比特序列，其具有用于显性比特的持续时间td1和紧接着的用于随后的隐性比特的从t11到t2的持续时间。比特不对称性在图5中由附图标记bas表示。

特别是在显性到隐性比特边缘处，即在从显性到隐性（即从逻辑0到1）的变换中出现比特不对称性。另外，比特不对称性可取决于在边缘变换为隐性之前的显性比特序列的长度。由于can总线系统中的比特填充规则，可能的不同比特序列的数量相对较小。位填充规则规定在五个相同类型的比特之后，必须插入一个填充位。因此，最长的显性比特序列是：5比特。

根据申请人的研究，在图5b至图5f中示出的以下五个比特序列的实际持续时间td1，…，td5或长度可以表征can总线系统1，2上的每个通信关系：

-1个显性比特（图5b），-2个显性比特（图5c），-3个显性比特（图5d），-4个显性比特（图5e），-5个显性比特（图5f）。

在其他实施方式中，比特序列的实际长度（tdi，其中i=1..5）可以分别表征两个总线用户之间的通信关系。如已经提到的，图5示出了比特不对称性bas，其导致所考虑的比特序列的实际长度或持续时间偏离理想的长度（例如，理想的比特持续时间tbid的整数倍）。比特不对称性bas导致显性比特序列变得更长。但是，根据操作点，可能还会出现显性比特序列缩短的情况。对于可以例如通过供电电压和温度确定的操作点，比特不对称性基本上是恒定的。

例如显性比特序列中唯一的显性比特序列的根据实施方式确定的实际长度或持续时间td1，...，td5理论上足以从中导出针对发送总线用户的指纹，该指纹例如允许标识发送总线用户。在一些实施方式中，该唯一的比特序列的持续时间也可以直接用作指纹。然而，根据其他实施方式，考虑总线用户的不同显性比特序列越多，可靠性就会越高。

在其它实施方式中可以注意到，并非每个理论上可能的比特序列都在每个can数据帧（“帧”）中存在。

在其他实施方式中，设备100，100a或分配给该设备的总线用户或包含该设备的总线用户可以至少暂时地存储发送节点（发送总线用户）的指纹，特别是以持续时间tdi的i元组的形式（其中i=1..5），参见图5。替换地或补充地，根据其他实施方式，指纹也可以被理解为i维向量（其中i=1..5），该向量的i个那么多分量表示为所考虑的比特序列确定的相应持续时间tdi。

在其他实施方式中，作为五个显性比特序列的替换，接收节点（或分配给接收节点的设备100，100a）可以确定（例如，测量）一个或多个隐性比特序列的实际持续时间或长度并且至少暂时地存储它们。由于比特填充规则，在can总线系统中存在五个隐性比特序列，即具有1到5个连续的隐性比特。

在其他实施方式中，由于在比特不对称性的情况下显性比特的数量是重要的，因此包含设备100，100a的接收节点或设备100，100a可以除了存储隐性比特序列的持续时间或实际长度之外还可以存储先前显性比特序列中的显性比特的数量。因此，在该实施方式中，接收节点可以存储隐性比特序列的多达5*5=25个不同的实际长度（持续时间）。这由先前的五个可能的显性比特序列以及随后的五个可能的隐性比特序列得到。

在其他实施方式中可以规定，设备100，100a或包含该设备的接收节点确定隐性比特序列的持续时间（实际长度）并且优选地至少暂时地存储它们，特别是无需注意先前的显性比特序列。

在其他实施方式中，还可以确定任意选择的隐性和/或显性比特序列的持续时间或实际长度，并可选地用作指纹或用于形成指纹。在隐性比特序列的情况下，可选地可以考虑或不考虑先前显性比特序列中的比特数量。

例如，在一些实施方式中对于指纹可以使用以下：具有一个比特的显性比特序列，具有2、3、4和5个比特的隐性比特序列，包括先前显性比特序列中的比特数量。

原则上，在其他实施方式中，（唯一的）所测量的比特序列的实际长度，即（唯一的）比特序列的持续时间的确定，理论上可以用作发送总线用户（“发送节点”）的指纹。但是测量发送节点的比特序列越多，针对该发送节点的指纹就越准确。

图6示意性地示出了根据另一种实施方式的设备100b的简化框图。示出了计算单元1000，目前例如是微控制器，在该计算单元中示例性地集成了设备100b。设备100b的功能可以例如对应于上述设备100或设备100a的功能，并且至少部分地由微控制器1000的硬件和/或软件实现。

向微控制器1000分配can收发器10a'，can收发器10a'以本身已知的方式从总线系统接收差分总线接收信号be1（参见两个信号线路can_h，can_l），并从中确定数字接收信号rxd1。可选地，也可以由微控制器1000向收发器10a'输送（数字）发送信号txd，收发器10a'发送该发送信号。

目前，数字接收信号rxd1由设备100b评估，以便确定包含在接收信号rxd1中的至少一个比特序列的持续时间，即，测量该比特序列的（时间）长度。特别优选地，设备100b被构造为根据总线用户的相应比特序列的一个或多个所确定的持续时间来为该总线用户确定指纹。在一些实施方式中，该总线用户可以是远程布置的总线用户（图6中未示出），在另外的实施方式中，还可以想到设备100b为通过收发器10a'发送的比特序列形成这种指纹。在其他实施方式中，也可以想到它们的组合。

在一些优选实施方式中，设备100b可以被构造为确定包含在接收信号中的不同比特序列的持续时间（其可以示例性地描述为学习阶段）并且在该确定之后根据所确定的持续时间来评估接收信号的比特序列。为此，设备100b可以具有至少一个下面描述的块。

优选地，可以设置“can协议控制器”102，其被构造为解释数字接收信号rxd1，例如，该can协议控制器由此知道在传输时的准确状态，即数据帧的哪个比特恰好被传输。在其他实施方式中，块102对应于“最小can协议控制器”，因为它可以接收，但一定不能发送。块102优选地向确定块104提供关于接收的can数据帧中的位置的信息。这些信息是例如1）数据帧的当前阶段（数据/仲裁），2）是否恰好接收数据帧，或者can总线是否空闲，和/或3）数据帧中的比特位置。块102优选地向存储器块106提供恰好被接收的数据帧的数据帧标识（“帧id”）。数据帧标识可以有利地用于将所确定的持续时间或由其形成的指纹分配给发送总线用户。

如果“can协议控制器”102在接收帧期间确定了传输错误，例如因为有比特由于干扰而被反向采样或者因为另一总线用户已发送了所谓的“can错误标志”，则在其他优选的实施方式中该错误帧的这些测量既不用于学习阶段也不用于操作阶段。为此，“can协议控制器”102例如将中止信号发送到存储器块106并且发送到比较器块109。

优选地设置配置块108，其向确定块104提供配置参数，例如1）要测量哪些比特序列，2）比特在仲裁阶段中和在数据阶段中的理想长度（理想的比特持续时间tbid，参见图5a）。

优选地设置确定块104，其确定所接收的比特序列的持续时间。换句话说，确定块104测量所接收的比特序列的实际（时间）长度。确定块104优选地从配置块108获得关于要测量哪些比特序列的信息。确定块104优选地向存储器块106和比较器块109提供信息l。信息l包含比特序列的测量长度（所确定的持续时间）和关于涉及哪个比特序列的信息。

存储块106优选地具有两种操作模式，即学习阶段和操作阶段。微控制器1000可以经由输入信号m向存储器块106通知该模式。在学习阶段，存储器块106对于可预给定的数据帧标识（“帧id”）可以存储所属的测量数据l。在操作阶段，存储器块106对于可预给定的数据帧标识可以将现有的测量数据ls输出到比较器块109。数据ls可以代表针对具有数据帧标识的数据帧的发送器的指纹。

在其他优选的实施方式中，设备100b，特别是例如存储器块106，可以为每个数据帧标识（“帧id”）以包含在接收信号中的比特序列的不同持续时间的形式存储指纹。这在当设备100b例如否则不知道哪个总线用户发送哪个数据帧标识（“帧id”）时是有利的。在典型的can网络中，可以向每个总线用户指派独占的一组数据帧标识（“帧id”），该总线用户允许发送该数据帧标识。

如果存储器块106已经了解了各个总线用户的数据帧标识（“帧id”），则在其他优选的实施方式中存储器块106可以为一个或多个总线用户，优选地为每个总线用户以包含在接收信号中的比特序列的不同持续时间的形式存储指纹。

优选地，比较器块109被构造为将数据l，ls彼此进行比较，以评估比特序列l的恰好确定的持续时间或测量长度与先前存储的指纹ls是否一致。根据比较结果，比较器块109优选地提供输出信号r，该输出信号例如可以由微控制器1000进一步处理。

在优选的实施方式中，输出信号r可以例如包含状态——“指纹正确”、“指纹错误”和“指纹可能错误”。由此，例如可以识别出分配给已知指纹的发送总线用户的更换或操纵。

在其他实施方式中，对于比较器块109中的比较可以设置不同的变体：a）需要测量值与存储值百分百一致，b）可以对各个比特序列进行加权比较。权重可以例如取决于当前数据帧中比特序列的出现频率，或者例如取决于比特序列对指纹的重要性，或它们的组合。

这些实施方式的原理的应用和特别是基于比特序列的持续时间而对指纹法的使用（例如，通过比特不对称性引起）在用总线状态——“显性”和“隐性”工作的所有总线协议中都是可以的，并且特别是不限于以上示例性描述的系统can或can-fd。

如上面已经描述的，可以设置学习阶段来用于确定感兴趣的比特序列的持续时间，以及设置例如随后的操作阶段，在该操作阶段中中就感兴趣的比特序列或其持续时间对在该操作阶段期间接收的信号进行检查。

在其他实施方式中，可以从在学习阶段期间接收的数据帧导出比特序列的选择，将测量所述比特序列的实际长度以用于形成指纹（确定比特序列的相应持续时间）。例如，在其他优选的实施方式中，可以测量在学习阶段中最常出现的比特序列并且将其用作指纹。

其他方面涉及仲裁的处理。在can或canfd类型的总线系统中，数据帧可以相互仲裁。在仲裁过程中，来自不同发送节点的比特在总线上叠加。这导致了各个比特的实际长度（持续时间）可能大量改变。根据实施方式，该效果可能干扰比特序列的持续时间的确定。在优选的实施方式中，可以想到以下方法：-方法1：借助于真实性检查：过滤掉强烈偏离的持续时间或测量值。-方法2：使用“最小can控制器”（例如，基本上与根据图6的块102类似）：can控制器向确定块104提供辅助信号，所述辅助信号例如指示仲裁是否可能涉及当前接收的比特。在这些辅助信号的基础上，确定块104可以决定它现在是否可以进行测量。

其他方面涉及canfd的处理。当在canfd中使用比特率切换时，仲裁阶段中存在长比特并且在数据阶段中存在短比特（由于与仲裁阶段相比数据阶段中的比特率更高）。上述用于在其持续时间方面选择待测量的比特序列的方法也可以应用于仲裁阶段和数据阶段。对于发送具有比特率切换的canfd数据帧的发送节点，测量可以基于仲裁阶段和/或数据阶段来进行。例如，在其中只发送具有比特率切换的canfd数据帧的can网络中，该测量仅基于数据阶段中的比特，所述测量即确定感兴趣比特序列的一个或多个持续时间，特别是具有形成指纹的目的。这具有以下优点：不必过滤掉通过仲裁改变的比特长度。由此将显著降低设备100b的复杂性。

其他方面涉及比特序列的持续时间的确定，即“测量”。可以基于数字接收信号rxd，rxd1来进行比特序列的测量。这可以例如在微控制器1000（图6）中进行，因为这里典型地存在接收信号rxd。这具有以下优点：纯数字电路可以用于指纹法，即，产生发送总线用户的指纹，也就是例如不需要模拟/数字转换器。替换地，也可以基于总线信号can_h，can_l（图4）和/或从其导出的差电压vdiff（未示出）来测量比特序列的实际长度。为此，可以例如使用模拟/数字转换器（adc）和数字电路。如果设备100a例如容纳在can收发器10a（图4）中，那么这里也已经可以获得必要的信号can_h，can_l或vdiff。

在其他实施发送中，原则上在其中确定比特序列的持续时间的学习阶段中执行真实性检查。也就是说，如果比特序列的实际长度强烈偏离于另外的测量，则可以例如丢弃该测量值。从而在一些实施方式中例如当外部辐射的干扰使得总线上的信号失真时，可能发生强烈偏离。

根据这些实施方式的原理有利地允许将接收信号be，rxd，rxd1的比特序列的实际持续时间td1，…，td5（图5）或实际长度用作针对发送总线用户的指纹或用于确定指纹，所述指纹对发送总线用户进行表征。

图7示意性地示出了根据一种实施方式的方法的简化流程图。在可选步骤200中，设备100，100a，100b经由总线系统接收接收信号。在随后的步骤210中，设备确定包含在接收信号中的至少一个比特序列的持续时间。可选地，在未在图7中示出的另一步骤中，可以根据所接收的各种比特序列的一个持续时间或多个持续时间来形成针对发送总线用户的指纹。替换地，持续时间也可以直接用作针对发送总线用户的指纹。可选地，之后可以确定后来接收的比特序列的持续时间或相应的指纹，并与先前形成的指纹进行比较。